CN105936827A - 一种盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盘状1,3,4‑噁二唑类室温液晶二聚体及其合成方法和用途,该化合物具有如式n‑OXD‑m所示的结构,其中n表示为6~12的整数,m表示为6,8,10,12。本发明的化合物具有合成方法简单易行、收率高的特点。该类化合物可自组装成六方柱状相及柱状向列相,在室温范围为液晶态,在液晶态及固态时均能够发射蓝色荧光,在液晶显示及光电材料领域具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于具有发光性能的盘状液晶分子及其制备技术领域,具体涉及1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体及其制备方法。
背景技术
盘状液晶分子一般含有一个大的平面或近平面的共轭刚性核,周围连接3-12个柔性链。盘状液晶分子可通过分子自组装形成高度有序的一维柱状相,沿柱状相方向芳香核之间可通过π-π相互作用,具有更高的电荷和能量传输速率,盘状液晶具有流动性,因而具有超分子结构缺陷的自我修复功能,在显示器件、有机电子传输器件、场发射晶体管及光电太阳能器件等方面具有广泛应用前景。目前所报道的盘状液晶分子一般都含有一个富电子体系的液晶核,其中多数为苯并菲类衍生物,基于缺电子体系的盘状液晶还很少。
1,3,4-噁二唑类液晶是一类新型的液晶材料,具有良好的热稳定性、化学稳定性以及很高的荧光量子产率,而且噁二唑结构基元具有缺电子性因而具有很高的电子迁移率,可作为电子传输材料用于制备有机发光二极管器件。文献中(J.Han,J.Mater.Chem.C,2013,1,7779)已报道的盘状1,3,4-噁二唑类液晶化合物通常只有一个刚性液晶核,液晶核周围一般连接3-6个柔性链。这些盘状液晶的柔性链数目较少,且液晶核的平面共轭体系大,因而分子间π-π作用力强,导致化合物的熔点/清亮点升高,液晶温度也相应升高,在室温范围一般没有液晶性质,限制了其实际应用。
通过调节刚性液晶核的结构及柔性链的数目、类型及长短等因素合成具有不同拓扑结构的新型盘状液晶,开发在室温范围具有液晶性质的盘状1,3,4-噁二唑类液晶具有重要研究意义。本发明在此思路指导下,设计合成了一系列结构新颖的盘状液晶二聚体,其中两个相同的盘状液晶单元通过一个柔性烷氧基链连接。该类化合物在室温时为液晶态,而且在液晶态能够发射蓝色荧光,在液晶显示及电子传输材料等领域具有广泛的应用前景。
发明内容
为了解决目前报道的盘状1,3,4-噁二唑液晶熔点/清亮点高及室温范围不具有液晶性质的缺点,本发明提供一种盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体化合物及其制备方法。
本发明的所涉及的盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体的结构如通式n-OXD-m所示:
其中,n表示为6~12的整数,m表示为6,8,10,12。
本发明还提供上述盘状1,3,4-噁二唑盘状室温液晶二聚体的制备方法,本发明的化合物的合成工艺路线为:
该方法具有以下反应步骤:
中间体n-M1-m的制备
在圆底烧瓶中放入3-羟基-4,5-二烷氧基苯甲酸甲酯、1,n-二溴代烷烃、无水碳酸钾及-N,N-二甲基甲酰胺,以及催化量的碘化钾,其中3-羟基-4,5-二烷氧基苯甲酸甲酯、1,n-二溴代烷烃、无水碳酸钾的摩尔比例为2∶0.9~1.2∶10;将上述溶液加热至70~90℃,搅拌反应5~10小时;反应液冷却至室温,抽滤;滤液用水稀释,然后用二氯甲烷萃取,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤,并用无水硫酸镁干;过滤,将溶剂减压蒸出,残余物用硅胶柱层析分离提纯得白色固体产物n-M1-m,收率:76~91%。
中间体n-M2-m的制备
将上述制备的n-M1-m放入圆底烧瓶,加入水合肼以及乙醇,水合肼与乙醇的体积比为1∶1~6,加热回流2~8小时。将反应液冷却至室温,抽滤,滤饼用乙醇重结晶得白色固体产物,收率:80~92%。
盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体n-OXD-m的制备
(1)在一圆底烧瓶中加入上述制备的n-M2-m及3,4,5-三烷氧基苯甲酰氯吡啶溶液,其中n-M2-m与3,4,5-三烷氧基苯甲酰氯的摩尔比例为1∶2~2.4;反应液在室温搅拌8~12h后, 加热回流1~2小时;反应液冷却至室温,减压蒸馏除去溶剂得无色液体。
