本論文之分子設計，於含長烷鏈六炔苯基苯其中一外圍苯環上之烷鏈置換成烷氧鏈，並在苯環內側分別引入單氟及雙氟原子，期望當氟原子置於苯環內側能增加分子內側臂之間立體障礙，以降低分子上下堆疊秩序而傾向形成低溫向列型液晶，並比較氟原子數量對液晶及光學性質的探討。此類分子設計成功合成出具有低熔點(40 °C)且廣液晶溫度範圍(80 °C)之盤狀向列型液晶分子，相較於苯環外側引入雙氟原子之筒形液晶，在接近澄清點時不會因高溫而裂解。而引入雙氟原子在形成液晶相時，較易產生垂直配像排列(homeotropic alignment)。

According to lab member’s study results, introducing fluorine atoms at outside position on one of side chains in hexakis(phenylethynyl)benzene can reduce the temperature of the liquid crystal (LC) form, but the liquid crystal type is columnar, it has high order and viscosity, not suitable for display materials. In order to increase the intramolecular steric hindrance effect, I change the fluorine atoms to inside position to lower the order between molecules and form room temperature discotic nematic. 
    I successfully synthesis the near room temperature (40 °C) discotic nematic and compare to above-mentioned columnar, it would not decomposed near clear point. In the other hand, introduce two fluorine atoms at inside position could caused homeotropic orientation than single fluorine atom.

目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	I
圖表目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	III
附圖目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	V
第一章 簡介	1
1-1 液晶簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	1
1-2 液晶分類‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	2
1-2-1盤狀向列型‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	3
1-2-2 筒型‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	3
1-3 研究動機‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	4
第二章 實驗與合成	8
2-1 實驗簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	8
2-2 儀器設備‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	8
2-3 實驗藥品‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	11
2-4 合成步驟‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	13
第三章 結果與討論	25
3-1-1 液晶性質之探討‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	25
3-1-2雙光軸向列相(biaxial nematic, Nb)之鑑定‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
3-2 Spartan模擬最佳化結構及電子雲分布‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	29
	31
3-3粉末X光繞射(Powder X-ray Diffraction)探討‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
3-4晶體結構之解析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
3-5光學性質之探討‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	34
	37
	40
3-6 結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	42
參考資料‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	43
附錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	44
 
圖表目錄
圖1、液晶之雙熔點性質及固相至各向同性之分子排列示意圖	1
圖2、液晶分子基本結構示意圖(A、B為中央核心；Y為連接   
      基；M、N為側邊取代基；R、R’為末端基) ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	

2
圖3、(a)盤狀向列型液晶分子排列示意圖(b)液晶光學紋理圖‧‧‧	3
圖4、(a)六角筒型液晶分子排列示意圖(b)液晶光學紋理圖‧‧‧‧‧‧‧	4
圖5、Praefcke所發表之盤狀向列型液晶分子‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	5
圖6、引入盤狀液晶作為補償膜之示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	5
圖7、氟與氫的凡德瓦半徑(Van der Waals radius)示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	6
圖8、化合物1a-1為本實驗室陳柏蓉所合成；1a-2、1a-3為本
實驗室成員陳永清所合成；1b為本實驗室成員陳品均所
合成；1c、1d為本論文所設計的六炔苯基苯衍生物‧‧‧‧‧‧	



7
圖9、化合物1b在偏光顯微鏡下，升溫至150 oC所觀測到之
筒型液晶紋理圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	

28
圖10、化合物1c在偏光顯微鏡下降溫至80 oC所觀測到之向
列型液晶紋理圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	

28
圖11、化合物1d在偏光顯微鏡下升溫至88 oC所觀測到之向
列型液晶紋理圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	

29
圖12、化合物1d利用自由立法於偏光顯微鏡下由120 oC降溫
至108 oC所觀察之線條紋理圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	
	31
圖13、化合物1b-1d之Spartan模擬圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	33
圖14、以Spartan模擬1c之分子尺度示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	35
圖15、化合物1c之一維粉末X光繞射光譜圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	35
圖16、以Spartan模擬1d之分子尺度示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	36
圖17、化合物1d之一維粉末X光繞射光譜圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	36
圖18、化合物1c之Spartan之能量最佳化模擬結構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	37
圖19、以Mercury解析化合物1c之結構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	38
圖20、化合物1c晶體結構同一平面分子堆疊俯視圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	39
圖21、化合物1c晶體結構分子上下堆疊俯視圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	39
圖22、化合物1b-1d之UV-vis 吸收光譜及PL放射光譜‧‧‧‧‧‧‧‧‧	41
表1、化合物1a-1d之相轉移溫度(°C)與熱焓值(kJ mol-1)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	27
表2、合物1b-1d之UV-vis 吸收光譜及PL放射光譜資料‧‧‧‧‧‧‧	41

