[发明专利]具有反应特性的偶氮类液晶单体及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及化学领域中的偶氮类液晶化合物，具体是一种具有反应特性的偶氮类液晶单体及其制备方法。

(二)背景技术

液晶既具有液体的易流动性，又具有晶体的各向异性特征，利用它在光、电、磁和热作用下的各向异性特点，液晶被广泛用于显示、信息、生物医学和智能材料上。1950年，A.Elliot将液晶特性引入到高分子材料中，得到一种新的液晶高分子材料，开阔了液晶的应用范围。1981年H.Finkelmann首先合成了液晶弹性体，他将液晶的取向有序性与聚合物网络的熵弹性结合得到了这种性能优异的可用于智能材料的新型高分子。研究发现，这种新的材料可以具有形状记忆功能，人们不断合成新的液晶来提高其形变回复、快速响应能力，使其能应用于实际生活中。而大多液晶高分子或弹性体都是将介晶基元沿分子长轴方向连接到化合物体系中，P.Keller等将介晶基元横挂到高分子链上得到新的腰接型液晶高分子，其后的研究表明这种结构使高分子主链被强迫伸直具有较大的刚性，表现更像主链型液晶高分子，我国的液晶高分子专家周其凤院士为此提出了“甲壳型”液晶高分子的概念。这种材料因为其形状记忆特性可应用于人造肌肉，微机器人等领域中。而要得到好的材料，必须先得到合适的液晶单体，再与高分子链连接制备这种具有形状记忆特性的新型功能材料，所以人们一直在探寻新的液晶单体化合物。2002年，Min-Hui Li等第一次报道合成了一种侧链为丙烯酸取代含偶氮基团的液晶单体，并由此得到了一种回复率高响应速率快的光敏液晶弹性体，指出了其在非线性光学材料上的应用前景，但这种液晶基元的反应活性低，不容易引发接枝聚合反应。西北工业大学在申请号为200610104908.2的发明专利中提出了一种具有反应特性的液晶单体，但这种液晶单体不具备光学活性，本发明在此基础上引入光敏基团，得到一种新的具有反应特性的偶氮类液晶单体。

(三)发明内容

为克服现有技术中存在的反应活性低，不容易引发接枝聚合反应的不足，本发明提出一种具有反应特性的偶氮类液晶单体及其合成方法。

本发明具有反应特性的偶氮类液晶单体的结构式为：

其中n₁为6-14的整数，n₂为1-7的整数，n₃为1-5的整数，稀氧基取代位置在烷氧基的邻位或对位。

本发明的液晶单体反应机理为：

本发明根据反应机理提出了所述液晶单体的合成方法，其步骤如下：

(1)将邻烯氧基对烷氧基苯甲酸或间烯氧基对烷氧基苯甲酸与尿素溶解在甲苯中，氮气保护下回流反应15h，减压蒸除溶剂，残液倒入正丙醇中，过滤得粗品，乙醇重结晶得1。

(2)将1与水调成糊状混合物，通入干燥氮气，缓慢滴加新制备的NaBrO溶液，滴加结束后，加入NaOH溶液搅拌0.5h，并控制整个搅拌过程温度始终低于5℃，结束后缓慢加热到80℃保温0.5h，冷却中和PH＝7过滤得粗品，乙醇和二氧六环重结晶得2。

(3)将2溶解在盐酸水溶液中，通入氮气，先加入NaNO₂，再以每次8g量加入对烷基联苯和碳酸钾质量比1∶3的混合物，整个过程控温低于10℃，结束后自然升至室温，反应0.5h后过滤得粗品，石油醚和乙酸乙酯重结晶即得到具有反应特性的偶氮类液晶单体。

本发明得到的化学物质含有偶氮基团，具有光学活性，苯环上连接的烯氧基团具有较高的反应活性，能得到具有光敏活性的新型材料。由本发明的液晶化合物进一步制备的液晶弹性体或高分子，改变了大多侧链液晶高分子是将液晶基元竖挂到高分子链上形成尾接型液晶高分子的惯例，将得到具有光致双向形状记忆特性的新型材料，可应用于非线形光学，光信息存储，光导开关、显示、人造肌肉、形状记忆、生物医药领域等，是一种智能材料。

本发明操作简单安全，原料容易获得，产品成本经济合理，具有重要的现实意义和商业价值。

(四)具体实施方式

实施例一：

本实施例具有反应特性的偶氮类液晶单体的结构式为：

其中：n₁＝7，n₂＝1，n₃＝2，烯氧基邻位取代。

2-烯丙氧基-4-辛氧基-(对丙基联苯偶氮)苯的合成方法：