Закономірності температурної зміни кроку спіралі, індукованої в нематичних рідких кристалах хіральними ариліденпохідними деяких амінів та (+)-ізоментону

L.A. Kutulya, V.V.Vashchenko, A.O. Doroshenko, M.N. Pivnenko, N.S. Pivnenko, N.I. Shkolnikova. New Chiral E- and Z-isomers of the 1R,4R-2-arylidene-p-menthane-3-ones in Induced Cholesteric and Ferroelectric Liquid Crystals // 8^th International Conference "Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals", Crimea, Ukraine, Abstracts. - 2000. - p. 38.

N.I. Shkolnikova, L.A. Kutulya, A.P. Fedoryako, V.I. Lapanik, N.R. Posledovich. Induced Cholesteric Systems Based on Some Cyano Derivatives as Host Phases // Proc. of the XV International School-Seminar "Spectroscopy of Molecules and Crystals", Chernihiv, Ukraine. - 2001. - p. 186.

N.I. Shkolnikova, A.P. Fedoryako, L.A. Kutulya. Temperature Dependence of the Helical Pitch in Induced Cholesterics // Proc. of the XVI International School-Seminar “Spectroscopy of Molecules and Crystals”, Sevastopol, Ukraine. - 2003. - p. 278.

АНОТАЦІЯ

Школьнікова Н. І. Закономірності температурної зміни кроку спіралі, індукованої в нематичних рідких кристалах хіральними ариліденпохідними деяких амінів та (+)-ізоментону. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 - фізична хімія. - Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна. Харків. 2003.

Дисертація присвячена дослідженню температурної залежності кроку спіралі, індукованої в нематичних РК розчинниках хіральними сполуками - ариліденпохідними S-1-феніл-, S-1-бензилетиламінів та (+)-ізоментону, в молекулах яких варіювались протяжність -електронного ариліденового фрагменту, природа місткової групи між бензольними кільцями цього фрагменту та довжина термінального алкільного або оксиалкільного замісника. Встановлено закономірності зміни температурної функції кроку індукованої спіралі (dP/dT) в досліджених системах з варіюванням молекулярної будови хіральних домішок та макроскопічних характеристик нематичних розчинників.

В аналізі звязків “молекулярна будова хіральних домішок - макроскопічні властивості індукованих холестеричних систем” прийнято до уваги конформаційні особливості хіральних молекул (конформаційна гомогенність чи лабільність, статистична молекулярна анізометрія), виявлені на основі теоретичного моделювання методом функціонала густини та напівемпіричним методом АМ1. Показано, що характер температурної залежності кроку індукованої спіралі та параметр dP/dT визначаються анізометрією молекул хірального компоненту (усередненим її значенням для конформаційно лабільних сполук). Це ж стосується і концентраційного градієнту температури ізотропного переходу, dT_i/dC, як кількісної характеристики впливу хіральної домішки на термостабільність мезофази.

Проаналізовано вплив природи нематичного розчинника на параметр dP/dT, виявлено та інтерпретовано його значні відмінності для систем, основаних, з одного боку, на нематиках ціанофенільного та азометинового, а з другого боку, естерного типів.

Ключові слова: рідкі кристали, індуковані холестеричні, хіральні домішки, ариліденпохідні S-1-феніл-, S-1-бензилетиламінів та (+)-ізоментону, температурна залежність кроку спіралі, термостабільність мезофази.

SUMMARY

Shkolnikova N. I. Regularities of temperature change of helical pitch induced in nematic liquid crystals with chiral arylidene derivatives of some amines and (+)-isomenthone. - Manuscript.

Dissertation for getting a scientific degree of the Candidate of Sciences in Chemistry. - V.N. Karazin Kharkov National University. Kharkov. 2003.

The present thesis is devoted to investigation of the temperature dependence of the helical pitch induced in nematic liquid crystalline solvents with chiral compounds, viz., arylidene derivatives of S_1_phenyl-, S_1_benzylethylamines and (+)-isomenthone. An extension of the ?-electronic arylidene fragment, the nature of a bridging group between benzene rings in this fragment and the length of terminal alkyl or oxyalkyl substituents are varied for chiral compounds studied. Regularities in changes of temperature dependence of the induced helical pitch (dP/dT) for systems studied with variation of chiral dopant molecular structures and macroscopic characteristics of nematic solvents (the order parameter, the elastic constant K₂₂ and their temperature functions) were established.

