Synthese und Eigenschaften funktionaler, supramolekular wechselwirkender Mesogene
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt „Synthese und Eigenschaften funktionaler, supramolekular wechselwirkender Mesogene“ befasste sich primär mit der Synthese von Promesogenen basierend auf 2,6-substituierten Naphthalenen, Antracenen und Anthrachinonen, sowie 2,7-substituierten Pyrenen. Diese besitzen an der Position 2 eine Hydroxy- oder Carboxyfunktion, die über Wasserstoffbrücken Aggregate bilden können. Die Position 6 bzw. 7 ist über verschiedene Abstandshalter mit peripheren Alkylketten oder semiperfluorierten Ketten verbunden. Letztere erzeugen durch Nanosegregation der unterschiedlichen Bausteine flüssigkristalline Phasen oder höher geordnete Mesophasen. Durch Optimierung der einzelnen Syntheseschritte und insbesondere durch Anpassung der Schutzgruppenchemie gelang die erfolgreiche Synthese der unterschiedlichen Promesogene im Grammmaßstab. Unter Promesogenen versteht man Moleküle, die nur über spezifische Wechselwirkung mit anderen Bausteinen, neue Mesogene und damit Flüssigkristallphasen bilden. Eine Blockierung der Wasserstoffbrückenbildung führt demgemäß zum Verlust der Mesophasen. Die thematisierten Chromophore sind Bausteine, die wegen ihrer elektronischen Eigenschaften und ihrer Fluoreszenz intensiv an anderer Stelle untersucht wurden. Mittels der Wasserstoffbrücken organisieren diese Chromophore im Grenzbereich zwischen dreidimensional assemblierten Flüssigkristallen und ungeordneten weichen Kristallen. Kolumnare Phasen mit dreidimensionaler Korrelation werden für viele Promesogene mit Alkylketten und für Mischungen mit Wasserstoffbrückenakzeptoren belegt. Semiperfluorierte Ketten in der Peripherie der Promesogene führen dagegen in allen Fällen zu kubischen Phasen. Die Selbstorganisation wurde durch umfangreiche Untersuchungen mittels Röntgenklein- und Röntgenweitwinkelstreuung, FT-IR-Spektroskopie und Modellierung bestätigt. Das Projekt zeigt, dass die Grenze zwischen den kolumnaren Organisationsformen durch geringe Änderungen in der Molekülstruktur überschritten werden kann. Eine Besonderheit stellt ein Anthracencarbonsäurederivat dar, welches im Flüssigkristall keine typischen, cyclischen Carbonsäuredimere bildet, sondern sich in der Mitte der Kolumne über laterale Wasserstoffbrücken in ringförmigen Oktameren vernetzt. Diese Phase lässt sich über die bekannte [4+4]-Cycloaddition reversible in eine isotrope Phase überführen. Dabei wird ein spiegelsymmetrisches Dimer gebildet, das für weiterführende Arbeiten in der supramolekularen Chemie und Flüssigkristallforschung von hohem Interesse ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Neue sternförmige Mesogene: Strukturbildung und Chromophore, Dissertation, Chemnitz 2011
Michael Jahr
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At the Limits of Liquid Crystallinity: Stimuli Responsive 3D Columnar Liquid Crystals and Soft Crystals of Supramolecular Anthracene Mesogens. Chem. Mater. 2015, 27 (24), pp 8181–8184
M. Lehmann, S. Gloza, S. Roth
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Synthese und Charakterisierung von Anthracen- und Anthrachinon-substituierten sternförmigen Mesogenen,
Dissertation, Würzburg 2015
Steffi Gloza
