Научная статья на тему 'МЕЗОМОРФНЫЕ И ОБЪЕМНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ П-Н-ПРО-ПИЛОКСИКОРИЧНАЯ КИСЛОТА - П-Н-ПРОПИЛОКСИ- П ¢ -ЦИАНО-БИФЕНИЛ'

МЕЗОМОРФНЫЕ И ОБЪЕМНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ П-Н-ПРО-ПИЛОКСИКОРИЧНАЯ КИСЛОТА - П-Н-ПРОПИЛОКСИ- П ¢ -ЦИАНО-БИФЕНИЛ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
40
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ / LIQUID CRYSTALS / МЕЗОМОРФНЫЕ СВОЙСТВА / MESOMORPHIC PROPERTIES / ОБЪЕМНЫЕ СВОЙСТВА / VOLUME PROPERTIES / ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ТЕРМОМИКРОСКОПИЯ / POLARIZING THERMOMICROSCOPY / ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ / DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY / ПОЛИТЕРМИЧЕСКАЯ ДИЛАТОМЕТРИЯ / POLYTHERMAL DILATOMETRY / ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА / PHASE DIAGRAM / НЕМАТИЧЕСКИЕ СУБФАЗЫ / NEMATIC SUBPHASES / ЦЕПОЧЕЧНЫЕ АССОЦИАТЫ / CHAINED ASSOCIATES / ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ / HYDROGEN BOND

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Сырбу Светлана Александровна, Дицина Ольга Юрьевна, Шантин Николай Александрович, Киселев Михаил Романович, Кувшинова Софья Александровна

Методами поляризационной термомикроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы мезоморфные свойства системы: п-н-пропилоксикоричная кислота - п-н-пропилокси-п¢-цианобифенил. В области существования нематической фазы обнаружены две подфазы. Методом политермической дилатометрии исследованы объемные свойства системы. Проведен анализ температурных и концентрационных зависимостей объемных свойств системы. Установлено образование цепочечных ассоциатов между п-н-пропоксикоричной кислотой и п-н-пропилокси-п′-цианобифенилом за счет водородного связывания.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Сырбу Светлана Александровна, Дицина Ольга Юрьевна, Шантин Николай Александрович, Киселев Михаил Романович, Кувшинова Софья Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MESOMORPHIC AND VOLUME PROPERTIES OF THE P-N-PROPYLOXY-CINNAMIC ACID - P-N-PROPYLOXY - П ¢ -CYANOBIPHENYL SYSTEM

The p-n-propyloxycinnamic acid - p-n-propyloxy-p¢-cyanobiphenyl system is researched by polarizing thermomicroscopy and differential scanning calorimetry. Two subphases are found in the region of nematic phase existence. The system ,s volume properties are investigated by the polythermal dilatometry method. Analysis of temperature and concentration dependencies of volume properties was carried out. It is established that chained associates between p-n-propyloxycinnamic acid and p-n-propyloxy-p¢-cyanobiphenyl form through hydrogen bonding.

Текст научной работы на тему «МЕЗОМОРФНЫЕ И ОБЪЕМНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ П-Н-ПРО-ПИЛОКСИКОРИЧНАЯ КИСЛОТА - П-Н-ПРОПИЛОКСИ- П ¢ -ЦИАНО-БИФЕНИЛ»

УДК 532.783:548.3

С. А. Сырбу1, О. Ю. Дицина1, Н. А. Шантин1, М. Р. Киселев2, С. А. Кувшинова3

МЕЗОМОРФНЫЕ И ОБЪЕМНЫЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ

я-н-ПРОПИЛОКСИКОРИЧНАЯ КИСЛОТА - я-н-ПРОПИЛОКСИ-я -ЦИАНОБИФЕНИЛ

1 Кафедра неорганической и аналитической химии, Ивановский государственный университет, ул. Ермака, 39, 153025 Иваново, Россия. E-mail: syrbue@yandex.ru 2Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, Ленинский проспект, 31, 119991 Москва, Россия 3Кафедра химии и технологии высокомолекулярных соединений, Ивановский государственный химико-технологический университет, Шереметевский пр-т, 7, 153000 Иваново, Россия

