Hydrogen-bond induced chiral-nematic mesophases - A modular approach for systematic investigation of supramolecular liquid crystals and application potential thereof
Final Report Abstract
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes konnte ein komplementäre Molekülbaukasten konzipiert werden, der sich sowohl zu systematischen Untersuchung der chiralen Induktion in supramolekularen Flüssigkristallen als auch zur Herstellung photonischer Materialien mit Anwendungspotenzial im Bereich des Chemosensings und als halographischer Datenspeicher eignet. Dazu wurde das vorgeschlagene Arbeitsprogramm systematisch bearbeitet: • Phase 1 – Effizienz der Chiralen Induktion: Die Effizienz der chiralen Induktion in Wasserstoffbrückengebundenen Flüssigkristallen wurde systematische untersucht und durch die Bestimmung der HTP-Werte quantifiziert. Dabei zeigte sich, dass der Abstand des Chiralitätszentrums zum Wasserstoffbrückendonor und die Linkergruppe zwischen den beiden Aromaten des Wasserstoffbrückenakzeptors entscheidend für den HTP-Wert sind, während die Assemblat-Geometrie sowie die Stärke des Wasserstoffbrückendonors eine geringere Rolle spielt. Darüber hinaus zeigte sich, dass das achirale Wirtsystem und die vorherrschenden Wechselwirkungen zwischen den Mesogenen einen entscheidenden Einfluss auf die Effizienz des chiralen Transfers und die Natur der beobachteten Mesophase besitzt. • Phase 2 – Untersuchung der Photoschaltbarkeit: In Bezug auf die Photoschaltbarkeit konnte gezeigt werden, dass Assemblate basierend auf 4-Azopyridine für die systematische Manipulation der photonischen Eigenschaften mit Hilfe von UV-Licht ungeeignet sind. Dies ist zum einen den hohen Überganstemperaturen als auch den kurzen cis-Halbwertszeiten der 4-Azopyridinen geschuldet. 3-Azopyridine sind allerdings eine vielversprechende Alternative. Im Zusammenhang mit der Charakterisierung der photo-physikalischen Eigenschaften der Assemblate wurden die chiralen Wasserstoffbrückenakzeptoren auch als chirale Dopanden in fluoreszenten Flüssigkristallen eingesetzt. • Phase 3 – Untersuchung des Anwendungspotenzials: Im Rahmen des vorliegenden DFG-Projektes konnten erste Modellstudien zur Anwendung der Wasserstoffbrückgebundenen Flüssigkristalle als photonische Chemosensoren durchgeführt werden und gezeigt werden, das Ioddämpfe zu einer reversiblen Verschiebung des Reflektionsmaximums der cholesterischen Flüssigkristalle führt. Darüber hinaus wurde eine Serie an Binaphthyldiiminen sowie den entsprechenden Kupferkomplexe synthetisiert und als chirale Dopanden in kommerziell erhältlich Flüssigkristallmischungen (E7) eingesetzt. Mit den so erhaltenen cholesterischen Flüssigkristallfilmen konnte NO2 bis zu einer Konzentration von 100 ppm detektiert werden. Ein vielversprechender Ansatz für die Entwicklung photonischer Sensorarrays basierend auf cholesterischen Flüssigkristallen. Erste Ergebnisse zu photoresponsiven photonischen Materialien wurden ebenfalls erhalten und werden gerade in Hinblick auf das Anwendungspotenzial als holographischer Speicher getestet.
Publications
- "Mesogens with Aggregation-Induced Emission Formed by Hydrogen Bonding". ACS Materials Letters 2019, 589-593
M. Saccone, M. Blanke, C. G. Daniliuc, H. Rekola, J. Stelzer, A. Priimagi, J. Voskuhl and M. Giese
(See online at https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.9b00371) - "Chiral mesophases of hydrogen-bonded liquid crystals". Mol. Syst. Des. Eng. 2020, 5, 1299-1306
F. Malotke, M. Saccone, C. Wölper, R. Y. Dong, C. A. Michal and M. Giese
(See online at https://doi.org/10.1039/d0me00070a) - "Photonic NO2 Gas Sensing with Binaphthyl-Based Dopants". Adv. Opt. Mater. 2021, 2001828
M. Spengler, L. Pschyklenk, J. Niemeyer, P. Kaul and M. Giese
(See online at https://doi.org/10.1002/adom.202001828)
