Проекты

Хиральные фотохромные допанты для фоточувствительных холестерических жидких кристаллов

Работа призёров открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект - от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10-11 классов

Направление работы: Органическая химия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1568
Предметы: Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Актуальность работы

Жидкие кристаллы (ЖК) были открыты в конце XIX в., однако заслуженного признания добились только во второй половине XX в. Сейчас мы пользуемся ими повседневно, практически даже не задумываясь, что они из себя представляют. Эти вещества находят широкое применение в самых разных областях человеческой деятельности: от техники до медицины. Наибольшую популярность они получили в информационных технологиях, а именно в дисплеях и экранах. Перспективным направлением развития современных исследований является создание так называемых «умных материалов», способных значительно менять свои характеристики под действием внешних воздействий. В случае ЖК это, в частности, означает поиск фотоуправляемых холестериков. Одним из способов этого добиться является допирование нематических ЖК хиральными фотоактивными добавками.

Цель

Изучить свойства соединений на основе изосорбида и коричной кислоты как перспективных хиральных фотохромных допирующих агентов для получения фоточувствительных холестерических жидких кристаллов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

  • провести обзор литературы по интересующей теме;
  • синтезировать и выделить допирующий агент;
  • охарактеризовать полученное вещество;
  • изучить его фотохромные свойства;
  • допировать нематический ЖК полученным веществом и изучить его оптические характеристики;
  • сделать выводы и наметить возможные направления развития работы.

Гипотеза

Существование в одной молекуле оптически активного атома углерода и двойной связи С=С даёт возможность получать холестерические ЖК допированием нематических и управлять их оптическими свойствами воздействием УФ-излучения.

Описание работы

В качестве допирующего агента авторы выбрали сложный эфир изосорбида и коричной кислоты (1,4:3,6-диангидро-2-O,5-O-дициннамоил-D-сорбитол, 2CinSor), в структуре которого содержатся одновременно оптически активный фрагмент и пара двойных связей С=С, способных геометрически изомеризоваться. Механизм цис-транс-изомеризации соединений на основе коричной кислоты под действием ультрафиолета уже неоднократно изучали ранее, что облегчает интерпретацию результатов.

2CinSor был синтезирован из D-изосорбида и транс-коричной кислоты прямым синтезом с использованием 1,3-дициклогексилкарбодиимида. Его структура была подтверждена 1Н ЯМР-спектроскопией. Исходя из структурной формулы 2CinSor, можно говорить о существовании его в трёх изомерных формах: E,E-изомер, E,Z-изомер и Z,Z-изомер. Плавление вещества 2CinSor протекает в весьма широком интервале от 70°С до 126°С.

Спектр поглощения 2CinSor в УФ-области имеет два пика с максимумами при 279 и 368 нм. При этом облучение образцов светом с длиной волны 254 или 312 нм в течение определённого времени приводит к снижению оптической плотности растворов, что нельзя связать ни с чем иным кроме как с протеканием процесса изомеризации из наиболее выгодной E,E-формы в наименее – Z,Z. Скорость реакции изомеризации практически не зависит от длины волны возбуждаемого света.

Результаты

•        Для получения холестерических жидких кристаллов предложен хиральный фотоактивный допант – сложный эфир изосорбида и коричной кислоты, в структуре которого содержатся одновременно оптически активный фрагмент и пара двойных связей С=С, способных геометрически изомеризоваться.

•        Предложенное соединение синтезировано и охарактеризовано.

•        Изучены фотохромные свойства допанта, в частности, его фотоизомеризация под действием УФ-излучения.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

  • Аналитические весы ВЛ-224 (ГОСМЕТР)
  • ЯМР-спектрометр Avance 400 (Bruker)
  • Термогравиметрический анализатор DSC 200 F3 Maia (NETZSCH)
  • Сканирующий спектрофотометр УФ/Вид./БлИК-диапазона Lambda 950 (Perkin-Elmer)
  • Ртутная лампа VL-6.MC (Vilber Lourmat)
  • Магнитная мешалка ПЭ-6100 (Экрос)
  • Химическая посуда и оборудование для органического синтеза

Сотрудничество с вузом при создании работы

Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова.

Перспективы развития результатов работы

В дальнейшем авторы планируют получить холестерические ЖК на основе модельного нематического ЖК MLC-6816 (Merck), допируя его различным количеством предлагаемого соединения, и изучить их фотооптические свойства.