Методами поляризационной термомикроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы мезоморфные свойства системы: п-н-пропилоксикоричная кислота - п-н-пропилокси-п-цианобифенил. В области существования нематической фазы обнаружены две подфазы. Методом политермической дилатометрии исследованы объемные свойства системы. Проведен анализ температурных и концентрационных зависимостей объемных свойств системы. Установлено образование цепочечных ассоциатов между п-н-пропоксикоричной кислотой и п-н-пропилокси-п'-цианобифенилом за счет водородного связывания.

Ключевые слова: жидкие кристаллы, мезоморфные свойства, объемные свойства, поляризационная термомикроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, политермическая дилатометрия, фазовая диаграмма, нематические субфазы, цепочечные ассоциаты, водородная связь

S. A. Syrbu1, O. Yu. Ditsyna1, N. А. Shantin1, М. R. Kiselev2, S. А. Kuvshinova3

MESOMORPHIC AND VOLUME PROPERTIES OF THE ^-n-PROPYLOXYCINNAMIC ACID - ^-n-PROPYLOXY-я -CYANOBIPHENYL SYSTEM

'Inorganic and Analytical Chemistry Department, Ivanovo State University, Ermac str., 39, 153025 Ivanovo, Russia. E-mail: syrbue@yandex.ru 2Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences,

Leninsky Ave, 31, 119991 Moscow, Russia 3Chemistry and Technology of High-molecular Compounds Department, Ivanovo State University of Chemistry and Technology, Sheremetievsky Ave, 7, 153000 Ivanovo, Russia

The p-n-propyloxycinnamic acid - p-n-propyloxy-p'-cyanobiphenyl system is researched by polarizing thermomicroscopy and differential scanning calorimetry. Two subphases are found in the region of nematic phase existence. The system's volume properties are investigated by the polythermal dilatometry method. Analysis of temperature and concentration dependencies of volume properties was carried out. It is established that chained associates between p-n-propyloxycinnamic acid and p-n-propyloxy-p'-cyanobiphenyl form through hydrogen bonding.

Key words: liquid crystals, mesomorphic properties, volume properties, polarizing thermomicroscopy, differential scanning calorimetry, polythermal dilatometry, phase diagram, nematic subphases, chained associates, hydrogen bond

© Сырбу С. А., Дицина О. Ю., Шантин Н. А., Киселев М. Р., Кувшинова С. А., 2014

Введение

Жидкие кристаллы являются одним из техногенных материалов двадцатого века наряду с полупроводниками, композитами, полимерами и радиоактивными элементами.

В настоящее время интерес многих научных групп прикован к созданию, исследованию и применению наноматериалов. Наноматериалы второго поколения образуются при самоорганизации нано-частиц в результате специфических взаимодействий [1]. Достаточно часто межмолекулярная водородная связь определяет не только структуру на-номатериала, но и мезоморфное поведение. Подобные взаимодействия реализуются в жидкокристаллических карбоновых кислотах и системах на их основе [2, 3]. По данным ИК-спектроскопии межмолекулярная водородная связь в производных карбоновых кислот достаточно сильна и составляет 6-8 ккал/моль. Благодаря своему строению и способности к образованию прочных водородных связей молекулы данных соединений могут обеспечить геометрическую анизотропию и термическую стабильность вновь полученного жидкокристаллического соединения. Именно поэтому во многих исследованиях производные бензойных и коричных кислот стали исходными веществами для создания новых мезоморфных наноматериа-лов. Новые супрамолекулярные материалы проявляют уникальные мезоморфные и физические свойства.

Целью данной работы стало изучение конкурирующего влияния водородной связи и антипараллельной диполь-дипольной ассоциации на мезоморфные и объемные свойства системы: п-н-пропилоксикоричная кислота - п-н-пропилокси-п'-цианобифенил.

