CN107916116A - 一种超长棒状的液晶小分子调控常规液晶分子液晶区间的方法 - Google Patents

一种超长棒状的液晶小分子调控常规液晶分子液晶区间的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法。首先合成一类超长棒状的液晶小分子，该小分子熔融之后直至分解，其液晶相不消失。由于其较高的液晶温度，因此，其可以用来调控常规液晶分子液晶区间。在此我们将5CB和8CB与不同质量分数的超长棒状的液晶小分子共混，发现随着超长棒状的小分子的含量不同，其液晶区间也发生较大改变。本发明所得的超长棒状的液晶小分子有独特的光学性质，在光存储、光全息及光信息处理方面优越的特性，从而在电子、生物医药等相关领域具有潜在应用价值。

Description

一种超长棒状的液晶小分子调控常规液晶分子液晶区间的 方法
技术领域
本发明涉及一种超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，属于材料技术领域。
背景技术
向列相液晶分子具有长程有序性，即棒状液晶分子彼此倾向于平行排列，广泛应用于液晶显示器等领域。液晶材料是液晶显示的基础，新型液晶材料的出现可以促进液晶显示模式的变革。对于单一的液晶，其某方面性能如何优越，也不能满足显示的综合需求。目前常用的方法之一是在主体液晶材料中加入各种具有特殊性能的组分，如低粘度组分、高清亮点组分、手性添加剂等，来提高其综合性能。对于具有高清亮点或无清亮点的液晶小分子，在高温特殊环境中具有潜在的应用。基于以上研究，本发明设计并合成了一种(无清亮点的) 超长棒状的小分子，通过掺杂不同质量分数的超长棒状的小分子来调控常规液晶分子液晶区间，由于其对称性和化学稳定性优越，从而可能实现在高温及更宽温度范围环境下在液晶显示领域的应用。
发明内容
本发明的目的是设计并制备超长棒状的小分子，通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法。
本发明的技术方案为：
一种超长棒状的小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)合成超长棒状的液晶小分子；
(2)将所得的长棒状的小分子以1％-99％的质量分数和常规液晶分子混合，将其溶于有机溶剂中，常温下待溶剂挥发后，得到的混合物可以用于下一步实验；
(3)在偏光显微镜下观察上述所得不同含量的混合物，先将混合液晶升温至各向同性温度，再降温观察其液晶相区间。
进一步，所述步骤(1)中长棒状的液晶小分子的结构如式(Ⅰ)所示：
其中Z为式(Ⅱ)中的一种：
-CO- -COO- -OCO- -NHCO- -CONH-
Ⅱ
其中R′为式(Ⅲ)中的一种，且0≤n≤6：
-H -CH＝CH2 -(CH2)nCH3 -O(CH2)nCH3 -F -CN -NO2
Ⅲ
其中R为式(Ⅳ)中的一种：
其中R1为(CH2)n，(CH2)nO中的一种，且0≤n≤12；
其中R2为H，(CH2)nCH3，O(CH2)nCH3，NH(CH2)nCH3，CN，NO2，SO3Na 中的一种，且0≤n≤12。
进一步，步骤(2)中所述的超长棒状的液晶小分子与常规液晶分子混合，采用的常规液晶分子为4'-正丁基-4-氰基联苯(4CB)、4'-正戊基-4-氰基联苯 (5CB)、4'-正己基-4-氰基联苯(6CB)、4'-正庚基-4-氰基联苯(7CB)、4'-正辛基-4- 氰基联苯(8CB)、4'-正癸基-4-氰基联苯(10CB)、4'-正丁基-4-甲氧基偶氮苯中的一种。
进一步，步骤(2)中所述的有机溶剂为能较好溶解所述混合液晶的易挥发的低沸点有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种
进一步，步骤(3)中所述的混合液晶的升温速率为10℃/min，降温速率为 1-3℃/min。
进一步，步骤(1)中所述的超长棒状的液晶小分子含有偶氮苯液晶基元。
本发明具有如下的技术效果：
(1)本发明通过共混的方法来调控常规液晶分子的液晶区间，该方法简单易行，为往后液晶区间的调控提供了一个简单的途径。
(2)本发明通过加入不同质量分数的超长棒状的液晶小分子，可以有效地调控常规液晶分子的液晶区间，为制备特殊的液晶显示材料提供了可能。
(3)本发明通过引入具有光驱动效应的偶氮苯基团，使超长棒状的液晶小分子具备光电特性。其能在本体状态下能发生光致异构，并且取向，可以制备更有实际用途的材料。
附图说明
图1是实施例1中MAzoC8样品的核磁共振氢谱(1H NMR)图。
图2是实施例1中MAzoC8样品的差式扫描量热(DSC)第一次降温以及第二次升温曲线。
图3是实施例1中MAzoC8样品的偏光图。
图4是实施例1中5CB掺杂MAzoC8的混合液晶偏光图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
