含氟链不对称苯并菲盘状液晶的合成及疏氟效应对介晶性的影响

盘状液晶分子中引入氟代烃链并利用疏氟效应（fluorophobic effect）能有效稳定分子的柱状堆积;低对称性的盘状分子有较低的熔点和宽的介晶相温度范围．基于此,本文设计并合成了一系列半氟酯链的不对称苯并菲化合物C18H6（OCnH2n＋1）4（OCH3）（O2CC2H4C6F13）（1）,及相对应的不含氟化合物C18H6（OCnH2n＋1）4（OCH3）（O2CC8H17）（2）,n=4—8．化合物结构通过核磁和质谱表征．介晶性通过差示扫描量热法和偏光显微镜进行了研究．结果显示：化合物均为柱状互变热致液晶．含氟链化合物1a—1e与相对应的化合物2a-2e比较,有更高的熔点和清亮点．合成的多数化合物为室温液晶．     

官能化苯并菲盘状液晶的合成及不饱柔链对介晶性的影响

合成了12个含不饱和软链的苯并菲盘状液晶化合物,C18H6（OC5H11）6-x（OR）x（x=1,2,3）,R=-C3H6CH=CH2（a）,-C3H6C≡CH（b）,-C2H4OCH=CH2（c）.化合物结构通过核磁共振氢谱和高分辨质谱表征.化合物热致液晶性通过偏光显微镜（POM）,差视扫描热量法（DSC）,和X射线衍射（XRD）进行了研究.结果显示目标化合物呈现有序的六方柱状介晶相.端炔基链化合物b系列熔点最高.乙烯氧基柔链化合物c系列有最高的清亮点和最宽的介晶性温度范围,且随着不饱和醚链数的增多,清亮点明显升高.对称苯并菲化合物sym-C18H6（OC5H11）3（OR）3比不对称化合物asym-C18H6（OC5H11）3（OR）3具有更高的熔点和清亮点.乙烯氧基柔链可极化的偶极相互作用对液晶稳定性有较大贡献.     

钯催化偶联反应合成刚性桥连的苯并菲盘状液晶二聚体

盘状液晶是一类新型有机半导体材料, 盘状二聚体具有新颖的自组织特性. 合成了一系列官能化的盘状液晶单体, 再通过Pd催化端炔自身偶联反应合成了六个二苯基丁二炔桥连的苯并菲盘状液晶二聚体: (RO)₅C₁₈H₆(O₂CC₆H₄C≡C—C≡CC₆H₄CO₂)C₁₈H₆(OR)₅ (R＝C_nH_2n＋1, n＝4～9). 化合物的纯度和结构通过¹H NMR, IR和高分辨质谱表征. 二聚体的热失重分析(TGA)结果显示它们有良好的热稳定性, 在370 ℃才开始分解. 化合物的热致液晶性通过偏光显微镜和差视扫描热量法研究, 结果显示所有单体及二聚体化合物均为柱状相液晶, 在室温及以下仍处于液晶相. 单体清亮点随柔链增长呈下降趋势, 而二聚体呈相反趋势. 苯并菲柔链长度和连接基刚性对液晶性都有重要影响.     

不对称苯并菲盘状液晶的合成及取代基对介晶性的影响

合成了一系列新型含间位二硝基苯甲酸酯不对称苯并菲盘状液晶化合物2-(3,5-二硝基苯甲酰氧基)-3,6,7,10,11-五烷氧基苯并菲(3a～3f). 通过偏光显微镜(POM)和差示扫描量热计(DSC)对其介晶性进行了研究. 结果显示: 此类化合物有高的清亮点, 稳定的六方柱状相以及较宽的介晶相范围, 且随着软链碳原子数的增加, 化合物的熔点和清亮点均出现下降趋势, 但六方柱状相的有序性却没有发生很明显的变化. 同时通过与其它三类苯并菲盘状液晶2-苯甲酰氧基-3,6,7,10,11-五烷氧基苯并菲(4a～4f), 2-二茂铁甲酰氧基-3,6,7,10,11-五烷氧基苯并菲(5a～5f), 2,3,6,7,10,11-六烷氧基苯并菲(6a～6f)的对比研究, 探讨了酯基, 强吸电子基团, 以及取代官能团体积对介晶性的影响. 证实了苯并菲化合物中分子结构小的变化将引起介晶性大的改变.     