Экспериментальная часть

Исходное вещество - п-н-пропилокси-п'-цианобифенил (3-АОЦБ) марки «ч.д.а.» было дополнительно очищено двойной перекристаллизацией из этилового спирта и имело следующие температуры фазовых переходов в режиме нагревания, оС: Сг^75,99 I. ^-н-пропилоксикоричная кислота (3-АОКК) была синтезирована в Ивановском государственном химико-технологическом университете и имела следующие температуры фазо-

вых переходов в режиме нагревания, оС: CV110,26 Cr2^121,52 Cr3^135,68 Cr4^168,90 N^176,20 N2^180,03 I. Смеси веществ готовили гравиметрическим методом, гомогенизировали при температуре выше температуры просветления и медленно охлаждали до полной кристаллизации. Исследованные смеси имели следующие концентрации п-н-пропилоксикоричной кислоты (3-АОКК), мол. %: 7,20; 25,02; 31,82; 50,00; 67,22; 83,14; 92,52.

Мезоморфные свойства системы были изучены методами поляризационной термомикроскопии и и дифференциальной сканирующей калориметрии. Исследования методом поляризационной термомикроскопии проводились на поляризационном микроскопе «Полам Р-211» с видеокамерой и термостоликом, который позволял изменять скорость нагрева от 0,1 °С/мин до 3,5°С/мин, работал в широком интервале температур (0-350 °С) и длительное время поддерживал заданную температуру. Градуировку термопары термостолика проводили по веществам с известными температурами плавления. Точность измерения температуры составляла ±0,1°.

Дифференциальная сканирующая калориметрия проводилась на приборе «Q100» фирмы Intertech Corporation (USA) в интервале температур 20 ^ 200 °С в атмосфере Ar. Масса образцов составляла 3 4 мг. Применялся режим нагрев - охлаждение со скоростью прямого и обратного процессов 2,5 град/мин. Точность измерения температуры составляла ± 0,01°С.

Измерение плотности индивидуальных компонентов и смесей на их основе проводили дилатометрическим методом [4] с погрешностью ± 0,0005 г/см3. На основе данных дилатометрии были рассчитаны значения таких физических параметров, как избыточный мольный объем Ve, свободный мольный объем VCB., коэффициенты молекулярной упаковки Р и термического расширения а.

Обсуждение результатов

Мезоморфные свойства системы 3-АОКК -3-АОЦБ были исследованы методами поляризационной термомикроскопии и дифференциально-сканирующей калориметрии. Фазовая диаграмма системы представлена на рис. 1.

180

1 40

120

п- н-про пил оке и

П-Н-П0ОПИЛОКС ИП-

100

X .мол %

Рис. 1. Фазовая диаграмма системы п-н--пропоксикоричная кислота - п-н-пропилокси-п'-цианобифенил: а - кристаллическая фаза п-н-пропоксикоричной кислоты; В - кристаллическая фаза п-н-пропилокси-п'-цианобифенила; а + В - твердый раствор на основе п-н-пропоксикоричной кислоты и п-н-пропилокси-п'-цианобифенила; I - изотропножидкая фаза; N и Ы2- нематические субфазы; е - точка эвтектики; т - точка метатектики

По классификации Розебома изучаемая система относится к семейству систем с граничным нематическим раствором, образованных энантиотропным НЖК с монотропным НЖК [5].

Следует отметить, что метод ДСК позволил определить температуры фазовых переходов между твердофазными полиморфными модификациями п-н-пропилоксикоричной кислоты. Эти температуры составили: 110,26 °С, 121,52 °С, 135,68 °С.

