含不同間隙長度和末端基團之光致變性分子合成 及光化學性質探討

Synthesis and Photochemical Properties of Photochromic Compounds Containing Various Flexible Spacer Lengths and Terminal Groups

呂雅鈴(Ya-Ling Lu)

指導教授 ： 林美靜 ； 楊博智

朝陽科技大學/理工學院/應用化學系/碩士(2010年)

摘要

本研究利用酯化反應合成一系列具有不同間隙長度和末端基團之光致變性化合物Nazo、Cazo 及Nstil 系列，在分子結構設計上導入不同的拉電子基NO2 或推電子基OCH3，以及不同的液晶核心azobenzene (N=N)基團或stilbene (C=C)衍生物，探討其分子結構與熱性質及光學性質的相關性。
本實驗合成的化合物以FT-IR、1H-NMR、13C-NMR 及EA 鑑定分子結構，以DSC 和POM 分析熱性質及液晶相種類，並使用UV-Vis 和PL 分析化合物之光學性質。在熱性質方面，本研究所合成的液晶分子均為互變型膽固醇液晶，Nazo、Cazo 及Nstil 系列最寬廣的液晶相轉移溫度分別為升溫的50.4、66.6 及69.6 oC 與降溫過程的78.8、78.2 及148.1 oC。在光學性
質方面，Nazo、Cazo 及Nstil 系列溶液態的最大UV/Vis 吸收波長分別在342~381、349~359 及354~378 nm，螢光波長則分別413~466、414~438及415~550 nm。Nstil 系列有較高的量子效率，約0.37~0.66。本研究中，我們使用UV-Vis 和1H-NMR 光譜來驗證光致變性化合物的光化學行為。光致變性化合物經由不同波長UV 光的照射使光致變性基團進行E-Z 光異構化反應或2+2 環化反應，達到可逆或不可逆的光化學反應。我們亦將所合成之光致變性化合物製作成液晶cells，經由改變溫度和照射UV 光來探討膽固醇型液晶螺旋距大小及反射波長位移等特性，結果發現提高液晶cells 溫度或照射UV 光皆會使選擇性光反射波長發生藍位移現象。本實驗研究所
製備之膽固醇型液晶光學cells，可應用在光調變儲存紀錄材料、不可逆數據記錄及可覆寫的數據儲存系統。

關鍵字

光致變性 ； 光學活性 ； 光異構化 ； 偶氮苯 ； 螢光

並列摘要

In this work, three series of novel cholesterol-based photochromic compounds, named as Nazo, Cazo, and Nstil series, containing various photochromic moieties, flexible spacer lengths and terminal groups using esterization reaction were designed and synthesized. Their structure-property relation of liquid crystals and the effect on E/Z photoisomerization were also investigated.
The chemical structures of the synthesized compounds were identified using FTIR, 1H-NMR, 13C-NMR, and EA analyzer. The thermal and optical properties of compounds were evaluated using DSC, POM, UV-Vis, and PL techniques. All mesophase of the synthesized compounds revealed enantiontropic cholesteroc liquid crystals with planar textures. The maxima absorption for Nazo, Cazo, and Nstil series are in the range of 342-381, 349-359, and 354-378 nm, respectively. Nstil series showed the maxima quantum
efficiencies in the range of 0.37~0.66. The increase of LC cell temperature and UV irradiation induced blue-shifts of the selective light reflection of cholesteric phases. Synthesized photochromic compounds containing N=N and C=C
segments revealed one reversible and one irreversible photochromic properties.Photochromic compounds with various photoisomerizable groups fabricated in this investigation could be used as irreversible image recording and rewritable data storage systems. The results of this investigation present significant scientific and practical contributions with respect to the development of unique functional photochromic materials.

並列關鍵字

photochromism ； chiral ； photoisomerization ； azobenzene ； photoluminescence

參考文獻

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