一种液晶分子化合物及其制备方法和应用

本发明涉及新材料，具体涉及一种液晶分子化合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、液晶(lcs)是一类具有各向异性、短程有序性、流动性、连续性等性质的软物质，结合晶体、液体两种物质的部分性质构成了液晶的特性，它往往通过改变温度或添加溶剂的方式在一些各向异性分子中形成热致型液晶或溶致型液晶。

2、根据液晶组分以及其组成条件可以分成溶致液晶和热致液晶。热致液晶化合物是一种纯净物，其液晶性质会随着温度的变化而变化；但是溶致液晶却是一种混合物，其性质主要与溶剂和浓度有关。根据热致液晶表现出来的液晶相的不同又可以分为胆甾相液晶、向列相液晶、近晶型液晶、柱状相等多类。向列型液晶是一种在一维上排列有序的液晶相。同时相对胆甾相液晶、近晶型液晶这两种液晶来说，向列型液晶的流动性最好。胆甾型液晶是向列型液晶的一种特殊形式，大多数是胆甾醇的衍生物，呈螺旋状，因此具有很高光学活性。近晶型液晶是一种在二维上有序排列并且与固体结构最相像的液晶，同时还依然具有异方向性。在柱状相的基础上仍然可以细分，又可分为倾斜柱状相、四方柱状相、六方柱状相三类。根据分子的不同几何形状可以分成棒状、香蕉状和盘状液晶三种。

3、无处不在的液晶材料已广泛应用于液晶显示器、数码相机、投影仪等设备。设计新颖的液晶分子，发现新的液晶相类型以及通过探究液晶分子的结构与性能之间的关系，加深对软物质自组装形成液晶功能材料的理解是目前液晶领域研究的热点。通过外界响应调控分子自组装是液晶化学的重要内容，偶氮苯和萘二酰亚胺是液晶化学中的两个重要架构，结合偶氮苯的光响应性和萘二酰亚胺的氧化还原性，合理设计新型萘二酰亚胺-偶氮苯液晶分子是非常有必要的。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种液晶分子化合物，第二目的在于提供该化合物的制备方法，第三目的在于提供其应用。该化合物具有六方柱状相(colhex)焦锥织构，是典型的液晶分子化合物。

2、为了实现上述第一目的，本发明提供了一种液晶分子化合物，其特征在于，结构

3、式为：

4、

5、该化合物具备平面型刚性中心基团和周围柔性侧链，六方柱状相，为盘状液晶化合物。

6、本发明的第二目的是这样实现的：一种所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于：以没食子酸甲酯为起始反应物经过醚化、还原、卞氯化三步得到中间体3；以对硝基苯酚为起始反应物经过偶氮化一步得到中间体4，再用中间体3和中间体4经过两步不同的醚化得到中间体6；然后以萘二酸酐为起始反应物经两步合成叠氮化合物中间体8；最后中间体6和中间体8点击反应合成目标化合物分子9；反应式为：

7、

8、上述方案中，中间体1按照如下方法合成：在反应容器中依次加入没食子酸甲酯、碳酸钾，再加入溶剂dmf，回流；然后缓慢加入溴代正癸烷，继续反应至反应完全，将反应液冷却至室温后，用乙酸乙酯萃取得有机层，并用饱和食盐水洗涤后用无水硫酸钠干燥，蒸干溶剂得到粗产品，用柱层析法将粗产品分离提纯，最终得到白色的固体中间体。

9、上述方案中，中间体2的按照如下方法合成：向反应容器中加入中间体1，再加入thf，在冰浴条件下加入四氢化铝理，再在室温下反应至反应完全，反应完全后在冰浴条件下将水缓慢滴加到反应液中，观察到有大量气泡和白色固体产生，加入稀盐酸，直到不再产生气泡为止；用乙酸乙酯萃取，将所有机层用无水硫酸钠干燥后将有机溶剂完全蒸干得到粗产物，用柱层析法分离提纯得到中间体2。

10、上述方案中，中间体3的按照如下方法合成：在反应容器中加入中间体2、四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺、搅拌，滴入亚硫酰氯并在室温下反应，待反应完成之后，减压蒸馏蒸除溶液中的亚硫酰氯，四氢呋喃以及n,n-二甲基甲酰胺，得到白色固体中间体3。