Установлено, что исследуемая система имеет две точки нонвариантного равновесия: метатекти-ческую и эвтектическую. Граничный нематичес-кий раствор, содержащий 67,2 мол. % п-н-пропил-окси-п'-цианобифенила, образуется при температуре 109,03 °С по метатектической реакции: а+1^К Изотропный раствор, содержащий 90 мол. % п-н-пропилокси-п'-цианобифенила, образуется по эвтектической реакции: а+В-^-1 при температуре 68,5 °С. Расширение интервала существования нематической фазы до 26 °С наблюдается в системе в диапазоне составов от 15 до 50 мол. % п-н-пропилокси-п'-цианобифенила, тогда как у индиивидуального нематогена (п-н-пропилоксикоричной кислоты) этот интервал составляет 11 °С. Наиболее широкий интервал существования нематической фазы показал состав,

содержащий 33,3 мол.% п-н-пропилокси-п'-цианобифенила.

Следует отметить, что в области существования нематической фазы системы методами поляризационной термомикроскопии, ДСК и дилатометрии нами было обнаружено наличие двух нематических субфаз. Более низкотемпературная субфаза N1 - с мозаичной текстурой, а более высокотемпературная субфаза Ы2 - с гомеотропной (рис. 2).

В работе Завьялова А. В. [6] описан синтез и свойства индивидуального мезогена, имеющего две функциональные группы - ОН и - СК и, таким образом, способного к обоим типам взаимодействий. Это 4-(3-гидроксипропилокси)-4 ' -цианобифенил:

ИО-(СИ2)з-

CN

Интересно отметить, что в отличие от своего структурного аналога - п-н-пропилокси-п'-цианобифенила, обладающего монотропной нематической фазой, 4-(3-гидроксипропилокси)-4'-цианобифенил образует энантиотропную немати-ческую фазу Тек = 109,8 °С, Тш = 115,8 °С.

Рис. 2. Текстуры нематических субфаз системы 3-АОКК - 3-АОЦБ: а —. мозаичная текстура низкотемпературной субфазы б - переход в гомеотропную текстуру

высокотемпературной субфазы Ы2

Таким образом, интервал существования нематической фазы у него составляет 6 °С. Как отмечалось ранее, в исследуемой системе указанный интервал достигает 26 °С.

На основании обнаруженных экспериментальных фактов можно предположить образование цепочечных ассоциатов за счет Н - связывания как молекул 4-(ю-гидроксипропилокси)-4'-цианобифе-нила, так и молекул 3-АОКК с молекулами 3-АОЦБ.

Рассмотрев мезоморфные свойства системы, остановимся на ее объемных свойствах. Для практического применения крайне важным параметром жидкокристаллической смеси является коэффициент термического расширения р. Однако изучение плотности жидкокристаллических систем проводят и в рамках научных исследований для расчета диэлектрических свойств по теории Майера и Мейера [7], температурной зависимости параметра порядка, продольной и поперечной компонент молекулярной поляризуемости [8, 9]. В работе [10] выводится зависимость между величиной оптической анизотропии Ап и степенью упорядоченности для нематических жидких кристаллов: Ап ~ р' S, где р - плотность жидкого кристалла.

Следует отметить также, что данные по температурным зависимостям объемных свойств вместе с данными, полученными методами рентгенографии, ИК-спектроскопии, дают информацию о молекулярной упаковке жидких кристаллов и особенностях поведения алифатических и центральных частей молекул мезогена [11].

Первоначально были исследованы объемные свойства индивидуальных компонентов системы. На рис. 3 приведена температурная зависимость плотности 3-АОКК. Анализ температурной зависимости плотности соединения в мезофазе показал, что нематическая фаза состоит из двух субфаз N и N2. Прецизионные исследования позволили установить, что данный переход является переходом I рода, близким ко II. Подобное явление описано для температурной зависимости плотности некоторых гомологов п-н-алкилоксибензойных кислот в работах [12-15]. Наличие двух нематиче-ских субфаз в литературе подтверждается методами ИК-спектроскопии и прецизионного термического анализа.

