棒狀磁性液晶的合成及性能研究

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1、棒狀磁性液晶的合成及性能研究鄭敏燕摘要液晶是具有特殊光電性能并得到廣泛應(yīng)用的功能材料。分子磁性材料是近年來研究的熱點，如何將磁性與液晶性結(jié)合起來使液晶材料多功能化是目前學術(shù)界關(guān)注的熟點課題。．如果給具有流動性的向列相液晶材料賦予磁性(也可稱之為有機磁性液體，有機磁性流體)，就可能使液晶分子不僅在電場作用下，也可能在磁場作用下有序排列，從而實現(xiàn)更大范圍，更新領(lǐng)域的特殊應(yīng)用。本論文的研究目的主要是合成集液晶性、磁性于一身的新型功能材料。主要研究內(nèi)容如下：1、以對羥基苯甲醛和一系列4．正丙基，4．正戊基取代的雙環(huán)己基甲酸、聯(lián)

2、苯甲酸及環(huán)己基苯甲酸為主要原料，通過氯化、酯化等方法，合成了6個c3和C5烷基取代的多環(huán)單酯基苯甲醛類液晶。用元素分析、1HNMR、瓜及MS測試技術(shù)表征了產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，通過DSC及POM(偏光顯微鏡)對其液晶相進行了研究。結(jié)果表明，室溫條件下羧酸的氯化可有效地抑制反式環(huán)己烷的構(gòu)型轉(zhuǎn)化；這類芳香醛化合物在加熱過程中呈典型的向列項紋影及條紋織構(gòu)，液晶相溫度區(qū)間107．156"(3。2、提出了一種在無水丙酮體系中，采用KMn04選擇性氧化芳環(huán)上醛基制備羧基的新方法。運用此法，以4．正丙基，4．正戊基取代的雙環(huán)己基甲酸、聯(lián)苯甲酸及

3、環(huán)己基苯甲酸為主要原料，用一次酯化、一次氧化的方法(酯化氧化法)，合成了6個單酯基芳香酸類化合物。總產(chǎn)率大于70％。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)以IR，MS，1HNMR及元素分析進行表征，DSC及POM測定表明6個目標化合物具有熱致液晶性，呈典型的向列相紋影及條紋織構(gòu)。3、以4-(4<反．4．正丙基環(huán)己基)苯酰氧苯甲醛為原料，研究了在無水體系以高錳酸鉀為氧化劑，選擇性氧化制備4．(4．(反-4·正丙基環(huán)己基)苯酰氧苯甲酸，通過正交實驗法對影響反應(yīng)的因素進行了研究，利用紅外光譜研究了氧化反應(yīng)的機理，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)用m，Ms，IHNMR及元素分析表

4、征。結(jié)果表明，在無水丙酮中無任何催化荊條件下，KMn04具有氧化活性，可以在芳環(huán)上同時存在烷基和醛基時選擇性氧化醛基，選擇性達100％。最佳條件是高錳酸鉀用量為芳香醛物質(zhì)的量的2倍，反應(yīng)時間4h，酸解時間1．5h，產(chǎn)率95％。4、提出通過一次氧化，兩次酯化(氧化酯化法)的方法合成雙酯類芳香醛類化合物。以對羥基苯甲醛和4．正丙基，4．正戊基取代的雙環(huán)己基甲酸、聯(lián)苯甲酸及環(huán)己基苯甲酸為主要原料，合成了6個具有較長的剛性骨架、多環(huán)雙酯基苯甲醛類液晶。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)IR，MS，1HNMR和元素分析表征，通過DSC及POM研究了化合

5、物的液晶行為。結(jié)果表明，以此法合成產(chǎn)物，總產(chǎn)率大于60％。雙酯類芳香醛類化合物液晶相溫度范圍超過78℃，主要呈現(xiàn)向列相織構(gòu)。5、利用縮合反應(yīng)合成了6個具有希夫堿及單酯基結(jié)構(gòu)、末端為TEMPO的磁性分子。經(jīng)液相色譜、質(zhì)譜、紅外光譜等方法確定了化合物的純度和結(jié)構(gòu)。以DSC及POM研究化合物的液晶性質(zhì)。其中端基為戊基的磁性化合物經(jīng)測定具有液晶性，其液晶相區(qū)間分別達到了3．9～6．5"C，呈現(xiàn)出向列相紋影及絲狀織構(gòu)。EPR譜表明化合物在室溫時具有順磁性。6、經(jīng)過酯化及縮合反應(yīng)合成了6個具有希夫堿及雙酯基結(jié)構(gòu)、末端為TEMPO的

6、磁性分子。采用液相色譜、質(zhì)譜、紅外光譜、元素分析等確定了幾個化合物的純度和結(jié)構(gòu)，DSC及POM測試表明，6個磁性化合物均具有液晶性，其液晶相溫度區(qū)間在3．5～24．3℃之間。織構(gòu)圖呈現(xiàn)膽甾相油狀，向列相紋影、絲狀織構(gòu)。EPR表明化合物在室溫時具有順磁性。7、采用酯化反應(yīng)合成了6個具有雙酯基結(jié)構(gòu)、末端為TEMPO的磁性分子。經(jīng)質(zhì)譜、紅外光譜等確定了6個化合物的結(jié)構(gòu)，并進行了DSC及POM測試。結(jié)果表明，6個磁性化合物均具有液晶性，其液晶相溫度區(qū)間在15～24．8℃之間，織構(gòu)圖為向列相。EPR表明化合物在室溫時具有順磁性，

7、并就磁性液晶對液晶材料光電性能的影響進行了初步研究。本論文共設(shè)計合成了6個系列36個新化合物。其中三個系列18個未見報道的重要中間體，文中對他們的液晶性能進行了系統(tǒng)研究，提出了室溫氯化法、無水體系選擇性氧化法，這些方法可有效地抑制反式環(huán)己烷構(gòu)型向順式構(gòu)型的轉(zhuǎn)化及芳烷基的氧化，用氧化酯化的方法合成不對稱雙酯類化合物，有效地提高了該類反應(yīng)的產(chǎn)率。另外三個系列為18個未見報道的磁性液晶分子，分子中同時具有中介核及磁性基團結(jié)構(gòu)，其中15個磁性分子同時具有磁性和液晶性，液晶相區(qū)間最寬已超過24"(2。目前國內(nèi)外報道的具有中介核、

8、末端為TEMPO自由基的磁性分子中，尚未發(fā)現(xiàn)具有液晶性。首次發(fā)現(xiàn)了磁性液晶添加到液晶材料中，可以提高液晶材料的響應(yīng)速度。關(guān)鍵詞：磁性，液晶性，酯基，希夫堿，合成SynthesisandPropertiesofRod—likeMagneticLiquidCrystalsZhengMin)，allAbstractLiquidcryst