Synthesis and characterization of methacrylate based hydrogen bonded liquid crystal polymers
Yeni kalgon bazlı sıvı kristal polimerlerin sentezi ve incelenmesi
- Tez No: 398103
- Danışmanlar: PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Sıvı kristallerin keşfi genel olarak 1888 yılına Avusturyalı botanist Friedrich Reinitzer'ın ilk raporlarına dayanmaktadır. Reinitzer'ın ilk çalışmaları klosterol temelli bir bileşik üzerineydi. Yapının molekül ağırlığını hesaplamaya çalışırken, erime noktasını da bulması gerekti ki yapının saflığından emin olabilsin. Erime noktası için gerekli çalışmalara başlamışken şaşırtıcı ve umut kırıcı bir şekilde iki tane faz değişim noktasının varlığını tespit etti. Kolesteril benzoat kristalleri 145.5 °C'da önce eriyip dumanlı bir sıvı halini alıyor ardından da 178.5 ºC'da billur bir sıvı halini alıyordu. Aynı şekilde bu yapıların geriye dönewrken, donarken de iki noktada değişim geçirdiğini gözlemledi. Bu açıklayamadığı ilginç fenomen sonucunda elindeki örnekleri incelemesi için Alman bir kimyager olan Otto Lehnmann'a yolladı. Bu gelişmeler genel olarak sıvı kristaller mefhumunun doğmasıyla sonuçlanmıştır ve genel olarak sıvı kristaller katı ve sıvı fazlar arasında, belli moleküllerin gösterdiği ayrı bir faz olarak tanımlanmıştır. Bu faz ne katı gibi rijit ve düzenli bir özellik göstermektedir ne de sıvı gibi düzensiz ve dağınık düzenlenmektedir. Bu sebeple ikisinden de ayrı olarak tanımlanmaktadır. Bir molekülün sıvı kristal özelllik gösterebilmesi için gerektirdiği özellikler vardır. Bu özellikler genel olarak bakıldığında aromatiklik şartlarını andırır. Molekülün düzlemsel olması gerekliliği, yapının üzerinde elektronların serbestçe hareket edebileceği bir konjugasyon hattının var olması, Düşük molekül ağırlıklı sıvı kristallerin ve polimerlerin özgün özelliklerini bir araya getiren Yan Zincir Sıvı Kristal Polimerler, onları optik veri toplamadan tutun da doğrusal olmayan optik alanına kadar mikroelektronik cihaz uygulamalarında iyi adaylar olmalarını sağlayan ilgi çekici elektriksel ve optik özelliklerinden ötürü yoğun araştırmaların konusu olmaktalar. Yan Zincir Sıvı Kristal Polimerler genellikle rijid mezojenlerin polimer ana zincirine, bir ara yapı üzerinden kovalent bağ ile bağlanmasıyla elde edilir. Bu tezde, yeni bir kalgon bileşiği ile metakrilat monomeri sentezlendi ve karakterize edildi. Kalgon bileşiği olarak 1-(4-hidroksifenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-on, Claisen-Schmidt metodu kullanılarak sentezlendi. 1-(4-hidroksifenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-on, metakriloil klorür ile reaksiyona sokularak bu monomer elde edildi. Bu kalgon temelli monomer serbest radikalik polimerizasyon kullanılarak polimerleştirildi. Kalgon Yan Zincir Sıvı Kristal Polimer, moleküller arası hidrojen bağı kurularak hazırlandı. Bu amaçla, ilk aşamada Hidrojen Bağlı Kristal Polimer, hidrojen akseptör olarak tersiyer amin taşıyan metakrilat temelli bir polimer ve hidrojen donör olarak da 4'-(-hidroksialkoksi)-4-siyanobifenil türevleri kullanılarak hazırlandı. 1-(4-hidroksifenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-on Bileşiğinin Sentezi 1-(4-hidroksifenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-on, katalizör olarak NaOH ortamında Claisen-Schmidt metodu kullanılarak, p-hidroksi asetofenon ve 4-piridin karboksialdehit bileşiklerinden sentezlenmiştir. Bu reaksiyon klasik bir aldol kondenzasyonu reaksiyonudur. Elde edilen bileşik karakterize edilip varlığından emin olunması için FT-IR ile analiz edilmiştir. Bu analiz elde edilmiş olan bileşiğin hedeflenen bileşik olduğunu doğrulayacak sonuçlar vermiştir. 1-(4-hidroksifenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-on'un FT-IR spektrumu, 2898 cm-1 bölgesinde (–CH2–) piklerini ; 1658 cm-1 bölgesindeki ketonik yapıyı ispatlayan pikleri; 1587 cm-1 bölgesindeki olefinik -C=C konjuge kalgon piklerini; 1510,1418 ve 1462 cm-1 bölgesindeki de aromatik -C=C piklerini açıkça göstermektedir. 4-(3-(piridin-4-il)-akriloil)-fenil metakrilat Bileşiğinin Sentezi 1-(4-hidroksifenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-on bileşiği metakriloil klorür bileşiği ile çözücü olarak THF'in kullanıldığı oratımında reaksiyona sokulmuştur. Bu reaksiyon esnasında açığa çıkan asidik yapıları tutması için trieti,l amin bileşiği asit-tutucu olarak kullanılmıştır. Reaksiyon sonucun açığa çıkan bileşiğin adı 4-(3-(piridin-4-il)-akriloil)-fenil metakrilat'tır. 4-(3-(piridin-4-il)-akriloil)-fenil metakrilat karakterize edilip varlığından emin olunması için FT-IR ve1H-NMR ile analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarındaki veriler yapıyı doğrular nitelikte elde edilmiştir. 