ТЕМПЕРАТУРА °С

Рис. 3. Температурная зависимость плотности п-н-пропилоксикоричной кислоты

Следует отметить, что 3-АОЦБ является моно-тропным нематическим жидким кристаллом. Поэтому образование нематической фазы у него происходит только при резком охлаждении препарата. Таким образом, в исследуемой системе 3-АОЦБ является немезогенной добавкой к 3-АОКК.

На температурных зависимостях плотности исследуемых смесей 3-АОКК и 3-АОЦБ в интервалах существования нематической фазы, как и у и-н-пропилоксикоричной кислоты, обнаружено наличие двух нематических субфаз.

Рассмотрим влияние добавок и-н-пропил-окси-и '-цианобифенила к и-н-пропилоксикоричной кислоте. Система 3-АОКК - 3-АОЦБ представляет интерес с точки зрения наличия в ней двух типов межмолекулярных взаимодействий: диполь - ди-польного, наиболее сильного из универсальных, и специфического - водородной связи.

Диполь - дипольное взаимодействие в системе может быть реализовано за счет антипараллельной диполь - дипольной ассоциации молекул 3-АОЦБ. Водородная связь как конкурирующий эффект супрамолекулярной организации по отношению к диполь - дипольной ассоциации, может возникнуть как между молекулами 3-АОКК

(Н...О), так и между молекулами 3-АОКК и 3-АОЦБ (Н ..1Ч).

В работе Завьялова [6] рассмотрены объемные свойства 4-(ю-гидроксипропилокси)-4'-циано-бифенила, молекулы которого способны к реализации одновременно двух типов указанных межмолекулярных взаимодействий. Автор [6] указывает на способность молекул 4-(ю-гидрокси-пропилокси)-4'-цианобифенила к образованию цепочечных ассоциатов за счет Н-связывания. В то же время в нематической фазе, образуемой указанным соединением, не обнаружено двух не-матических субфаз, характерных для гомологов рядов п-н-алкилоксибензойных и п-н-алкил-оксикоричных кислот.

Рассмотрим, как влияют добавки 3-АОЦБ на объемные свойства 3-АОКК в интервалах существования обеих нематических субфаз. На рис. 4, а, б изображены зависимости плотности системы 3 АОКК - 3АОЦБ от состава в нематических субфазах N и Ы2, соответственно. Из рисунка 4 следует, что п-н-пропилоксикоричная кислота в обеих нематических субфазах имеет более низкие значения плотности по сравнению со смесями.

^Р 0,85-

50 60 70 80 90 100 ' 50 60 70 80 90 100

Х(3-АОКК),МОЛЬ% Х(3-АОКК),мол,%

а б

Рис. 4. Зависимость плотности системы п-н-пропоксикоричная кислота - п-н-пропилокси-п '-цианобифенил от состава в нематической субфазе Ni (а) и в нематической субфазе N2 (б) при приведенной температуре -2,5 °С

Зависимости плотности системы п-н-пропоксикоричная кислота - п-н-пропилокси-п'-цианобифенил от состава в обеих нематических субфазах имеют симбатный характер. Наибольшее значение плотности наблюдается для эквимоляр-ной смеси компонентов. Значения плотности сис-

темы при содержании 50,0 и 33,3 мол.% 3-АОЦБ весьма близки. Объяснить наиболее высокие значения плотности системы при соотношениях 3-АОКК : 3-АОЦБ 1:1 и 2:1 можно, на наш взгляд, образованием димеров и тримеров за счет водородного связывания.

Следует отметить, что димеры или ассоциа-ты п-н-пропилоксикоричной кислоты способны иметь менее плотную упаковку как в нематической субфазе 1, так и в нематической субфазе 2 (рис. 5), что можно связать с затруднением конформацион-ной подвижности молекул 3-АОКК, ввиду наличия в их структуре двойной связи.

С экспериментальными данными по плотности системы коррелируют величины свободных мольных объемов (рис. 6). Смеси, имеющие боль-

шие значения плотности, имеют меньшие значения свободных мольных объемов.

