臺灣博碩士論文加值系統

摘要
本論文利用(R)-(-)-苦杏仁酸、(S)-(+)-2-苯基丙酸與(R)-(-)-
2-羥基-2-苯基丙酸作為掌性起始物，合成出系列M、P、H與D共四個系列具有掌性末端基的棒形液晶分子，其結構如下，以便研究剛硬的苯基烷基-1-醇與相對應結構的羧酸作為末端基時，是否能夠形成具有SmC*相的新穎鐵電性液晶化合物，以及探討結構與Ps值之間的關聯性。
研究結果顯示，在系列M中化合物【M-8】~【M-10】出現了SmC*相，溫寬平均在20℃左右。在系列P中化合物【P-7】~【P-10】出現SmC*相，且溫寬達到55℃左右。在系列D中，產生了應用於鐵電性液晶顯示器所必須的Cr-SmC*-SmA*-N*-I液晶相順序，化合物【D-8】、【D-9】與【D-10】出現SmC*相。這些化合物經過光電性質測量，都發現具有Ps值，其中以化合物【M-8】的Ps值最大，達到89.3 nC/cm2，與相對應的掌性一級醇為末端基之液晶分子相比，Ps值提高了。這與先前的研究結果所獲得的結論相符。

Abstract
Derivatives of chiral acids such as (R)-(-)-mandelic acid, (S)-(+)-2-
phenyl-propionic acid and (R)-(-)-2-hydroxy-2-phenyl-propionic acid were used as the chiral terminal groups for the synthesis of four series of liquid crystals, series M、series P、series H and series D. Their structures are in the following scheme. The structures of these target molecules are varied in order to study the mesogenic properties deeply. The results indicate that the compounds【M-8】~【M-10】possess a SmC* phase and the average temperature range of this phase is 20℃. But in the series P the temperature range of SmC* phase for the compound【P-7】~【P-10】is 55℃. The mesophase sequence Cr-SmC*-SmA*-N*-I which is important for display application was found in the compounds of series D. The compound【D-8】~【D-10】have SmC*phase. Among these ferroelectric liquid crystals the compound【M-8】has the largest Ps value, 89.3 nC/cm2. The values of spoutaneous polarization for these liquid crystals are larger than theoe of the corresponding liquid crystals containing chiral alcohol moiety. This results is in accordance with the conclusions of the previous studies.









SCHEME

目錄
中文摘要..................................................i
英文摘要................................................iii
目錄......................................................v
圖目錄.................................................viii
表目錄...................................................xi
第一章 序論...............................................1
1-1 前言...............................................2
1-2 液晶的歷史.........................................4
1-3 液晶的種類.........................................8
1-3-1 液晶分子之形成方式.............................9
1-3-2 液晶分子形狀分類..............................11
1-4 液晶相的鑑定......................................19
第二章 掌性液晶與鐵電性簡介..............................23
2-1掌性液晶的形成.....................................24
2-2掌性向列相.........................................27
2-3掌性層列相.........................................29
2-4鐵電性液晶.........................................31
2-4-1鐵電性液晶的物理性質...........................32
2-4-2鐵電性液晶分子的結構與設計.....................34
2-4-3鐵電性液晶在顯示器上的應用.....................40
2-4-4反鐵電性與陶鐵電性.............................41
2-5對掌缺陷相.........................................43
2-6文獻回顧...........................................45
2-7彎曲型液晶分子.....................................53
第三章 研究動機..........................................56
第四章 實驗部分..........................................61
4-1 藥品..............................................61
4-1-1 試藥..........................................61
4-1-2 溶劑..........................................64
4-2 儀器..............................................65
4-3合成之液晶化合物種類...............................67
4-4合成策略...........................................68
4-4-1系列M目標分子之合成途徑.......................69
4-4-2系列P目標分子之合成途徑.......................71
4-4-3系列H目標分子之合成途徑.......................73
4-4-4系列D目標分子合成途徑.........................75
4-5合成方法...........................................78
4-5-1系列M.........................................78
4-5-2系列P.........................................98
4-5-3系列H........................................116
4-5-4系列D........................................125
第五章 結果與討論.......................................145
5-1合成部份..........................................146
5-2結構鑑定..........................................150
5-2-1 M系列........................................150
5-2-2 P系列........................................153
5-2-3 H系列........................................155
5-2-4 D系列........................................158
5-3液晶相鑑定與探討..................................161
5-4相似結構之掌性液晶分子的液晶相行為比較............169
第六章 結論.............................................174
第七章 參考文獻.........................................176
第八章 附錄.............................................179