氢键稳定的苯并菲盘状液晶的合成及介晶性

盘状液晶分子能自组装成高度有序的六方柱状介晶相. 其各向异性的载流子高速迁移率使其成为较理想的有机光电子材料. 采用分子间氢键锚定柱状相, 获得介晶相温度范围宽、有序度高的苯并菲盘状液晶是本研究的目的. 本文通过分子设计, 合成了3个系列, 共18个有两种不同软链的苯并菲盘状液晶化合物C₁₈H₆(OR)₅(OCH₂COOEt), C₁₈H₆(OR)₅(OCH₂COOBu)和C₁₈H₆(OR)₅(OCH₂CONHBu), 其中R＝C_nH_2n＋1, n＝4～9. 化合物的纯度和结构通过¹H NMR和元素分析确证. 化合物热稳定性通过热重分析(TGA)测定, 并显示出较高的热稳定性. 通过偏光显微镜(POM)和差示扫描量热法(DSC)对这些化合物的热致液晶性进行了研究. 结果显示对于分子中含有酰胺基的苯并菲液晶化合物C₁₈H₆(OR)₅(OCH₂CONHBu), 与具有同样软链长度的分子中不含酰胺键的化合物系列C₁₈H₆(OR)₅(OCH₂COOBu)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.     

含有长烷氧链混合醚-酯类苯并菲盘状液晶的合成及其介晶性研究

本文合成了含有不同柔链的对称和非对称苯并菲盘状液晶:sym-C18H6(OC11H23)3(O2CR)3和asym-C18H6(OC11H23)3(O2CR)3,R=(CH2OC2H5),CH2OC3H7,CH2OC4H9,CH2OC5H11,C3H7,C4H9,C5H11,C6H13,C7H15。通过偏光显微镜(POM)和差视扫描量热法(DSC)对它们的热致液晶性性进行了研究,结果显示:非对称性化合物比它们相应的对称性化合物有更高的熔点和清亮点。对于同一系列的化合物G18H6(OC11H23)3(OOCR)3,随取代基R的增长,其熔点下降,清高点反而升高。无论对称和非对称苯并菲衍生物G18H6(OC11H23)3(O2CR)3,(R=CH2OC2H5,CH2OC3H7,CH2OC4H9,CH2OC5H11),与有同样软链长度的苯并菲衍生物G18H6(OC11H23)3(O2CR)3,(R=C4H9,CK5H11,C6H13,C7H15)相比较,大都有更高的熔点和清亮点。另外,有足够长度软链的苯并菲衍生物在室温下就显示介晶相。     

含有长烷氧链混合醚一酯类苯并菲盘状液晶的合成及其介晶性研究

本文合成了含有不同柔链的对称和非对称苯并菲盘状液晶：sym-C18H6（OC11H23），（02CR）3和nsym-C18H6（OCIIH23）3（02CR）3，R=（CH20C2H5），CH20C3H7，CH20C4H9，CH20C5H11,C3H7，C4H9，C5Hll,C6H13，C7H15。通过偏光显微镜（POM）和差视扫描量热法（DSC）对它们的热致液晶性性进行了研究，结果显示：非对称性化合物比它们相应的对称性化合物有更高的熔点和清亮点。对于同一系列的化合物G18H6（OC11H23），（OOCR）3随取代基R的增长，其熔点下降，清高点反而升高。无论对称和非对称苯并菲衍生物G18H6（OC18H23）3（02CR）3，（R=CH20C2H5，CH20C3H7，CH20C4H9，CH20C5H11），与有同样软链长度的苯并菲衍生物G18H5（OC11H23）3（O2CR）3，（R=C4H9，CK5H11,C6H13C，H15）相比较，大都有更高的熔点和清亮点。另外，有足够长度软链的苯并菲衍生物在室温下就显示介晶相。     

半氟烃链苯并菲盘状液晶的合成及其介晶性

全氟烃链的憎氟效应(fluorophobic effect)可有效地促使棒状分子形成近晶相, 并稳定液晶相. 为进一步探讨氟效应对盘状分子介晶性的影响, 合成了一系列全氟酯链的苯并菲化合物C₁₈H₆(OC_nH_2n＋1)₅(OCOC₂H₄C₆F₁₃) (a), 以及另一系列相对应的不含氟化合物C₁₈H₆(OC_nH_2n＋1)₅(OCOC₈H₁₇) (b), 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. 化合物a与相对应的化合物b比较, 其熔点和清亮点上升, 柱状相的热稳定性增强.     

