苯并菲盘状液晶的分子设计、合成及柱状相锚定

摘要

盘状液晶能自组装成高度有序的六方柱状相，因而具有较高各向异性的载流子迁移速率，其作为有机半导体材料有广泛的应用前景。为了改善其电荷载流子迁移速率，目前对苯并菲盘状液晶的研究工作大多试图通过分子设计，增加分子沿柱轴的有序堆积，以获得稳定的柱状相。常用的方法有利用引入氟代烃链和分子间氢键来锚定盘状液晶分子的柱状相。本文通过分子设计，合成了两类的氟代烃链和酰胺键形成氢键的苯并菲盘状液晶化合物，对其介晶性进行了研究。化合物纯度和结构通过<'1>H NMR，EA测试和表征。化合物热稳定性通过热重分析(TGA)测定，热致液晶性通过偏光显微镜(POM)和差示扫描量热法(DSC)研究。本文所获得的液晶分子结构与介晶性关系的相关信息，将为液晶材料的分子设计和实际应用打下基础。 第一章简要介绍了液晶的基础知识，以及含氟液晶在盘状液晶中的研究状况，并对近几年来利用酰胺键形成的氢键在盘状液晶中的相互作用进行了归纳。 第二章合成了一系列全氟苯甲酸酯链的苯并菲化合物C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)5(OCOC<,6>H<,4>C<,6>F<,13>)，以及另外两个相对应系列的不含氟化合物C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)<,5>(OCOC<,6>H<,4>OC<,5>H<,11>)，C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)<,5>(OCOC<,6>H<,4>C<,6>H<,13>)，n=4～9。DSC检测和偏光显微镜观察显示两类化合物都为柱状相热致型液晶(除C<,18>H<,6>(OC<,4>H<,9>)<,5>(OCOC<,6>H<,4>OC<,5>H<,11>)外)。含氟化合物与相对应的不含氟化合物比较，其熔点和清亮点上升，柱状相的热稳定性增强。 第三章中合成了三个系列，共十八个有两种不同软链的苯井菲盘状液晶化合物：C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1><,5>(OCH<,2>COOEt，C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)<,5>(OCH<,2>COOBu)，和C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)<,5>(OCH<,2>CONHBu)，n=4～9。通过差示扫描量热法(DSC)检测和偏光显微镜观察，表明化合物都为柱状相热致型液晶。热重分析(TGA)表明，化合物有较高的热稳定性。结果显示：对于分子中含有酰胺基的苯并菲液晶化合物C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)<,5>(OCH<,2>CONHBu)，与具有同样软链长度的分子中不含酰胺键的化合物系列C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)<,5>(OCH<,2>COOBu)相比较，前者由于柱内分子间氢键的形成，具有更高的熔点和清亮点。 第四章引入不同位置的酰胺基，研究其对介晶性的影响。主要合成的是一条尾链带有官能团(酯基或酰胺基)的苯并菲类盘状液晶C<,18>H<,6>(OC<,9>H<,19>)<,5>[O(CH<,2>)<,m>COXBu]，X=O、NH，m=1～5系列，研究了随着亚甲基数量的增加，即官能团(酯基及酰胺基)的位置外移对化合物介晶性的影响；同时在一条尾链上同时引入酰胺基和羟基，终端羟基之间也能形成氢键作用。在第四章中对强氢键作用对化合物C<,18>H<,6>(OC<,n>H<,2n+1>)<,5>(OCH<,2>CONHCH<,2>CH<,2>OH)n=4～9介晶性的影响也进行了探讨。有机凝胶由于其物理和形态学特性越来越受到关注。在第四章中将对具有相同尾链长度的含酰胺基的苯并菲化合物C<,18>H<,6>(OC<,7>H<,15>)<,5>(OCH<,2>CONHBu)在不同的有机溶剂中形成凝胶的情况进行初步的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1环境材料的研究意义

1.2液晶概述

1.3液晶的分类

1.3.1盘状液晶

1.3.2非盘状分子形成的柱状相

1.4液晶性能的表征

1.5柱状相的锚定

1.5.1氟代烃链的锚定作用

1.5.2分子间氢键的锚定作用

1.6本论文的特色及意义

参考文献

第二章全氟己基苯甲酸酯类不对称苯并菲盘状液晶的合成及氟代烃链对介晶性的影响

引言

2.1实验部分

2.1.1主要试剂及纯化

2.1.2表征仪器

2.1.3中间体化合物的合成

2.1.4目标化合物的合成

2.2.结果和讨论

2.2.1化合物的合成及表征

2.2.2化合物的介晶性

2.3结论

参考文献

第三章氢键稳定的苯并菲盘状液晶的合成及介晶性

引言

3.1实验部分

3.1.1主要试剂及纯化

3.1.2表征仪器

3.1.3中间体化合物的合成

3.1.4目标化合物的合成

3.2结果与讨论

3.2.1化合物的合成及表征

3.2.2化合物的介晶性

3.3结论

参考文献

第四章苯并菲盘状液晶的合成及氢键对柱状相的锚定

引言

4.1实验部分

4.1.1主要试剂及纯化

4.1.2表征仪器

4.1.3化合物的合成

4.2结果与讨论

4.2.1化合物的合成及表征

4.2.2化合物的介晶性和偏光显微织构

4.2.3酰胺氢键与柱状相锚定

4.2.4苯并菲盘状化合物C18H6(OC7H15)5(OCH2CONHBu)的凝胶化性能

4.3结论

参考文献

第五章总结

附录

（1）部分化合物偏光显微织构图

（2）部分文中的插图

（3）部分化合物核磁共振氢谱

致谢

硕士研究生期间发表文章