Heteroatom içeren yeni sıvı kristal sistemler: sentez, yapısal ve mesomorfik karakterizasyon
New liquid crystal systems containing a heteroatom: synthesis, structural and mesomorphic characterization
Yazar: GÜRKAN KARANLIK
Danışman: PROF. DR. BELKIZ BİLGİN ERAN ; DOÇ. DR. HALE OCAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Maddenin kristal halinin düzen parametresi ile sıvı halinin akışkanlık özelliğini bünyesinde barındıran sıvı kristaller, sahip oldukları bu eşsiz yetenekleri sayesinde ileri organik materyaller sınıfında yer almaktadır. Kendiliğinden düzenlenebilen yapılar oluşturabilen sıvı kristaller; günümüzde düz ekran gösterge cihazları, fotoiletkenler, yarıiletken materyaller ve optik sensörler gibi birçok teknolojik uygulamada yoğun olarak kullanılmaktadır.
Yapı-mesogenite ilişkisi, sıvı kristallerin dünyasını anlamada büyük rol oynamaktadır. Yapısal segmentlerde meydana gelen küçük değişimler, mesomorfik özellikler üzerinde çarpıcı etkiler meydana getirebilmektedir. Heteroatom içeren sıvı kristallerde, moleküllerin farklı pozisyonlarında yer alan elektronegatif atomların varlığı, molekülün polarlığını, polarizlenebilmesini ve geometrik şeklini belirgin bir şekilde değiştirebilir ve bunun sonucu olarak da mesogenlerin mesofaz türü, faz geçiş sıcaklıkları ve dielektrik özellikleri etkilenebilir. Örneğin, kiral uç zincirlere sahip Schiff bazı esaslı kalamitik moleküllerde, teknolojik olarak büyük öneme sahip kiral nematik faz ve frustrated mesofazlardan olan blue fazlar ortaya çıkarken, piridin esaslı sistemlerde moleküllerarası hidrojen bağı sayesinde supramoleküler kompleks yapılar elde etmek mümkündür. Florlanmış zincirlere sahip sıvı kristal sistemlerde ise moleküllerin mesofazlarında florofobik etkiden kaynaklı mikrosegregasyon ortaya çıkmaktadır.
Bu çalışmada, ester bağlantı grubunun yönünün, uç zincirlerin türünün ve uzunluğunun (düz alkiloksi, rasemik, kiral ve florokarbon zincirleri) ve heteroatom olarak azot atomunun varlığının mesomorfik özellikler üzerine olan etkilerini incelemek amacıyla yeni kalamitik ve muz şekilli moleküllerin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bileşiklerin yapıları spektroskopik yöntemler (1H-NMR, 13C-NMR ve MS) kullanılarak aydınlatılmıştır. Mesomorfik özellikler ise Polarizasyon Mikroskobu (PM), Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) ve elektro-optik yöntemler kullanılarak belirlenmiştir.

Abstract:
Liquid crystals, in which combine the order parameter of crystalline state and fluidity property of liquid phase, are in the class of advanced organic materials due to their unique capabilities. Liquid crystals which can form self-organized structures are widely used in many technological applications such as flat screen displays, photoconductors, semiconductor materials and optical sensors.
Structure-mesogenity relationship plays a major role in understanding the world of liquid crystals. Small changes in the structural segments can make drastic effects on mesomorphic properties. The presence of electronegative atoms in different positions of molecules in heteroatom-containing liquid crystals can significantly alter the polarity, polarizability and geometrical shape of the molecule and as a result of this, mesophase type, phase transition temperature and dielectric properties of mesogens can be affected. For example, while technologically important chiral nematic phase and frustrated mesophases such as blue phases can occur in the calamitic molecules derived from Schiff base with chiral end chains, it is possible to obtain supramolecular complex structures through intermolecular hydrogen bonding in pyridine-based systems. In the liquid crystalline systems with fluorinated chains, microsegregation appears due to fluorophobic effect in the mesophases of the molecules.
In this study, the design, synthesis and characterization of new calamitic and banana shaped molecules were carried out in order to investigate the effect of the direction of the ester linking group, the type and length of the terminal chains (straight alkyloxy, racemic, chiral and fluorocarbon chains) and the presence of nitrogen atom as the heteroatom on the mesomorphic properties. The structures of the obtained compounds were investigated by spectroscopic methods (1H-NMR, 13C-NMR and MS). Mesomorphic properties were determined by Polarization Microscope (PM), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and electro-optic methods.