雙金屬無機液晶之合成與探討

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盧建伸(Chien-Shen Lu) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學學系

論文名稱

雙金屬無機液晶之合成與探討
(The studies of metallomesogens)

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摘要(中)

中文摘要
本篇文章主要是探討系列一含雙金屬中心之無機液晶材料設計與物性，分子設計中藉由改變兩邊側鏈柔軟支鏈之碳鏈長度，來製備含雙銅之錯合物。進而來探討其對液晶形成所產生之影響。
實驗藉由1H及13C-NMR鑑定合成化合物之結構及純度，並由元素分析確定錯合物之純度。液晶相形成之探討部分則藉由偏光顯微鏡下對不同相溫度變化範圍及液晶相結構種類作一初步觀察。再以熱差掃描卡計( different scanning calorimetry )及變溫粉末繞射儀(temperature-dependent X-ray diffraction )對相變化溫度及熱含量變化作判定及液晶相結構種類作確認。此系列合成出配位基3-hydroxy-4-(((2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl)imino)methyl)phenyl-4-alkoxybenzoates，與其Cu金屬錯合物。錯合物側鏈基之alkoxy group碳數n=10、12、14、16，具有Colhd之雙金屬無機液晶材料分子。
系列二經由不斷的嘗試，最終合成出配位基1,3-dihexadecyl-2- heptadecyl-1H-benzoimodazole與金屬Pd配位，形成液晶相。此系列合成出錯合物碳數n=12, 16，具有SmA之單金屬無機液晶材料分子。

摘要(英)

Abstract
Anew type of bicopper complexes of 3-hydrojy-4-{[(2-hydroxy- 3,4,5- trialkoxy-phenyl)imino]methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates was prepared and characterized. The meso morphic properties of these copper complexes were studied by differential scanning calorimetry, polarized optical microscope and powder x-ray diffraction. These bimetallic compounds have two copper centers as core group and have totally eight alkoxy sidechains appended around the central core. The mesomorphic behavior exhibited was found to be dependent on the sidechain density. All derivatives of copper(II) compounds exhibited columnar mesophases over a wide range of temperatures. The mesophase was identified as hexagonal columnar (Colhd) phase based on the optical texture and also confirmed by powder XRD diffraction.

關鍵字(中)

★ 液晶

關鍵字(英)

