Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ П-Н-ПРОПИЛОКСИБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА - П-Н-ПРОПИЛОКСИ-П’-ЦИАНОБИФЕНИЛ'

ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ П-Н-ПРОПИЛОКСИБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА - П-Н-ПРОПИЛОКСИ-П’-ЦИАНОБИФЕНИЛ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
42
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ / LIQUID CRYSTALS / МЕЗОМОРФНЫЕ СВОЙСТВА / MESOMORPHIC PROPERTIES / ОБЪЕМНЫЕ СВОЙСТВА / BULK PROPERTIES / ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / DIELECTRIC PROPERTIES / ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ТЕРМОМИКРОСКОПИЯ / POLARIZING THERMOMICROSCOPY / ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ / DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY / ПОЛИТЕРМИЧЕСКАЯ ДИЛАТОМЕТРИЯ / POLYTHERMAL DILATOMETRY / ДИЭЛЬКОМЕТРИЯ / ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА / PHASE DIAGRAM / НЕМАТИЧЕСКИЕ СУБФАЗЫ / NEMATIC SUBPHASES / ЦЕПОЧЕЧНЫЕ АССОЦИАТЫ / CHAINED ASSOCIATES / СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ / SUPRAMOLECULAR STRUCTURE / ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ / HYDROGEN BOND / Н-КОМПЛЕКСЫ / DIELCOMETRY / Н-COMPLEX

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Сырбу Светлана Александровна, Дицина Ольга Юрьевна, Киселев Михаил Романович

Методами поляризационной термомикроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы мезоморфные свойства системы: п-н-пропилоксибензойная кислота - п-н-пропилокси-п’-цианобифенил. Методом политермической дилатометрии изучены объемные свойства системы. Проведен анализ температурных и концентрационных зависимостей объемных свойств системы. Установлено образование супрамолекулярных структур между п-н-пропоксибензойной кислотой и п-н-пропилокси-п′-цианобифенилом за счет водородного связывания. Методом диэлькометрии исследованы диэлектрические свойства системы. В области существования нематической фазы обнаружены две субфазы, отличающиеся мезоморфными и физическими свойствами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

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

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

HYDROGEN BOND INFLUENCE ON PHYSICAL PROPERTIES OF P-N-PROPYLOXYBENZOIC ACID - P-N-PROPYLOXY-P’-CYANO-BIPHENYL SYSTEM

Mesomorphic properties of p-n-propyloxybenzoic acid - p-n-propyloxy-p¢-cyanobiphenyl system were studied by polarizing thermomicroscopy and differential scanning calorimetry. Bulk properties of the system were investigated by polythermal dilatometry method. Analysis of temperature and concentration dependencies of bulk properties was performed. Formation of chained supramolecular associates between p-n-propyloxybenzoic acid and p-n-propyloxy-p¢-cyanobiphenyl due to hydrogen bonding was established. Dielectric properties of the system were investigated by the dielcometry method. Two subphases were found in the region of nematic phase existence. These subphases possess different mesomorphic and physical properties.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ П-Н-ПРОПИЛОКСИБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА - П-Н-ПРОПИЛОКСИ-П’-ЦИАНОБИФЕНИЛ»

УДК 532.783:548.3

С. А. Сырбу1, О. Ю. Дицина1, М. Р. Киселев2

ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ я-н-ПРОПИЛОКСИБЕНЗОЙНАЯ 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. E-mail: kisselev@physhe.ac.ru

Методами поляризационной термомикроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы мезоморфные свойства системы: п-н-пропилоксибензойная кислота - п-н-пропилокси-п '-цианобифенил. Методом политермической дилатометрии изучены объемные свойства системы. Проведен анализ температурных и концентрационных зависимостей объемных свойств системы. Установлено образование супрамолекулярных структур между п-н-пропоксибензойной кислотой и п-н-пропилокси-п'-цианобифенилом за счет водородного связывания. Методом диэлькометрии исследованы диэлектрические свойства системы. В области существования нематической фазы обнаружены две субфазы, отличающиеся мезоморфными и физическими свойствами.

