含手性碳偶氮苯液晶材料的合成与表征

摘要

偶氮苯及其衍生物因在特定波长光或者热的条件下具有顺反光异构化性能,首先,偶氮苯生色基团作为一种优良的液晶基元,当连接到聚合物链段上时,可以诱导聚合物链段自发取向,有助于提高聚合物的自组织能力和取向能力,其次,含偶氮苯生色团的化合物是一种优良的感光材料和热致异构化材料,并且异构化的活化能低,这些在光控开光和光存贮器方面都有潜在的应用价值。
　　 本文合成了两类化合物分别是(Ⅰ)两臂的偶氮苯接枝聚乳酸聚合物和(Ⅱ)含手性碳的偶氮苯类弯曲型液晶化合物。
　　 (Ⅰ)两臂的偶氮苯接枝聚乳酸聚合物:
　　 每一个乳酸单体上都有一个手性中心,所以PLLA容易形成螺旋结构。螺旋结构可以产生轴向的旋光性能,因此聚乳酸形成的薄膜在光学元件和光学转换器等方面有潜在的应用价值,但是常态下聚乳酸是结晶的,结晶状态的聚乳酸链段自组织性能差,取向能力差,难以制备优良的光学器件。
　　 我们合成了一种把偶氮苯生色基团连接到聚乳酸链段上的聚合物,通过刚性的偶氮苯生色基团降低PLLA的结晶性,提高PLLA的自组织性能和取向能力的新型光学材料。我们主要的研究重点在聚合物的液晶性质和光学性质。
　　 以4-氨基酚为原料,通过偶氮盐的偶合反应和威廉姆森成醚反应合成了含活性醇羟基的偶氮苯类液晶共引发剂,然后以Sn(Oct)2为引发剂,HO3OPNPO3OH和HO6OPNPO6OH为共引发剂,引发丙交酯(L-LA)开环聚合,通过控制投料比,合成了一系列具有不同分子量的、窄分散的聚乳酸。
　　 首先通过核磁共振氢谱(1HNMR)表征了聚合物的结构,然后由1HNMR和凝胶渗透色谱(GPC)表征了聚合物的分子量,通过差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)研究了聚合物的热性质和液晶性质,通过X射线衍射(XRD)研究了形成液晶态聚乳酸的堆砌形态,通过紫外可见光谱(UV-vis)研究了聚合物的顺反异构化性质,最后由圆二色谱(CD)研究了合成聚合物旋光性质。
　　 (Ⅱ)含手性碳的偶氮苯弯曲型液晶化合物
　　 弯曲型液晶分子是近年来发现的一类的具有电光性能(铁电性、反铁电性)的液晶分子,这类分子由于具有独特的弯曲形状,表现出不同于棒状分子的液晶性能。把偶氮苯基团引入弯曲型液晶分子,使弯曲型液晶具备非线性光学性质的同时又具备了光学性质,合成了一种新型的光敏性液晶材料,并准备在以后的研究中研究其光电性质。
　　 以对羟基苯甲酸乙酯为原料合成了化合物p-nOPCOOPCOOH,以4-氨基酚为原料合成了HO3*OPNPO3*OH。以p-nOPCOOPCOOH与HO3*OPNPO3*OH为原料,通过酯化反应合成了一系列的末端烷基链段烷长度不同的含手性碳的偶氮苯的化合物Para-n(n=6,8,10,12)。化学式如下通过1HNMR表征了化合物的结构,通过DSC、POM研究了化合物的热性质,通过XRD研究了化合物的堆砌形态。研究发现,烷基链长度n=10和n=12的样品形成了近晶相的热致液晶材料,可以作为潜在的在光敏性材料。