Síntese e estudo das propriedades termo-ópticas de materiais moleculares macios derivados de N-heterociclos aromáticos aplicados aos cristais líquidos
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52766 |
Resumo: | Nas últimas décadas, os materiais orgânicos funcionais têm contribuído com o avanço no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos. Neste contexto, os cristais líquidos têm sido amplamente empregados em telas e mostradores de televisores e computadores, utilizados como sensores, dentre outros. Em nível molecular, os cristais líquidos são compostos por um núcleo rígido, muitas vezes de natureza (hetero)aromática, e unidades periféricas flexíveis, comumente cadeias alifáticas alongadas. Tal combinação estrutural faz com que estes materiais adquiram uma organização supramolecular capaz de gerar uma mesofase, o estado líquido cristalino, caracterizado por propriedades simultâneas de sólidos e líquidos, tais como birrefringência e fluidez, respectivamente. Na busca por novos mesógenos contendo sistemas heterociclos nitrogenados aromáticos como núcleo rígido, o presente trabalho relata a síntese de três novos derivados de [4-(1H-imidazo[4,5-f][1,10]fenantrolin-2-il)]fenol (73) e de nove novos derivados de 2-fenil-1H-benzo[d]imidazole (4), que foram obtidos com bons rendimentos, devidamente caracterizados por espectroscopia de IV, RMN de 1H e RMN de 13C, e que tiveram suas propriedades térmicas avaliadas por MOLP e DSC. O efeito da cadeia alquílica nas propriedades térmicas de derivados de (73) foi avaliado a partir de compostos N,O-dialquilados. Foi observado que a presença de duas cadeias alquílicas em (70b) e (70c), com 10 e 12 átomos de carbono, respectivamente, induzem a formação de mesofases do tipo SmX sob aquecimento, entre 0,67-157 oC e 23-130 °C. Diferentemente, o composto (70a), contendo unidades octílicas, apresentou passagem direta do estado sólido para o líquido isotrópico (em 108 °C), o que pode ser relacionado à maior força de interação entre os núcleos heteroaromáticos. Os derivados de (4) avaliados foram divididos em três grupos distintos. Os dois primeiros grupos são caracterizados pela presença de um átomo de cloro no núcleo benzimidazólico, além de uma ou duas cadeias alcóxi (8, 10 e 12 átomos de carbono) no anel 2-fenílico (67a-c e 68a-c, respetivamente). A terceira série benzimidazólica (69a-c) é caracterizada como derivados de 4-(1H-benzo[d]imidazol-2-il)-2-metoxifenol esterificados a partir das reações com ácidos 4-alcoxibenzóicos apropriados (8, 10 e 12 átomos de carbono). Todos os compostos da série 67a-c e 68a-c não apresentaram mesofase. Por fim, os compostos esterificados da série 69a-c, a princípio, não se comportaram como cristais líquidos. Em resumo, no presente trabalho, dois dos doze compostos finais propostos apresentaram comportamento líquido cristalino, destacando-se os baixos valores de transição de fase e amplas faixas de mesofase. Enquanto para a série 69, as interações intermoleculares envolvem empacotamento-π e forças de Van der Waals, os compostos das séries benzimidazólicas devem apresentar ainda associações supramoleculares baseadas em ligações de hidrogênio, as quais serão devidamente investigadas. Os resultados obtidos se traduzem em um importante avanço para o desenvolvimento de materiais moleculares avançados, notadamente cristais líquidos. |
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Oliveira, André Herculano dehttp://lattes.cnpq.br/7747600753408462https://orcid.org/0000-0003-2153-1647http://lattes.cnpq.br/2848745987784319Cristiano, RodrigoWestphal, EduardMiranda, Fábio da SilvaCavalcanti, Livia Nuneshttp://lattes.cnpq.br/4902766144157822Souza, Miguel Ângelo Fonseca deMenezes, Fabricio Gava2023-06-19T21:46:55Z2023-06-19T21:46:55Z2023-01-30OLIVEIRA, André Herculano de. Síntese e estudo das propriedades termo-ópticas de materiais moleculares macios derivados de N-heterociclos aromáticos aplicados aos cristais líquidos. Orientador: Fabricio Gava Menezes. 2023. 98f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52766Nas últimas décadas, os materiais orgânicos funcionais têm contribuído com o avanço no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos. Neste contexto, os cristais líquidos têm sido amplamente empregados em telas e mostradores de televisores e computadores, utilizados como sensores, dentre outros. Em nível molecular, os cristais líquidos são compostos por um núcleo rígido, muitas vezes de natureza (hetero)aromática, e unidades periféricas flexíveis, comumente cadeias alifáticas alongadas. Tal combinação estrutural faz com que estes materiais adquiram uma organização supramolecular capaz de gerar uma mesofase, o estado líquido cristalino, caracterizado por propriedades simultâneas de sólidos e líquidos, tais como birrefringência e fluidez, respectivamente. Na busca por novos mesógenos contendo sistemas heterociclos nitrogenados aromáticos como núcleo rígido, o presente trabalho relata a síntese de três novos derivados de [4-(1H-imidazo[4,5-f][1,10]fenantrolin-2-il)]fenol (73) e de nove novos derivados de 2-fenil-1H-benzo[d]imidazole (4), que foram obtidos com bons rendimentos, devidamente caracterizados por espectroscopia de IV, RMN de 1H e RMN de 13C, e que tiveram suas propriedades térmicas avaliadas por MOLP e DSC. O efeito da cadeia alquílica nas propriedades térmicas