Ключевые слова: жидкие кристаллы, мезоморфные свойства, объемные свойства, диэлектрические свойства, поляризационная термомикроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, политермическая дилатометрия, диэлькометрия, фазовая диаграмма, нематические субфазы, цепочечные ассоциаты, супрамолекулярные структуры, водородная связь, Н-комплексы.

DOI: 10.18083/LCAppl.2016.3.30

S. A. Syrbu1, O. Yu. Ditsyna1, M. R. Kiselev2

HYDROGEN BOND INFLUENCE ON PHYSICAL PROPERTIES

OF p-n-PROPYLOXYBENZOIC ACID -p-n-PROPYLOXY-p'-CYANOBIPHENYL SYSTEM

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

31 Leninsky Pr., Moscow, 119991, Russia. E-mail: kisselev@physhe.ac.ru

Mesomorphic properties of p-n-propyloxybenzoic acid - p-n-propyloxy-p -cyanobiphenyl system were studied by polarizing thermomicroscopy and differential scanning calorimetry. Bulk properties of the system were investigated by polythermal dilatometry method. Analysis of temperature and concentration dependencies of bulk properties was performed. Formation of chained supramolecular associates between p-n-propyloxybenzoic acid and p-n-propyloxy-p -cyanobiphenyl due to hydrogen bonding was established. Dielectric properties of the system were investigated by the dielcometry method. Two subphases were found in the region of nematic phase existence. These subphases possess different mesomorphic and physical properties.

Key words: liquid crystals, mesomorphic properties, bulk properties, dielectric properties, polarizing thermomicroscopy, differential scanning calorimetry, polythermal dilatometry, dielcometry, phase diagram, nematic subphases, chained associates, supramolecular structure, hydrogen bond, H-complex.

© Сырбу С. А., Дицина О. Ю., Киселев М. Р., 2016

Введение

Быстрое развитие техники предъявляет новые требования к жидкокристаллическим материалам. Однако молекулярный дизайн мезогенов постепенно утрачивает свой потенциал. Это обусловлено тем, что круг потенциальных синтонов для конструирования каламитных мезогенов ограничен и хорошо известен. Появившиеся мезогены иной химической природы (например, дискотические, металломезогены и др.) не всегда дают возможность создания жидкокристаллических материалов с заданными свойствами. В то же время использование механических смесей мезогенов, позволивших получить огромное число материалов для электрооптики и термографии, также практически себя исчерпало.

Выход из сложившейся ситуации заключается в переходе от традиционного молекулярного конструирования к супрамолекулярной химии как химии программируемых высокоселективных нековалентных взаимодействий. С этой точки зрения жидкие кристаллы могут рассматриваться как типичные объекты супрамолекулярной химии, поскольку говорить о мезоморфизме можно только по отношению к достаточно населенному супрамолекулярному ансамблю [1].

Достаточно часто межмолекулярная водородная связь определяет не только структуру наноматериала, 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 наноматериалов [4]. Новые супрамолекулярные материалы проявляют уникальные мезоморфные и физические свойства.

В данной работе проведено изучение влияния водородной связи на физические свойства системы: п-н-пропилоксибензойная кислота - п-н-пропилокси-п'-цианобифенил.

Экспериментальная часть

П-н-пропилокси-п -цианобифенил (3 -АОЦБ) марки «ч.д.а.» был дополнительно очищен двойной перекристаллизацией из этилового спирта и имел следующую температуру фазового перехода в режиме нагревания, оС: Cr ^75,46 I. Л-н-пропил-оксибензойная кислота (3-АОБК) была очищена аналогичным способом и имела следующие температуры фазовых переходов в режиме нагревания, оС: CrM 19,03 Cr2^145,82 NM50,00 N2^153,95 I. Смеси веществ готовили гравиметрическим методом, гомогенизировали при температуре выше температуры просветления и медленно охлаждали до полной кристаллизации. Исследованные смеси имели следующие концентрации 3-АОБК, мол. %: 10,038; 19,738; 30,026; 39,980; 50,260; 59,898; 69,991; 80,000; 89,963.