有玻璃态和液晶态的胆甾烯基苯并菲的合成及介晶性

将盘状液晶基元苯并菲与手性向列型液晶基元胆甾烯基结合的化合物, 可望出现全新的性质. 合成了含有胆甾烯基的苯并菲化合物C₁₈H₆(OC₅H₁₁)₅(OC₅H₁₀COOCh) (2), 2,7-C₁₈H₆(OC₅H₁₁)₄(OC₅H₁₀COOCh)₂ (4), C₁₈H₆(OR)₃(OC_nH_{2nCOO- Ch)3 (R＝C5H11, C7H15, C9H19, C11H23, n＝1, 5, 10) (6a～6f), C18H6(OC5H10COOCh)6 (Ch: cholesteryl) (8). 偏光显微镜和差示扫描量热法对这些化合物的热致介晶性研究结果显示, 化合物 4, 6a～6e具有手性盘状向列相和玻璃态, 8呈现近晶B相(SB)和玻璃态. 随间隔基长度n和烷基链R碳原子数的增加, 化合物玻璃化温度和清亮点呈下降趋势. 随着胆甾烯基数目减少, 化合物的玻璃化温度和清亮点降低.}     

含有酯基及酰胺基柔链的苯并菲盘状液晶的合成、分子间氢键对柱状介晶性的影响

合成了三个系列, 共二十四个有两种不同软链的对称和非对称苯并菲盘状液晶化合物, C₁₈H₆(OR)₃- (OCH₂COOEt)₃, C₁₈H₆(OR)₃(OCH₂COOBu)₃, C₁₈H₆(OR)₃(OCH₂CONHBu)₃, 其中R＝C₅H₁₁, C₆H₁₃, C₇H₁₅, C₈H₁₇. 化合物通过柱层析纯化, 结构通过¹H NMR, IR, 元素分析等确证. 化合物热稳定性通过TGA测定, 并显示出较高的热稳定性. 通过偏光显微镜和差视扫描量热法对这些化合物的热致液晶性进行了研究. 结果显示: 对于苯并菲液晶化合物C₁₈H₆(OR)₃(OCH₂COOEt)₃, 非对称性化合物较之对称异构体化合物有更低的熔点和更高的清亮点, 因而非对称性化合物有更宽的介晶温度范围. 对于分子中含有酰胺基的苯并菲液晶化合物C₁₈H₆(OR)₃(OCH₂CONHBu)₃, 对称化合物有比非对称异构体更高的清亮点和更有序的六方柱状介晶相, 且其与具有同样软链长度的分子中不含酰胺基的化合物系列C₁₈H₆(OR)₃(OCH₂COOBu)₃相比较, 由于柱内分子间氢键的形成, 不仅有更高的熔点和清亮点, 而且有更丰富的柱状介晶相.     

丙基联苯酯型液晶的合成:不饱和端基及氧原子对介晶性的影响

本文以对溴苯甲醚为原料制备成格氏试剂,与4-丙基环己酮亲核加成,脱水,Pd/C催化脱氢芳基化,L iPPh2脱甲基得到了4-正丙基-4’-羟基联苯。该联苯与酰氯酯化反应合成了系列丙基联苯酯类液晶化合物C3H7-C6H4-C6H4-OC(O)R。通过差示扫描量热法和热台偏光显微镜对其介晶性研究发现,当R=CnH2n 1(n=3,4)时,化合物无液晶性;但n=5-7、10,C8H16CH=CH2,C8H16C≡CH时,化合物具有SA相;当R=CH2OCmH2m 1(m=2-5),CH2OCH2CH2OCH3时,化合物呈有序度较较高的SB相。这类化合物的液晶相较窄,多在25℃-100℃范围内。TGA测试的化合物热分解温度都高于200℃。     

