Sonja Findeisen-Tandel

Der Einfluss von Wasserstoffbrückenbindungen auf das Mesophasenverhalten von bent-core Mesogenen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Naturwissenschaftlichen Fakultät II der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 12.07.2007

Abstract
Seit ihrer ersten Erwähnung entwickelten sich Flüssigkristalle von einer wissenschaftlichen Kuriosität zu einem ständigen Begleiter im modernen Leben. Nicht wegzudenken ist z.B. ihre Verwendung in Flüssigkristalldisplays und Steuerelementen. Aufgrund ihrer besonderen physikalischen Eigenschaften entwickelten sich in den letzten Jahren insbesondere Flüssigkristalle mit gebogener Molekülgestalt zu einem hochaktuellen Thema auf dem Gebiet der Flüssigkristallforschung. Besondere Eigenschaften sind z.B. ferro- bzw. antiferroelektrisches Verhalten oder eine Phasenchiralität, obwohl die Moleküle selbst nicht chiral sind.
Wasserstoffbrückenbindungen sind weit verbreitete und ausgiebig untersuchte molekulare Kräfte. Es ist bekannt, dass diese molekularen Wechselwirkungen nicht nur das Auftreten, sondern auch für die Stabilisierung von Mesophasen beeinflussen können.
In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Wasserstoffbrückenbindungen auf das Phasenverhalten von bent-core Mesogenen untersucht. Dazu wurden zahlreiche Verbindungen synthetisiert, die Amidgruppen oder Hydroxygruppen in ortho-Position zu einer Azomethingruppe tragen.
Die Untersuchung der flüssigkristallinen Eigenschaften mittels Polarisationsmikroskopie, DSC, elektrooptischen Experimenten sowie Röntgenbeugung wird diskutiert. Durch den Vergleich mit den entsprechenden Esterverbindungen bzw. Azomethinverbindungen ohne ortho-Hydroxygruppen wird der Einfluss von Wasserstoffbrücken auf die Mesophasenstabilität und den Mesophasentyp konkret gezeigt.

Since their first mention liquid crystals developed from a scientific oddity to a ubiquitous part in modern life. Well known are the technical applications of liquid crystalline compounds in displays and control element assemblies.
Because of their special physical properties, in recent years liquid crystalline compounds with a bent molecular shape became a major topic of liquid crystal research and take a high position from the scientific viewpoint. The chemical modification of bent-core mesogens directly influences the phase structures, resulting in unusual properties, e.g. ferro- resp. antiferroelectric behaviour or phase chirality, although the molecules are achiral.
Hydrogen bond interactions are widespread and well studied molecular forces. It is known that these molecular interactions play an important role not only on the appearance but also on the stabilization of mesophases.
Here the influence of hydrogen bonding interactions on the mesophase behaviour of bent-core mesogens will be shown. For this attempt a number of different mesogens based on bent-core structures including amide groups or a hydroxy group in ortho position to an azomethine group were synthesized. The investigations by means of polarizing microscopy, DSC, electrooptical experiments and X-ray scattering of these materials are discussed.
Comparison with the corresponding ester derivatives resp. azomethine compounds without hydroxy groups proves the concrete influence of hydrogen bonding on the mesophase stability and mesophase type.

Keywords:
thermotrope Flüssigkristalle, gebogene Mesogene, Wasserstoffbrückenbindungen, Antiferroelektrizität, Ferroelektrizität, polare Mesophasen, kolumnare Mesophasen, SmCP-Phasen, Elektrooptisches Verhalten, Röntgenbeugungsuntersuchungen

thermotropic liquid crystals, bent-core mesogens, hydrogen bonding, antiferroelectricity, ferroelectricity, polar mesophases, columnar mesophases, SmCP-phases, electro-optic switching, X-ray scattering

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Abstract, Abkürzungsverzeichnis, Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung und Zielstellung (1-19)
2. Experimentelle Methoden zur Untersuchung der flüssigkristallinen Eigenschaften (20-24)
3. Amidverbrückte bent-core Mesogene (25-72)
4. Lateral substituierte Salicylidenamino-Verbindungen (73-98)
5. Gebogene "Schwalbenschwanz"-Verbindungen (99-111)
6. Bisbenzoate der Kojisäure (112-120)
7. Zusammenfassung (121-127)
8. Experimenteller Teil (128-197)
9. Literaturverzeichnis (198-206)
Anhang (5, A1-A35)
Publikationen