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系統識別號 U0002-2707200514570100
中文論文名稱 側臂之限制旋轉對六炔苯基苯之液晶性質的影響與Y形液晶材料之合成及性質探討
英文論文名稱 Manipulations of liquid crystal propertices of hexynylbenzene by hindered rotation of one side arm and mesogenic propertices of rigid y-shape molecules
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 簡士傑
研究生英文姓名 Shih-Chien Chien
電子信箱 692170128@s92.tku.edu.tw
學號 692170128
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-05-30
論文頁數 180頁
口試委員 指導教授-徐秀福
委員-汪根欉
委員-施增聯
中文關鍵字 限制側臂旋轉  不對稱側臂  增加π-π作用力  堅硬Y形液晶  向列形液晶相 
英文關鍵字 restricted rotation  unique side-arm  enhance the π-π interactions  rigid y-shape  enantiotropic nematic phase 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 系列一以具盤形向列型之hexakis(4-hexyloxyphenylethynyl)benzene,藉著改變其中一個側臂之烷氧鏈位置,進而限制其在液晶相時的旋轉,來了解其對降低液晶形成溫度之影響。將其中一側臂之烷氧鏈位置換成間位或鄰位,確實可使熔點分別下降107 oC 至87 oC;當引入同時具有對位及間位或具鄰、間、對位烷氧鏈之側臂時,其熔點繼續小幅下降,但液晶溫度範圍則回復至與全對位化合物之72 oC。為了進一步降低熔點,於其中一側臂維持三條鏈的情況下,將另五個相同側臂的烷氧鏈置換為烷鏈後,可成功的使熔點下降至接近室溫的30 oC,且具穩定的液晶性質。系列二希望藉由在分子側邊作取代而改變垂直分子軸方向的折射率,並利用增加分子間作用力來平衡因Y 形幾何結構所導致之不穩定液晶性質。故合成以噻吩為中心分別接上一個苯基及二個炔聯苯基之Y 形分子,在總鏈長為6 時,其液晶溫度範圍為76 oC,熔點為64 oC,且具有穩定的液晶性質。
英文摘要 In the first part of this thesis, incorporation of a laterally substituted peripheral into the disc-like hexaynylbenzene to exhibit restricted rotation of the unique side-arm was performed to enhance the π-π interactions for stabilization of the ND phase. At the same time, the lateral substitution should lower the transition temperatures. Compared with the model compound, hexa(hexyloxyphenylethynyl)benzene, moving the alkoxy chains of one side-arm from para- to meta- or ortho-position significantly lowered the transition temperatures.
Moreover, combining the effects caused by para-, meta-, and
ortho-alkoxy chains can decrease the melting temperature was further lowered.
In series 2, the synthesis and mesogenic properties of rigid y-shape molecules were explored. By introducing a biphenyl unit onto a bent thiophene-based mesogen, a rigid y-shaped molecule, 2-(4-hexyloxyphenyl)-3,5-(4'-hydroxybiphenylethynyl)thiophene was obtained. The rigid lateral substitution did not cause the loss of liquid crystallinity and on the contrary, an enantiotropic nematic phase was achiered.
論文目次 目錄
中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………...II
目錄………………………………………………………………..III
圖表目錄……………………………………………………………...V
附圖目錄……………………………………………………………...X
第一章 簡介
1-1 前言……………………………………………………………….1
1-2 簡介……………………………………………………………….1
研究動機
1-3 系列一…………………………………………………………….6
1-4 系列二…………………………………………………………...11
第二章 實驗與合成
2-1 儀器設備………………………………………………………...14
2-2 實驗藥品………………………………………………………...18
2-3 實驗簡介………………………………………………………...20
2-4 合成步驟………………………………………………………...21
第三章 結果與討論
3-1 合成討論………………………………………………………...77
3-2 物性討論
3-2-1 液晶性質探討
系列一………………………………………………....93
系列二………………………………………………..111
3-2-2 粉末X-ray繞射光譜……………………………………..117
3-2-3 吸收及放射光譜…………………………………………..119
結論……………………………………………………………………129
參考資料………………………………………………………………131
附圖……………………………………………………………………134

圖表目錄
圖1. 向列型液晶之分子排列示意圖………………………………...2
圖2. 層列型液晶之分子排列示意圖………………………………...3
圖3. 膽固醇型液晶之分子排列示意圖……………………………...4
圖4. 盤形向列型液晶之分子排列示意圖…………………………...5
圖5. 筒型液晶之分子排列示意圖…………………………………...5
圖6. 筒型液晶分子常見排列俯視圖………………………………...5
圖7. Compensation principle of the birefringence by
