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.     

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.     

二乙炔桥连苯并菲盘状液晶二聚体的合成及其介晶性

通过桥链将2个盘状介晶基元相连,不仅可以稳定盘状液晶柱状相,还有利于玻璃态柱状相的形成,提高盘状液晶作为有机半导体材料的实用性．为此,通过铜盐催化的Eglinton偶联反应合成了8个二乙炔桥连的苯并菲盘状液晶二聚体化合物[C18H6（OCnH2n＋1）4（OMe）O2C—C8H16-C--C-]2,3（n）,（n=4-8）,[C18H6（OC6H13）5O2C—C8H16-C-C-]2,（6）和[C18H6（oc6H13）5O-（CH2）m-C-=C-]2,8（m）,（m=1,3）．差示扫描量热法（DSC）和热台偏光显微镜（POM）对其介晶性进行研究发现：（1）苯并菲周边柔链长度对液晶二聚体化合物的介品性有影响;（2）二聚体化合物3（n）和6具有玻璃态柱状相,并且所有苯并菲二聚体化合物在降温至-50℃均未出现结晶现象;（3）与二聚体3（6）相比,分子对称性较高的化合物6具有较稳定的柱状相,及较宽的介晶温度范围;（4）连接基、中心桥链的长度和刚性对苯并菲盘状液晶二聚体介晶性有重要影响．     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

新的混合柔链苯并菲盘状液晶：分子对称性与宽温柱状介晶相

A series of new trialkoxytrialkanoyloxytriphenylene TP（OCnH2n＋1）3（OCOCmH2m＋1）3 （5a-5e） （n =m＋1 =4- 8） discotic liquid crystals were prepared and their mesomorphic properties were investigated using differential scanning calorimetry （DSC） and polarizing optical microscopy （POM）. The symmetrical and shorter chain triphenylenes display higher melting points and clearing points, more highly ordered and stable columnar mesophase than the asymmetrical and longer chain triphenylenes respectively.     

苯并菲盘状液晶的合成、亲氟效应及分子对称性对介晶性的影响

New symmetrical and asymmetrical triphenylene-containing discotic liquid crystals with two different peripheral alkyl chains, known as sym-TP(OC6H13)3(OR)3 and asym-TP(OC6H13)3(OR)3, were synthesized. Their thermotropic liquid crystal properties were investigated through polarizing optical microscopy (POM), differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XRD) analyses. The asyrranetdcal discogens are 2,6,11-rialkoxy-3,7,10-trihexyloxytriphenylenes, with the alkyl chain carbon numbers varying from 3-10, 12, and 14, while the symmetrical compounds are 2,6,10-trialkyloxy-3,7,11-trihexyloxytriphenylene. Two fluoroalkoxy substituted triphenylene discogens, 2,6,10-td(4,4,4-trifluorobutoxy)-3,7,11-trihexyloxytriphenylene and its asymmetrical isomer 2,6,11-tri(4,4,4-trifluorobutoxy)-3,7,10-trihexyloxytdphenylene were prepared. These two compounds show higher melting and clearing points than their alkoxy analogs, which implies that fluorophilic effect exists in the formation and stabilization of discotic columnar mesophase. The triphenylene derivatives TP(OC6H13)3(OR)3 with two different peripheral chains, symmetrically or asymmetrically attached on triphenylene cores, have lower melting points and clearing points than those of the higher symmetrical compounds TP(OR)6 with the same total chain carbon numbers. The mixed-chain-triphenylenes with longer alkoxy chains (n=9,10,12,14) show columnarmesophase at room temperature.     

Synthesis of Mixed Tail Triphenylene Discotic Liquid Crystals： Molecular Symmetry and Oxygen-Atom Effect on the Stabilization of Columnar Mesophases

Small change in chemical structure of discotic liquid crystals can cause big difference in their mesomorphism. Replacing of the alkoxy peripheral chains of triphenylene by oxygen-atom containing ester chains would result in novel mesomorphism. A series of mixed tail triphenylenes containing propoxyacetyloxy and alkoxy, abbreviated as C18H6（OCnH2n＋1）3（OCOCH2OC3H7）3, n=4-8, and hexa（propyloxyacetyloxy）triphenylene, C18H6（OCOCH2OC3H7）6 were synthesized. Thermal gravimetry analysis （TGA） of three discogens showed that they had good thermal stability till 350 ℃. The mesomorphism was investigated through differential scanning calorimetry （DSC） and polarized optical microscopy （POM）. The preliminary X-ray diffraction （XRD） results of one compound showed that it exhibited ordered hexagonal columnar （Colho） mesophase. These mixed tail triphenylene derivatives possessed much stable Colho mesophase and wider mesophase ranges than their hexaalkoxytriphenylene C18H6（OR）6 and hexaalkanoyloxytriphenylene C18H6（OCOR＇）6 analogues. The asymmetrical compounds 2,6,11-trialkoxy-3,7,10-tri（2-propyloxyacetyloxy）triphenylenes with n=5-8 displayed higher clearing points and wider temperature ranges than their symmetrical isomers 2,6,10-trialkoxy-3,7,11-tri（2-propyloxyacetyloxy）- triphenylenes, while C18H6（OCOCH2OC3H7）6 had the highest clearing point due to the β-oxygen-atom effect.     

Discotic Liquid Crystals of Transition Metal Complexes, 19: Discotic Mesomorphism and Double Clearing Behavior of Octakis(dialkoxyphenyl)phthalocyanine Derivatives

Eight novel octakis(3,4-dialkoxyphenyl)- phthalocyanine derivatives, Cn-M (2, M=2H; 3, M=Ni; 4, M=Cu; a, decyloxy; b, undecyloxy; c, dodecyloxy), have been synthesized and characterized. It was found that each of the derivatives exhibits discotic liquid crystalline properties, and that each of the Cn–Cu (4) derivatives has two kinds of D_rd2( P 2₁/ a ) mesophases. These Cn–Cu (4a,b,c) and C₁₂–2H (2c) derivatives exhibit a unique double clearing behavior.