1722 cm-1 bölgesind çıkan bant açıkça ester grubunun varlığını göstermektedir. Ayrıca 3000-3100 cm-1 bölgesindeki pikler de vinil grubuna ait olduğundan bu fonksionun da yapıdaki varlığı ispatlanmıştır. 4-(3-(piridin-4-il)-akriloil)-fenil metakrilat yapısı ayrıca 1H-NMR ile karakterize edilmiştir. NMR spektrumundan elde edilen verilere göre, 8.72–7.27ppm aralığında 11H, Ar-H ve olefinik CH=CH pikleri bu fonksiyonların yapıdaki varlıklarını ispatlamaktadır. Ayrıca 6.40 (1H,CH2=), 5.83 (1H, CH2=), 2.08 (s, 3H, CH3) piklerini de bu yapıları kanıtlamaktadır. Hidrojen Bağ Donörlerinin Sentezi: 8-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol (LC8) ve 11-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) undekan-1-ol (LC11) sentezlendi. LC8 ve LC11 yapıları, FT-IR ve 1H-NMR spektropileri kullanılarak karakterize edildi. 3 g (15 mmol), 4'-hidroksi-4-bifenilkarbonitril, 200 mL DMSO içinde ve asit tutucu olarak görev alan 2 g (14.5 mmol ) K2CO3 varlığında 8-kloro-1-oktanol ile tepkimeye sokulmuştur. 3.4 mL ( 20 mmol) 8-kloro-1-oktanol 110 °C derecede azot gazı varlığında damlatılarak karşımın üzerine ilave edilmiştir. . Reaksiyon karışımı 110 ° C derecede 3 saat boyunca karıştırılmıştır. Bu işlemden sonar karışım damlatılarak 400 mL, 10 % NaOH çözeltisine oda sıcaklığında ilave edilip süzülmüştür.. Sonuç ürün 40 °C derecede vakum altında kurutulmuştur. Ardından etanolda tekrar kristallendirilmiştir. Beyaz kristaller vakum altında elde edilmiştir. 8-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol (LC8) bileşiği bu şekilde elde edilmiştir. 11-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) undekan-1-ol (LC11) bileşiğinin sentezi de aynı şekilde gerçekleştirilmiştir. Bileşikler arasındaki tek fark yapılarındaki alkil zincirlerinin birinin diğerinden (LC11-LC8) 3 karbon daha uzun olmasıdır. 8-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol (LC8) bileşiği ve 11-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) undekan-1-ol (LC11) bileşiği diğer moleküller gibi FT-IR ve 1H-NMR spektroskopileri ile karakterize edilmişlerdir. LC8 ve LC11 bileşiklerinden elde edilen FT-IR spektrumu göstermektedir ki 3300-3400 cm-1 bölgesindeki karakteristik –OH pikleri, 1250-1050 cm-1 bölgesindeki eter pikleri, 2200 cm-1 bölgesindeki CN pikleri, 2900 cm-1 bölgesindeki H-C-H pikleri yapının abeklendiği gibi ortaya çıktığını gösteriyor. 8-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol (LC8) ve 11-(4-Siyanobifenil-4'-oksi) undekan-1-ol (LC11) bileşiklerinin aydınlatılmasında aynı zamanda 1H-NMR spektroskopisinde verdikleri pikler de yapıların beklendiği gibi olduğunu göstermiştir. LC8 ve LC11 bileşikleri 2.01-2.1 ppm bölgesinde –CH2 protonlarının; 3.6-4.0 ppm bölgesinde CH2-O protonlarının ve 7-8 ppm aralığında da aromatik protonların piklerini göstermişlerdir 1H-NMR spektrumunda Kalgon temelli sıvı kristal polimerlerin sentezlenmesi Kalgon temelli polimer ve LC8 ile LC11, hidrojen bağlı sıvı kristal oluşturmak üzere hidrojen bağı akseptörü ve donörü olarak görev aldılar. Yan zincir sıvı kristal polimer yapısı, moleküller arası hidrojen bağının, polimerdeki amin türevinin azot atomu ile hidrojen donörlerinin hidroksi grupları arasında kurulması ile oluştu Hidrojen bağlı metakriklat temelli polimerler FT-IR spektroskopisi, DSC ve POM metodları ile karakterize edildi.The hydrogen bonded methacrylate based polymers were characterized by FT-IR spectroscopy, DSC and POM methods. Polimerlerin FT-IR spekrasına göre, hidrojen bağ donörleri ve akseptörleri molekülleri arası hidrojen bağının kurulmasına uygun şekilde düzenlendi, O-H gerilmesi 3200 ile 3500 cm-1 arasında hafifçe yayılmış pik ile görüldü. Hidrojen bağlı sıvı kristal polimerlerin tüm faz geçişleri DSC ve POM 'un birlikte kullanılması ile incelendi. DSC termogramları ikinci ısıtma döngülerinde elde edildi. Örnekler N2 altında, 10°C/dak. hızında ısıtıldılar. POM (X200) çalışmaları ayrıca göstemektedir ki DSC sonuçları faz geçişleri ile uyumludur. Ayrıca, 1-(4-hidroksifenil)-3-(piridin-4-il)prop-2-en-1-on da LC8 ve LC11 ile sıvı kristal polimerlele kıyaslamak amacı ile kıyaslandılar.
