TEMPO有机自由基型光磁可控液晶分子的合成与性能研究

目前，对于分子中同时具有磁性基团和偶氮类光敏基团的棒状小分子液晶的合成技术及性能，人们还缺乏足够的认识和研究。本项目以前期合成的同时具有磁性及液晶性的化合物为基础，在分子中心引入偶氮结构的光敏基团，拟设计合成两系列四类新型多功能棒状分子。这些分子在结构上将液晶性、磁性及光敏性集于一身，且分子末端与TEMPO (2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基)相连，以使分子在一维方向上具有较大的介磁常数。通过偶氮结构在光照条件下的异构化，实现对该类化合物液晶性的磁控和液晶性的光控。通过研究它们在固态、液晶态、液态以及不同溶剂条件下，受到光照（紫外光或激光）、电场或磁场作用时，磁性、液晶性及光敏性能等各种性能的变化和相互影响规律，发现其潜在的新特性及用途。该类化合物的合成可为研究液晶性、磁性及光敏性的相互影响提供基础，有望赋予液晶材料新的意义，为合成其它光控磁可控液晶化合物提供研究依据。

项目(21102121)的研究目的就是要设计、合成一种在分子结构上将液晶性、磁性及光敏性集于一身，能够通过光控、磁控实现材料液晶性转变的新型液晶材料。项目研究属于有机分子功能材料化学领域，功能有机分子的设计与合成研究方向。. 为达到预定研究目标，设计、合成、制备了两个系列、四种类型共40个具有偶氮感光基团和氮氧自由基TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）磁性基团的新型液晶分子，它们分别是：第一个系列为棒状、中心桥键为偶氮双酯、末端基为哌啶氧自由基结构的光磁可控液晶；包括第1类，中心桥键为偶氮结构、一端通过酰氧基与烷基单环相连接、另一端通过第二个酰氧基与TEMPO自由基末端相连接的光磁可控液晶分子材料；第2类，端基为烷基双环结构，其余分子结构与第1类同。第二个系列为棒状、中心桥键为偶氮席夫碱酯基、末端基为哌啶氧自由基结构的光磁可控液晶；包括第3类，端基为烷基单环结构，第4类，端基为烷基双环结构。. 通过UV、IR、NMR、MS、元素分析等手段测定、表征了所合成中间体以及目标化合物的结构。测试结果显示，目标化合物分子结构与预期一致。. 采用DSC、热台偏光显微镜等手段研究了目标化合物的液晶相范围及液晶态织构，测试表明它们都具有液晶性。以超导量子磁强计等手段测定了目标化合物的磁常数和变温磁化率，测定表明，目标化合物具有磁性。紫外光照射实验表明，目标化合物的UV光谱有明显的变化，表明其具有光敏性。. 详细研究各化合物的光照顺反异构化性质、光照液晶变化性质、电场液晶变化性质以及磁场液晶变化性质；研究发现，当目标化合物受到紫外光光照、电场或磁场作用时，其液晶性、光敏性以及磁性等可以相互影响，实现了同一个分子中能够同时体现出液晶性、磁性、光敏性以及液晶性的光、磁可控性。. 所制备的新型液晶材料同时集合了偶氮光敏基团和自由基磁性基团，通过偶氮结构的光异构化可以实现化合物磁性和液晶性的光调控。此类化合物对光、电、磁等外界因素呈现出明显不同于普通液晶分子的反映，实际液晶混配实验表明，混配液晶同样具有液晶性的电、光、磁可控性，具备深入的潜在应用价值。. 通过大量的实验发现，可以利用温度的变化，实现COOH和OH与酰氯的选择性酯化；反应条件温和可控，产品易分离提纯，合成方法对合成类似酯基酸化合物或不对称双酯类化合物具有指导意义。