11、上述方案中，中间体4的合成方法为：向反应容器中加入koh，再加入水，冰浴条件下搅拌，直至冷却到室温，随后加入对硝基苯酚，在120℃下开始反应，温度达到120℃之后再以5℃/次逐步升温至200℃，反应完后，冷却至室温，加水，用稀盐酸调节ph值调至3-4，用乙酸乙酯萃取，用无水硫酸钠干燥，再减压蒸干得到深黄色粗产品，用柱层析法分离提纯，最后蒸干得橙黄色固体中间体4。

12、上述方案中，中间体5的合成方法为：在反应容器中加入中间体4以及中间体3、碳酸钾并使它们完全溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，回流反应完全后，将反应溶液冷却至室温，然后向溶液中加入水，用乙酸乙酯萃取并用饱和食盐水洗涤，再用无水硫酸钠干燥，滤除干燥剂，减压蒸干得到粗产品，用柱层析法分离提纯，最后得黄色固体中间体5。

13、上述方案中，中间体6的合成方法为：在反应容器中加入中间体5、碳酸钾，加入溶剂乙腈，在80-85℃条件下反应，再加入炔丙基溴，回流反应完全后用乙酸乙酯萃取，萃取完成后将有机层分别用氢氧化钠水溶液和饱和食盐水洗涤、用无水硫酸钠干燥，滤出干燥剂，减压蒸干得到的粗产品用柱层析法分离提纯，最后得到中间体6。

14、上述方案中，中间体7的合成方法为：在反应容器中加入萘二酸酐、溴乙氨、醋酸，回流反应反应完全后，抽滤得到固体化合物，再用甲醇洗涤固体，烘干得到中间体7。

15、上述方案中，中间体8的合成方法为：在反应容器中加入中间体7、叠氮化钠、dmf，回流反应完全后，冷却至室温，再加入水，减压抽滤得到固体，再将固体溶解在三氯甲烷中，用无水硫酸钠干燥，滤出干燥剂，减压蒸干三氯甲烷，得到的粗产品用柱层析法分离提纯，得到中间体8。

16、上述方案中，目标产物9的合成方法为：在反应容器中加入中间体6、中间体8、n,n-二甲基甲酰胺，氮气保护下回流反应至反应完全，将反应液冷却至室温，加水，用三氯甲烷萃取，再用饱和食盐水洗涤并用无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂，减压蒸干三氯甲烷，得到粗产品，用柱层析法分离提纯，减压蒸干混合溶剂得到粗产品，最后再用甲醇、丙酮、二氯甲烷混合溶剂重结晶得到产品。

17、甲醇：丙酮：二氯甲烷体积比为1：1：1。

18、所述液晶分子化合物作为液晶材料制作液晶设备的应用。如液晶显示器、数码相机、投影仪。

19、有益效果：本发明以没食子酸甲酯和对硝基苯酚为起始原料设计合成炔基类化合物，再从萘二酸酐出发合成萘二酰亚胺衍生物，最终以点击(click)反应为关键步骤设计合成了一个新型萘二酰亚胺-偶氮苯液晶分子化合物，通过核磁共振1hnmr和13c nmr对结构进行了表征。此外，再通过偏光显微镜(pom)在加热条件下观察目标分子化合物在对应温度下的织构，并分析该目标分子化合物的液晶相。研究结果表明，合成的新型萘二酰亚胺-偶氮苯化合物是液晶分子，且有较宽的温度范围，在升温和降温都呈现明显的焦锥织构，即目标化合物是六方柱状相(colhex)。这类液晶化合物可能在材料化学、生物科技和药物化学等方面有潜在的应用价值。

1.一种液晶分子化合物，其特征在于，结构式为：

2.一种权利要求1所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于：以没食子酸甲酯为起始反应物经过醚化、还原、卞氯化三步得到中间体3；以对硝基苯酚为起始反应物经过偶氮化一步得到中间体4，再用中间体3和中间体4经过两步不同的醚化得到中间体6；然后以萘二酸酐为起始反应物经两步合成叠氮化合物中间体8；最后中间体6和中间体8点击反应合成目标化合物分子9；反应式为：