圖目錄
圖 1-1-1 相變化分子示意圖.................................2
圖 1-2-1 Cholesteryl benzoate 結構........................4
圖 1-2-2 Hexaalkanoates of benzene........................7
圖1-3-1 液晶分類圖........................................8
圖 1-3-1-1 液向型液晶.....................................9
圖 1-3-1-2 單變形液晶之相轉移............................10
圖 1-3-1-3 雙變形液晶之相轉移............................10
圖 1-3-2-1 棒型液晶分子基本架構..........................11
圖 1-3-2-2 向列相分子排列圖..............................12
圖 1-3-2-3 層列相分子排列圖..............................13
圖 1-3-2-4 SmA相與SmC相.................................14
圖 1-3-2-5 各層列相之間關係..............................15
圖 1-3-2-6 掌性向列相分子排列圖..........................16
圖 1-3-2-7 大環系統的盤型液晶............................17
圖 1-3-2-8 盤形向列相與column相.........................17
圖 1-3-2-8 彎曲型液晶....................................18
圖 1-4-1 DSC簡圖.........................................19
圖 1-4-2 偏光顯微鏡設計圖及其原理........................21
圖 1-4-3 N相紋理圖.......................................21
圖 1-4-4 SmA相紋理圖.....................................22
圖 1-4-5 SmC相紋理圖.....................................22
圖 2-1-1 摻混掌性液晶分子................................25
圖 2-2-1 掌性向列相的螺旋排列............................27
圖 2-3-1 SC*相每層的分子傾斜..............................29
圖 2-3-2 SC*相空間對稱示意圖..............................30
圖 2-4-1 C-SC-SA-N-I液晶相的液晶分子......................31
圖 2-4-2 DOBAMBC 分子結構................................32
圖 2-4-1-1 鐵電性液晶顯示原理............................33
圖 2-4-2-1 鐵電性液晶基本架構............................34
圖 2-4-3-1 SSFLC Cell....................................40
圖 2-4-3-1 鐵電性、反鐵電性與陶鐵電性....................41
圖 2-4-3-2 反鐵電性與鐵電性互變..........................42
圖 2-5-1 單螺旋、雙螺旋與缺陷晶格.........................43
圖 2-5-2 Blue phase.......................................44
圖 2-5-3 TGB＊相示意圖....................................44
圖 2-5-4 苯丙炔酯衍生物..................................44
圖 2-7-2 彎曲型液晶分子排列示意圖........................55
圖 3-1 Wulf 對SmC相的解釋模型...........................56
圖 3-2 掌性醇末端基液晶分子..............................59
圖 5-1-1 預測還原形成的五圓環或六圓環中間物.............149
圖5-2-1-1 【M-8】質譜主要碎片離子結構...................152
圖5-2-2-1 【P-8】質譜主要碎片離子結構...................154
圖5-2-3-1 【H-8】質譜主要碎片離子結構...................157
圖5-2-4-1 【D-8】質譜主要碎片離子結構...................159
圖 5-3-1 M-1~M-10液晶相種類與溫寬.......................165
圖 5-3-2 P-1~P-10液晶相種類與溫寬.......................166
圖 5-3-3 D-1~D-10液晶相種類與溫寬.......................167
圖 8-1 化合物【M-10】1HNMR...............................179
圖 8-2 化合物【M-10】13CNMR圖譜..........................179
圖 8-3 化合物【D-10】元素分析表..........................180
圖 8-4 化合物【D-10】IR圖譜.............................181
圖 8-6 化合物【M-8】之DSC圖............................181
圖 8-7 化合物【D-10】N*相紋理圖..........................182
圖 8-8 化合物【D-4】SmA*相紋理圖.........................182
圖 8-9 化合物【D-8】SmC*相紋理圖.........................183
圖 8-10 化合物【M-10】SmA*相紋理圖.......................183
表目錄
表 2-4-2-1 常見的連結基與傾斜相關係......................36
表 2-4-2-2 常見鐵電性液晶之核部結構及一般特性............37
表 2-4-2-3 高Ps值鐵電性液晶分子.........................39
表 2-4-2-4 低Ps值鐵電性液晶分子.........................39
表 2-7-1 以間苯二酚為彎曲核之文獻........................54
表 2-7-2 以2,6-萘二酚為彎曲核之文獻......................55
表 3-1 1Ch~1Cj分子液晶相行為.............................57
表 3-2 1Cb~A分子液晶相行為...............................58
表5-2-1-1 【M-8】分子結構與化學位移......................150
表5-2-1-2 【M-8】質譜主要碎片離子.......................151
表5-2-1-2 【M-8】元素分析數據...........................152
表5-2-2-1 【P-8】分子結構與化學位移.....................153
表5-2-2-2 【P-8】質譜主要碎片離子.......................154
表5-2-2-3 【P-8】元素分析數據...........................155
表5-2-3-1 【H-8】分子結構與化學位移.....................155
表5-2-3-2 【H-8】質譜主要碎片離子.......................156
表5-2-3-3 【H-8】元素分析數據...........................157
表5-2-4-1 【D-8】分子結構與化學位移.....................158
表5-2-4-2 【D-8】質譜主要碎片離子.........................159
表5-2-4-3 【D-8】元素分析數據...........................160
表 5-3-1 M-1~M-10液晶相種類、其出現溫度與熱焓值.........161
表 5-3-2 P-1~P-10液晶相種類、其出現溫度與熱焓值.........162
表 5-3-3 D-1~D-10液晶相種類、其出現溫度與熱焓值.........163
表 5-3-4 Ps值...........................................164
表 5-4-1 各掌性液晶結構與液晶相比較.....................172
表 5-4-2 不對稱中心與核部結構距離之影響.................173

第七章 參考文獻
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