分子间氢键对苯并菲柱状介晶性的影响: 量子化学ONIOM (MO/MM)研究

我们最近的实验显示: 对于分子中含有酰胺基的苯并菲液晶化合物C₁₈H₆(OC₅H₁₁)₃(OCH₂CONHC₄H₉)₃, 对称化合物有比反对称异构体更高的清亮点和更有序的六方柱状介晶相, 且与具有同样软链长度的分子中不含酰胺基的化合物C₁₈H₆(OC₅H₁₁)₃(OCH₂COOC₄H₉)₃相比较, 有更高的清亮点和更丰富的柱状介晶相. 本文通过量子化学ONIOM (B3LYP/6-31G(d,p):UFF)计算, 说明对于带酰胺基的分子, 对称分子比反对称分子有较大的稳定化能和较高的转动势垒. 对于对称性分子, 带酰胺基的分子比带酯基的分子有较大的稳定化能和较高的转动势垒. 这说明由酰胺基形成的分子间氢键起了稳定液晶相和锚定六方柱状相的作用, 可以解释带酰胺基的分子和对称性分子有较高的清亮点和更有序的六方柱状介晶相. 如果加长酰胺基的软链, 则可使氢键锚定的扭转角减少, 这样有利于提高电荷传输速率.     

具有不同柱状结构的苯并菲盘状液晶化合物的合成及自组装

合成了3种含有不同长度烷基链的苯并菲盘状液晶化合物; 通过1H NMR 和 MALDI-TOF MS对其结构进行了表征; 利用差示扫描量热法(DSC)、热台偏光显微镜(POM)和小角X射线散射实验(SAXS)对3种液晶化合物的自组装行为进行了研究. 结果表明, 烷基链的长度对苯并菲盘状液晶化合物自组装结构的影响显著. 柔性链为辛基的苯并菲盘状液晶化合物自组装成六方柱状液晶相; 柔性链为十二烷基的化合物自组装成倾斜柱状液晶相; 而柔性链为十六烷基的化合物则未形成液晶相.     

苯丙炔酸和苯丙烯酸酯苯并菲盘状液晶的合成及介晶性

合成了7个含苯丙炔酸和苯丙烯酸酯链的苯并菲盘状液晶化合物C₁₈H₆(OC_nH_2n＋1)₅O₂CR' [R'＝C≡CC₆H₅, n＝4～9 (1a～1f); R'＝CH＝CHC₆H₅, n＝6 (1g)]. 该系列化合物结构通过¹H NMR, IR和元素分析表征. 液晶性通过差示扫描量热法和偏光显微镜进行了研究, 结果显示: 化合物均为六方柱状相热致型液晶; 含苯丙炔酸酯链苯并菲盘状液晶化合物1a～1f, 随着烷氧链的增长, 清亮点呈现逐渐下降的趋势; 对于含苯丙烯酸酯链苯并菲化合物1g与具有同样软链长度的炔基酯链苯并菲化合物1c比较, 具有更低的熔点和结晶点, 而它们的清亮点几乎一致, 因而化合物1g有更宽的介晶性温度范围.     

点击化学合成盘-棒-盘状液晶三聚体

本文设计并合成了一系列盘-棒-盘状液晶三聚体.此类三聚体由两个相同的苯并菲盘状介晶基元和一个联苯棒状介晶基元通过CuI-NEt3体系催化端基炔和端基叠氮化合物的点击反应连接形成.该三聚体结构通过核磁、红外和高分辨质谱表征;介晶性通过偏光显微镜(POM)、差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)进行了研究.结果显示:此类液晶三聚体均为室温液晶,呈现四方柱状相(Colr).连接3个介晶基元的柔性间隔基的长度对化合物的相转变温度具有明显影响.     

