Kolesterol esaslı sıvı kristal mezojen sentezi ve karakterizasyonu
Cholesterol based liquid crystal mesogen synthesis and characterization
Yazar: ELİF MELİSA BİÇER
Danışman: PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Saf organik maddeler ısıtıldıklarında yalnızca katı fazdan sıvı faza geçiş yapmaz, bazen ara faz gösterebilirler. Bu eşsiz ara faz hali sıvı kristaller olarak adlandırılır. Sıvı kristaller, çeşitli özellikleriyle hem katı kristallere hem de sıvılara benzerler. Katı fazın düzenine ve yönelimine yakın olup, çift kırınım özelliğine sahiplerdir. Ayrıca sıvılar gibi akışkan ve amorf yapıdalardır. Hem hareketli hem akışkan olarak belirtilen bu ara faz mezofaz olarak isimlendirilir. Mezofaz davranışı gösteren maddelere ise mezojen adı verilir. Mezofazların bazı ortak özellikleri olarak çubuk şekilli yapıda bulunmaları, güçlü dipol olmaları, kolay polarizasyon olmaları ve direktör adı verilen ortak bir eksen boyunca yönelme davranışları örnek verilebilir.
Mezofazı oluşturma şekillerine göre sıvı kristaller ikiye ayrılır; liyotropik sıvı kristaller ve termotropik sıvı kristaller. Katı fazdan sıvı faza geçiş çözücü etkisi ile gerçekleşiyorsa liyotropik sıvı kristal; sıcaklığın etkisi ile meydana geliyorsa termotropik sıvı kristaller adı verilir. Termotropik sıvı kristaller ise molekül geometrilerine göre, çubuksu yapıdaki kalamitik sıvı kristaller, disk yapıdaki diskotik sıvı kristaller ve muz şekilli sıvı kristaller olarak ayrılır. Sıvı kristallerin gösterdiği fazlar ise, ipliksi, akışkan ve düzensiz yapıdaki nematik faz; sabunsu, tabakalı ve düzenli yapıdaki smektik faz ve kiral özellik gösteren kolesterik faz olarak adlandırılır.
Kolesterik fazın bir diğer adı kiral nematik fazdır. Bunun sebebi, molekülün asimetrik yapıda oluşu, merkezinin asimetrikliği ve optikçe aktif olmasından kaynaklanmaktadır. Kiral sıvı kristal moleküller, mezomorfik ve elektro-optik özelliklerinden dolayı oldukça geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bu fazda madde, her biri nematik benzeri ipliksi ve ince yapılara sahip tabakalardan meydana gelmiştir ve bu tabakalar birbirleri üzerine küçük bir açı farkıyla dönüp istiflenerek yerleşmiştir. Kiral sıvı kristal polimerler ise çoğunlukla kiral karbon içeren bir grubun moleküler yapıya girişi sayesinde ortaya çıkar. Özellikle kiral grup içeren sıvı kristal polimerler göstermiş oldukları termal, elektriksel ve optiksel özellikler nedeniyle son yıllarda çok tercih edilmektedir.
Sıvı kristal polimerler, sıvı kristallerin ve polimerlerin her ikisinin özelliklerinin birleştiği yapılardır. Bu sebeple günümüzde son derece önem kazanmıştır. Teknolojinin gelişmesi ile birlikte günümüzde özellikle LCD ekranlarda, sensörlerde, dijital göstergelerde ve daha birçok alanda kullanılan sıvı kristaller, çoğu bilimsel araştırmanın konusu olmuştur.
Bu çalışmada, farklı uzunlukta (n=3, 6, 8, 11) halojenür sonlu zincir içeren kolesterol esaslı bir seri mezomorfik bileşik sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Ayrıca, esnek metilen zincir uzunluğunun mezomorfik davranışa etkisi incelenmiştir. 11CF hariç tüm bileşikler kolesterik mezofazı göstermiştir.
Deneysel sonuçlar, zincir uzunluğundaki artışın mezofaz aralığını azattığı ve mezofazın termal kararlılığını düşürdüğünü göstermiştir.
Elde edilen sıvı kristallerin yapıları klasik spektroskopik yöntemlerden FT-IR ve 1H-NMR kullanılarak aydınlatılmıştır. Bu bileşiklerin mezomorfik özellikleri polarize optik mikroskop (POM) yardımı ile belirlenmiştir.

Abstract:
When pure organic substances are heated, they do not only transition from the solid phase to the liquid phase, but sometimes they can show an intermediate phase. This unique interphase state is called liquid crystals. Liquid crystals resemble both solid crystals and liquids with their various properties. They are close to the order and orientation of the solid phase and have birefringence properties. They are also fluid and amorphous like liquids. This intermediate phase, which is defined as both mobile and fluid, is called the mesophase. Substances that show mesophase behavior are called mesogen. Some of the common features of mesophases are their rod-shaped structure, strong dipoles, easy polarization, and orientation behavior along a common axis called a director.
Liquid crystals are divided into two according to the way they form the mesophase; lyotropic liquid crystals and thermotropic liquid crystals. Lyotropic liquid crystal, if the transition from solid phase to liquid phase occurs with the effect of solvent; if they occur with the effect of temperature, they are called thermotropic liquid crystals. Thermotropic liquid crystals are divided into rod-like calamitic liquid crystals, discotheque liquid crystals in disc form, and banana-shaped liquid crystals, according to their molecular geometry. The phases shown by liquid crystals are the thread-like, fluid and irregular nematic phase; The soapy, layered and regular phase is called the smectic phase and the chiral cholesteric phase.
Another name for the cholesteric phase is the chiral nematic phase. The reason for this is that the molecule has an asymmetrical structure, the asymmetry of its center and its optically active structure. Chiral liquid crystal molecules have a wide application area due to their mesomorphic and electro-optical properties. In this phase, the matter consists of layers, each of which has thread-like and thin structures similar to nematic, and these layers have settled by rotating and stacking with a small difference of angle on each other. Chiral liquid crystal polymers, on the other hand, occur mostly due to the entry of a group containing chiral carbon into the molecular structure. Especially liquid crystal polymers containing chiral groups have been preferred in recent years due to their thermal, electrical and optical properties.
Liquid crystal polymers are structures that combine the properties of both liquid crystals and polymers. For this reason, it has become extremely important today. With the development of technology, liquid crystals, which are used in LCD screens, sensors, digital displays and many other fields, have been the subject of many scientific researches.
In this study, a series of new mesomorphic compounds with cholesterol-based with different lengths (n=3, 6, 8, 11) of terminal halojen chains, are synthesized and characterized. 
Furthermore, the effect of the length of flexible methylene units to the mesomorphic behaviour was investigated. All compounds except 11CF, showed cholesteric mesophase.
The experimental results demonstrated that with the increase in the terminal chain lengths, decreases the mesophase interval and decreases the thermal stability of the mesophases of these liquid crystals was decreased.
The structures of the obtained liquid crystals were illuminated using FT-IR and 1H-NMR, which are classical spectroscopic methods. Mesomorphic properties of these compounds were determined with the help of polarization microscopy (POM).