Мезоморфные свойства системы были изучены методами поляризационной термомикроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). 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 (ДСК) 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 нагревания. Скорость процесса составила 2,5 град/мин. Точность измерения температуры составляла ±0.01 °С.

Измерение плотности индивидуальных компонентов и смесей на их основе проводили дилатометрическим методом [5] с погрешностью 0,0005 г/см3. На основе данных дилатометрии были рассчитаны значения таких физических

параметров, как избыточный молярный объем V , свободный молярный объем Vсв., коэффициенты молекулярной упаковки Р.

Измерение диэлектрической проницаемости исследуемого вещества проводили методом диэлькометрии на частоте 1000 Гц.

Ориентацию образца осуществляли постоянным магнитным полем напряженностью 450 мТ. Ячейка для измерения диэлектрической проницаемости, представляющая собой плоский конденсатор площадью 0,44 см2 и расстоянием между обкладками 0,0245 см, термостатировалась с точностью 0,1 °С. Определение диэлектрической

проницаемости проводили при напряжении на ячейку 1,2 В.

Обсуждение результатов

С помощью методов поляризационной термомикроскопии и дифференциально-сканирующей калориметрии были получены значения температур фазовых переходов, идентифицированы фазы и двухфазные области. На основе полученных экспериментальных данных построена фазовая диаграмма системы 3-АОБК -3-АОЦБ, которая представлена на рис. 1.

Рис. 1. Фазовая диаграмма системы 3-АОБК (А) - 3-АОЦБ (В), где а - твердый раствор на основе 3-АОБК - 3-АОЦБ; Кв - кристаллическая фаза 3-АОЦБ; I - изотропножидкая фаза; N и N2- нематические субфазы; е - точка эвтектики; т - точка метатектики

По типам Розебома изучаемая система относится к семейству систем с граничным нема-тическим раствором, образованных энантиотроп-ным нематическим жидким кристаллом (3-АОБК) и монотропным нематогеном (3-АОЦБ) [6].

Следует отметить, что метод ДСК позволил определить температуру фазового перехода одной твердофазной полиморфной модификации п-н-пропилоксибензойной кислоты в другую. Эта температура составила 119,0 °С. 3-АОБК в отличие от 3-АОЦБ является энантиотропным

мезогеном, тогда как 3-АОЦБ является моно-тропным жидким кристаллом, образующим нематическую фазу только при резком охлаждении препарата.

Установлено, что исследуемая система имеет две точки нонвариантного равновесия: метатек-тическую и эвтектическую. Граничный немати-ческий раствор, содержащий 70 мол. % п-н-пропилокси-п -цианобифенила, образуется при температуре 85,4 °С по метатектической реакции:

Изотропный раствор, содержащий 90 мол. % и-н-пропилокси-и -цианобифенила, образуется по эвтектической реакции: а + в ^ I при температуре 67,3 °С. Расширение интервала существования нематической фазы до 20 °С наблюдается в системе в диапазоне составов от 30 до 50 мол. % и-н-пропилокси-и -цианобифенила, тогда как у индивидуального нематогена - и-н-пропилокси-бензойной кислоты этот интервал составляет 9 °С.

В работе А. В. Завьялова [7] описан синтез и свойства индивидуального мезогена, имеющего две функциональные группы -ОН и -СК и, таким образом, способного к обоим типам взаимодействий. Это 4-(й}-гидроксипропилокси)-4'-цианобифенил:

Интересно отметить, что в отличие от своего структурного аналога и-н-пропилокси-и '-циано-бифенила, обладающего монотропной нематичес-

кой фазой (I • 72,0 N • 67,0 Сг) [8], 4-(ю-гидрокси-пропилокси)-4'-цианобифенил образует энантио-тропную нематическую фазу (СМ09,8 №115,8 I) [7]. Таким образом, интервал существования нематической фазы у него составляет 6 °С. Как отмечалось ранее, в системе и-н-пропилокси-бензойная кислота - и-н-пропилокси-и '-циано-бифенил указанный интервал составляет 20 °С.

