[发明专利]高富勒烯含量液晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的富勒烯含量高的液晶化合物。

背景技术

富勒烯由于其所具有的特殊的物理和化学性质，使之能够应用于非线性光学材料、自由基捕捉剂、导电材料和半导体、太阳能电池以及有机超导体等方面，因而成为近年来科学家研究的热点。而液晶对于光、电、声等都具有良好的响应性，将两者结合起来所合成的含富勒烯的液晶化合物具有更大的应用潜能。

在目前的合成方法中，所得到的含C₆₀的富勒烯液晶化合物的液晶相的相转变温度都比较高，比如大多数的相转变温度都在80℃以上（参见： 1. Stephane Campidelli., Julie Lenoble., Joaquin Barbera., Francesco Paolucci., Massimo Marcaccio., Demis Paolucci., Robert Deschenaux. Macromolecules. 2005, 38, 7915-7925.; 2. Julie Lenoble., Stephane Campidelli., Natacha Maringa., Bertrand Donnio., Daniel Guillon., Natalia Yevlampieva., Robert Deschenaux. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9941-9952.; 3. Robert Deschenaux., Bertrand donnio., Daniel Guillon. New J. Chem. 2007, 31, 1064-1073.），并且这些材料中富勒烯C₆₀的含量通常都在40%以下，一般在20%-30%之间，这主要是因为C₆₀富勒烯球的大小为1纳米，要使所合成的化合物具有液晶性，必须连接上3纳米左右的液晶基元和其他基团，以满足热致性液晶的长宽比或径厚比大于4的要求，因而使得富勒烯的含量很低，这些都限制了其在光、电、磁等领域的应用。

因此，需要设计一种相转变温度相对较低、富勒烯含量高的液晶化合物。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种高富勒烯含量液晶的制备方法，将富勒烯液晶中富勒烯含量提高至50%以上，某些情况下可以达到60%以上。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种高富勒烯含量液晶的制备方法，以二醇为柔性连接臂的前体，使二醇的两个羟基分别和没食子酸衍生物的羧基、富勒烯酸的羧基反应生成酯键，从而得到所述高富勒烯含量液晶；

其中，没食子酸衍生物的化学结构式为                                                ，其中，R结构为C_nH_2n+1的烷基，n为碳链长度，其值为1～21；所述二醇的化学结构式为，其中R₁结构为C_mH_2m，m为碳链长度，其值为2～12；所述富勒烯酸为C₆₀富勒烯乙酸、C₆₀富勒烯丙酸或C₆₀富勒烯丙二酸。

上述方案中，一种高富勒烯含量液晶的制备方法具体包括以下步骤：

(1) 制备没食子酸衍生物的方法：将3,4,5-三羟基苯甲酸甲酯与卤代烷在弱碱性的环境下反应，得到3,4,5-三烷氧基苯甲酸甲酯，所述卤代烷为碳链长度为1～21的单取代卤代烃；

(2) 在酸性条件下水解3,4,5-三烷氧基苯甲酸甲酯得到3,4,5-三烷氧基苯甲酸；

(3) 以3,4,5-三烷氧基苯甲酸与二醇为反应物，对甲苯磺酸（PTSA）为催化剂，发生酯化反应，制备得到3,4,5-三烷氧基苯甲酸醇酯，所述二醇为碳链长度为2～12的二醇；

(4) 以富勒烯酸与3,4,5-三烷氧基苯甲酸醇酯的反应，以N,N-二甲基吡啶（DMAP），对甲苯磺酸（PTSA），N,N-二异丙基酰胺（DIPC）为催化剂，发生酯化反应得到最终产物，即为含有C₆₀的富勒烯液晶化合物。

本发明同时要求保护采用上述制备方法制得的富勒烯液晶化合物，所述富勒烯液晶化合物包括：没食子酸衍生物部分、富勒烯酸部分，还包括一柔性连接臂，所述柔性连接臂的前体为二醇；所述富勒烯液晶化合物中，柔性连接臂的两端分别以酯键和没食子酸衍生物部分、富勒烯酸部分相连。