Kiral sıvı kristallerin sentezi, karakterizasyonu ve faz davranışlarının incelenmesi
Synthesis, characterisation and investigation of phase diagrams of the chiral liquid crystals
Yazar: BURCU KARAAĞAÇ
Danışman: DR. HALE OCAK ; PROF. DR. BELKIS BİLGİN ERAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Maddenin eşsiz bir hali olan sıvı kristaller, dijital göstergeler, sensörler, LCD ekranlar gibi çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Özellikle kiral sıvı kristal moleküller, mesomorfik ve elektro-optik özelliklerinden ötürü oldukça etkileyici bir araştırma konusu ve teknolojik uygulama alanıdırlar. Kiral sıvı kristallerin eğimli smektik fazlarında ferroelektrik ve antiferroelektrikliğin görülmesi özellikle hızlı çevrilme (switching) gösteren gösterge aygıtlarındaki uygulamaları nedeniyle önemlidir. Ferroelektrik malzemelerin çoğu, en az bir tanesi kiral olan esnek iki terminal alkil zincirli sert bir çekirdekten meydana gelen çubuksu (kalamitik) bir molekülden oluşur. Sıvı kristal göstergelerde sıklıkla kullanılan materyaller, kalamitik yapılı ve kiral mesofaz sergileyen termotropik sıvı kristallerdir.Sıvı kristal fazlardaki kiralite çoğunlukla kiral karbon içeren bir grubun moleküler yapıya girişi nedeniyle ortaya çıkar. Mesogen bir ya da daha fazla stereojenik merkeze sahip olabilir ve bunlar mesogenin terminal zinciri boyunca ya da merkezi çekirdekte bulunabilir. Alifatik kuyruğun uzunluğundaki basit bir değişimin sıvı kristalin polimorfizmini kuvvetle etkilediği bilinmektedir. Sıvı kristal molekülde kiral grubun modifikasyonu da hem polimorfizmi, hem de elektro-optik özellikleri önemli ölçüde değiştirebilmektedir. Farklı moleküler yapıya sahip mesogenik moleküllerin olefinik terminal uçlarına takılan siloksan gruplarının ise, sıvı kristal fazların mesomorfik sıcaklık aralığını genişletmeye imkan sağladığı ve mesofazda stabilizasyona neden olduğu görülmektedir.Bu çalışmada, öncelikle ester grubunun bağlayıcı grup olarak moleküler yapıda yer aldığı olefinik ve hidroksi uçlu yeni kiral kalamitik moleküller sentezlenmiş ve olefinik uçlu bileşiklerin hidrosililasyon reaksiyonu ile siloksan türevleri elde edilmiştir. Ayrıca, bağlayıcı ester grubunun yönünün farklandırılmasının mesogenite üzerine etkisi incelenmiştir. Kiral grubun ve siloksan ünitenin aynı molekül içinde yer almasının mesogenite üzerindeki etkilerinin araştırıldığı yeni kiral kalamitik mesogenlerin yapıları, klasik spektroskopik yöntemler (1H-NMR, 13C-NMR, 29Si-NMR ve MS) ve elemental analiz (EA) kullanarak aydınlatılmıştır. Yeni bileşiklerin mesomorfik özellikleri, polarizasyon mikroskobu, diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) ve elektro-optik incelemeleri ile belirlenmiştir. Olefinik uçlu yeni kiral kalamitik mesogenlerde ortaya çıkan smektik mesofaza ait mesomorfik sıcaklık aralıkları, siloksan ünitenin yapıya girişiyle genişlemiş, erime ve berraklaşma noktaları belirgin şekilde azalmıştır.Anahtar Kelimeler: Sıvı kristaller, termotropik, kiral, kalamitik, mesomorfik özellikler, elektro-optik, (anti)ferroelektriklik.

Abstract:
Liquid crystals which are the unique state of matter have a wide application area such as digital displays, sensors and LCD screens. Especially chiral liquid crystal molecules are a fascinating research subject and field of technological application due to their mesomorphic and electro-optic properties. The appearance of ferroelectricity and anti-ferroelectricity in tilted smectic phases of chiral liquid crystals are especially important due to their applications in display devices showing fast switching behavior. Most of ferroelectric materials consist of a rod-like molecule formed by a rigid core with two flexible terminal chains, at least one of which is chiral. The materials used frequently in liquid crystal displays are thermotropic liquid crystals which have a calamitic structure and exhibit chiral mesophase.Most chiralities of liquid crystal phases are due to the introduction of a group containing a chiral carbon to the molecular structure. The mesogen may have one or more stereogenic center and they are found either along the terminal chain of the mesogen or in the central core. It is known that a simple change in length of the aliphatic tail affects the liquid crystalline polymorphism strongly. Modification of the chiral group in the liquid crystal molecule significantly alters the electro-optical properties and polymorphism. Siloxane groups attached to the terminals of olefinic groups of mesogenic molecules having different molecular structure allow expanded temperature range of liquid crystal phases and provide mesophase stabilization.In this study, olefinic terminated and hydroxyl terminated new chiral calamitic molecules, where ester groups are included in the molecular structure as a connecting group, have been synthesized. Siloxane derivatives of olefinic terminated compounds have been obtained by hydrosilylation reaction. Moreover, the effects of changes in the direction of ester connecting group on mesogenity have been investigated. The structures of new chiral calamitic mesogens studying on the effect of the presence of a chiral moiety and siloxane units within the same molecule on the mesogenity have been characterized using classical spectroscopic methods (1H-NMR, 13C-NMR, 29Si-NMR and MS) and elemental analysis. The mesomorphic properties of the new compounds have been investigated using polarization microscope, differential scanning calorimetry (DSC) and electro-optic methods. It is observed that, the mesomorphic temperature range of smectic mesophase, which appears in olefine terminated new chiral calamitic molecules, becomes wider with the introduction of siloxane unit to structure but melting and clearing points significantly decrease.Keywords: Liquid crystals, thermotropic, chiral, calamitic, mesomorphic properties, electro-optic, (anti)ferroelectricity.