★ liquid crystal

論文目次

目錄
謝誌 Ⅰ
中文摘要 Ⅱ
英文摘要 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅷ
表目錄 Ⅹ
附圖目錄 XI
第一章緒論 1
1-1前言 2
1-2液晶之簡介 3
1-3液晶之分類 4
1.3.1桿狀液晶相(calamitic mesophase) 5
1.3.2盤狀液晶相 (discotic mesophases) 10
1-4含金屬液晶 13
1-5液晶之物理性質 14
1.5.1液晶之異向性 14
1.5.2 介電異向性 14
1.5.3 光學異向性 15
1.5.4分子排列規則參數 (Orientational order
parameter , S) 16
1.5.5 磁化異向性 (Susceptibility anisotropy) 17
1.5.6 黏度 18
1.5.7 鐵電性 (Ferroelectric) 18
1-6液晶之應用 20
1.6.1 盤狀液晶的應用 20
1-7 研究動機 21
1.7.1系列一分子結構設計 23
1.7.2 系列二分子結構設計 24
第二章實驗部分 26
2-1 實驗藥品 27
2-2 儀器設備 28
2-3實驗步驟 36
2-3-1 Bis{3-hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl) imino]methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates}metal系列一
之合成 36
2-3-1-1 Methyl-3,4,5-trialkoxybenzoates 之合成 36
2-3-1-2 3,4,5-Trialkoxybenzoic acids 之合成 37
2-3-1-3 3,4,5-trialkoxybenzoyloxy4-acetyl-3-hydroxy-phenyl
ester 之合成 39
2-3-1-4 3-Alkoxyphenols 之合成 41
2-3-1-5 5-Alkoxy-2-nitrophenols 之合成 43
2-3-1-6 2-Amino-5-alkoxyphenols之合成 44
2-3-1-7 3-Hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl)
imino] methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates之合成 45
2-3-1-8 Bis{3-hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl
)imino]methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates}metal
之合成 48
2-3-2 Bis{1,3-dihexadecyl-2-heptadecyl-1H-benzoimodazole} metal系列二之合成 51
2-3-2-1 2-Undecyl-1H-benzoimidazole之合成 51
2-3-2-2 Bis(2-undecyl-1H-benzoimidazole)metal之合成 52
2-3-2-3 2-(4-Dodecycloxy-phenyl)-1H-benzoimidazole之合成 53
2-3-2-4 Bis[2-(4-Ddodecycloxy-phenyl)-1H-benzoimidazole] metal之合成 54
2-3-2-5 2-Undecyl-1-dodecyl-1H-benzoimidazole 之合成 54
2-3-2-6 Bis(2-undecyl-1-dodecyl-1H-benzoimidazole)metal
之合成 56
2-3-2-7 1,3-Didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole 之合成 56
2-3-2-8 Bis(1,3-didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole)metal57
第三章實驗結果與討論 59
3-1 實驗流程圖 60
3-1-1 系列一:3-Hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl)
imino]methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates 60
3-1-2 系列二: Imidazolium Ionickj 61
3-2 化合物合成反應機制之探討 62
3-2-1 Willisamson ether synthesis 62
3-2-2 硝化反應 (nitration reactions) 63
3-2-3 還原反應 (reduction reactions) 63
3-2-4 Schiff Base reactions 64
3-3 液晶相之鑑定 65
3-3-1 偏光顯微鏡 65
3-3-2 熱分析儀 66
3-3-3 粉末X-ray繞射儀 66
3-4 結果與討論 69 3-4-1系列一：3-Hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxy
phenyl)imino]methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates 69
3-4-2系列二1,3-Didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole 83
3-5 結論 92
參考文獻 93
圖目錄：
圖1 液晶相為介於固相與液相間之一個相 2
圖2液向性液晶 4
圖3熱向性液晶 5
圖4膽固醇型液晶 6
圖5向列型(a)、層列型(b)、(c)、(d)與(e)液晶分子排列 9
圖6盤狀液晶形成之基本方式 11
圖7盤狀液晶之堆疊方式 12
圖8 Dh之細部排列 13
圖9光學活性的液晶分子 19
圖10 (a)分子通道 (b)分子導線 21
圖11液晶發展之種類 23
圖12含單金屬有機液晶 23
圖13含雙金屬有機液晶 24
圖14文獻上發現之結構 24
圖15系列二之設計結構 25
圖16 DSC 的簡示圖，樣品 ( S ) 和參考物 ( R ) 32
圖17 (a)雙向型 (b)單向型與 (c)結晶與非結晶型 34
圖18偏光顯微鏡之設計圖交叉偏光顯微鏡的運作原理 35
圖19合成兩種策略，其一方法為route ( a); 另一方法為 route (b) 70
圖20 配位基與錯合物之isotropic溫度折線圖 73
圖21 Cu錯合物液晶相之柱狀圖 74
圖22 Cu雙金屬錯合物之偏光照片圖(n=16) 77
圖23 Cu雙金屬錯合物之偏光照片圖(n=12) 77
圖24雙金屬Cu錯合物之單晶X-ray繞射 78
圖25系列一之雙金屬盤狀液晶結構 79
圖26雙金屬Cu錯合物之ESR圖 79
圖27結構類似的雙金屬Cu錯合物 80
圖28結構類似的雙金屬Cu錯合物之ESR圖 80
圖29結構類似的單金屬Cu錯合物 81
圖30結構類似的單金屬Cu錯合物之ESR圖 81
圖31系列2-1之結構 83
圖32系列2-2之結構 84
