一种弯曲形偶氮类液晶化合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种弯曲形偶氮类液晶化合物及其制备方法和应用。该偶氮类液晶化合物的结构式如式Ⅰ所示，其中，R

A curved azo liquid crystal compound and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种弯曲形偶氮类液晶化合物及其制备方法和应用
本专利技术属于液晶光学及其响应掺杂剂
，更具体地，涉及一种弯曲形偶氮类液晶化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
偶氮苯类液晶化合物具有光致异构和响应速度快等特点。偶氮苯类液晶化合物既具有光致异构性，又具有液晶相态，并同时对光、电、热等外部激发源作出响应。在自然条件下，偶氮苯液晶化合物呈反式结构，具有液晶相态；而在紫外光的作用下，其反式结构转变为顺式结构，分子排列混乱无序，成为各向同性态，不具有液晶态。目前偶氮苯类液晶化合物主要分为棒状偶氮液晶化合物和弯曲偶氮液晶化合物两类，当它们作为光响应掺杂剂加入到向列相液晶材料中时，由于偶氮键在光照或热的作用下发生可逆的顺-反异构转化，可使向列相液晶态与各向同性态(即液态)之间会发生可逆相转变。基于该性质使得偶氮苯类液晶可作为掺杂剂与向列相液晶材料形成复合光敏液晶材料，在光电信息开关、光信息存储、分子开关、光电传感器、分子机器人、生物传感器等领域有着潜在应用价值。偶氮苯液晶分子中的偶氮健两端分别连接苯环，有顺式和反式两种构型。反式构型能级相对较低，比顺式构型稳定。一般情况下，绝大部分偶氮苯化合物都以反式构型存在。当偶氮苯化合物通过适当的波长紫外光进行照射时，反式构型全部或大部分会迅速转化为顺式构型，即是说光致异构化。而当通过可见光照射或在热的作用下，顺式构型又会恢复到反式构型(如图1所示)。目前作为光响应掺杂剂研究的偶氮苯类液晶化合物主要是棒状偶氮分子，其光响应速度慢、光致相变效率低；而现有报道的弯曲型偶氮液晶分子的偶氮键大都在离分子中心核较远的两支臂结构单元上，其光响应速度也较慢，紫外光照其偶氮弯曲液晶分子达到异构化转化的光稳态平衡时需要1分钟以上，而由顺式转变为反式的时间更长，甚至需要1h左右(见文献[1]董寅，弯曲型液晶分子及非对称直线型含偶氮基团分子的合成及性能表征[D].华东理工大学,2012；文献[2]周瑛,偶氮类香蕉形液晶聚合物的合成与表征[D].华南理工大学,2014；文献[3]AlaasarM,PrehmM,TschierskeC.Newazobenzenecontainingbent-coreliquidcrystalsbasedondisubstitutedresorcinol[J].LiquidCrystals.2013,41(1):126-136；文献[4]AlaasarM,PrehmM,MayK,etal.4-Cyanoresorcinol-BasedBent-CoreMesogenswithAzobenzeneWings:EmergenceofStericallyStabilizedPolarOrderinLiquidCrystallinePhases[J].AdvancedFunctionalMaterials.2014,24(12):1703-1717.)。因此，有必要开发出快速光响应、具有良好光致异构性能的偶氮苯类液晶化合物。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种偶氮类液晶化合物，使其具有快速光响应性和良好的光致异构性能。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种弯曲形偶氮类液晶化合物，该偶氮类液晶化合物的结构式如式Ⅰ所示：其中，R1为C3-C20的烷基，R2为C1-C3的烷基。本专利技术的第二方面提供上述弯曲形偶氮类液晶化合物的制备方法，该制备方法包括：(1)式Ⅱ所示化合物和氯化亚砜进行接触反应，得到式Ⅲ所示化合物；(2)在第一催化剂的存在下，将式Ⅲ所示化合物和溴苯接触反应，得到式Ⅳ所示化合物；(3)在第一有机溶剂的存在下，将式Ⅳ所示化合物与水合肼接触反应，然后加入氢氧化钾与第二有机溶剂，接触反应，得到式Ⅴ所示化合物；(4)在氮气保护、第二催化剂和第三有机溶剂的存在下，将镁与所述式Ⅴ所示化合物接触反应，得到第一反应液；然后将所述第一反应液降温，通入干燥的二氧化碳气体，进行接触反应，得到第二反应液；将第二反应液倒入盐酸和冰的混合溶液中进行水解反应，得到式Ⅵ所示化合物；(5)在第四有机溶剂和第五有机溶剂的存在下，将LiAlH4与式Ⅵ所示化合物接触反应，然后去除剩余的LiAlH4，得到式Ⅶ所示化合物；(6)在第六有机溶剂和酸性调节剂的存在下，将式Ⅶ所示化合物与氢溴酸接触反应，得到式Ⅷ所示化合物；(7)向反应器中加入浓盐酸，亚硝酸钠和水的混合溶液，式Ⅸ所示化合物和浓盐酸的混合液，进行接触反应；然后加入尿素反应点过量的亚硝酸，反应得到重氮盐；最后，在水和第三催化剂的存在下，将苯酚和所述重氮盐进行接触反应，得到式Ⅹ所示化合物；(8)在第七有机溶剂、第八有机溶剂、第四催化剂和碱性调节剂的存在下，将式Ⅹ所示化合物和式Ⅷ所示化合物进行接触反应，得到式Ⅰ所示化合物。R3COOH，式II；R3COCl,式III；其中，R2为C1-C3的烷基，R3为C2-C19的烷基，R4为C3-C20的烷基。本专利技术的第三方面提供一种上述弯曲形偶氮类液晶化合物作为光响应掺杂剂的应用。本专利技术的技术方案，具有如下有益效果：相比于棒状偶氮液晶化合物，本专利技术的弯曲形偶氮类液晶化合物具有更快的光响应性和光化学相变效率；在溶液中紫外光照3s就能够达到光稳态；作为液晶材料的光响应掺杂剂可诱导液晶相变温区(ΔT)更宽，在紫外光照下，可使向列相液晶态迅速转化为各向同性态，其响应时间只有0.2s，而在自然可见光下恢复液晶态时间几乎是瞬间完成。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了现有技术中偶氮苯化合物顺反异构互变示意图。其中，Trans-configuration为反式构型，Cis-configuration为顺式构型，UV为紫外光照，Vis为可见光照，heating为加热。图2示出了实施例1制备的弯曲偶氮液晶化合物Cazo在UV光照下的吸收光谱图。其中，弯曲偶氮液晶化合物Cazo在二氯甲烷(DCM)溶液的浓度是1×10-5mol/L，UV-Vis分光光度计的光强为1mW/cm2，图中箭头所指方向是化合物Cazo在UV光照下反式转化顺式，达到动态平衡的时间，或者反式构象消失的时间。图3示出了对比例1制备的棒状偶氮液晶化合物Razo在UV光照下的吸收光谱图。其中，棒状偶氮液晶化合物Razo在DCM溶液的浓度是1×10-5mol/L，UV-Vis分光光度计的光强为1mW/cm2，图中箭头所指方向是化合物Razo在UV光照下反式转化顺式，达到动态平衡的时间，或者反式构象消失的时间。图4示出了根据本专利技术的掺杂浓度为2wt％的混合液晶2wt％Cazo-7CB和混合液晶2wt％Razo-7CB在不同温度下发生相变所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弯曲形偶氮类液晶化合物，其特征在于，该偶氮类液晶化合物的结构式如式Ⅰ所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种弯曲形偶氮类液晶化合物，其特征在于，该偶氮类液晶化合物的结构式如式Ⅰ所示：

