Ch em ia kol oru

1. Chemiakoloru Daniel T. Gryko Instytut Chemii Organicznej PAN

2. Plan wykładu • Barwniki naturalne • Barwniki sztuczne • Absorpcja światła • Porfiryny • Płyty CD-R • Terapia fotodynamiczna • Wybielacze optyczne • Luminescencja

3. Karoten • Świat roślin (100 milionów ton/rok) • Cwiet i Willstäter β-karoten

4. Kwiaty, owoce… Cyjanidyna czerwień, fiolet błękit kwercetyna

5. Indygo • Indie, Chiny, Jawa - Indigofera Tinctoria • 1866-1883 struktura, von Bayer • 1913 – 8700 ton na rok • 1960 – ‘dzieci kwiaty’ i dżinsy • λmax = 606 nm

6. Purpura tyryjska • 6,6’-dibromoindygo • Najdroższy barwnik starożytności • 12 tys. ślimaków – 1.2 g barwnika • Friedlander 1909 r. • λmax = 590 nm

7. Moweina • 1856 r., William Henry Perkin • Perkin & Sons 1856-1873 • 3 miliony funtów • 1873 r. – powrót do badań naukowych • 1994 r. – Meth-Cohn, struktura

8. Absorpcja światła Częstość: 4 - 7.5 x 1014 Hz Długość fali: 750 - 400 nm Energia: 1.65 - 3.1 eV

9. Absorpcja barwników

10. Kolory

11. Porfiryny 18 elektronów π Reguła Hückela 4n+2 n = 4

12. Porfiryny w naturze Obraz krwinek czerwonych

13. Ftalocyjaniny Widmo absorpcyjne ftalocyjaniny

14. Ftalocyjaniny - historia • Pierwsza synteza, 1907 r., von Braun • 1930, Scottish Dyes Ltd., przypadkowa obs. • 1933, Linstead, poprawna struktura • 1935, struktura krystalograficzna • > 20 tys. publikacji • 25% produkcji (pigmenty)

15. Ftalocyjaniny - synteza

16. Produkcja barwnych subst. org. • Azowe – 50% • Ftalocyjaniny – 25% • Reszta – 25% • 15 tys. ton – indygo • 900 tys. ton/rok • 55% - barwienie tkanin • 13 miliardów $

17. Płyty CD • WORM (write once read many) • 1977, Phillips • Taiyo-Yuden, 1988, CD-R, NIR • Laser diodowy (półprzewodnikowy arsenowo-galowy) 780-840 nm (1984 r.) – nowy rynek b. • CD-R 780-830 nm Laser czytający (mała int.) Laser piszący Laser piszący

18. DRAW, WORM... • 1999 r, 70 mln dysków • DVD-R 630-650 nm λabs = 884 nm Zwiększenie fotostabilności poprzez wygaszanie tlenu singletowego

19. Dyski BLU-Ray • Laser 405 nm (fioletowo-niebieskie światło) • Blue laser diodes - Shuji Nakamura (Nichia Chemical Industries) • GaN półprzewodnikowy • Blu-ray Disc Association

20. Dyski BLU-Ray • Kilka razy większa pojemność (do 50 GB) • Dlaczego więcej informacji? • Rozmiar plamki (zależy od długości fali i optyki) • Laser może byś skupione na mniejszej plamce (580 nm)

21. Krótka historia PDT • W 1900 r. Student Oscar Raab – niszczenie pantofelków oranżem akrydynowym i światłem • W 1903 r. von Tappeiner i Jesionek – rak skóry, eozyna + hv • W 1911 r. Hausmann – fotouczulające właściwości protoporfiryny • W 1913 r. Meyer-Betz wstrzyknął sobie hematoporfirynę • W 1924 r. Policard zauważył, że stężenie porfiryn w kom. rakowych jest wyższe niż w zwykłych • W 1948 r. Figge zasugerował użycie porfiryn w PDT • W 1972 r. Dougherty – pierwsze prace na myszach • W 1988 r. Dougherty opatentował Photofrin • W 1995 r. Sessler zakłada firmę Pharmacyclics

22. Fotouczulacze - warunki • Gromadzenie się głównie w komórkach nowotworowych, a nie zdrowych, (powinien pozostawać przez 70-150 godzin). • Uaktywnianie się pod wpływem światła o takiej długości, jakiej nie pochłaniają tkanki lub woda. W przeciwnym razie reakcja fotochemiczna będzie zbyt słaba. • Musi być bezpieczny dla nienaświetlanej laserem zdrowej tkanki.

23. Porfiria • Zdarzają się przypadki samoistnego fotouczulenia. Niestety, dla człowieka są bardzo niekorzystne. Chodzi o rzadką chorobę metaboliczną - porfirię. • W organizmie chorego gromadzą się nieprawidłowe związki z grupy porfiryn (uroporfiryna, koproporfiryna, protoporfiryna). • Zależnie od postaci choroby i rodzaju porfiryny występują bardzo zróżnicowane objawy, które mogą sprawiać wrażenie choroby psychicznej, choroby serca czy na przykład zapalenia wyrostka robaczkowego. W niektórych przypadkach pod wpływem światła na skórze powstają pęcherze i przebarwienia. To skutek reakcji fotochemicznej spowodowanej obecnością dużej ilości nieprawidłowych porfiryn. Ratunkiem staje się więc ciemność. • Jest niemal pewne, że źródłem legend o wampirach bojących się światła byli właśnie chorzy na porfirię.

24. Photofrin QLT Phototherapeutics, Vancuver, Kanada 1993

25. Wybielacze optyczne 40 tys.ton, 1999 r. Krais, 1929 r.

26. Podstawy zjawiska Chemiluminescencja Emisja fotonów z elektronowych stanów wzbudzonych na które cząsteczka dostała się wskutek reakcji chemicznej 1838-1914

27. Zastosowania chemiluminescencji • Rozrywka (latawce, ‘świecące patyki’) • Analiza gazów (np. NO 1ppb) • Analiza związków organicznych • Detekcja biomolekuł

28. Bioluminescencja Bioluminescencja Produkcja i emisja światła przez żywy organizm. Świetlik (Photinus pyralis) Common glowworm (Lampyris Noctiluca)

29. Białka fluorescencyjne • Odkrycie w 1962 (Aequoreavictoria) • Nagroda Nobla w 2008 Osamu Shimomura Martin Chalfie Roger Tsien

30. Białka fluorescencyjne dziś

31. Podsumowanie • Barwniki odgrywają ważną rolę w naszym codziennym życiu • Naturalne i sztuczne • Kluczowe zastosowania: barwienie przedmiotów, terapia fotodynamiczna, płyty CD, wybielacze optyczne, sensory, lasery barwnikowe itd. • Luminescencja