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芳香杂环液晶化合物具有种类丰富,易于结构修饰等特点,且氧、硫、氮等杂原子的引入能够调节分子的电子效应和分子对称性,影响分子间的作用力和排列方式,因而通过合理的分子设计可实现对液晶性质的调控,开发具有特定性能的新型液晶材料;另一方面,研究杂环液晶化合物的结构与性质之间的关系能够丰富液晶基本理论,是液晶领域的重要研究方向之一。
本文根据1,3,4-噁二唑、1,3,4-噻二唑及苯并[b]噻吩的结构特点,设计合成了盘状及H型的液晶化合物,旨在得到具有实际应用价值的室温液晶材料,并将其与棒状液晶化合物进行对比,系统研究了分子结构与液晶性质间的关系规律。合成表征了一系列基于1,3,4-噁二唑和苯并[b]噻吩基团的棒状(I-6),盘状(Ⅱ-8、Ⅲ-5)及H型(Ⅳ-7)液晶化合物,利用偏光显微镜(POM),差示扫描量热仪(DSC)等考察了目标化合物的液晶性质。结果表明棒状化合物均为向列相液晶,其液晶温度范围与末端烷氧链的长度有关,但碳链越长越不容易形成液晶相,这与经典的棒状液晶理论相反;1,3,4-噁二唑和苯并[b]噻吩基团直接相连的盘状化合物Ⅲ-5(X=H)具有向列相,且为低温液晶,但是在1,3,4-噁二唑和苯并[b]噻吩中插入苯环延长共轭体系时,相应的系列化合物(Ⅱ-8)均没有形成液晶相,其原因可能是缺电子的1,3,4-噁二唑和富电子的苯并[b]噻吩直接相连时增加了分子的偶极矩,从而更有利于液晶相的形成;与棒状单体相对应的H型二聚体也不具有液晶性。合成了结构新颖的1,3,4-噁/噻二唑H型化合物,研究了分子结构和末端取代基对液晶性能的影响。主要结论为:⑴H型化合物与相应的单体相比具有较低的熔点和清亮点,但液晶温度范围较窄;⑵与1,3,4-噁二唑相比,1,3,4-噻二唑更利于液晶相的形成;⑶末位取代基对液晶相也有较大的影响,当末位取代基为吸电子基(-F)时化合物倾向于形成稳定的近晶A相,而当末位取代基为供电子基(-OCH3)时则倾向于形成向列相。