三唑环修饰的苯并菲二羧酸酯和酰亚胺: 合成、液晶及凝胶性

在盘状液晶分子外围柔性链中引入功能不同的基团, 是设计和合成具有良好液晶性能化合物的常用策略. 本工作从苯并菲2,3-二甲酸和酸酐出发, 通过亲核取代和点击反应, 分别合成了两类三唑环修饰的苯并菲二羧酸酯和苯并菲酰亚胺化合物. 热重分析仪(TGA)测试表明, 新制备的主要中间产物与目标化合物失重为5%时的温度在274~389 ℃之间, 均表现出良好的热稳定性. 我们通过差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)和变温X射线衍射(XRD)实验对这些化合物的热力学行为和介晶性进行了研究. 除三唑环修饰的酯3a和3b无液晶性外, 主要中间产物(2和5)与三唑环修饰的酰亚胺产物(6a和6b)均有一个六方柱状液晶相. 此外, 制备的以三唑为桥联基团的酰亚胺二聚体10为室温液晶, 具有173 ℃的液晶范围. XRD证实了该二聚体中存在有序度不同的两种柱状液晶相(Col_h1和Col_h2). 另外, 由于三唑环的引入, 三唑环修饰的酯类和酰亚胺两类化合物在某些有机溶剂中都能形成有机凝胶. 其中, 二聚体10在1,2-二氯乙烷和1,4-二氧六环中表现出优异的凝胶能力, 其临界凝胶浓度(CGC)可低至1 mg/mL. 相比之下, 不含三唑环的中间产物2和5则不能形成凝胶, 表明三唑环之间的偶极-偶极作用和液晶刚性核π-π堆积的协同作用对于超分子凝胶的形成起着重要的作用. 因此, 同时表现出液晶和凝胶性质的三唑环修饰的苯并菲2,3-二酰亚胺分子具有成为一种多功能材料的潜在应用价值.     

含炔基类盘状液晶分子的研究进展

盘状液晶分子具有平面盘状结构且能在一定条件下排列成有序的柱状相,其特有的柱状相结构使得这类材料具有特殊的性质,在光电转换、有机半导体及液晶磁性材料等方面有着广泛的应用,因此受到广大科研工作者越来越多的关注。本文主要综述了近十几年来国内外文献报道的含炔基的盘状液晶分子及其性质,着重讨论炔基基团在不同的位置时对盘状液晶性能的影响。     

液晶二聚体

液晶二聚体作为半柔性主链型液晶聚合物的简化模型, 通过对其液晶性质的研究, 有助于理解更复杂聚合物体系的液晶行为. 另外, 液晶二聚体作为一类特殊的液晶也有其自身的相结构和相行为. 以分子结构与液晶态的相互关系为主线, 系统介绍了目前文献报道的对称及非对称棒状液晶二聚体(线形、H形、U形、T形)、盘状液晶二聚体(对称的盘-盘状液晶二聚体和非对称的盘-棒状液晶二聚体)和香蕉形液晶二聚体(对称的香蕉-香蕉形液晶二聚体和非对称的香蕉-棒状液晶二聚体)等各种不同类型的液晶二聚体的研究进展, 以期为新型液晶二聚体的分子设计提供一些借鉴.     

盘状液晶材料的研究进展

盘状液晶分子容易形成柱状堆积的超分子组装体, 由于分子在液晶态具有一定的流动性, 使得组装体具有良好的结构缺陷自修复功能. 因此具有特定芳香共轭结构的盘状液晶分子可以呈现较高的导电特性, 能够有效传输电荷, 具有制备光电器件的潜在应用价值. 本文主要介绍以苯环、苯并菲、六苯并蔻、苝和肽菁为中心核的盘状液晶材料, 其分子结构的化学修饰对液晶性能的影响, 液晶材料在有机发光二极管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和太阳能电池器件中的应用, 以及盘状液晶材料相关的动力学研究进展.     

含酯基和酰胺基支链的苯并菲液晶电荷传输性质的量子化学研究

根据Marcus半经典模型,计算了支链中含酰胺基和含酯基的苯并菲盘状液晶化合物C18H6(OC2H5)3(OCH2CONHCH3)3和C18H6(OC2H5)3(OCH2COOCH3)3的电荷转移反应的速率常数。这两种化合物的支链都可以对称性分布,也可以非对称性分布。计算表明,支链排列的对称性对电荷转移矩阵元和电荷传输速率常数的影响很大,非对称性分子的正电荷传输速率常数和负电荷传输速率常数均大于对称性分子。所以,取代基非对称性排列对增加电荷传输速率常数有利。其原因是支链非对称排列的分子的质量中心与几何中心不重合,当液晶分子绕质量中心旋转的同时形成了分子间的相对平移,从而增大了电荷转移矩阵元。本文为设计、改善液晶分子的电荷传输性能提供了一条新的思路。