 

附圖目錄
附圖1、化合物1c之1H NMR光譜 (CDCl3, 600 MHz)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	45
附圖2、化合物1c之13C NMR光譜 (CDCl3, 150 MHz)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	47
附圖3、化合物1d之1H NMR光譜 (CDCl3, 600 MHz)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	48
附圖4、化合物1d之13C NMR光譜 (CDCl3, 150 MHz)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	50
附圖5、化合物1c之19F NMR光譜 (CDCl3, 600 MHz)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 	51
附圖6、化合物1d之19F NMR光譜 (CDCl3, 150 MHz)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	52
附圖7、化合物1d之19F NMR光譜decoupling H (CDCl3, 600
MHz)‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	

53
附圖8、化合物1c之質譜分析檢測結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	54
附圖9、化合物1d之質譜分析檢測結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	55
附圖10、化合物1c之元素分析檢測結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	56
附圖11、化合物1c之2nd run DSC圖(rate: 10 oC/min) ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	57
附圖12、化合物1d之2nd run DSC圖(rate: 10 oC/min) ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	58
附圖13、化合物1c之單晶結構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	59
附圖14、化合物1c之單晶數據‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧	60

(1)	Reinitzer, F. Monatsh. Chem. 1888, 9, 421-441.
(2)	Lehmann, O. Z. Phys. Chem. 1889, 4, 462-.472.
(3)	Friedel, G. Ann. Phys. 1922, 18, 273-474.
(4)	Bisoyi, H. K.; Kumar, S. Chemical Society Reviews 2010, 39, 264-285.
(5)	Dierking, I. In Textures of Liquid Crystals; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2004, p 207.
(6)	Praefcke, K.; Kohne, B.; Singer, D.; Demus, D.; Pelzl, G.; Diele, S. Liq. Cryst. 1990, 7, 589-594.
(7)	W. Gray, G.; M. Kelly, S. Journal of Materials Chemistry 1999, 9, 2037-2050.
(8)	Toko, Y.; Sugiyama, T.; Katoh, K.; Iimura, Y.; Kobayashi, S. Journal of Applied Physics 1993, 74, 2071-2075.
(9)	Dove, D. B.; Long, T. R. Journal of Applied Physics 1965, 36, 1068-1075.
(10)	Gray, G. W.; Hird, M.; Toyne, K. J. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1991, 195, 221-237.
(11)	Collings, P., J., Hird, M. 著; 楊怡寬、郭蘭生、鄭殷立編譯; 液晶化學及物理入門，2001偉明圖書有限公司.
(12)	淡江大學；徐秀福老師實驗室；陳永清碩士論文(2013).
(13)	淡江大學；徐秀福老師實驗室；陳品均專題研究(2015).
(14)	(a) Acharya, B. R. P., A. ; Dingemans, T. J. ; Samulski, E. T.; Kumar, S. Pramana 2003, 61, 
231-238. (b) Acharya, B. R. ; Primak, A. ; Kumar, S. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 145506. (c) Madsen, L. A. ; Dingemans, T. J. ; Nakata, M. ; Samulski, E. T. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 145505.
(15)	(a) Jeong, K.-U. J., A. J. ; Monsdorf, B. ; Graham, M. J. ; Harris, F. W. ; Cheng, S. Z. D. J. Phys. 
Chem. B. 2007, 111, 767-777.
(16)	(a) Praefcke, K. K., B.; Singer, D. Liq. Cryst. 1990, 7, 589-594. (b) Reddy, R. A.; Sadashiva, B. 
K. J. Mater. Chem. 2004, 14, 310-319. (c) Sadashiva, B. K.; Reddy, R. A.; Pratibha, R.; Madhusudana, N. V. J. Mater. Chem. 2002, 12, 943-950. .
(17)	Chandrasekhar, S. N., G. G.; Rao, D. S. S.; Prasad, S. K. Liq. Cryst. 1998, 24, 67-70.
(18)  (a) Kleman, M. P., Lines and Walls, In Liquid Crystals, Magnetic Systems, and Various Ordered Media (Wiley, New York, 1982). (b) Defects in Liquid Crystals: Computer Simulations, Theory and Experiments, edited by O.D. Lavrentovich, P. Pasini, Zannoni, C.; Žumer, S. (Kluwer, Dordrecht, 2001). (c) Chiccoli, C.; Feruli, I.; Lavrentovich, O. D.; Pasini, P.; Shiyanovskii, S. V.; Zannoni, C. Phy. Rev. 2002, 66, 030701-1-03701-4.