Потеря анизотропной системой ориентаци-онной упорядоченности при фазовом переходе характеризуется величиной скачка молярного объема. Поэтому он косвенно характеризует величину параметра порядка жидких кристаллов. В связи с этим были проанализированы величины скачков молярных объемов при фазовых переходах индивидуальных компонентов и их смесей.

0,580,560,540,520,500,480,460,44 0,42

—I—

50

-1—

60

—I—

70

-1—

80

Х(3-АОКК), мол.%

—I—

90

0,540,52 0,50 0,48 0,460,44

—I—

50

-1—

60

—I—

70

-1—

80

Х(3-АОКК), мол.% б

—I—

90

—I—

100

0,56

0,42

100

а

Рис. 5. Зависимость коэффициентов молекулярной упаковки системы п-н-пропоксикоричная кислота -п-н-пропилокси-п '-цианобифенил от состава в нематической субфазе N (а) и в нематической субфазе N (б)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

при приведенной температуре -2,5 °С

-1—

50

-1—

60

-1—

70

-1—

80

—I—

90

—I—

100

X (3-АОКК), МОЛ.%

-1—

50

—I—

60

—I—

70

—I—

80

—I—

90

—I—

100

X (3-АОКК),МОЛ.%

160

160

150-

150

140-

140

130

130

120

120

100-

100

а б

Рис. 6. Зависимость величин свободных молярных объемов системы п-н-пропоксикоричная кислота -п-н-пропилокси-п '-цианобифенил от состава в нематической субфазе N (а) и в нематической субфазе N (б)

при приведенной температуре -2,5 °С

Из рисунка 7 следует, что при переходе из темы в нематических субфазах носят антибатный

одной нематической субфазы в другую наиболь- характер. В нематической субфазе 1 наибольшими

шие структурные изменения претерпевает и-н- значениями ß обладают и-н-пропилоксикорич-

пропоксикоричная кислота, наименьшие - эквимо- наяная кислота и смесь, содержащая 3-АОКК и

лярная смесь компонентов. 3-АОЦБ в молярном соотношении 2:1 (рис. 8). При

Иная картина наблюдается для коэффициен- увеличении концентрации 3-АОКК в системе до

тов термического расширения (рис. 8). Следует 92 мол.% коэффициент термического расширения

отметить, что в отличие от рассмотренных выше падает. При дальнейшем росте концентрации

объемных свойств системы зависимости коэффи- 3-АОКК - растет. циентов термического расширения от состава сис-

0,20-|

0,18-

0,16-

0,14-

0,12-

2 0,10-

>* 0,08

<

0,06

0,04

0,02

0,00

50 60 70 80 90 100

X(3-AOKK) МОЛ.%

Рис. 7. Зависимость относительных величин скачков молярных объемов системы и-н-пропоксикоричная кислота - и-н-пропилокси-и'-цианобифенил от состава при температуре перехода нематической субфазы 1 в нематическую субфазу 2

7,0 ■ 6,5 ■ 6,05,5-

О

*

са

—I—

50

-1—

60

—I—

70

Х(3-АОКК), мол.%

—I—

90

—I—

100

О

о_(

т 6-

О

*

са 4' 20-

-1—

50

—I—

60

—I—

70

—I—

80

Х(3-АОКК), мол.%

—I—

90

14

12

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10

8

5,0

4,5

4,0

3,5

100

а б

Рис. 8. Зависимость величин коэффициентов термического расширения системы и-н-пропоксикоричная кислота - и-н-пропилокси-и '-цианобифенил от состава в нематической субфазе N1 (а) и в нематической субфазе N2 (б) при приведенной температуре -2,5°С

Иная картина наблюдается в нематической субфазе 2. При содержании в системе от 50 до 83 мол. % 3-АОКК значения коэфициента термического расширения изменяются весьма незначительно. При дальнейшем росте концентрации 3-АОКК величины коэффициента термического расширения увеличиваются.