Özet (Çeviri)
Side chain liquid crystalline polymers (SCLCPs), which combine the unique properties of low-molar mass liquid crystals and polymers, have been the subject of intensive research mainly due to their interesting electrical and optical properties which makes them good candidates for applications in microelectronic devices ranging from optical data storage and nonlinear optics. Side chain liquid-crystalline polymers (LCPs) are usually prepared by covalently linking rigid mesogens to a polymer backbone through flexible spacers. In thesis, new chalcone compound and its methacrylate monomer were synthesized aand characterized. 1-(4-hydroxyphenyl)-3-(pyridin-4-yl)prop-2-en-1-one as a chalcone compound was synthesized by using Claisen-Schmidt method. 1-(4-hydroxyphenyl)-3-(pyridin-4-yl)prop-2-en-1-one was reacted with methacryloyl chloride to obtain monomer. This chalcone based monomer was polymerized by using free radical polymerization method. Chalcone side chain liquid crystalline polymer was prepared by using intermolecular hydrogen bonding concept. For this purpose, firstly H-bonded crystalline polymer was synthesized starting from tertiary amine containing methacrylate based polymers as H-bond acceptor and 4'-(-hydroxyalkoxy)-4-cyanobiphenyl derivatives as H-bond donor. Synthesis of Hydrogen Bond Donors: 8-(4-Cyanobiphenyl-4'-oxy) octan-1-ol (LC8) and 11-(4-Cyanobiphenyl-4'-oxy) undecan-1-ol (LC11) were synthesized. The structure of the LC8 and LC11 were characterized by FT-IR and 1H-NMR spectroscopy. Preparation of chalcone based liquid crystalline polymers Chalcone based polymer and LC8 or LC11 were employed as a hydrogen bond acceptor and a hydrogen bond donors, respectively to yield hydrogen bonded liquid crystalline polymers. The structure of the side chain liquid crystalline polymers formed by intermolecular H-bonding between nitrogen of amine of the polymer and hydroxyl group of the hydrogen donors. The hydrogen bonded methacrylate based polymers were characterized by FT-IR spectroscopy, DSC and POM methods. According to the FT-IR spectra of the polymers hydrogen bonding donors and acceptors located so that intramolecular hydrogen bonding is favored, display slightly broadened O-H stretching absorption in the 3200 to 3500 cm-1 range. The phase behavior of all the hydrogen bonded liquid crystalline polymer was studied using a combination of DSC and POM. DSC thermograms were obtained in second heating cycles. The samples were heated with a scan rate of 10°C/min in an N2 atmosphere. POM (X200) studies also confirmed DSC results along with the results of phase transitions. Also, 1-(4-hydroxyphenyl)-3-(pyridin-4-yl)prop-2-en-1-one was interacted with LC8 and LC11 to compare with liquid crystaline polymers.
Benzer Tezler
- Synthesis of conducting polymers and investigation of their electrical properties
İletken polimerlerin sentezi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
ESMA AHLATCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
DOÇ. DR. MUSTAFA OKUTAN
- Synthesis of new mesogens and investigation of their liquid crystalline properties
Yeni mezojenlerin sentezi ve sıvı kristal özelliklerinin incelenmesi
BURAK KORKMAZ
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL
- The synthesis and characterization of methacrylate based hydrogen bonded liquid crystalline polymers
Metakrilat bazlı hidrojen bağlı sıvı kristal polimerlerin sentez ve karakterizasyonu
CEREN AYTAÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. B. FİLİZ ŞENKAL
- Synthesis and characterization of organic-inorganic hybrid materials
Organik-inorganik hibrit malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
MÜFİDE DURİYE KARAHASANOĞLU
Doktora
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI
- Yeni bir poliaromatik keton türevi sentezi, karakterizasyonu ve fotobaşlatma etkinliğinin incelenmesi
The synthesis and characterization of novel polyaromatic ketone derivative as a photoinitiator and the investigation of photoinitiaton ability
NECMETTİN SAMET DALGA