(2)向上述所得无色液体加入三氯氧磷,回流4~8h;冷却至室温,减压蒸馏除去过量的三氯氧磷,残余物用二氯甲烷溶解,并分别用饱和碳酸氢钠溶液和蒸馏水洗涤,无水硫酸镁干燥;过滤,将二氯甲烷减压蒸出,残余物用硅胶柱层析分离提纯,得到盘状液晶二聚体产物,收率:47~50%。
本发明中盘状1,3,4-噁二唑类二聚体化合物的优点是:
1.熔点及清亮点低,在室温范围为液晶态,可通过改变柔性烷氧基链长度调节液晶相类型。
2.在液晶态及固态均可发射蓝色荧光,最大发射波长为398~407nm。
附图说明
图1化合物8-OXD-10核磁共振氢谱
图2化合物8-OXD-10核磁共振碳谱
图3(a)化合物8-OXD-10在降温过程中25℃时的液晶织构图;(b)化合物9-OXD-10在降温过程中30℃时的液晶织构图
图4目标化合物n-OXD-m(n=6-10)的荧光发射光谱图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
以8-M1-10的制备为例介绍中间体n-M1-m的制备方法:
在一50mL圆底烧瓶中加入3-羟基-4,5-二辛烷氧基苯甲酸甲酯1.63g(4.00mmol),1,10-二溴癸烷0.60g(2.00mmol),无水碳酸钾粉末2.76g(20.00mmol),催化量的碘化钾,以及20mL无水N,N-二甲基甲酰胺。加热至70℃反应5h。冷却至室温,减压抽滤。滤液中加入150mL水,然后用二氯甲烷萃取三次(3×50mL),合并有机相并用饱和氯化钠溶液洗,加入无水硫酸镁干燥1h。过滤,减压蒸馏除去溶剂后得到粗产品。粗产品用硅胶柱层析提纯,淋洗剂为乙酸乙酯∶石油醚=1∶24的混合溶剂。得1.42g白色产品,收率76%。
8-M1-10测得的核磁共振氢谱数据如下:
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ=7.25(s,4H),4.02(m,12H).3.89(s,6H),1.85-0.85(m,76H)。
8-M1-10测得的核磁共振碳谱数据如下:
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ=166.97,152.81,142.29,124.67,107.91,73.48,69.13,52.14,31.74,31.56,30.27,29.25,25.75,22.70,22.64,14.12,14.05。
8-M1-10测得的高分辨质谱数据如下:
HRMS[M+1]+:954.7133(实测值),954.7160(计算值)。
实施例2
以8-M2-10的制备为例介绍中间体n-M2-m的制备方法:
在一50mL圆底烧瓶中加入1.30g(1.36mmol)8-M1-10,10mL水合肼以及20mL,加热回流2小时。反应液冷却至室温,抽滤,粗产品用乙醇重结晶得到白色固体产物1.13g,收率:87%。
8-M2-10测得的核磁共振氢谱数据如下:
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ=7.35(s,2H),6.93(s,4H),3.99(t,J=6.4Hz,12H),1.83-0.87(m,76H)。
8-M2-10测得的核磁共振碳谱数据如下:
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ=168.60,153.23,153.16,141.31,127.44,105.33,73.49,69.18,31.91,31.83,30.32,29.60,29.52,29.41,26.16,26.12,22.81,22.70,14.11。
8-M2-10测得的高分辨质谱数据如下:
HRMS[M+1]+:954.7351(实测值),954.7385(计算值)。
实施例3
以8-OXD-10的制备为例介绍1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体n-OXD-m的制备方法:
在一50mL圆底烧瓶中加入1.00g(1.05mmol)8-M2-10,1.10g(2.10mmol)3,4,5-三辛氧基苯甲酰氯及20mL无水吡啶。反应液在室温搅拌12h后,加热回流2h。反应液冷却至室温,减压蒸馏出去溶剂得无色液体。