coupling of the rod-like and disc-like LCs………....7
圖8. 具筒型液晶相之hexa(alkanoyloxy)benzene………………...7
圖9. 具筒型液晶相之hexa(alkoxyphenyl)benzene…….………8
圖10. 六炔苯基苯之衍生物………………………………….………9
圖11. 六炔苯基苯衍生物之晶體結構示意圖……………….………9
圖12. 六炔苯基苯衍生物於空間中的旋轉情形…………………...10
圖13. 系列一化合物之結構示意圖………………………………...10
圖14. 系列一化合物於空間中可能的旋轉情形…………………...10
圖15. 兩性(amphiphilic)液晶分子……………………………….12
圖16. 以噻吩為中心之Y形分子……………………………………..12
圖17. 系列二化合物之結構示意圖………………………………...13
圖18. 化合物A、B、C由DSC (10 oC min-1)在升溫過程所測得之相
轉移溫度(oC)及溫度範圍圖………………………………...96
圖19. 化合物B、C側臂在液晶相時預期之旋轉情形………………98
圖20. 化合物27a、D、27b、28a-28c由DSC (10 oC min-1)在升溫過
程所測得之相轉移溫度(oC)及溫度範圍圖………………...98
圖21. 化合物29、30、31、32由DSC (10 oC min-1)在升溫過程所測
得之相轉移溫度(oC)及溫度範圍圖……………………….102
圖22. 系列一化合物由DSC (10 oC min-1)在升溫過程所測得之相轉
移溫度(oC)及溫度範圍圖………………………………….102
圖23. Hexaalkynybenzene衍生物之相轉移溫度(oC)及溫度範圍
圖..104
圖24. 化合物33a、33b由DSC (10 oC min-1)在升溫過程所測得之相
轉移溫度(oC)及溫度範圍圖……………………………….105
圖25. 化合物27a在偏光顯微鏡下降溫至124.1 oC所觀察到之
nematic phase with pressing (100X)………………...106
圖26. 化合物27b在偏光顯微鏡下降溫至50.1 oC所觀察到之
nematic phase with pressing (100X)……………...106
圖27. 化合物28a在偏光顯微鏡下降溫至90.0 oC所觀察到之
Schlieren texture (100X)………………………………107
圖28. 化合物28b在偏光顯微鏡下降溫至112.0 oC所觀察到之
Schlieren texture (100X)…………………………………107
圖29. 化合物28c在偏光顯微鏡下降溫至85.0 oC所觀察到之
nematic phase (100X)……………………………………..108
圖30. 化合物29在偏光顯微鏡下降溫至125.7 oC所觀察到之
Schlieren texture (100X)………………………………108
圖31. 化合物30在偏光顯微鏡下降溫至125.0 oC所觀察到之
nematic phase (100X)………………………………….….109
圖32. 化合物31在偏光顯微鏡下降溫至87.4 oC所觀察到之
Schlieren texture (100X)…………………………………109
圖33. 化合物32在偏光顯微鏡下降溫至123.5 oC所觀察到之
nematic phase (100X)……………………………………..110
圖34. 化合物33a在偏光顯微鏡下降溫至43.4 oC所觀察到之
nematic phase with pressing (100X)………………...110
圖35. 化合物2c、2d、2e在降溫過程所測得之相轉移溫度………113
圖36. 系列二化合物由DSC (10 oC min-1)所測得之相轉移溫度(oC)
及溫度範圍圖(a)升溫過程 (b)降溫過程…………………114
圖37. 化合物40在偏光顯微鏡下降溫至126.2 oC所觀察到之
Schlieren texture with pressing (100X)…………….115
圖38. 化合物41在偏光顯微鏡下降溫至141.1 oC所觀察到之
Schlieren texture (100X)…………………………....115
圖39. 化合物42在偏光顯微鏡下降溫至132.6 oC所觀察到之紋理圖
(100X)…………………………………………………....116
圖40. 化合物42在偏光顯微鏡下降溫至132.6 oC所觀察到之
Schlieren texture, without cover (100X)……………116
圖41. 化合物33a降溫過程所測得之粉末X-ray圖譜:(a) 80 oC, 液
相;(b) 40 oC, 液晶相……………………………....118
圖42. 化合物27a~27b、28a~28c之UV-vis吸收光譜…………….120
圖43. 化合物27a~27b、28a~28c之PL放射光譜…………………121
圖44. 化合物29~32之UV-vis吸收光譜………………………….…122
圖45. 化合物29~32之PL放射光譜…………………………………123
圖46. 化合物33a~33b之UV-vis吸收光譜…………………………124
圖47. 化合物33a~33b之PL放射光譜……………………………..125
圖48. 系列二化合物之UV-vis吸收光譜……………………………127
圖49. 系列二化合物之PL放射光譜………………………………..128
表1. 化合物A、B、C由DSC (5 oC/min)所測得之相轉移溫度(oC)及
熱焓(KJ mol-1)……………………………………………….96
表2. 化合物27a、D、27b、28a-28c由DSC (10 oC/min)所測得之相
轉移溫度(oC)及熱焓(KJ mol-1) ……………………….97
表3. 化合物29、30、31、32由DSC (10 oC/min)所測得之相轉移溫
度(oC)及熱焓(KJ mol-1)………………………….……...101
表4. 化合物33a、33b由DSC (10 oC/min)所測得之相轉移溫度(oC)
及熱焓(KJ mol-1)………………………………………..104
表5. 系列二化合物由DSC (10 oC/min)所測得之相轉移溫度(oC)及
熱焓(KJ mol-1)…………………………………………...113
表6. 化合物27a~27b、28a~28c之UV-vis吸收光譜資料表……...120
表7. 化合物27a~27b、28a~28c之PL放射光譜資料表…………..121
表8. 化合物29~32之UV-vis吸收光譜資料表…………….……….122
表9. 化合物29~32之PL放射光譜資料表…………………………123
表10. 化合物33a~33b之UV-vis吸收光譜資料表…………………124
表11. 化合物33a~33b之PL放射光譜資料表……………………...125
表12. 系列二化合物之UV-vis吸收光譜資料表……………………127
表13. 系列二化合物之PL放射光譜資料表………………………..128

附圖目錄
