液晶材料的合成及其应用

华南师范大学实验报告

学生姓名学号

专业化学（）年级、班级

课程名称综合化学实验实验项目液晶材料的合成及其应

用

实验指导老师实验时间2013 年月日

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一、前言

随着人们对液晶的逐渐了解,发现液晶物质基本上都是有机化合物,现有的有机化合物中每200种中就有一种具有液晶相。

显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的,现已发展成很多种类,例如各种联苯腈、酯类、环己基(联) 苯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基类以及各种含氟苯环类等。人们通常根据液晶形成的条件,将液晶分为溶致液晶( Lyot ropic liquid crystal s ) 和热致液晶( Thermot ropic liquid crystal s) 两大类。

将某些有机物放在一定的溶剂中,由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶,被称为溶致液晶。比如:简单的脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂等。溶致液晶广泛存在于自然界、生物体中,与生命息息相关,但在显示中尚无应用。

热致液晶是由于温度变化而出现的液晶相。低温下它是晶体结构,高温时则变为液体,这里的温度用熔点( Tm) 和清亮点( Tc ) 来标示。液晶单分子都有各自的熔点和清亮点,在中间温度则以液晶形态存在。目前用于显示的液晶材料基本上都是热致液晶。在热致液晶中,又根据液晶分子排列结构分为三大类:近晶相(Smectic) 、向列相(Nematic) 和胆甾相(Cholesteric) 。

常见的甾核化合物胆固醇、胆酸是生命体内的重要成分，应用于生物材料中将会提高材料的生物相容性[1]。同时，胆固醇也是一种非常重要的液晶基元，胆甾醇羧酸酯是发现最早和研究得最多的手性液晶材料之一，在一定条件下其会随温度、磁场、电场、机械应力、气体浓度的变化而发生色彩的变化，可用于制作

液晶温度计、气敏元件、电子元件、变色物质等，还可用于无损伤探伤、微波测量、治病诊断、定向反应等化学、化工、冶金、医学等领域[2]。不仅如此，某些胆甾醇酯类化合物作为乳化剂等在食品，化妆品领域有重要应用。

胆甾醇酯类化合物可由羧酸与醇直接酯化反应制得，但传统的酸催化方法酯化收率很低。因此近来国内外开发了各种新方法，如酰氯酯化法,酸酐酯化法[3]二环己基碳二亚胺（DCC）脱水酯化法,等以及最近的酶催化酯交换法、固体碱（如MgO、ZnO等）催化酯交换法。

二、实验目的

①了解液晶材料的结构特点、制备方法与应用。

②掌握DCC法合成胆固醇丙酸（苯甲酸）酯液晶材料的操作技术。

三、实验原理

在胆固醇酯类液晶的合成中，采用操作复杂，路线较长的酰卤路线，但传统的酰化法会产生大量的腐蚀性气体，如二氧化硫，氯化氢气体，造成环境污染以及腐蚀设备等缺点，且存在原料酰氯需要现制现用、副产物HCl去除麻烦、整体合成路线长等问题。

采用操作温和、路线短的二环己基碳二亚胺（简称DCC）缩合法已是趋势，反应原理如下：

在二环己基碳二亚胺（简称DCC）缩合法合成胆固醇酯类液晶过程中，多使用3级有机碱进行催化，特别吡啶的衍生物，如4-二甲氨基吡啶（简称DMAP）、4-吡咯烷基吡啶。不足的是，DMAP等吡啶的衍生物价格昂贵，虽可依据其催化机理用便宜的N,N-二甲基苯胺作为3级有机碱进行替代，但耗时长、产率低。四、仪器与药品

（1）实验仪器

有机合成实验玻璃仪器一套（含蒸馏、抽滤设备等）、磁力搅拌器、显微熔

点仪、载玻片、盖玻片

（2）实验试剂

胆固醇、N,N-二甲基苯胺、丙酸、二环己基碳二亚胺（简称DCC）、二氯甲烷、石油醚、乙醚、薄层检测用硅胶GF254、95%乙醇、HCl溶液（1mol/L）、NaOH溶液（1mol/L）、蒸馏水、无水硫酸镁。

五、实验步骤与现象；

蒸馏除去溶剂二氯甲烷后的黄色油状粗产品，加入无水乙醇重结晶，抽滤，干燥。蒸馏一段时间后，烧瓶中有白色固体出现，最后得到白色晶体，由于并没有完全干燥，得到的并不是针状晶体，而是块状

产物鉴定称重，计算产率，测定熔点。称重得到产物的质量为

测定熔点，刚开始熔化为133℃，完全熔化136℃。

六、数据处理

①Rf的测定

Rf是色谱法中表示组分移动位置的一种方法的参数。定义为溶质迁移距离与流动相迁移距离之比。在一定的色谱条件下，特定化合物的Rf值是一个常数，因此有可能根据化合物的Rf值鉴定化合物。

溶质迁移距离

Rf= =

流动相迁移距离

②熔点的测定

测定熔点，刚开始熔化为133℃，

完全熔化136℃。这与文献中的102℃相差较远，所测温度有所提高。

③产率的计算

理论值：所用胆固醇的物质的量为，生成胆固醇丙酸酯

胆固醇丙酸酯的摩尔质量为mol

m=mol×=

产率：称量产物质量

产率= *100%= %

由于产物没有烘干，里面含有非常多的水分，因此所称得的质量非常不准确，因此这个产率是有误差的。

七、结果与讨论

1.受到自身性质影响，亲脂性强的成分在流动相中分配的多一些，随流动相移动的速度就快一些；亲水性强的成分在固定相中分配的多一些，随流动相移动的速度就慢一些。在做薄层分析时，溶质中还含有未反应完全的二环己基碳二亚胺（简称DCC）和生成的酰脲，亲脂性强的成分在流动相中分配的多一些，随流动相移动的速度就快一些，但是在本次实验中Rf值为，比理论值要小很多，说明产品纯度远不够。这可能是实验过程中操作不当造成的，实验过程中在展开板上滴的样品太多、展开液的高度太高，这些因素都可能导致误差。

2.起始温度对熔点的影响：起始温度偏高, 升温速度又快, 热量往往来不及传递, 使熔点值偏高。升温速度越快, 得到的熔点结果也越高。在本次实验过程中，由于初次接触熔点仪，掌握不住控温和升温的技巧，所以在每分钟内升温的速度非常快，这样造成了测定的熔点（133-136）比实际的要高。文献值胆固醇丙酸酯的熔点为102℃。

3.实验制得产率为%，比较低，说明产物中混有杂质，这也是导致Rf值偏小的原因之一。

参考文献

[1]王良御，廖松生. 液晶化学[M].北京：科学出版社，1988

[2]李全，刘复初.几种胆甾型液晶材料的合成[J].云南化工，1994,2:3-5