de derivados de (73) foi avaliado a partir de compostos N,O-dialquilados. Foi observado que a presença de duas cadeias alquílicas em (70b) e (70c), com 10 e 12 átomos de carbono, respectivamente, induzem a formação de mesofases do tipo SmX sob aquecimento, entre 0,67-157 oC e 23-130 °C. Diferentemente, o composto (70a), contendo unidades octílicas, apresentou passagem direta do estado sólido para o líquido isotrópico (em 108 °C), o que pode ser relacionado à maior força de interação entre os núcleos heteroaromáticos. Os derivados de (4) avaliados foram divididos em três grupos distintos. Os dois primeiros grupos são caracterizados pela presença de um átomo de cloro no núcleo benzimidazólico, além de uma ou duas cadeias alcóxi (8, 10 e 12 átomos de carbono) no anel 2-fenílico (67a-c e 68a-c, respetivamente). A terceira série benzimidazólica (69a-c) é caracterizada como derivados de 4-(1H-benzo[d]imidazol-2-il)-2-metoxifenol esterificados a partir das reações com ácidos 4-alcoxibenzóicos apropriados (8, 10 e 12 átomos de carbono). Todos os compostos da série 67a-c e 68a-c não apresentaram mesofase. Por fim, os compostos esterificados da série 69a-c, a princípio, não se comportaram como cristais líquidos. Em resumo, no presente trabalho, dois dos doze compostos finais propostos apresentaram comportamento líquido cristalino, destacando-se os baixos valores de transição de fase e amplas faixas de mesofase. Enquanto para a série 69, as interações intermoleculares envolvem empacotamento-π e forças de Van der Waals, os compostos das séries benzimidazólicas devem apresentar ainda associações supramoleculares baseadas em ligações de hidrogênio, as quais serão devidamente investigadas. Os resultados obtidos se traduzem em um importante avanço para o desenvolvimento de materiais moleculares avançados, notadamente cristais líquidos.In the last decades, functional organic materials have contributed greatly to the advance of electronic devices. In this context, liquid crystals have been broadly employed as screens and displays components in televisions and computers, as sensors, amongst others. At molecular level, liquid crystal are characterized by a rigid nucleus, usually from (hetero)aromatic nature, surrounded by flexible units, usually aliphatic long chains. Such structural features lead to supramolecular organizations able to induce mesophase, the crystal liquid state, characterized by simultaneous solid and liquid properties, such as birefringence and fluidity, respectively. In the search of new N-heterocycle-based mesogens, this work presents the synthesis of three [4-(1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin-2-yl)]phenol (73) and nine 2-phenyl-1H-benzo[d]imidazole (4) derivatives, which were obtained in good yields and properly characterized by IR, 1H NMR and 13C spectroscopies, and had their thermal properties evaluated by POM and DSC. The effect of aliphatic chains in thermal properties of N, O-dialkylated (73) derivatives indicated that decyl and dodecyl chains, 70b and (70c), respectively, induce to SmX mesophase formation under heating, at 0,67-157 °C e 23-130 °C. On the other hand, compound (70a) presented a direct transition from crystal to isotropic liquid phases at 108 °C, which may be due to higher attractive interaction between heteroaromatic cores. The derivatives from 50 molecular system were divided into three groups. Two of them were structurally characterized by the presence of chlorine atom in the benzimidazole moiety besides one or two alkoxy chains (8, 10 and 12 carbon atoms) in the 2- phenyl ring (67a-c e 68a-68a, respectively). The third benzimidazolic series (69a-69c) is characterized as esterified 4-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-2-methoxyphenol obtained from reactions with appropriated 4-alkoxybenzoic acids (8, 10 and 12 carbons atoms). Lastly, at first, esterified derivatives 69 did not present liquid crystal property. In summary, two from twelve final compounds herein reported were found to present liquid crystal behavior, including notable low temperature transition and broad mesophase ranges. While for imidazophenanthroline derivatives, intermolecular associations are based on π-stacking and Van der Waals interactions, hydrogen bonding must contribute to the intermolecular association of the benzimidazolic derivatives. These results represent a relevant advance for the development of advanced molecular materials, notably liquid crystals.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICAUFRNBrasilCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAQuímicaMateriais orgânicos funcionaisCristais líquidosBenzimidazoImidazofenantrolinaSíntese e estudo das propriedades termo-ópticas de materiais moleculares macios derivados de N-heterociclos aromáticos aplicados aos cristais líquidosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALSinteseestudopropriedades_Oliveira_2023.pdfapplication/pdf16108184https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/52766/1/Sinteseestudopropriedades_Oliveira_2023.pdfaf8c7becf82e726fae1cc307489adbeeMD51123456789/527662023-06-19 18:47:33.536oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/52766Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-06-19T21:47:33Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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