[发明专利]一种取向可控苯并菲类盘状液晶分子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于盘状液晶分子及其制备技术领域，具体涉及取向可控苯并菲类盘状液晶分子及其制备方法；该盘状液晶分子是以苯并菲为刚性中心，通过炔基以及苯环扩大其共轭效应制备具有自组装以及液晶性能的分子盘状液晶分子。

背景技术

1977年盘状液晶被发现，到目前已有14类、约1000个盘状液晶化合物被合成。盘状液晶分子一般是由平面或接近于平面的刚性实以及围绕的六条或更多的软链组成。盘状液晶在分子结构、相变行为以及光电性质等方面均表现出不同于显示用棒状液晶的特点。它们的分子形状、分子堆积方式、电荷传输维度不同。其光学双折射值差呈现负值，所以向列盘状向液晶可以作为光学补偿膜用在液晶显示器件中来提高显示器的视角，日本富士公司就曾因此应用过一种苯并菲的聚合物，这也是盘状液晶的第一个应用实例。其液晶相更倾向于通过分子自组装形成的高度有序的柱状相，沿柱轴方向芳烃π-π相互作用，因此在沿柱方向具有更高的电荷和能量传输速率，在有机电子传输器件、场发射晶体管、光电太阳能器件等方面具有很好的应用前景。盘状液晶是较好的光导体和半导体材料，因而引起人们极大的研究兴趣。

2010年诺贝尔化学奖授予美国科学家理查德·F·赫克、日本科学家根岸英一和铃木章，以表彰他们在“有机物合成过程中钯催化交叉偶联”中做出的杰出贡献。化学奖评审委员会说，三人研究成果向化学家们停工“精致工具”，大大提升合成复杂化学物质的可能性。通过钯催化下的偶联反应，我们可以将炔基直接与苯并菲刚性盘相连，并在炔基另一端连接苯环，可以显著地扩大分子的π-π共轭效应，使得盘状分子间的交互作用加强，从而分子与分子堆垛排列形成柱状相。

在报道的盘状液晶中，有固定刚性中心核的苯并菲材料由于其相对易于合成、良好的溶解性、丰富的液晶相类型、热和化学性质稳定、易于加工以及沿柱轴较高的电荷传输速率等优势而成为盘状液晶材料中被研究最多、最广泛的一类。到目前已经有500个以上苯并菲盘状液晶化合物被合成。最近一系列基于苯并菲的新型盘状液晶分子合成的优秀工作也已被发表，如Michael M.Haley利用六溴苯并菲通过Sonogashira偶联反应合成出了具有大的环形盘状结构新型分子；Dong Hoon Choi等也利用其合成出了新型盘状液晶分子，被用于有机场效应晶体管(OFET)。所以，基于苯并菲设计并合成包括不同的拓扑结构、外围侧链基团、给电子或吸电子基团、不同条件可控交联基团的新型多功能、稳定的盘状液晶分子，是制备有机光电材料非常有潜力和可行的途径之一。我们的工作，就是在设计思路指导下，合成了一系列具有侧链基团结构的新型取向可控的苯并菲类盘状液晶分子。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的提供一种在苯并菲中心核上通过引入炔基和苯环大幅度提高盘状分子之间的π-π共轭交互作用从而诱导液晶相含苯并菲对称型盘状液晶化合物及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种取向可控苯并菲类盘状液晶分子，该化合物结构如通式(1)所示：

其中，R表示为-C_nH_2n+1、且n为4-18的整数。

本发明还提供上述取向可控苯并菲类盘状液晶分子的制备方法，本发明的化合物的反应机理为：

，该方法具有如下步骤：

溴代盘核的制备：

1.将一定量的苯并菲溶于硝基苯中，置于反应器内，加入一定比例Fe粉，室温下逐渐滴加液Br₂，在温度为120-150℃，反应12-16h后，冷至室温，得到产物A；其中，苯并菲∶Fe粉∶Br₂摩尔比为1∶2-5∶1-9；

2.将产物A加入盛有亚硫酸氢钠的溶液中，搅拌1小时，除去蒸馏水层后，每隔10min换蒸馏水一次，重复5次，直至溶液无色，分液除去蒸馏水层；加入无水乙醇，产生颗粒状沉淀，经过抽滤后，将滤纸上的粉末用滤纸包覆，放入脂肪提取器用蒸馏水抽提一天，再用无水乙醇抽提一天，干燥后得纯化溴代产物B；

Sonogashira偶联反应制备盘状液晶：

1.将上述步骤得到溴代产物B的溶于四氢呋喃和二异丙胺混合溶液中，置于反应器中通氩气保护，超声时间为20-60min，使反应瓶中溶剂中溶解的氧气完全被保护气体所置换；