Следует отметить, что в области существования нематической фазы системы методами поляризационной термомикроскопии и ДСК нами было обнаружено наличие двух нематических субфаз (рис. 1).

На рис. 2 представлены текстуры низкотемпературной (рис. 2, а) и высокотемпературной (рис. 2, б) нематических субфаз 3-АОБК. Низкотемпературная нематическая субфаза имеет текстуру, напоминающую текстуру смектической фазы; высокотемпературная нематическая субфаза имеет текстуру шлирен.

а б

Рис. 2. Текстуры низкотемпературной (а) и высокотемпературной (б) нематических субфаз

и-н-пропилоксибензойной кислоты

На основе проведенных авторами [9, 10] исследований показано, что причиной смены текстуры является изменение концентрации сибо-тактических кластеров, поддерживающих локальный смектический порядок в низкотемпературной нематической фазе [9]. Следует отметить, что в исследованных смесях тенденция существования двух нематических субфаз сохраняется, как и в индивидуальных компонентах.

Интересно отметить, что в исследованной нами ранее системе и-н-пропоксикоричная кислота (3-АОКК) - и-н-пропилокси-и'-цианобифенил (3-АОЦБ) [11] также были обнаружены две нематические субфазы. Однако более низкотемпературная субфаза N1 имела мозаичную текстуру, а более высокотемпературная субфаза N2 - гомеотропную (рис. 3).

а б

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

высокотемпературной субфазы N

Рассмотрев мезоморфные свойства системы, перейдем к рассмотрению ее объемных свойств.

Объемные свойства ЖК, такие как плотность, молярный объем, его изменение при фазовых переходах, представляют интерес для исследователей в связи с необходимостью их использования при расчете анизотропных свойств и ориентационной упорядоченности мезогенов.

Кроме того, используя данные по плотности, можно сделать некоторые выводы об упорядоченности различных групп в молекуле, плотности упаковки и т. д.

Температурные зависимости плотности индивидуальных компонентов системы, полученные в режиме нагревания, представлены на рис. 4.

1,42-

1,40-

а

о 1,38-

с£ 1,36-

1,34-

1,32-

1,30-

1,28-

1,26-

—I-■-1—

150 160

1, с0

1 ,

о 1 ^ 1 1

С

1, с

Рис.

а б

4. Температурные зависимости плотности п-н-пропилоксибензойной кислоты (а) и п-н-пропилокси-п'-цианобифенила (б)

N

N

30

40

50

60

100

110

120

130

170

Из рис. 4, а следует, что в нематической фазе температурная зависимость плотности не аппроксимируется уравнением прямой, как для большинства известных жидких кристаллов. Нематическая фаза 3-АОБК состоит из двух субфаз N1 и N2, переход между которыми является фазовым переходом первого рода, близким ко второму роду.

На рис. 4, б представлена температурная зависимость плотности п-н-пропилокси-п'-цианобифенила, полученная в режиме нагревания. 3-АОЦБ является монотропным нематическим жидким кристаллом, поэтому образование нематической фазы у него происходит только при резком охлаждении препарата.

На рис. 4, б изображены кристаллическая (С) и изотропножидкая (I) фазы 3-АОЦБ, между которыми наблюдаются фазовые переходы первого рода. Таким образом, в исследуемой системе 3-АОЦБ можно рассматривать в качестве немезоморфной добавки к 3-АОБК.

Рассмотрим, как влияют добавки 3-АОЦБ на объемные свойства 3-АОБК в интервалах существования обеих нематических субфаз и изотропножидкой фазе. Анализ рис. 5 показывает, что зависимости плотности системы от состава в

нематических субфазах имеют симбатный характер. ^-н-пропилоксибензойная кислота и в нематической, и в изотропной фазах имеет более высокие значения плотности по сравнению со смесями. Следует отметить, что в областях существования нематической фазы значения плотностей смесей, содержащих 10, 20, 40 и 60 мол. % 3-АОЦБ, отличаются незначительно. Отметим, что только в области составов до 60 мол. % 3-АОЦБ система обладает нематическим мезоморфизмом.