Следует отметить более высокие значения коэффициента термического расширения в области составов от 50 до 83 мол. % 3-АОКК в нематиче-ской субфазе 1. В нематической субфазе 2, наоборот, выше величины коэффициентов термического расширения системы в области составов, содержащих более высокие концентрации 3-АОКК.

В заключении рассмотрения объемных свойств системы 3-АОКК - 3-АОЦБ проведем сравнительный анализ объемных свойств эквимо-лярной смеси компонентов и 4-(ю-гидрокси-пропилокси)-4'-цианобифенила, описанного в работе Завьялова [6]. В нематической фазе при Т№ 4-(ю-гидроксипропилокси)-4'-цианобифенил имеет плотность 1,0706 г/см3, коэффициент молекулярной упаковки 0,682. Аналогичные характеристики эквимолярной смеси 3-АОКК и 3-АОЦБ в немати-ческой фазе 2 при температуре фазового перехода в смешанную двухфазную нематико-изотропную область составляют плотность 0,9647 г/см3, коэффициент молекулярной упаковки 0,549.

Объяснить обнаруженный экспериментальный факт можно меньшей конформационной подвижностью димеров 3-АОКК и 3-АОЦБ, ввиду затруднения вращения вокруг двойной связи углерод - углерод. По сравнению с димерами 4-(ю-гид-роксипропилокси)-4' -цианобифенила

. . . и-о- С3Н7 ^ ^

димеры с меньшей подвижностью одного из мономерных фрагментов не способны «упаковываться» плотнее, что и приводит к уменьшению плотности молекулярной упаковки исследуемой системы по сравнению с 4-(ю-гидроксипропилокси)-4'-цианобифенилом.

Заключение

Таким образом, методами поляризационной термомикроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы мезоморфные свойства системы: п-н-пропилоксикоричная кислота - п-н-пропилокси-п'-цианобифенил. В области

существования нематической фазы обнаружены две подфазы, отличающиеся текстурами и объемными свойствами. Исследуемая система имеет две точки нонвариантного равновесия: метатектиче-скую и эвтектическую.

Методом политермической дилатометрии исследованы объемные свойства системы. Проведен анализ температурных и концентрационных зависимостей объемных свойств системы. Установлено образование цепочечных ассоциатов между п-н-пропоксикоричной кислотой и п-н-пропилокси-п'-цианобифенилом за счет водородного связывания при молярном соотношении компонентов 1:1 и 2:1.

Список литературы / References

1. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия: Концепции и перспективы. Новосибирск : Наука, 1998. 334 с. [Len Zh.-M. Supramolekulyarnaya khimiya: Kont-septsii i perspektivy (Lehn Jean-Mari. Supramolecular Chemistry. Concepts and Perspectives). Novosibirsk: Nauka, 1998. 334 p. (in Russian).]

2. Torgova S. I., Komitov L., Strigazzi A. Spontaneous chiral domains in the nematic phase of achiral trans-4-alkylcyclohexanecarboxylic acids // Liq. Cryst. 1998. Vol. 24, № 1. Р. 131-141.

3. Paleos C. M., Tsiourvas D. Invited article. Supra-molecular hydrogen-bonded liquid crystals // Liq. Cryst. 2001. Vol. 28, № 8. Р. 1127-1161.

4. Bahadur B. Handbook of Liquid Crystals, 1998. 231 p.

5. Новикова Л. А. Фазовые равновесия в системах, содержащих мезоморфные кислоты : дис. ...канд. хим. наук. М., 2007. 190 с. [Nosikova L. A. Fazovye ravnovesiya v sistemakh, soderzhashchikh mezomorfnye kisloty (Phase equilibrium in systems, conteining mesomorphic acids) : dis. ... kand. khim. nauk. Moscow, 2007. 190 p. (in Russian).]

