Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Физические принципы индукции холестерической фазы производными бинафтила

Диссертация: Физические принципы индукции холестерической фазы производными бинафтила
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В последние десятилетия, среди огромного многообразия жидкокристаллических систем (мезофаз) особенно интересными как для исследования, так и с практической точки зрения считаются хиральные1 фазы. Фундаментальной задачей их изучения является поиск связи асимметрии молекул и макроскопических свойств веществ. Действительно, существование холестерических (хиральных нематических), хиральных… Читать ещё >

Содержание

  • I. Обзор литературы
  • 1. Основные понятия и определения
  • 2. Теоретические модели индуцированной холестерической фазы
  • 3. Экспериментальное исследование хиральных добавок
  • 4. Производные бинафтила в качестве хиральных добавок
  • II. Эксперимент
  • 1. Исследуемые вещества
  • 2. Нематические матрицы
  • 3. Оборудование
  • 4. Методы измерения шага холестерической спирали
  • 5. Рефрактометрический метод определения параметра порядка нематической матрицы
  • III. Результаты и обсуждение
  • Содержание работы
  • 1. Химическая структура и физические свойства
    • 6. 6. '-замещенных производных бинафтила
  • 2. Температурная зависимость закручивающей силы и распределение конформеров 6,6'-замещенных производных бинафтила
  • 3. Управление закручивающей способностью бинафтильного фрагмента посредством его ориентации в матрице
  • 4. Управление закручивающей способностью посредством УФ-облучения
  • 5. Расчет конформации молекул и их закручивающей силы

Физические принципы индукции холестерической фазы производными бинафтила (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В последние десятилетия, среди огромного многообразия жидкокристаллических систем (мезофаз) особенно интересными как для исследования, так и с практической точки зрения считаются хиральные1 фазы. Фундаментальной задачей их изучения является поиск связи асимметрии молекул и макроскопических свойств веществ. Действительно, существование холестерических (хиральных нематических), хиральных смектических, открытых недавно голубых [1−3] и TGB (Twisted Grain Boundary) [4,5] фаз непосредственно связано с хиральностью образующих их молекул. Как было отмечено в [6−8], изучение феномена хиральности является одной из наиболее сложных и важных проблем в области физики жидких кристаллов.

Важнейшей областью применения хиральных жидких кристаллов является производство экономичных и компактных устройств отображения информации. В настоящее время наиболее динамично развивается производство цветных графических дисплеев, основанных на ферроэлектрической хиральной смектической фазе. В знакосинтезирующих индикаторах и растровых дисплеях невысокого разрешения в подавляющем большинстве случаев используется холестерическая фаза. Столь жесткое разделение областей применения данных мезофаз связано с тем, что хотя холестерические структуры дешевле и обеспечивают более высокий коэффициент контрастности, время переключения.

1 термин «сЫгаШу» (от греч. х^Ф — рука) предложен лордом Кельвином для обозначения отсутствия плоскостей и центра симметрии коммерческих холестерических смесей (~10″ 3 с) существенно больше, чем ферроэлектрических (~10б с), что неприемлемо для воспроизведения движущегося изображения. Таким образом, создание новых холестерических систем столь же актуально, как удешевление ферроэлектрических материалов.

В дальнейшем речь пойдет лишь о холестерических фазах [9,10]. Надмолекулярную структуру последних можно считать наиболее простой, в то же время, характерный размер, связанный с макроскопическим проявлением хиральности (шаг холестерической спирали), варьируется от долей до сотен микрометров, что позволяет рассматривать данные фазы в качестве весьма перспективных модельных систем.

Интересной особенностью хиральных фаз является то, что «носителем» асимметрии на молекулярном уровне может являться только часть системы, при этом свойства данной компоненты могут влиять как на систему в целом, так и на «симметричные» ее составляющие [11]. Возможность варьирования состава представляет собой универсальный инструмент исследования.

Что касается холестерических фаз, то вполне естественно стремление снизить долю хиральной компоненты до 0.1-^10%, сохраняя специфические макроскопические свойства фазы. С точки зрения анализа системы, это предоставляет дополнительный малый параметр и позволяет выделить особенности взаимодействия хиральных молекул с молекулами нематического окружения. Экспериментально такое соотношение компонент означает, что наличие и общие свойства жидкокристаллической фазы в основном определяются свойствами симметричной компоненты (матрицы), а особенности структуры — свойствами хиральной компоненты добавки). Последняя может не иметь собственной мезофазы, однако должна обладать достаточной эффективностью в отношении изменения надмолекулярной структуры матрицы.

