Síntese e caracterização de cristais líquidos iônicos com organização molecular de 1-, 2- e 3- dimensões

Abstract

Nesta tese de doutorado são mostrados sete novos cristais líquidos iônicos contendo o mesmo núcleo mesogênico, um grupo tolano conectado ao heterociclo 1,2,3-triazol, com diferentes números de cadeias terminais e comprimento na cadeia espaçadora; esta última, responsável por conectar o núcleo mesogênico com a parte iônica da molécula (íon N-metilimidazólio). As diferenças estruturais dos mesógenos permitiram realizar um estudo sistemático da estrutura e de suas propriedades líquido-cristalinas, com a finalidade de gerar materiais com condutividade iônica em 1-, 2- e 3-dimensões. O composto 1C12Im, contendo uma cadeia terminal e doze carbonos na cadeia espaçadora, apresentou uma organização molecular bilamelar, esmética bilamelar A e C, em concordância com a sua anisometria molecular. A série 2CnIm exibiu mesofases colunares, oblíqua e hexagonal, pelo aumento no número de cadeias terminais (duas); o aumento da cadeia espaçadora de 4 para 12 carbonos, favoreceu a formação de uma mesofase cúbica bicontínua e uma micelar com empacotamento hexagonal compacto. Finalmente, a série de compostos 3CnIm com três cadeias terminais, só apresentou fases colunares, sendo desfavorecida a colunar oblíqua com o aumento na cadeia espaçadora. Os compostos-alvo e os seus respectivos intermediários foram caracterizados através das análises de ponto de fusão, RMN-1H e RMN-13C e HRMS. As propriedades líquido-cristalinas e térmicas foram estudadas por DSC, TGA, MOLP, DRX e SAXS.

Abstract : In this PhD. thesis is presented the synthesis of seven ionic liquid crystals containing the same mesogenic core, a tolane group attached to a 1,2,3-triazole heterocycle, with different number of terminal chains and the length of spacer chain; this last one is responsible for the linkage of the mesogenic core to the ionic part of the molecule (N-methylimidazolium ion). The structural differences of the mesogens allowed to carry out a systematic study of structure-property relationships on ionic liquid crystals in order to generate materials with ionic conductivity at one-, two- and three-dimensions. The compound 1C12Im, containing one terminal chain and twelve carbons on the spacer chain, exhibited bilayered molecular organizations, smectic A and C bilayer, which is expected for their molecular anisometry. The 2CnIm series displayed columnar mesophases, hexagonal and oblique, by the increase in the number of terminal chains; but the elongation in the spacer chain from 4 to 12 carbons, favored a bicontinuous cubic phase and a micellar mesophase with hexagonal close-packed arrangement. The 3CnIm series, containing three terminal chains, only exhibited columnar mesophases where the oblique phase was suppressed and the hexagonal columnar phase was favored by the elongation of the spacer chain. The final and intermediated compounds were characterized by melting point, NMR-1H, NMR-13C and HRMS. The liquid crystalline and thermal properties were investigated by DSC, TGA, POM, DRX and SAXS.