6. Завьялов А. В. Синтез, мезоморфные и физические свойства мезогенных бифенилов и азобензолов с активными терминальными и латеральными заместителями : дис. .канд. хим. наук. Иваново, 2005. 129 с. [Zav'yalov A. V. Sintez, mezomorfnye i fizicheskie svoystva mezogennykh bifenilov i azobenzolov s aktivnymi terminal'nymi i lateral'nymi zamestitelyami (Synthesis, mesomorphic and physical properties of mesogenic biphenyls and azobenzenes with active terminal and lateral substituents) : dis. . kand. khim. nauk. Ivanovo, 2005. 129 p. (in Russian).]

7. Блинов Л. М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М. : Наука, 1978. 384 с. [Blinov L. M. Elektro- i magnitooptika zhidkikh kristallov (Electro-and magnitooptics of liquid crystalls). Moscow : Nauka, 1978. 384 p. (in Russian).]

8. Румянцев В. Г., Березин П. Д., Блинов Л. В. Ориен-тационный порядок и молекулярные параметры жидких кристаллов с положительной диэлектрической анизотропией // Кристаллография. 1973. Т. 18, вып. 5. С. 1104-1107. [Rumyantsev V. G, Berezin P. D., Blinov L. V. Orientatsionnyy poryadok i molekulyarnye parametry zhidkikh kristallov s polozhitel'noy dielek-tricheskoy anizotropiey (Oriental order and molecular parameters of liquid crystals with positive dielectric anisotropy) // Kristallografiya (Rus. J. Crystallography). 1973. Vol. 18, Iss. 5. P. 1104-1107. (in Russian).]

9. Трофимов А. Н., Куватов З. Х., Мамаева Л. С., Хус-нуллин Ф. М. Расчет главных поляризуемостей молекул гомологов п-н-алкоксибензойной кислоты по показателям преломления нематической мезофазы // Кристаллография. 1977. Т. 22, вып.1. С. 204-206. [Trofimov A. N., Kuvatov Z. Kh., Mamaeva L. S., Khusnullin F. M. Raschet glavnykh polyarizuemostey molekul gomologov p-n-alkoksibenzoynoy kisloty po pokazatelyam prelomleniya nematicheskoy mezofazy (Calculation of principal polarizabilities of p-n-alkoxybenzoic acid homologous molecules via the refractive coefficients of the nematic mesophase) // Kristallografiya (Rus. J. Crystallography). 1977. Vol. 22, Iss. 1. P. 204-206. (in Russian)].

10. de Jew W. H. Liquid crystalline materials: physical properties and intermolecular interactions // Phil. Trans. R. Soc. Lond. 1983. A 309. P. 217-229.

11. Китайгородский А. И. Молекулярные кристаллы. М. : Наука, 1971. 424 c. [Kitaygorodskiy A. I. Molekulyarnye kristally (Molecular crystalls). M. : Nauka, 1971. 424 p. (in Russian).]

12. Petrov M., Anachkova E., Kirov N., Ratajczak H., Baran J. IR Spectroscopic investigations of peculiare behavior of 4-n-alkoxybenzoic acids in their mesomorphic state. 1. Nonaligned // J. Mol. Liq. 1994. № 61. P. 221.

13. Petrov M. Б., Braslau A., Levelut A. M., Durand G. Surface induced transitions in the nematic phase of 4-n-octyloxybenzoic acid // J. Phys. II (France). 1992. № 2. P. 1159.

14. Frunza L., Frunza S., Petrov M., Torgova S. I. Dielectric and DSC investigations of 4-n-substituted benzoic and cyclohexane carboxylic acids. 1. Textural changes in homologous 4-n-alkoxybenzoic acids // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1996. № 6. P. 215.

15. Zugenmaier P., Bock I., Schacht J. The molecular and crystal structures of three 4-(n-cyanoalkyloxy)benzoic acids and of 1:1 ordered mixed crystal of 4-(n-cyanobutyloxy)benzoic acid 4-(n-cyanopentyloxy) ben-zoic acid formed by hydrogen bonding // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2003. Vol. 392. P. 31-47.

Поступила в редакцию 8.09.2014 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.