Предлагаемая работа посвящена исследованию ряда впервые синтезированных веществ (производных бинафтила) в качестве хиральных добавок. Широкий спектр структурных особенностей молекул данных соединений (заместители различной протяженности и полярности, жесткость или наличие внутренних степеней свободы) позволяет осуществить систематический анализ наблюдаемых закономерностей. Ряд веществ демонстрирует термои фоточувствительность хиральных свойств. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы с целью проверки существующих теоретических подходов. Некоторые из представленных веществ продемонстрировали рекордные свойства в отношении эффективности формирования холестерической структуры, что дает надежду на их практическое применение.

I. Обзор литературы.

Заключение

.

Впервые был синтезирован и изучен широкий класс новых веществ способных индуцировать холестерическую структуру в жидкокристаллических системах. Ряд представленных материалов обладает рекордными свойствами, делающими перспективным их применение в технологии устройств отображения информации. Достигнуты высокие значения закручивающей силы при растворимости, достаточной для получения селективно отражающих образцов. Получены индуцированные фазы как с температурно стабильным шагом холестерической спирали, так и с ярко выраженной его температурной зависимостью.

Установлены фундаментальные закономерности, связывающие молекулярное строение добавок и макроскопические свойства индуцируемой ими структуры. Эффективное формирование спиральной макроструктуры при концентрации хиральной компоненты составляющей доли процента позволяет пренебречь взаимодействием хиральных молекул между собой, что существенно облегчает теоретический анализ, в частности, оправдывает применение приближения упругой деформации кручения для матрицы.

Совокупность описанных закономерностей, по сути, представляет собой модель, с одной стороны, позволяющую прогнозировать свойства индуцированной структуры по молекулярному строению хиральной добавки, с другой стороны, конструировать молекулярную структуру хиральной добавки, необходимой для обеспечения заданных свойств электрооптической системы.

На основе установленных закономерностей разработана концепция создания новых высокоэффективных оптических материалов.

Продемонстрирована принципиальная возможность эффективного управления шагом холестерической спирали путем воздействия на бинафтил-содержащую хиральную добавку ультрафиолетовым облучением. Последнее позволяет осуществлять тонкую настройку жидкокрислаллических оптических систем.

Возможность существенного снижения закручивающей способности при введении в молекулу двух идентичных хиральных фрагментов продемонстрирована впервые. Также впервые процесс димеризации использован для управления шагом спирали индуцированной холестерической фазы.

Впервые сделана попытка модификации хиральной добавки in situ за счет водородного связывания со специально вводимыми в матрицу фрагментами.

Автор выражает благодарность за финансовую поддержку Международному научному фонду (№ ММЕ300, 1995 г.), Российскому фонду фундаментальных исследований (№ 96−03−32 847, 1997;1999 гг.), INTAS (№ 96−922, 1997;1999 гг.), PECO-NIS (CIPDCT 940 602, 1995;1997 гг.), ISSEP (№ 1849, 1997 г., № 1748 1998 г.).