一种超长棒状的双偶氮苯液晶小分子的制备并通过其来调控5CB和8CB 液晶区间的方法，包括如下步骤：
(1)双偶氮苯液晶小分子的制备：
原料：乙酰氨基苯酚，1-溴辛烷，丙酮，无水碳酸钾，无水乙醇，氢氧化钠，亚硝酸钾，苯酚，盐酸，对苯二甲酸，二氯亚砜，四氢呋喃(THF)。
催化剂：三乙胺(TEA)
取对苯二甲酸(1.2g，7.22mmol)，溶于加有30ml二氯亚砜(SOCl2)的100mL 圆底烧瓶中于60℃搅拌反应至澄清。将其反应液旋干，然后加入30ml精制的 THF，得到酰氯化的反应液。依次加入中间体4-(4'-羟基)辛氧基偶氮苯(4.29g， 13.10mmol)，60ml精制的THF和精制的三乙胺(2.12g，20.96mmol)于250mL 圆底烧瓶中，放置其冰水浴中搅拌。将其酰氯化的反应液逐滴，滴加完成后，再在室温下反应12h，过滤，旋干，溶于三氯甲烷，水洗多次，用无水硫酸镁干燥整夜。然后过滤、旋干，得到初产品。用CH2Cl2作为展开剂，过柱分离，放入35℃的真空干燥箱中干燥过夜，得到目标产物。
得到结构式(Ⅴ)所示的双偶氮苯的液晶小分子：
其反应过程如下式(a)所示：
图1为双偶氮苯液晶小分子MAzoC8的核磁共振氢谱表征。从图1中可以看出，双偶氮苯液晶小分子中各类质子的特征峰和化学位移均在谱图上得以显示，化学位移在8.01、7.95、7.01附近的峰对应的是偶氮苯基团中苯环上的16 个质子，化学位移在5.90和5.55位苯环上乙烯基的特征氢原子。图2分别为 MAzoC8的DSC第一次降温曲线以及第二次升温曲线。从图中可以看出，仅表现出一个相转变。图3为MAzoC8的POM表征。用POM观察出现明显的双折射现象，表明具有液晶性，继续升温没有清亮点出现。
(2)通过掺杂双偶氮苯液晶小分子来调控5CB的液晶区间的方法：
取质量分数为80％的双偶氮苯液晶小分子与5CB共混，将其溶于三氯甲烷中，超声处理使其混合均匀，常温下自然挥发，待溶剂完全挥发后，即可得到质量分数为80％的双偶氮苯液晶小分子与5CB的混合液晶。图4为5CB与 MAzoC8的混合液晶的POM表征，通过POM观察出现明显的双折射现象，表明具有液晶性，继续升温清亮点出现，再缓慢降温，在不同的温度下呈现出不同的液晶织构。上述过程即说明了通过掺杂双偶氮苯液晶小分子有效地调控了 5CB的液晶相区间。
(3)通过掺杂双偶氮苯液晶小分子来调控8CB的液晶区间的方法：
取质量分数为80％的双偶氮苯液晶小分子与8CB共混，将其溶于三氯甲烷中，超声处理使其混合均匀，常温下自然挥发，待溶剂完全挥发后，即可得到质量分数为80％的双偶氮苯液晶小分子与8CB的混合液晶。通过POM观察出现明显的双折射现象，表明具有液晶性，继续升温清亮点出现，再缓慢降温，在不同的温度下呈现出不同的液晶织构。上述过程即说明了通过掺杂双偶氮苯液晶小分子有效地调控了8CB的液晶相区间。
实施例2
一种超长棒状的双萘液晶小分子的制备并通过其来调控5CB和8CB液晶区间的方法，包括如下步骤：
(1)双萘液晶小分子的制备：
原料：1-溴辛烷，无水碳酸钾，丙酮，6-(4-羟基苯基)-2-萘酚，乙烯基对苯二甲酸，二氯亚砜，四氢呋喃(THF)。
催化剂：三乙胺(TEA)
取乙烯基对苯二甲酸(1.2g，6.25mmol)，溶于加有30ml二氯亚砜(SOCl2) 的100mL圆底烧瓶中于60℃搅拌反应至澄清。将其反应液旋干，然后加入30ml 精制的THF，得到酰氯化的反应液。依次加入中间体6-(4-辛氧基苯基)-2-萘酚 (5.47g，15.72mmol)，80ml精制的THF和精制的三乙胺(2.12g，20.96mmol)于 250mL圆底烧瓶中，放置其冰水浴中搅拌。将其酰氯化的反应液逐滴，滴加完成后，再在室温下反应12h，过滤，旋干，溶于三氯甲烷，水洗多次，用无水硫酸镁干燥整夜。然后过滤、旋干，得到初产品。用CH2Cl2作为展开剂，过柱分离，放入35℃的真空干燥箱中干燥过夜，得到目标产物。
得到结构式(Ⅵ)所示的长棒状的双萘的液晶小分子：
(2)通过掺杂双萘液晶的小分子来调控5CB液晶区间的方法：
取不同质量分数的双萘液晶小分子与5CB共混，将其溶于三氯甲烷中，超声处理使其混合均匀，常温下自然挥发，待溶剂完全挥发后，即可得到含不同质量分数的双萘液晶小分子与5CB的混合液晶。通过POM观察出现明显的双折射现象，表明具有液晶性，继续升温清亮点出现，再缓慢降温，在不同的温度下呈现出不同的液晶织构。上述过程即说明了通过掺杂双萘液晶小分子有效地调控了5CB的液晶相区间。
(3)通过掺杂双萘液晶小分子来调控8CB的液晶区间的方法：
取质量分数为80％的双萘液晶小分子与8CB共混，将其溶于三氯甲烷中，超声处理使其混合均匀，常温下自然挥发，待溶剂完全挥发后，即可得到质量分数为80％的双偶氮苯液晶小分子与8CB的混合液晶。通过POM观察出现明显的双折射现象，表明具有液晶性，继续升温清亮点出现，再缓慢降温，在不同的温度下呈现出不同的液晶织构。上述过程即说明了通过掺杂双萘液晶小分子有效地调控了8CB的液晶相区间。