Molecular conformational peculiarities of chiral dopants (the conformational homogeneity or lability, a statistical molecular anisometry) elicited from results of the simulation with density functional theory and semi-empirical method AM1 were taken into account in discussion of relationships between molecular structures of chiral dopants and macroscopic properties of induced cholesteric systems. Character of the temperature dependence of the induced helical pitch and the dP/dT parameter were showed to be determined with molecular anisometry of chiral component (its weighted-average value for conformationally labile compounds). That concerns also concentration gradient of isotropic transition temperature, dT_i/dC, as the quantitative characteristic of the chiral dopant influence on the mesophase thermal stability.

An effect of the nematic solvent nature on the dP/dT parameter was analysed. Its significant distinctions for systems based on nematics of cyanophenyle and azomethine types, on the one hand, and the ester ones, on the other hand, were revealed and interpreted.

Key words: liquid crystals, induced cholesterics, chiral dopants, arylidene derivatives of S_1_phenyl-, S_1_benzylethylamines and (+)-isomenthone, temperature dependence of helical pitch, mesophase thermal stability.

АННОТАЦИЯ

Школьникова Н. И. Закономерности температурного изменения шага спирали, индуцированной в нематических жидких кристаллах хиральными арилиденпроизводными некоторых аминов и (+)-изоментона. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 - физическая химия. - Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина. Харьков. 2003.

Диссертация посвящена исследованию температурной зависимости шага спирали Р, индуцированной в нематических жидкокристаллических растворителях хиральными соединениями - арилиденпроизводными S-1-фенил-, S-1-бензилэтиламинов и (+)-изоментона, в молекулах которых варьировались протяженность _электронного арилиденового фрагмента, природа мостиковой группы между бензольными кольцами этого фрагмента и длина терминального алкильного или оксиалкильного заместителя. Для исследованных систем экспериментально получены, в зависимости от молекулярной структуры хиральной добавки, три типа температурной функции шага спирали: с температурно-независимым шагом спирали (dP/dT 0), с раскручиванием спирали (dP/dT > 0) и усилением закручивания (dP/dT < 0) с ростом температуры. Установлены закономерности изменения температурной функции шага индуцированной спирали (dP/dT) в исследованных системах с варьированием молекулярной структуры хиральных добавок и макроскопических характеристик нематических растворителей (параметра порядка, модуля упругости K₂₂ и их температурных зависимостей).

При анализе связей “молекулярная структура хиральных добавок - макроскопические свойства индуцированных холестерических систем” принимались во внимание конформационные особенности молекул хиральных соединений (конформационная гомогенность или лабильность, статистическая молекулярная анизометрия), выявленные на основе теоретического моделирования методом функционала плотности и полуэмпирическим методом АМ1. На примере модельного N-бензилиден-S-1-фенилэтиламина показана значительная предпочтительность антиклинального конформера (-ac) по расположению азометиновой связи С=N и фенильной группы относительно связи N--C*, что определяет конформационную однородность соединений с этим фрагментом. Производные N_бензилиден-S-1-бензилэтиламина являются конформационно лабильными (три альтернативных конформера относительно связи С*--С(Н₂) с близкими энергиями. Предпочтительная реализация синклинальных конформаций для соединений с мостиковой группой О--СН₂ вдоль этой связи (положение бензольных колец) определяет их низкую усредненную молекулярную анизометрию и отражается в высоких положительных значениях dP/dT.

Показано, что характер температурной зависимости шага спирали и параметр dP/dT определяются молекулярной анизометрией хирального компонента (средневзвешенным ее значением в случае конформационно лабильных соединений). Это же касается и концентрационного градиента температуры изотропного перехода, dT_i/dC, как количественной характеристики влияния хиральной добавки на термостабильность мезофазы.

Ключевые слова: жидкие кристаллы, индуцированные холестерические, хиральные добавки, арилиденпроизводные S-1-фенил-, S-1-бензилэтиламинов и (+)-изоментона, температурная зависимость шага спирали, термостабильность мезофазы.

Размещено на Allbest.ru