向所得无色液体中加入10mL三氯氧磷,加热回流6h。冷却至室温,减压蒸馏回收过量的三氯氧磷,残余物用50mL二氯甲烷溶解,并分别用饱和碳酸氢钠溶液和蒸馏水洗涤,无水硫酸镁干燥。过滤,将二氯甲烷减压蒸出得粗产品。粗产品用硅胶柱层析分离提纯,淋洗剂为乙酸乙酯∶二氯甲烷=1∶20的混合溶剂,得到0.93g液晶二聚体产物8-OXD-10,收率:47%。
如图1所示,8-OXD-10测得的核磁共振氢谱数据如下:
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ=7.32(s,8H),4.03(m,24H),1.82-0.87(m,166H)。
如图2所示,8-OXD-10测得的核磁共振碳谱数据如下:
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ=166.94,152.81,142.30,124.65,107.92,73.47,69.12,52.12,31.95,30.33,29.74,29.63,29.41,29.10,22.72,14.13。
8-OXD-10测得的高分辨质谱数据如下:
HRMS[M+1]+(C118H198N4O14):1895.2194(实测值),1895.4905(计算值)。
实施例5
采用差示扫描量热仪(DSC)测试了化合物n-OXD-m(n=6-10)的相变温度和焓变值,数据如表1所示。
表1盘状液晶二聚体n-OXD-m(n=6-10)在升降温过程中的相转变温度及焓变值
[a]Cr=固体;ND=盘状向列相;Colh=六方柱状相;Iso=液体。[b]偏光显微镜观察数据
实施例6
采用偏光显微镜(POM)研究了化合物n-OXD-m(n=6-10)的相变织构变化。图3(a)化合物8-OXD-10在降温过程中25℃时的液晶织构图;图3(b)化合物9-OXD-10在降温过程中30℃时的液晶织构图。
从表1及图3可知目标化合物n-OXD-m(n=7-10)均为室温液晶化合物。
实施例6
测试了n-OXD-m(n=6-10)的在室温时的荧光性质,如图4所示,在波长为300nm激发光照射下,该系列化合物在室温液晶态(6-OXD-10为固态)均能发射蓝色荧光,最大发射波长为398~407nm。
Claims (3)
1.一种盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体,其结构如通式n-OXD-m所示:
其中,n表示为6~12的整数,m表示为6,8,10,12。
2.根据权利要求1所述的盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体的制备方法,其合成反应路线为:
具体包括以下步骤:
中间体n-M1-m的制备
在圆底烧瓶中放入3-羟基-4,5-二烷氧基苯甲酸甲酯、1,n-二溴代烷烃、无水碳酸钾及-N,N-二甲基甲酰胺,以及催化量的碘化钾,其中3-羟基-4,5-二烷氧基苯甲酸甲酯、1,n-二溴代烷烃、无水碳酸钾的摩尔比例为2∶0.9~1.2∶10;将上述溶液加热至70~90℃,搅拌反应5~10小时;反应液冷却至室温,抽滤;滤液用水稀释,然后用二氯甲烷萃取,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤,并用无水硫酸镁干;过滤,将溶剂减压蒸出,残余物用硅胶柱层析分离提纯得白色固体产物n-M1-m,收率:76~91%;
中间体n-M2-m的制备
将上述制备的n-M1-m放入圆底烧瓶,加入水合肼以及乙醇,水合肼与乙醇的体积比为1∶1~6,加热回流2~8小时。将反应液冷却至室温,抽滤,滤饼用乙醇重结晶得白色固体产物,收率:80~92%;
盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体n-OXD-m的制备
(1)在一圆底烧瓶中加入上述制备的n-M2-m及3,4,5-三烷氧基苯甲酰氯吡啶溶液,其中n-M2-m与3,4,5-三烷氧基苯甲酰氯的摩尔比例为1∶2~2.4;反应液在室温搅拌8~12小时后,加热回流1~2小时;反应液冷却至室温,减压蒸馏除去溶剂得无色液体;
(2)向上述所得无色液体加入三氯氧磷,回流4~8小时;冷却至室温,减压蒸馏除去过量的三氯氧磷,残余物用二氯甲烷溶解,并分别用饱和碳酸氢钠溶液和蒸馏水洗涤,无水硫酸镁干燥;过滤,将二氯甲烷减压蒸出,残余物用硅胶柱层析分离提纯,得到盘状液晶二聚体产物,收率:47~50%。
3.根据权利要求1所述的盘状1,3,4-噁二唑类室温液晶二聚体在液晶显示及光电材料领域中的应用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20160914 |