其中，R1为C3-C20的烷基，R2为C1-C3的烷基。


2.权利要求1所述的弯曲形偶氮类液晶化合物的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)式Ⅱ所示化合物和氯化亚砜进行接触反应，得到式Ⅲ所示化合物；
(2)在第一催化剂的存在下，将式Ⅲ所示化合物和溴苯接触反应，得到式Ⅳ所示化合物；
(3)在第一有机溶剂的存在下，将式Ⅳ所示化合物与水合肼接触反应，然后加入氢氧化钾与第二有机溶剂，接触反应，得到式Ⅴ所示化合物；
(4)在氮气保护、第二催化剂和第三有机溶剂的存在下，将镁与所述式Ⅴ所示化合物接触反应，得到第一反应液；然后将所述第一反应液降温，通入干燥的二氧化碳气体，进行接触反应，得到第二反应液；将第二反应液倒入盐酸和冰的混合溶液中进行水解反应，得到式Ⅵ所示化合物；
(5)在第四有机溶剂和第五有机溶剂的存在下，将LiAlH4与式Ⅵ所示化合物接触反应，然后去除剩余的LiAlH4，得到式Ⅶ所示化合物；
(6)在第六有机溶剂和酸性调节剂的存在下，将式Ⅶ所示化合物与氢溴酸接触反应，得到式Ⅷ所示化合物；
(7)向反应器中加入浓盐酸，亚硝酸钠和水的混合溶液，式Ⅸ所示化合物和浓盐酸的混合液，进行接触反应；然后加入尿素反应点过量的亚硝酸，反应得到重氮盐；最后，在水和第三催化剂的存在下，将苯酚和所述重氮盐进行接触反应，得到式Ⅹ所示化合物；
(8)在第七有机溶剂、第八有机溶剂、第四催化剂和碱性调节剂的存在下，将式Ⅹ所示化合物和式Ⅷ所示化合物进行接触反应，得到式Ⅰ所示化合物。
R3COOH，式11；
R3COCl,式III；



其中，R2为C1-C3的烷基，R3为C2-C19的烷基，R4为C3-C20的烷基。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述式Ⅱ所示化合物和氯化亚砜的摩尔比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智勇，闻炎豪，瞿毅，鄢道仁，关金涛，汪洋，陈红梅，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42