香蕉形酯类液晶化合物的合成与性能表征

论文摘要

自1996年Niori等人首次报道香蕉形液晶分子的合成并发现非手性的香蕉形液晶分子具有特殊的光电性能（铁电性、反铁电性）,其潜在的应用价值引起人们的广泛关注,在国际液晶界兴起了一股香蕉形液晶分子热。具有弯曲刚性核的香蕉形分子能形成众多新型液晶相,尤为引人注目的是它们的极性排列能导致超分子手性行为,所呈现的铁电性、反铁电性及铁磁性在光电领域有广泛的应用前景。本论文在查阅大量相关文献的基础上,设计并合成了两种液晶臂和四类十六种液晶单体,其中十四种是香蕉形液晶单体,两种是棒状液晶单体。并且对所合成的化合物进行红外光谱（FT-IR）口核磁共振（1H-NMR）等结构表征。其热力学性能的研究包括示差扫描量热测试（DSC）、偏光显微观察（POM）和热失重（TGA）等分析。具体的内容为：两种液晶臂分别为ω-[4-（对硝基苯甲酰氧基）苯氧甲酰基]戊酸（A）和ω-[4-（对乙氧苯甲酰氧基）苯氧甲酰基]戊酸（B）。其中液晶臂A为热致单变向列相液晶,液晶臂B为热致互变向列相液晶。第一类液晶单体为对称刚性香蕉形液晶单体,其分别为：1,3-二（对硝基苯甲酰氧基苯氧甲酰）苯（M1）、1,3-二（对乙氧基苯甲酰氧基苯氧甲酰基）苯（M2）、1,3-二（苯甲酰氧基苯氧甲酰基）苯（M3）、1,3-二（对硝基苯甲酰氧基联苯氧甲酰基）苯（M4）、1,3-二（对乙氧基苯甲酰氧基联苯氧甲酰基）苯（M5）及1,3-二（苯甲酰氧基联苯氧甲酰基）苯（M6）。其中,M3无液晶性；M6为热致单变液晶；M2、M4和M5为热致互变向列相液晶,M1为热致单变B相液晶。对于单体M1～M6,Tm基本上200℃左右；Ti基本上在250。C左右；液晶区间在50。C左右；热稳定性良好,分解温度在300℃以上。第二类液晶单体为不对称香蕉形液晶单体,其分别为：1-对硝基苯甲酰氧基-3-对硝基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基苯（M7）、1-对乙氧基苯甲酰氧基-3-对乙氧基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基苯（M8）、1-对硝基苯甲酰氧基-3-对乙氧基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基苯（M9）、1-对乙氧基苯甲酰氧基-3-对硝基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基苯（M10）、1-苯甲酰氧基-3-对硝基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基苯（M11）及1-苯甲酰氧基-3-对乙氧基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基苯（M12）。其中,M8和M9为热致单变向列相液晶,M10和M12为热致互变向列相液晶,M11为热致单变B相液晶,M7为热致互变B相、向列相液晶。对于单体M7-M12,其Tm基本上在150℃左右；Ti在180℃左右；液晶区间在30℃左右；热稳定性良好,分解温度在200。C左右。第三类液晶单体为对称柔性香蕉形液晶单体,其分别为：1,3-二（对硝基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基）苯（M13）及1，3-二（对乙氧基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基）苯（M14）。M13和M14均为热致互变向列相液晶。对于单体M13、M14,其Tm在130。C左右；Ti在160℃左右；液晶区间在20℃左右；热温度性良好,分解温度在220℃左右。第四类液晶单体为棒状液晶单体,其分别为：1,4-二（对硝基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基）苯（M15）及1,4-二（对乙氧基苯甲酰氧基苯氧甲酰基戊酰氧基）苯（M16）。M15和M16均为热致互变向列相液晶。对于单体M15、M16,其Tm在150℃左右；Ti在180℃左右；液晶区间在30℃左右；热温度性良好,分解温度在300℃以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 液晶
• 1.1.1 液晶的概念
• 1.1.2 液晶的分类及其相结构
• 1.2 液晶中的手性
• 1.3 香蕉形液晶分子
• 1.3.1 香蕉形液晶分子简介
• 1.3.2 香蕉形液晶分子的特征及分类
• 1.3.3 香蕉形液晶分子形成的液晶相
• 1.3.4 香蕉形液晶分子的应用前景
• 1.4 本论文特色及意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要试剂和物化性质
• 2.2 测试仪器
• 2.3 分子设计
• 2.3.1 液晶臂的分子设计
• 2.3.2 对称刚性香蕉形液晶单体的分子设计
• 2.3.3 不对称香蕉形液晶单体的分子设计
• 2.3.4 对称柔性香蕉形液晶单体的分子设计
• 2.3.5 棒状液晶单体的分子设计
• 2.4 合成步骤
• 2.4.1 液晶臂的合成
• 2.4.2 对称刚性香蕉形液晶单体的合成
• 2.4.3 不对称香蕉形液晶单体的合成
• 2.4.4 对称柔性香蕉形液晶单体的合成
• 2.4.5 棒状液晶单体的合成
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 结构分析
• 3.1.1 中间体及液晶臂的结构分析
• 3.1.2 单体的结构分析
• 3.2 液晶性能分析
• 3.2.1 液晶臂的织构分析
• 3.2.2 单体的织构分析
• 3.2.3 液晶臂的热性能分析
• 3.2.4 单体的热性能分析
• 3.2.5 单体的热稳定性分析
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