Bent-core mesogens - substituent effect and phase behavior

Abstract

Bananen-förmige Flüssigkristalle stellen eine neue Herausforderung auf dem Gebiet der kondensierten Materie dar. Einige der von gebogenen Molekülen gebildeten Mesophasen besitzen ferroelektrische Eigenschaften, ein Verhalten, welches bisher nur an chiralen Verbindungen beobachtet wurde. Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur und den resultierenden physikalischen Eigenschaften sind von grundlegendem Interesse. Da die aus fünf oder mehr aromatischen Ringen bestehenden, gebogenen Mesogene recht komplizierte Systeme darstellen, können Berechnung und Modellierung nur mit erheblichen Vereinfachungen durchgeführt werden. Um weiterreichende Aussagen über die Beziehungen zwischen der Struktur und den flüssigkristallinen Eigenschaften bananen-förmiger Flüssigkristalle zu ermöglichen, ist die Synthese und Untersuchung zahlreicher neuer Verbindungen unumgänglich. In der vorliegenden Arbeit wurden gebogene Mesogene synthetisiert, die sich im wesentlichen von Resorcin bzw. substituierten Resorcinen ableiten und an den äußeren Phenylringen in verschiedenen Positionen mit Fluor substituiert sind. Die Auswahl von Fluoratomen als laterale Substituenten erfolgte aus zwei Gründen. Zum einen sollte deren Einfluss auf das Mesophasenverhalten untersucht werden. Zum anderen ermöglicht dieses Halogen eine Charakterisierung der Mesophasen durch die 19F-NMR Spektroskopie im kristallin-flüssigen Zustand. Mit der gleichen Zielstellung wurden auch deuterierte Verbindungen synthetisiert.

Bent-shaped liquid crystals represent a challenging field of condensed matter. Up to the discovery of the unique mesophase character of bent-shaped compounds only chiral mesogens exhibited ferro- and antiferroelectric switchable mesophases suitable for application. On the other hand, bent-core molecules, consisting of at least five, usually aromatic, rings, create a very complex system. Calculation and modeling of such systems can be made with limitations and simplifications. Therefore to obtain reliable predictions concerning structure-property relationship our factual knowledge need to be broadened. Numerous bent-core substances were prepared to make a better understanding on the connection between the structure and mesomorphic character of bananashaped molecules. Symmetrical bent-core materials derived from resorcinol and substituted resorcinols fluorinated on the outer rings in different positions were synthesized. Fluoro-substituents were introduced for two reasons: to investigate the influence of fluoro-substitution on the mesophase behavior in "bananas", and to make it possible to apply 19F-NMR technique for characterization of bent-core substances. Similarly, deuterated banana compounds were synthesized to get more information about banana mesophases with the help of 2H-NMR.