(-Н

а

X мол.%, 3-АОЦБ

Рис. 5. Зависимости плотности системы 3-АОБК - 3-АОЦБ от состава в нематических субфазах N и N при приведенной температуре -3 °С (Тпр.= Т - Тф.п.), а также в изотропножидкой фазе (I) при приведенной температуре +10 °С

1.4 -

1.3 -

1,2 -

1,1 -

1,0 -

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

0,9 -

0,8

20

40

60

8 0

Добавки 3-АОЦБ к 3-АОБК приводят к понижению плотности кислоты как в немати-ческой, так и в изотропной фазах. Заметим, что в области составов от 10 до 60 мол. % 3-АОЦБ на зависимости р(Х(3-АОЦБ)) в областях существования и нематической, и изотропной фаз присутствует эффект чет - нечетного альтернирования (рис. 5).

В нематической и в изотропной фазах эквимолярная смесь компонентов имеет наибольшее значение плотности среди всех исследуемых смесей. В изотропной фазе значение ее плотности близко к значению плотности 3-АОЦБ (рис. 5). Объяснить наиболее высокое значение плотности системы при эквимолярном соотношении компонентов можно, на наш взгляд, образованием димеров 3-АОБК и 3-АОЦБ за счет водородного связывания:

Однако димеры, образованные молекулами только и-н-пропилоксибензойной кислоты, способны иметь более плотную упаковку как в нематической, так и в изотропножидкой фазах, что можно связать с меньшей длиной молекул 3-АОБК по сравнению с длиной молекул 3-АОЦБ.

В области содержания в системе 30 мол. % 3-АОЦБ также наблюдается некоторое увеличение плотности системы по сравнению с остальными составами. Объяснить обнаруженный экспериментальный факт можно образованием в системе за счет Н-связи ассоциатов, состоящих из двух молекул 3-АОБК и одной молекулы 3-АОЦБ:

с3н7о-

сн—/с^)—1

о...н-о'

он7с3

он7с3

С экспериментальными данными по плотности системы коррелируют величины коэффициентов молекулярной упаковки и свободных молярных объемов. Смеси, имеющие

большие значения плотности, а следовательно, и значения коэффициентов молекулярной упаковки, имеют меньшие значения свободных молярных объемов.

Важную информацию об изменении характера межмолекулярных взаимодействий между компонентами системы дают отклонения изотерм концентрационной зависимости экспериментального молярного объема от идеального поведения (рис. 6). Анализ рис. 6 показывает, что для смесей 3-АОБК и 3-АОЦБ в изотропной фазе изотермы

избыточных молярных объемов имеют минимум при эквимолярном соотношении компонентов как при температуре перехода из смешанной нематико-изотропной области в изотропную фазу (рис. 6, а), так и при приведенной температуре +10 °С в изотропной фазе (рис. 6, б). Отметим, что для смесей, содержащих 70 и 90 мол. % 3АОЦБ, по мере продвижения в изотропную фазу уменьшаются значения избыточных молярных объемов, т. е. происходит некоторое «уплотнение» их структуры.

0,4 0,6 0,8

X, мол.% 3-АОЦБ

—I—

0,2

—I—

0,4

-1-1-1—

0,6 0,8 X мол.% 3-АОЦБ

—I

1,0

а

б

Рис. 6. Зависимость величин избыточных молярных объемов (V ) системы 3-АОЦБ - 3-АОБК от состава в изотропной фазе при Тм+м (а) и при приведенной температуре +10 °С (б)

30-

70

25

60 -

20

V

40 -

15 -

30

10

20 -

5 -

0,0

0,0

0,2

1 ,0

В заключение рассмотрения объемных свойств системы 3-АОЦБ - 3-АОБК проведем сравнительный анализ объемных свойств эквимолярной смеси компонентов и 4-(®-гидроксипропилокси)-4'-цианобифенила, описанного в работе Завьялова [7]. В нематической фазе при температуре нематико-изотропного фазового перехода 4-(®-гидрокси-пропилокси)-4 '-цианобифенил имеет плотность 1,0706 г/см3, коэффициент молекулярной упаковки -0,682. Плотность эквимолярной смеси 3-АОБК и 3-АОЦБ в нематической фазе при температуре фазового перехода из нематической фазы в смешанную нематико-изотропную двухфазную область составляет 1,2325 г/см3, коэффициент молекулярной упаковки - 0,708.