附圖1. 化合物27a之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….134
附圖2. 化合物27a之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz) …………….135
附圖3. 化合物27b之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….136
附圖4. 化合物27b之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)…………….137
附圖5. 化合物28a之1H NMR光譜(CD2Cl2, 300 MHz)……………138
附圖6. 化合物28a之13C NMR光譜(CD2Cl2, 75 MHz)…………….139
附圖7. 化合物28b之1H NMR光譜(CD2Cl2, 300 MHz)……………140
附圖8. 化合物28b之13C NMR光譜(CD2Cl2, 75 MHz)……………141
附圖9. 化合物28c之1H NMR光譜(CD2Cl2, 300 MHz)……………142
附圖10. 化合物28c之13C NMR光譜(CD2Cl2, 75 MHz)…………..143
附圖11. 化合物29之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)……………144
附圖12. 化合物29之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)…………….145
附圖13. 化合物30之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….146
附圖14. 化合物30之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)……………..147
附圖15. 化合物31之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….148
附圖16. 化合物31之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)……………..149
附圖17. 化合物32之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….150
附圖18. 化合物32之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)……………..151
附圖19. 化合物33a之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………..152
附圖20. 化合物33a之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)……………153
附圖21. 化合物33b之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………..154
附圖22. 化合物33b之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)……………155
附圖23. 化合物40之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….156
附圖24. 化合物40之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)……………..157
附圖25. 化合物41之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….158
附圖26. 化合物41之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)…………….159
附圖27. 化合物42之1H NMR光譜(d8-THF, 300 MHz)……………160
附圖28. 化合物42之13C NMR光譜(d8-THF, 75 MHz)…………….161
附圖29. 化合物43之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….162
附圖30. 化合物43之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)……………..163
附圖31. 化合物44之1H NMR光譜(CDCl3, 300 MHz)…………….164
附圖32. 化合物44之13C NMR光譜(CDCl3, 75 MHz)…………….165
附圖33. 化合物27b之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)………....166
附圖34. 化合物28a之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)……………167
附圖35. 化合物28b之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)……………168
附圖36. 化合物28c之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)……………169
附圖37. 化合物29之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)…………….170
附圖38. 化合物30之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)……………171
附圖39. 化合物31之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)…………….172
附圖40. 化合物32之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)…………….173
附圖41. 化合物33a之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)……………174
附圖42. 化合物33b之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)……………175
附圖43. 化合物40之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)…………….176
附圖44. 化合物41之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)…………….177
附圖45. 化合物42之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)…………….178
附圖46. 化合物43之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)…….……….179
附圖47. 化合物44之DSC圖譜(rate: 10 oC min-1)……………..180
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