圖33系列2-3之結構 85
圖34文獻中imidazolium之結構 86
圖35系列2-4之結構 86
圖36系列2-5之結構 87
圖37 Benzimidazolium salts之結構 88
圖38 Benzimidazolium salts之單晶結構 88
圖39 Pd單金屬錯合物n=16之偏光照片圖 89
圖40在偏光上施壓後之錯合物n=16偏光照片圖 89
圖41 Pd單金屬錯合物n=12之偏光照片圖 90
圖42 Pd單金屬錯合物n=12之結晶相 91
表目錄：
表1實驗藥品 27
表2系列一之配位基熱分析(DSC)數據 71
表3系列一金屬Cu錯合物之熱分析(DSC)數據 72
表4系列一盤狀液晶之X-ray繞射數據 75
表5系列一之元素分析表 82
表6系列2-1之DSC數據 83
表7系列2-2之DSC數據 84
表8系列2-3之DSC數據 85
表9系列2-4之DSC數據 87
表10系列2-5 n=16錯合物之DSC數據 88
表10系列2-6 n=12錯合物之DSC數據 90
附圖目錄
附圖1 Methyl-3,4,5-trialkoxybenzoates之1H NMR圖譜 1
附圖2 Methyl-3,4,5-trialkoxybenzoates之13C NMR圖譜 2
附圖3 3,4,5-Trialkoxybenzoic acids之1H NMR圖譜 3
附圖4 3,4,5-Trialkoxybenzoic acids之13C NMR圖譜 4
附圖5 3-Alkoxyphenols之1H NMR圖譜 5
附圖6 3-Alkoxyphenols之13C NMR圖譜 6
附圖7 5-Alkoxy-2-nitrophenols之1H NMR圖譜 7
附圖8 5-Alkoxy-2-nitrophenols之13C NMR圖譜 8
附圖9 3,4,5-trialkoxybenzoyloxy4-acetyl-3-hydroxy-phenyl
ester之1H NMR譜圖 9
附圖10 3,4,5-trialkoxybenzoyloxy4-acetyl-3-hydroxy-phenyl ester之13C NMR圖譜 10
附圖11 3-Hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl)imino] methyl} phenyl-4-alkoxybenzoates之1H NMR圖譜 11
附圖12 3-Hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl)imino] methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates之13C NMR圖譜 12
附圖13 3-Alkoxyphenols之IR圖譜 13
附圖14 5-Alkoxy-2-nitrophenols之IR圖譜 14
附圖15 2-Amino-5-alkoxyphenols之IR圖譜 15
附圖16 3-Hydroxy-4-{[(2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl)imino] methyl}phenyl-4-alkoxybenzoates之IR圖譜 16
附圖17 Bis[3-hydroxy-4-(((2-hydroxy-3,4,5-trialkoxyphenyl) imino) methyl)phenyl-4-alkoxybenzoates]copper(II) IR圖譜 17
附圖18 Bis[3-hydroxy-4-(((2-hydroxy-3,4,5-trihexadecyloxyphenyl)
imino) methyl)phenyl-4-hexadecyloxybenzoates]copper(II)之DSC圖譜 18
附圖19 Bis[3-hydroxy-4-(((2-hydroxy-3,4-tetradecyloxyphenyl)imino)
methyl)phenyl-4-tetradecyloxybenzoates]copper(II)之DSC圖譜 19
附圖20 2-Undecyl-1H-benzoimidazole之1H NMR圖譜 20
附圖21 2-(4-Dodecycloxy-phenyl)-1H-benzoimidazole之1H NMR圖
譜 21
附圖22 2-Undecyl-1-dodecyl-1H-benzoimidazole之1H NMR圖譜 22
附圖23 1,3-Didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole之1H NMR圖
譜 23
附圖24 1,3-Didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole之13C NMR圖
譜 24
附圖25 Bis(1,3-didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole) metal之
1H NMR圖譜 25
附圖26 Bis(1,3-didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole) metal13C
NMR圖譜 26
附圖27 Bis(2-undecyl-1H-benzoimidazole)metal之IR圖譜附圖28 Bis(2-undecyl-1-dodecyl-1H-benzoimidazole)metal之IR圖
譜 28
附圖29 1,3-Didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole之IR圖譜 29
附圖30 Bis(1,3-didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole) metal之
IR圖譜 30
附圖31 Bis(2-undecyl-1-dodecyl-1H-benzoimidazole)metal之DSC
圖譜 31
附圖32 1,3-Dihexadecyl-2-heptadecyl-1H-benzoimodazole之DSC
圖譜 32
附圖33 Bis(1,3-didodecyl-2-undecyl-1H-benzoimodazole) metal之DSC
圖譜 33
附圖34 Bis(1,3-Dihexadecyl-2-heptadecyl-1H-benzoimodazole)metal
之DSC圖譜 34
附圖35. Bis[3-hydroxy-4-(((2-hydroxy-3,4,5-tridodecyloxy
phenyl)imino)methyl)phenyl-4-dodecyloxybenzoates
copper(II)之液晶相XRD圖譜 35
附圖36. Bis[3-hydroxy-4-(((2-hydroxy-3,4,5-trihexadecyloxy phenyl)imino)methyl)phenyl-4-hexadecyloxybenzoates]
copper(II)之液晶相XRD圖譜 36

參考文獻

參考文獻
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指導教授

賴重光(C.K. Lai)

審核日期

2002-7-3

推文