Объяснить обнаруженный экспериментальный факт можно меньшими размерами димеров 3-АОБК и 3-АОЦБ по сравнению с димерами 4-(а>-гидроксипропилокси)-4'-цианобифенила.

Димеры меньшего размера способны «упаковываться» плотнее, что и приводит к увеличению плотности молекулярной упаковки исследуемой системы по сравнению с индивидуальными нематогенами.

Рассмотрим диэлектрические свойства системы 3-АОЦБ - 3-АОБК.

Исследуемая система в нематической фазе обладает положительной диэлектрической анизотропией в области всех составов (рис. 7).

Анализ рис. 7, б показывает, что добавки монотропного НЖК-3-АОЦБ к 3-АОБК приводят к значительному повышению величины As в высокотемпературной нематической субфазе. Если для индивидуального компонента - 3-АОБК диэлектрическая анизотропия составляет 2, то для смеси, содержащей 60 мол. % 3-АОЦБ, достигает 17.5. Добавка к п-н-пропилоксибензойной кислоте до 20 мол. % п-н-пропилокси-п '-цианобифенила

-г~

10

N

-1—

20

-Г~

30

-Г~

40

-1—

50

-Г~

60

AS

-1—

10

-1—

20

-1—

30

-1—

40

-Г"

50

X 3-АОЦБ, мол% X 3-АОЦБ, мол%

а б

Рис. 7. Зависимость анизотропии диэлектрической проницаемости системы 3-АОБК - 3-АОЦБ в нематической субфазе N при = -3 °С (а) и нематической субфазе N при Ц = -3 °С

от состава (б)

16

14

12

10

8

6

4

2

0

0

приводит к повышению величины диэлектрической анизотропии с 2 до 9,5. При содержании в системе от 20 до 50 мол. % 3-АОЦБ диэлектрическая анизотропия системы изменяется незначительно (в пределах 1,5). Максимальное значение Ае наблюдается в системе при содержании 60 мол. % 3-АОЦБ.

Из рис. 7, а следует, что в области существования низкотемпературной нематической субфазы максимальные значения диэлектрической анизотропии наблюдаются для смесей, содержащих 20 и 60 мол. % 3-АОЦБ.

Заметим, что максимальное значение диэлектрической анизотропии системы, содержащей 60 мол. % 3-АОЦБ, и 4-(Ь-гидрокси-пропилокси)-4'-цианобифенила достигает 17 [7]. Хотя значения параллельной и перпендикулярной составляющих диэлектрической проницаемости системы ниже, чем для индивидуального нематогена. В нематической фазе при ^ = -5 для 4-(ю-гидроксипропилокси)-4'-цианобифенила ец = 34,6; е± = 19,5, для системы 3-АОБК - 3-АоЦб ец = 24,0; е± = 11,3.

Заключение

Таким образом, методами поляризационной термомикроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии исследованы мезоморфные свойства системы: и-н-пропилоксибензойная кислота - и-н-пропилокси-и -цианобифенил. Исследуемая система имеет две точки нонвариантного равновесия: метатектическую и эвтектическую.

Методом политермической дилатометрии исследованы объемные свойства системы. Проведен анализ температурных и концентрационных зависимостей объемных свойств системы.

Методом диэлькометрии изучены диэлектрические свойства системы.

Установлено образование цепочечных ассоциатов между и-н-пропоксибензойной кислотой и и-н-пропилокси-и'-цианобифенилом за счет водородного связывания при молярном соотношении компонентов 1:1 и 2:1.

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

В области существования нематической фазы обнаружены две субфазы, отличающиеся мезоморфными и физическими свойствами.

Работа выиолнена ири финансовой иоддержке Министерства образования и науки РФ, грант № 3474 «Влияние различных факторов на самоорганизацию анизотроиных молекул в 3Б-наноструктуры» и РФФИ, грант № 15-43-03125-р_центр_а «Получение и свойства жидкофазных и гетерофазных материалов на основе мезоморфных соединений».