Показать весь текст

Список литературы

  1. Coates D., Gray G.W., Phys. Lett., 1973,45A, 115
  2. Crooker P.P., Liq. Cry St., 1989, 5, 75
  3. Crooker P.P., Kitzerov H.-S., Cond. Mat. News, 1992,1(3), 6
  4. Renn S.R., Lubensky T.C., Phys. Rev. A, 1988, 38, 2132
  5. Srajer G., Pindak R., Waugh M.A., Goodby J.W. and Patel J.S., Phys. Rev. Lett., 1990, 64, 1545
  6. Goodby J.W., Slaney A.J., Booth C.J., Nishiyama I., Vuijk J.D., Styring P. and Toyne K., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1994, 243, 231
  7. Goodby J.W., Mater. Chem., 1991,1, 307
  8. Walba D.M., 1997, 6th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals, 20 24 July, Brest, France, Tutorials, 1
  9. Жен де П., Физика жидких кристаллов, М., Мир, 1977
  10. Сонин А.С., «Введение в физику жидких кристаллов», М, «Наука», 1983
  11. Solladie G. and Zimmermann R., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1984, 23, 348
  12. Yu L.J., Saupe A., Phys. Rev. Lett., 1980, 45, 100
  13. Saupe A., Boonbrahm P., Yu L.J., J. Chem. Phys., 1983, 80, 7
  14. Boonbrahm P., Saupe A., J. Chem. Phys., 1984, 81, 2076
  15. Lacerda-Santos M., Galerne Y., Durand G., Phys. Rev. Lett., 1984, 53, 787
  16. Melnik G., Photinos P., Saupe A., J. Chem. Phys., 88(6), 1998
  17. M., «Стереохимия», M., «Мир», 1984
  18. Stegemeyer H., Liq. Cryst., 1989, 5, 5
  19. Schadt M., Liq. Cryst., 1989, 5(1), 57
  20. Л.Д., Лифшиц E.M., Теоретическая физика, т. VII, Теория упругости, 4-е изд., М., Наука, 1987
  21. Goossens W.J.A., Mol. Cryst. and Liq. Cryst., 1971,12, 237
  22. Goossens W.J.A., Phys. Lett., 1970, 31A (8), 413
  23. Mayer W. and Saupe A., Z. Naturforsch, A, 14, 882 (1959), 15, 287 (1960)
  24. Humphries R.L., James P.G. and Luckhurst G.R., J. Chem. Soc. Faraday Trans. II, 1972, 68, 1031
  25. Stegemeyer H. and Finkelmann H., Chem. Phys. letters, 1973, 23(2), 227
  26. Meer van der B.W., Vertogen G., Dekker A.J., Ypma J.G.J., J. Chem. Phys., 1976, 65(10), 3935
  27. Meer van der B.W., Vertogen G., Phys. Lett. 1976, 59A, 279
  28. Lin-Liu Y.R., Yu Ming Shih, Chia-Wei Woo and Tan H.T., Phys. Rev. A, 1976,14, 445
  29. Lin-Liu Y.R., Yu Ming Shih, Chia-Wei Woo, Phys. Rev. A, 1977, 15(6), 2550
  30. Keating P.N., Mol. Cryst. Liq. Cry st., 1969, 8, 315
  31. Goossens W.J.A., Journal de Physique, 1979, Col. C3, 40(4), 158
  32. Wulf A., J. Chem. Phys., 1973, 59(3), 1487
  33. Priest R.G., Lubensky, Phys. Rev. A, 1974, 9(2), 893
  34. Straley J.P., Phys. Rev. A, 1974, 10, 1801
  35. M. A. Osipov, B. T. Pickup, D. A. Dunmur, Molec. Phys., 1995, 84(6), 1193
  36. T.C. Lubensky, A.B. Harris, Kamien R.D. and Gu Yan., Ferroelectrics, 1998, 212, 1
  37. Harris A.B., Kamien R.D., Lubensky T.C., Rev. Mod. Phys., 1999, 71, 1745
  38. A.B. Harris and T.C. Lubensky, Phys. Rev. Lett., 1997, 78, 1476- 2867
  39. Kamien R.D., T.C. Lubensky and Holger Stark., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1996, 288, 15
  40. Ferrarini A., Moro G.J., Nordio P.L., Luckhurst G.R., Molec. Phys., 1992, 77, 1
  41. Ferrarini A., Moro G.J. and Nordio P.L., Liq. Cryst., 1995,19(3), 397
  42. Ferrarini A., Moro G.J. and Nordio P.L., Mol. Phys., 1996, 87(2), 485
  43. Ferrarini A., Moro G.J. and Nordio P.L., Phys. Rev. E, 1996, 53(1), 681
  44. Allen M.P., Phys. Rev. E, 1993, 47, 4611
  45. Memmer R., Kuball H.-G., Schonhofer A., Mol. Phys., 1996, 89(6), 1633
