液晶材料的合成與應(yīng)用(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上液晶材料的合成與應(yīng)用一、前言隨著人們對液晶的逐漸了解,發(fā)現(xiàn)液晶物質(zhì)基本上都是有機化合物,現(xiàn)有的有機化合物中每200種中就有一種具有液晶相。顯示用液晶材料是由多種小分子有機化合物組成的,現(xiàn)已發(fā)展成很多種類,例如各種聯(lián)苯腈、酯類、環(huán)己基(聯(lián)) 苯類、含氧雜環(huán)苯類、嘧啶環(huán)類、二苯乙炔類、乙基橋鍵類和烯端基類以及各種含氟苯環(huán)類等。人們通常根據(jù)液晶形成的條件,將液晶分為溶致液晶( Lyot ropic liquid crystal s ) 和熱致液晶( Thermot ropic liquid crystal s) 兩大類。將某些有機物放在一定的溶劑中,由于溶劑破壞結(jié)晶晶格而形

2、成的液晶,被稱為溶致液晶。比如:簡單的脂肪酸鹽、離子型和非離子型表面活性劑等。溶致液晶廣泛存在于自然界、生物體中,與生命息息相關(guān),但在顯示中尚無應(yīng)用。熱致液晶是由于溫度變化而出現(xiàn)的液晶相。低溫下它是晶體結(jié)構(gòu),高溫時則變?yōu)橐后w,這里的溫度用熔點( Tm) 和清亮點( Tc ) 來標(biāo)示。液晶單分子都有各自的熔點和清亮點,在中間溫度則以液晶形態(tài)存在。目前用于顯示的液晶材料基本上都是熱致液晶。在熱致液晶中,又根據(jù)液晶分子排列結(jié)構(gòu)分為三大類:近晶相(Smectic) 、向列相(Nematic) 和膽甾相(Cholesteric) 。 常見的甾核化合物膽固醇、膽酸是生命體內(nèi)的重要成分，應(yīng)用于生物材料中將會

3、提高材料的生物相容性1。同時，膽固醇也是一種非常重要的液晶基元，膽甾醇羧酸酯是發(fā)現(xiàn)最早和研究得最多的手性液晶材料之一，在一定條件下其會隨溫度、磁場、電場、機械應(yīng)力、氣體濃度的變化而發(fā)生色彩的變化，可用于制作液晶溫度計、氣敏元件、電子元件、變色物質(zhì)等，還可用于無損傷探傷、微波測量、治病診斷、定向反應(yīng)等化學(xué)、化工、冶金、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域2。不僅如此，某些膽甾醇酯類化合物作為乳化劑等在食品，化妝品領(lǐng)域有重要應(yīng)用。膽甾醇酯類化合物可由羧酸與醇直接酯化反應(yīng)制得，但傳統(tǒng)的酸催化方法酯化收率很低。因此近來國內(nèi)外開發(fā)了各種新方法，如酰氯酯化法,酸酐酯化法3二環(huán)己基碳二亞胺（DCC）脫水酯化法,等以及最近的酶催化酯交

4、換法、固體堿（如MgO、ZnO等）催化酯交換法。二、實驗?zāi)康牧私庖壕Р牧系慕Y(jié)構(gòu)特點、制備方法與應(yīng)用。掌握DCC法合成膽固醇丙酸（苯甲酸）酯液晶材料的操作技術(shù)。學(xué)會通過紫外光譜等手段來分析鑒定核酸的純度。三、實驗原理在膽固醇酯類液晶的合成中，采用操作復(fù)雜，路線較長的酰鹵路線 ，但傳統(tǒng)的?；〞a(chǎn)生大量的腐蝕性氣體，如二氧化硫，氯化氫氣體，造成環(huán)境污染以及腐蝕設(shè)備等缺點，且存在原料酰氯需要現(xiàn)制現(xiàn)用、副產(chǎn)物HCl去除麻煩、整體合成路線長等問題。采用操作溫和、路線短的二環(huán)己基碳二亞胺（簡稱DCC）縮合法已是趨勢，反應(yīng)原理如下：在二環(huán)己基碳二亞胺（簡稱DCC）縮合法合成膽固醇酯類液晶過程中，多使用3級有

5、機堿進行催化，特別吡啶的衍生物，如4-二甲氨基吡啶（簡稱DMAP）、4-吡咯烷基吡啶。不足的是，DMAP等吡啶的衍生物價格昂貴，雖可依據(jù)其催化機理用便宜的N,N-二甲基苯胺作為3級有機堿進行替代，但耗時長、產(chǎn)率低。四、儀器與藥品（1）實驗儀器有機合成實驗玻璃儀器一套（含蒸餾、抽濾設(shè)備等）、磁力攪拌器、顯微熔點儀、載玻片、蓋玻片（2）實驗試劑膽固醇 、有機堿4-二甲氨基吡啶（簡稱DMAP）、丙酸、二環(huán)己基碳二亞胺（簡稱DCC）、二氯甲烷、石油醚、乙醚、薄層檢測用硅膠GF254、95%乙醇、HCl溶液（1mol/L）、NaOH溶液、蒸餾水、無水硫酸鎂。三、實驗步驟與現(xiàn)象；步驟現(xiàn)象DCC法合成膽固醇