Список литературы / References

1. Лен Ж. -М. Супрамолекулярная химия: Концепции и перспективы. Новосибирск: Наука, 1998. 334 с. [Len Zh.-M. Supramollecular chemistry: conceptions and prospects. Novosibirsk: Science, 1998, 334 p. (in Russ.)].

2. Torgova S.I., Komitov L., Strigazzi A. Spontaneous chiral domains in the nematic phase of achiral trans-4-alkylcyclohexanecarboxylic acids. Liq. Cryst, 1998, 24 (1), 131-141.

3. Paleos C.M., Tsiourvas D. Invited article. Supramolecular hydrogen-bonded liquid crystals. Liq. Cryst., 2001, 28 (8), 1127-1161.

4. Бурмистров В. А., Александрийский В. В., Койф-ман О. И. Водородная связь в термотропных жидких кристаллах. М. : Красанд, 2014. 352 с. [Burmistrov V.A., Aleksandriiskiy V.V.,Koifman O.I. Hydroden bond in termotropic liquid cry stalls. M.: Krasand, 2014, 352 p. (in Russ.)].

5. Bahadur B. Handbook of Liquid Crystals. John Wiley & Sons Inc., 1998, 231 s.

6. Носикова Л. А. Фазовые равновесия в системах, содержащих мезоморфные кислоты. Дис. ... канд. хим. наук. М., 2007. 190 с. [Nosikova L.A. Phase equilibrium in systems, conteining mesomorphic acids. PhD thesis (Chem.). Moscow, 2007, 190 p. (in Russ.)].

7. 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. Synthesis, mesomorphic and physical properties of mesogenic biphenyls and azobenzenes with active terminal and lateral substituents. PhD thesis (Chem.). Ivanovo, 2005, 129 p. (in Russ.)].

8. Demus D., Zaschke H. Flussiqe kristalle in tabellen. II. Leipziq: VEB, Deut. Verlag, 1984, 468 p.

9. Гребенкин М. Ф., Иващенко А. В. Жидкокристаллические материалы. М. : Химия, 1989. 288 с. [Grebenkin M.F., Ivaschenko A.V. Liquid crystalline materials. M. : Chemistry, 1989, 288 p. (in Russ.)].

10. Demus D., Richter L. Textures of liquid crystals. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1980, 210 p.

11. Сырбу С. А., Дицина О. Ю., Шантин Н. А., Киселев М. Р., Кувшинова С. А. Мезоморфные и объемные свойства системы п-н-пропилокси-коричная кислота - п-н-пропилокси-п'-цианоби-фенил // Жидк. крист. и их практич. использ. 2014. Т. 14, № 3. С. 53-61. [Syrbu S.A., Ditsina O.Yu., Shantin N.A., Kiselev M.R., Kuvshinova S.A. Mesomorphic and volume properties p-n-propyl-oxycynnamon acid - p-n-propyloxy-p -cyanobiphenyl system. Zhidk. krist. ikh prakt. ispol 'z. = Liq. Cryst. and their Appl., 2014, 3, 53-61. (in Russ.)].

Поступила в редакцию 17.03.2016 г Received 17 March, 2016.

Сведения об авторах

Сырбу Светлана Александровна — Ивановский государственный университет, доктор химических наук, профессор, проректор по научной работе и международным отношениям, заведующая кафедрой неорганической и аналитической химии. Тел. раб.: (4932)32-66-00 E-mail: syrbue@yandex. ru

Дицина Ольга Юрьевна — Ивановский государственный университет, аспирантка кафедры неорганической и аналитической химии. Тел. раб.: (4932)37-03-03 E-mail: dicina@bk.ru

Киселев Михаил Романович — Институт физической химии и электрохимии РАН им. А.Н. Фрумкина РАН, г. Москва, кандидат химических наук, старший научный сотрудник. Тел. раб.: (495)955-44-41 E-mail: kisselev@phyche.ac.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.