3.根据权利要求2所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体1按照如下方法合成：在反应容器中依次加入没食子酸甲酯、碳酸钾，再加入溶剂dmf，回流；然后缓慢加入溴代正癸烷，继续反应至反应完全，将反应液冷却至室温后用乙酸乙酯萃取得有机层，并用饱和食盐水洗涤后用无水硫酸钠干燥，蒸干溶剂得到粗产品，用柱层析法将粗产品分离提纯，最终得到白色的固体中间体。

4.根据权利要求2或3所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体2按照如下方法合成：向反应容器中加入中间体1，再加入thf，在冰浴条件下加入四氢化铝理，再在室温下反应至反应完全，反应完全后在冰浴条件下将水缓慢滴加到反应液中，观察到有大量气泡和白色固体产生，加入稀盐酸，直到不再产生气泡为止；用乙酸乙酯萃取，将所有机层用无水硫酸钠干燥后将有机溶剂完全蒸干得到粗产物，用柱层析法分离提纯得到中间体2。

5.根据权利要求4所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体3的按照如下方法合成：在反应容器中加入中间体2、四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺、搅拌，滴入亚硫酰氯并在室温下反应，待反应完成之后，减压蒸馏蒸除溶液中的亚硫酰氯，四氢呋喃以及n,n-二甲基甲酰胺，得到白色固体中间体3。

6.根据权利要求5所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体4的合成方法为：向反应容器中加入koh，再加入水，冰浴条件下搅拌，直至冷却到室温，随后加入对硝基苯酚，在120℃下开始反应，温度达到120℃之后再以5℃/次逐步升温至200℃，反应完后，冷却至室温，加水，用稀盐酸调节ph值调至3-4，用乙酸乙酯萃取，用无水硫酸钠干燥，再减压蒸干得到深黄色粗产品，用柱层析法分离提纯，最后蒸干得橙黄色固体中间体4。

7.根据权利要求6所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体5的合成方法为：在反应容器中加入中间体4以及中间体3、碳酸钾并使它们完全溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，回流反应完全后，将反应溶液冷却至室温，然后向溶液中加入水，用乙酸乙酯萃取并用饱和食盐水洗涤，再用无水硫酸钠干燥，滤除干燥剂，减压蒸干得到粗产品，用柱层析法分离提纯，最后得黄色固体中间体5。

8.根据权利要求7所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体6的合成方法为：在反应容器中加入中间体5、碳酸钾，加入溶剂乙腈，在80-85℃条件下反应，再加入炔丙基溴，回流反应完全后用乙酸乙酯萃取，萃取完成后将有机层分别用氢氧化钠水溶液和饱和食盐水洗涤、用无水硫酸钠干燥，滤出干燥剂，减压蒸干得到的粗产品用柱层析法分离提纯，最后得到中间体6。

9.根据权利要求8所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体7的合成方法为：在反应容器中加入萘二酸酐、溴乙氨、醋酸，回流反应反应完全后，抽滤得到固体化合物，再用甲醇洗涤固体，烘干得到中间体7。

10.根据权利要求9所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，中间体8的合成方法为：在反应容器中加入中间体7、叠氮化钠、dmf，回流反应完全后，冷却至室温，再加入水，减压抽滤得到固体，再将固体溶解在三氯甲烷中，用无水硫酸钠干燥，滤出干燥剂，减压蒸干三氯甲烷，得到的粗产品用柱层析法分离提纯，得到中间体8。

11.根据权利要求9所述液晶分子化合物的制备方法，其特征在于，目标产物9的合成方法为：在反应容器中加入中间体6、中间体8、n,n-二甲基甲酰胺，氮气保护下回流反应至反应完全，将反应液冷却至室温，加水，用三氯甲烷萃取，再用饱和食盐水洗涤并用无水硫酸钠干燥，过滤除去干燥剂，减压蒸干三氯甲烷，得到粗产品，用柱层析法分离提纯，减压蒸干混合溶剂得到粗产品，最后再用甲醇、丙酮、二氯甲烷混合溶剂重结晶得到产品。

12.权利要求1所述液晶分子化合物作为液晶材料制作液晶设备的应用。