  46. Berardi R., Kuball H.-G., Memmer R., Zannoni C., J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1998, 94(9), 1229
  47. Memmer R., ICuball H.-G., Schonhofer A., Liquid Crystals, 1993, 15, 345
  48. Memmer R" Kuball H.-G., Schonhofer A., Liquid Crystals, 1995, 19(6), 749
  49. Friedel G" Ann. Phys. (Paris), 1922, 18, 273
  50. Buckingham A.D., Ceasar G.P., Dunn M.B., Chem. Phys. Lett., 1969, 3, 540
  51. Baessler H., Labes M.M., J. Chem. Phys., 1970, 52, 631
  52. Stegemeyer H., Mainusch K.J., Chem. Phys. Lett., 1970, 6, 5
  53. Sackmann E., Meiboom S., Snyder L.C., Meixner A.E., Dietz R.E., J. Am. Chem. Soc., 1968, 90, 3567
  54. Baessel H., Laronge T.M., Labes M. M, J. Chem. Phys., 1969, 51, 3213
  55. Kuball H.-G., Bruning H., Weiss B., Freilung Kolloquium, March 1996
  56. Kuball H.-G., Weiss B., Beck A.K., Seebach D., Helvetica Chimica Acta, 1997, 80, 2507
  57. Kuball H.-G., Muller Th., Bruning H., Schonhofer A., Liq. Cryst., 1995, 261, 205
  58. Kuball H.-G., Muller Th., Weyland H.-G., Mol. Cryst. Liq. Crvst., 1992, 215, 271
  59. Kuball H.-G., Heppke G., Liquid Crystals Today, 1995, 5(1), 5
  60. Kuball H.-G., Bruning H., Muller Th., Turk 0., Schonhofer A., J. Mat. Chem., 1995, 5(12), 2167
  61. Kuball H.-G., Rolling R., Bruning H., Weiss B" Liquid Crystals: Physics, Technology and Applications, Proceedings of SPIE, 1998, 3318, 53
  62. Yarmolenko S.N., Kutulya L.A., Vashchenko V.V., Chepeleva L.V., Liq. Cryst., 1994, 16, 877
  63. Bhatl J.C., Keast S.S., Neubert M.E. and Petschek R.C., Liq. Cryst., 1995, 18, 367
  64. K.Yamamura, Y. Okada, S. Ono, M. Watanabe, J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1988, 443
  65. Yamamura K., Ono S. and Tabushi 1.1., Tetrahedron Lett., 1988, 29, 1797
  66. Suchold B., Renault A., Lajzerowicz J., Spada G. P., J. Chem. Soc. Perkin Trans. II, 1992, 1839
  67. Gotarelli G., Hibert M., Samori B., Solladie G.,, Spada G. P. and Zimmermann R., J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 7318
  68. Gotarelli G., Spada G. P., Bartsch R., Solladie G. and Zimmermann R., J. Org. Chem., 1986, 51, 589
  69. Gotarelli G. and Spada G. P., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985,123, 377
  70. Gotarelli G., Osipov M.A., Spada G.P., J. Phys. Chem., 1991, 95, 3879
  71. Heppke G., Kitzerow H.-S., Lotzsch D., Papenfuss C., Liq. Cry st., 1990, 8, 407
  72. Heppke G., Kitzerow H.-S., Oestraicher F., Naturforsch., 1986,41a, 1214
  73. Tsuzuki S., Tanabe K., Nagawa Y., Nakanishi H., J. Mol. Struct., 1990, 216, 279
  74. Kerr K.A., Robertson J.M., J. Chem Soc. B, 1969, 1146
  75. Kuroda R., Mason S.F., J. Chem. Soc. Perkin Trans. II, 1981, 167
  76. Baraldi I., Ponterini G., Mommichioli F.,
  77. J. Chem. Soc. Faraday Trans. II, 1987, 83, 2139
  78. Baraldi I., Bruni M.С., Caselli M., Ponterini G., J. Chem. Soc. Faraday Trans. II, 1989, 85(1), 65
  79. Deussen H.-J., Hendrickx E., Boutton C., Krog D., Clays K., Bechgaard K., Persoons A., BjornholmT.,
  80. J. Am. Chem. Soc., 1996, 118, 6841
  81. Kranz M., Clark T., von Rague Schleyer P., J. Org. Chem., 1993, 58, 3317
  82. Tetreau C., Lavalette D., Nouveau Journal de Chimie, 1982, 6(10), 461
  83. Zhang M., Schuster G., J. Phys. Chem., 1992, 96, 3063
  84. Zhang M., Schuster G., J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 4852
  85. Vicentim F., Clio J., Chien L.-C., Liq. Cryst., 1998, 24(4), 483
  86. Kelly S. M., Schadt M. and Seiberle H., Liq. Cryst., 1992, 11, 761
