一类星形化合物和手性液晶的合成与表征

论文摘要

近年来,手性液晶材料不断吸引人们的重视,因为它们不但具有独特的光电性能,且在非线性光学、快速光开关、微电子等领域具有潜在的应用前景,而设计与合成新型结构的手性液晶化合物一直是液晶研究中的一个热点。液晶中引入体积比较小,有很大电负性、低极化度的氟原子后,具有良好的中间相行为,粘度低,有较高的电阻率、极性和稳定性,响应速度较快等优点,故含氟液晶应用性更加广泛。星型液晶,作为一类新型液晶,以其独特的结构及性能有望在光电显示器件、有机光导体及一维电导光导能量传输等领域发挥作用。葡萄糖除了具有很好的旋光性能外,还具有多个活性基团——羟基。以葡萄糖为核心,采用杂臂星型的结构方式,将液晶臂及非液晶臂连接到葡萄糖核上,通过调整侧臂的结构和不同侧臂的比例合成出低熔点,宽液晶区间的星型液晶大分子,不仅丰富了新型液晶化合物的种类,同时还为星型液晶大分子的应用奠定了基础。本文研究内容不仅具有重要的理论意义,而且也为进一步研究其在压电等领域中的应用提供了一定的理论基础和必要的技术支持。本文设计合成了八种单体：即6-（4-（4-乙氧基苯甲酸基）苯）癸二酸单酯（M1）、6-（4-（4-乙氧基苯甲酸基）苯）己二酸单酯（M2）、4-（10-十一烯酰氧基）-4-乙氧基苯甲酸-对苯二酚双酯（M3）、6-（4-（4-甲氧基苯甲酸基）苯）己二酸单酯（M4）、6-（4’-氰基-联苯-4-氧基）-6-氧代己酸（M5）、4-（10-十一烯酰氧基）-4’-氰基-联苯单酯（M6）、4-三氟甲基-苯甲酸基-4’-10-十一酰氧基-联苯二酚双酯（M7）、10-烯丙氧基-10-胆甾醇基-癸二酸双酯（M8）。然后将合成的单体M1和癸酸与葡萄糖进行聚合反应合成PG系列星形化合物；将合成的单体M6、M7、M8与聚甲基含氢硅氧烷（PMHS）进行接枝共聚,得到液晶共聚物P1系列和P2系列。其中单体M3、M7、M8和手性侧链液晶聚合物P1、P2两个系列在国内外均未见报道,在分子设计法上具有创新性。采用红外光谱分析（IR）对单体和聚合物进行结构表征；采用X-射线衍射分析对M7进行了液晶类型的分析；采用示差扫描量热计（DSC）和热台偏光显微镜（POM）对液晶单体和所有液晶聚合物进行了液晶性能表征；采用美国PE公司的Model341比旋光度测定仪（Polarimeter）对单体M8和P1、P2两个系列聚合物的比旋光度进行了测试。旋光分析表明,单体M8和侧链液晶聚合物P1、P2系列均为左旋的光学活性物质。八种单体和三个系列液晶聚合物都符合分子设计,呈现出液晶织构,其中M1、M2、M4、M5四个单体呈现球粒织构和纹影织构,M3呈现纹影织构和丝状织构,M6呈现丝状织构,M1、M2、M3、M4、Ms、M6为向列相液晶单体；M7呈现层线织构、棒状织构和焦锥织构,为近晶型液晶；M8呈蓝相织构和Grand-jean织构,为胆甾型液晶。星形化合物呈现丝状织构,为向列相液晶。两个系列侧链液晶聚合物除P1-7呈现油丝织构和焦锥织够外其余聚合物均呈现Grand-jean织构,两系列聚合物均为胆甾相液晶。对于聚合物P1系列,随着手性单体M8含量的增加,聚合物的Tg总体上是呈减小趋势,Ti呈先减小后增大的趋势；聚合物P2系列,其Tg的变化不大,Ti呈先减小后增大的趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 液晶概述
• 1.1.1 液晶基本概念及研究简史
• 1.1.2 液晶的分类及织构
• 1.2 液晶高分子概述
• 1.2.1 液晶高分子的产生及发展
• 1.2.2 液晶高分子的典型结构
• 1.2.3 液晶高分子的应用
• 1.3 星型液晶
• 1.4 含氟液晶简介
• 1.4.1 含氟液晶的分类
• 1.4.2 常见含氟聚合物
• 1.4.3 含氟液晶的研究现状及应用前景
• 1.5 手性侧链液晶概述
• 1.5.1 手性侧链液晶高分子简介
• 1.5.2 手性侧链液晶高分子的发展及应用
• 1.5.3 手性侧链液晶的分子设计与合成
• 1.5.4 手性液晶单体及高分子的国内外研究现状
• 1.6 本论文的意义及特色
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要实验试剂及理化性质
• 2.2 测试方法及仪器
• 2.3 液晶中间体及单体的合成路线
• 1的合成路线'>2.3.1 液晶单体M₁的合成路线
• 2的合成路线'>2.3.2 液晶单体M₂的合成路线
• 3的合成路线'>2.3.3 液晶单体M₃的合成路线
• 4的合成路线'>2.3.4 液晶单体M₄的合成路线
• 5的合成路线'>2.3.5 液晶单体M₅的合成路线
• 6的合成路线'>2.3.6 液晶单体M₆的合成路线
• 7的合成路线'>2.3.7 液晶单体M₇的合成路线
• 8的合成路线'>2.3.8 手性液晶单体M₈的合成路线
• 2.4 星形液晶化合物及手性侧链液晶聚合物的合成路线
• 2.4.1 PG系列星形化合物的合成路线
• 2.4.2 手性侧链液晶聚合物的合成路线
• 2.5 液晶中间体及单体的制备
• 1的合成方法'>2.5.1 液晶单体M₁的合成方法
• 2的合成方法'>2.5.2 液晶单体M₂的合成方法
• 3的合成方法'>2.5.3 液晶单体M₃的合成方法
• 4的合成方法'>2.5.4 液晶单体M₄的合成方法
• 5的合成方法'>2.5.5 液晶单体M₅的合成方法
• 6的合成方法'>2.5.6 液晶单体M₆的合成方法
• 7的合成方法'>2.5.7 液晶单体M₇的合成方法
• 8的合成方法'>2.5.8 手性液晶单体M₈的合成方法
• 2.6 星形液晶化合物及手性侧链液晶聚合物的制备
• 2.6.1 PG系列星形化合物的合成方法
• 2.6.2 手性侧链液晶聚合物的合成方法
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 红外分析
• 3.1.1 中间体及单体的红外谱图分析
• 3.1.2 星形液晶化合物及手性侧链液晶聚合物的红外谱图分析
• 3.2 旋光分析
• 3.2.1 物质的旋光性
• 3.2.2 聚合物的的旋光性分析
• 3.3 单体及聚合物的偏光分析
• 3.3.1 单体的偏光分析
• 3.3.2 聚合物的偏光分析
• 3.4 单体及聚合物热分析
• 3.4.1 单体的热分析
• 3.4.2 聚合物的热分析
• 7的X-射线衍射分析'>3.5 单体M₇的X-射线衍射分析
• 3.5.1 X-射线衍射法
• 3.5.2 液晶化合物的X-射线衍射
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