Claims (6)

1.一种超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，包括如下步骤：
(1)合成超长棒状的液晶小分子；
(2)将所得的长棒状的小分子以1％-99％的质量分数和常规液晶分子混合，将其溶于有机溶剂中，常温下待溶剂挥发后，得到的混合物可以用于下一步实验；
(3)在偏光显微镜下观察上述所得不同含量的混合物，先将混合液晶升温至各向同性温度，再降温观察其液晶相区间。
2.如权利要求1所述的超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，其特征在于，所述步骤(1)中超长棒状的液晶小分子的结构如式(Ⅰ)所示：
其中Z为式(Ⅱ)中的一种：
-CO- -COO- -OCO- -NHCO- -CONH-
Ⅱ
其中R′为式(Ⅲ)中的一种，且0≤n≤6：
-H -CH＝CH2 -(CH2)nCH3 -O(CH2)nCH3 -F -CN -NO2
Ⅲ
其中R为式(Ⅳ)中的一种：
其中R1为(CH2)n，(CH2)nO中的一种，且0≤n≤12；
其中R2为H，(CH2)nCH3，O(CH2)nCH3，NH(CH2)nCH3，CN，NO2，SO3Na中的一种，且0≤n≤12。
3.根据权利要求书1所述的一种超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，其特征在于，所述步骤(2)常规液晶分子为4'-正丁基-4-氰基联苯(4CB)、4'-正戊基-4-氰基联苯(5CB)、4'-正己基-4-氰基联苯(6CB)、4'-正庚基-4-氰基联苯(7CB)、4'-正辛基-4-氰基联苯(8CB)、4'-正癸基-4-氰基联苯(10CB)、4'-正丁基-4-甲氧基偶氮苯中的一种。
4.根据权利要求书1所述的一种超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，其特征在于，所述步骤(2)中有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种。
5.根据权利要求书1所述的一种超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，其特征在于，所述步骤(3)中混合液晶的升温速率为10℃/min升至清亮点以上；降温速率为1-3℃/min。
6.如权利要求书1或2所述的一种超长棒状的液晶小分子的制备并通过其来调控常规液晶分子液晶区间的方法，其特征在于，所述步骤(1)中超长棒状的液晶小分子含有偶氮苯液晶基元。
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