  87. Leroux N., Fritz W.J., Doane J.W., Chien L.-C., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1995, 261, 465
  88. Шибаев В.П., Deussen H.-J., Бобровский А. Ю., Шибаев П. В., Schaumburg К., BjornholmT., Бойко H.И., Bechgaard К., Высокомолекулярные соединения А, 1997, 39(1), 69
  89. Ma L., Ни Q.-S., Vitharana D., Wu С., Kwan C.M.S., Pu L., Macromolecules, 1991, 30, 204
  90. Mi Q" Gao L., Li L., Ma Y., Zhang X., Ding M., J. Polym. Sci., Part A, 1997, 35, 3287
  91. И. О. Калиновский, H. И. Бойко, П. В. Шибаев, В. П. Шибаев, Высокомолекулярные соединения А, 1998, 40(3), 389
  92. Deupen H.-J., Shibaev P. V., Vinokur R. A., Bjornholm Т., Schaumburg K., Bechgaard K., Shibaev V. P., Liq. Cry St., 1996, 21, 327
  93. Kalinovskii I. O., Mastshenko V. I., Vinokur R. A., Boiko N. I., Shibaev V. P., Abstracts of European Conference on liquid crystals, March 3−8, 1997, Zakopane, Poland, 185
  94. Kalinovskii I. O., Mastshenko V. I., Vinokur R. A., Boiko N. I., Shibaev P. V., Shibaev V. P., Liquid crystals: Chemistry and Structure, Proseedings of SPIE, 1997, 3319, 11 393. Беляков B.A., Сонин A.C.,
  95. Оптика холестерических жидких кристаллов, М., «Наука», 1982
  96. В.А., Оптика жидких кристаллов, М., Знание, 1982
  97. А.П., Экспериментальное исследование жидких кристаллов, М., Наука, 1977
  98. JI.M., Электро- и магнитооптика жидких кристаллов, М., Наука, 1978
  99. Robinson С., Word J.C., Beevers R.B., Disk. Faraday Soc. 1958, 29
  100. Grandjean F.C.R., Ackad. Sci., 1921, 172
  101. Kano R" Bull. Soc. Fr. Min. Cryst., 1968, 91, 20
  102. Heppke G., Oestreicher F., Z. Naturforsch., A, 1977, 32, 899
  103. W., Labers M.M., 1994, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 239, 55
  104. Haller J., J. Phys. Chem., 1973, 77, 950
  105. Л.М., Кизель В. А., Румянцев В. Г., Титов В.В., Кристаллография, 1975, 20, 1245
  106. М.Ф., Опт. и спектр., 1966, 60, 644
  107. Т., Nikolova L., 1992, Opt. Lett., 17, 358
  108. В.П., Костромин С. Г., Иванов С. А., Высокомолекулярные соединения А, 1997, 39(1), 43
  109. J., Spada G.P., Gotarelli G., Weiss R.G., 1987, J. Am. Chem. Soc., 109, 4352
  110. HyperChem ® Release 5.0 for Windows, Reference Manual, Pub. HC50−00−02−00, Hypercube Inc., 1996
  111. Mason S.F., Seal R.H., Roberts D.R., Tetrahedron, 1974, 30, 1671
  112. Kuhn W., Rometsch R" Helv. Chim. Acta, 1944, 28, 1080
  113. Meyer E.W., Advanced Materials for Molecular Electronics and Photonics, 1994, Mons, Belgium, December 1−2
  114. Thorup N., Deussen H.-J., Bjornholm Т., Bechgaard К., ECM16 Lund, 16th European Crystallografic Meeting, 6−11 August 1995, Lund, Sweden
  115. Bauman D., Martynski Т., Mykowska E., Liq. Cryst., 1995,18, 607
  116. Bauman D., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1988,159, 197
  117. Murakoshi K., Azechi Т., Hosokawa H., Wada Y., Yanagida S., J. of Electroanalytical Chemistry, 1999,473, 117
  118. Ferrarini A., Nordio P.L., Shibaev P.V., Shibaev V.P., Liq. Cryst., 1998, 24(2), 219
  119. P. V. Shibaev, R. Vinokur, V. Plaksin, K. Schaumburg, Т. Bjornholm, A. Ferrarini, P.L. Nordio, IV Российский симпозиумс международным участием) «Жидкокристаллические полимеры», 24−28 января 1999 г., Москва, Тезисы докладов, 78
  120. Dauber-Osguthorpe P., Roberts V.A., Volff J., Genest M., Magier A.T., 1998, Proteins: Struc. Func. Genet., 4, 31
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!