6、丙酸酯在干燥的帶有磁力攪拌子燒瓶中，加入膽固醇(1.93g，0005mol)、脫水劑二環(huán)己基碳二亞胺（簡稱DCC）、丙酸0.37g、催化劑（除水促進劑）4- 二甲基吡啶（DMAP）、溶劑二氯甲烷100mL、在常溫下攪拌。呈渾濁白色溶液狀攪拌下反應(yīng)20-24h后，以30份石油醚和一份乙醚混合液為展開劑，薄層檢測反應(yīng)終點。在紫外燈的照射下，能觀察到溶質(zhì)的顏色為紫紅色，溶質(zhì)移動的距離為2.3cm，流動相移動的距離為3.0cm。反應(yīng)結(jié)束后抽濾，除去未反應(yīng)完全的二環(huán)己基碳二亞胺（簡稱DCC）和生成的酰脲，用HCl溶液溶液（1mol/L）、NaOH溶液（1mol/L）、蒸餾水（各50mL）分別洗滌濾液后，

7、然后加入無水硫酸鎂干燥。用HCl溶液溶液洗滌時，靜置，溶液分兩層，上層澄清，下層渾濁。用NaOH溶液洗滌時，靜置，溶液分兩層，上層渾濁，下層澄清。用蒸餾水洗滌，剛開始時，靜置，溶液分三層，上層澄清，中間有白色泡沫，下層是淡黃色液體，后來，中間白色泡沫消失，溶液分為兩側(cè)。蒸餾除去溶劑二氯甲烷后的黃色油狀粗產(chǎn)品，加入無水乙醇重結(jié)晶，抽濾，干燥。蒸餾一段時間后，燒瓶中有白色固體出現(xiàn)，最后得到白色晶體，由于并沒有完全干燥，得到的并不是針狀晶體，而是塊狀產(chǎn)物鑒定 稱重，計算產(chǎn)率，測定熔點。稱重得到產(chǎn)物的質(zhì)量為3.54g測定熔點，剛開始熔化為121，完全熔化130。四、數(shù)據(jù)處理Rf的測定Rf是色譜法中表示

8、組分移動位置的一種方法的參數(shù)。定義為溶質(zhì)遷移距離與流動相遷移距離之比。在一定的色譜條件下，特定化合物的Rf值是一個常數(shù)，因此有可能根據(jù)化合物的Rf值鑒定化合物。溶質(zhì)遷移距離 2.3cmRf= = = 0.76流動相遷移距離 3.0cm熔點的測定測定熔點，剛開始熔化為121，完全熔化130。這與文獻(xiàn)中的102相差較遠(yuǎn)，所測溫度有所提高。產(chǎn)率的計算理論值：所用膽固醇的物質(zhì)的量為0.005mol，生成0.005mol膽固醇丙酸酯膽固醇丙酸酯的摩爾質(zhì)量為442.72g/mol m=442.72g/mol×0.005mol=2.21g產(chǎn)率：稱量產(chǎn)物質(zhì)量3.52g 3.52g產(chǎn)率= = 159%

9、2.21g由于產(chǎn)物沒有烘干，里面含有非常多的水分，因此所稱得的質(zhì)量非常不準(zhǔn)確，因此這個產(chǎn)率是不正確的。五、結(jié)果與討論受到自身性質(zhì)影響，親脂性強的成分在流動相中分配的多一些，隨流動相移動的速度就快一些；親水性強的成分在固定相中分配的多一些，隨流動相移動的速度就慢一些。在做薄層分析時，溶質(zhì)中還含有未反應(yīng)完全的二環(huán)己基碳二亞胺（簡稱DCC）和生成的酰脲，親脂性強的成分在流動相中分配的多一些，隨流動相移動的速度就快一些，因此在本次實驗中溶質(zhì)遷移距離2.3cm，Rf值為0.76，比理論值0.7要大一點。起始溫度對熔點的影響 起始溫度偏高, 升溫速度又快, 熱量往往來不及傳遞, 使熔點值偏高。起始溫度過低

10、, 預(yù)熱時間過長, 升溫速率對熔點的影響對熔點測定結(jié)果的影響 經(jīng)典的方法是通過導(dǎo)熱介質(zhì)傳導(dǎo)到水銀溫度計上, 通過讀取溫度計讀數(shù)確定熔點。這樣, 讀取的溫度和樣品的真實溫度是有一定差異的。同時, 理論上純凈樣品在熔化過程中的有限時間內(nèi), 溫度應(yīng)維持常數(shù), 而實際上樣品量是極微的, 而加熱器的熱容量卻很大, 因此, 測量過程中加熱器將繼續(xù)線性上升。升溫速度越快, 得到的熔點結(jié)果也越高。在本次實驗過程中，由于初次接觸熔點儀，掌握不住控溫和升溫的技巧，所以在每分鐘內(nèi)升溫的速度非?？欤@樣造成了測定的熔點比實際的要高。文獻(xiàn)值膽固醇丙酸酯的熔點為102。為保證測定結(jié)果的一致性, 中國藥典 規(guī)定升溫速率為每分鐘上升1.0 1.5 , 熔融同時分解的樣品升溫速率為每分鐘2.5 3.0 6 。DCC 法具有反應(yīng)條件溫和、合成路線短等優(yōu)點，在膽甾醇酯合成的報道中用得最多。該方法主要是用有機酸和膽甾醇，在脫水劑DCC作用下合成膽甾醇酯，通常