Bin Chen

New Mesophase Morphologies Formed by Facial T-shaped Ternary Amphiphiles

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 24.08.2004

Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurde die Kombination stabförmiger Mesogene mit binären Amphiphilen realisiert. Es wurden neuartige faciale Amphiphile, bestehend aus einer 4,4''-Dialkoxy-p-terphenyleinheit und einer lateralen polaren Gruppe in 2- oder 3'-Position (Polyoxyethylenkette, die am Ende entweder mit einer Carbonsäure, einem Metallcarboxylat oder einem Oligohydroxyalkylamid verknüpft ist.), synthetisiert. Als Schlüsselschritt fungierte die Palladium-katalysierte Kreuzkupplungsreaktion. Auf der Grundlage der synthetisierten Verbindungen konnten eine Reihe neuartiger und sehr unterschiedlicher Mesophasen, wie z.B. SmAfrm-, Rho-, 3D-Hex-, Colsq (p4mm)-, Colsq (p4gm)- und Colh-Phasen, identifiziert werden. Die Ausbildung dieser Mesophasen erfolgt unter Annahme der Mikrophasenseparation der lateralen polaren Gruppen, der terminalen Alkylketten und der aromatischen p-Terphenyleinheiten in drei voneinander verschiedene Bereiche. Auf der Basis systematischer synthetischer Arbeit wurde der Einfluß von Variationen der Molkülstruktur, wie zum Beispiel die Länge der terminalen Alkoxyketten, der Größe und Position der lateralen polaren Kette sowie der Grad der Segregation untersucht.

In present work, the novel combination of the rod-like mesogens and the binary amphiphiles have been realized. Novel facial amphiphiles consist of a 4,4-dialkoxy-p-terphenyl unit and a lateral polar chain (2- or 3-substitute polyoxyethylene chain which is ended with metal carboxylate, oligohydroxyalkyl amides or carboxylic acid group) have been synthesized. The palladium catalysed C-C coupling reaction was used as the key step. On the basis of the synthesized compounds, a wide variety of novel and quite different mesophases, for example SmAfrm, Rho, 3D-Hex, Colsq (p4mm), Colsq (p4gm) and Colh phases, have been identified. The formation of these mesophases is believed to be due to the microsegregation of the lateral polar chains, the terminal alkyl chains and the aromatic p-terphenyl cores into three distinct subspaces. The influence of the variation of the molecular structure (the length of the terminal alkoxy chains, the size and the position of the lateral polar chain and the degree of the segregations) upon the mesophase properties was investigated on the basis of the systematically synthetic work.

Keywords:
Flüssigkristalle, faciale Amphiphile, Mikrosegregation, mesh-Phasen, 3D-Mesophasen, Columnare Phasen, pentagonale Aufteilung

Liquid crystals, facial amphiphiles, microsegregation, mesh phases, 3D mesophases, columnar phases, pentagonal tiling

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Inhaltsverzeichnis
Title page, Abbreviations, Contents (5, i-iii)
1 Introduction (1-12)
2 Synthesis (13-23)
3 Liquid crystalline properties of the metal carboxylates (24-39)
4 Liquid crystalline properties of facial amphiphiles with a lateral chain containing an amide group (40-55)
5 Liquid crystalline properties of the carboxylic acids (56-67)
6 Binary systems (68-70)
7 Summary (71-76)
8 Experimental section (77-119)
9 Synthesis and analytical data of intermediates (120-142)
10 Appendix (143-144)
11 References (145-149)
Zusammenfassung (150-155)
Publications