2-1 實驗藥品
實驗所需化學試劑如下:
藥品名稱 容量 廠商
Potassium carbonate 500 g SHOWA Potassium iodide 500 g SHOWA
Methyl-4-hydroxybenzoate 500 g TCI
1-Bromododecane 100 g ACROS
Potassium hydroxide 500 g SHOWA
Hydrochloric acid 2.5 L Fisher Scientific Benzyl 4-hydroxybenoate 100 g Aldrich
4-(N,N’-dimethylamino)pyridine 100 g Lancaster N,N’-dicyclohexylcarbodiimide 100 g Fluka
10% Pd-C 10 g J&J Materials Incorporated 12-Bromododecan-1-ol 100 g Alfa Aesar 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol 250 g Lancaster
Acryloyl chloride 250 g Alfa Aesar
Resorcinol 250 g Lancaster
Benzyl bromide 50 g Alfa Aesar Magnesium sulfate anhydrous 1000 g SHOWA Isonicotinoyl chloride 50 g ACROS
n-Butyl lithium 100 mL CHEMETALL Triisopropyl borate 500 mL Alfa Aesar
3-Bromophenol 50 g Alfa Aesar
Imidozal 250 g ACROS
Tert-butylchlorodimethylsilane 25 g ACROS
Tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0) 5 g Ultra Fine Chemical Technology Corp.
Tert-n-butylammonium flouride 100 g Alfa Aesar
2,2’-azobis(isobutyronitrile) 25 g SHOWA N,N-dimethylanilline 25 mL TCI
實驗所需溶濟種類如下:
溶劑 含量 廠商
Acetone 4 L GRAND
Eethyl Alcohol 4 L TEDIA
Dichloromethane 4 L TEDIA
n-Hexane 4 L GRAND
Tetrahydrofuran 4 L Mallinckrodt Chemicals Ethyl Acetate 4 L GRAND
Toluene 4 L GRAND
Ether 4 L J. T. Baker 1,4-dioxane 4 L TEDIA
Triethylamine 4 L ACROS
☆無水之tetrahydrofuran 以金屬鈉乾燥;無水之 dichloromethane 則以 CaH 乾燥,使用前再煮沸蒸餾而得。
2-2 實驗儀器
1、真空系統(Vacuum Line & Schlenk Line)
2、核磁共振光譜儀(Nuclear Megnetic Resonance)
型號:Burker AC300 型
檢驗方法:將 Sample 溶於 d-solvent 中,利用所測得 1H 與 13C 光譜判斷化合物之結構與純度。化學位移單位為 ppm,偶合常數單 位為 Hz,並以 d-solvent 值為內標(d-chloroform 1Hδ= 7.24 ppm,
13C δ= 77 ppm)。S 代表 singlet,d 代表 doublet,t 代表 triplet,
m 代表 multiplet。
3、元素分析儀(Elemental Analyzer)
型號:Perkin-Elmer 240C 型
由交通大學貴重儀器中心代測樣品。
4、熱重分析儀(Thermogravimetric Analysis, TGA)
型號:Du Pont TGA 2920 型
5、示差掃描熱量計(Differential Scanning Calorimeter,DSC)
型號:Perkin Elmer Pyris 7 型
DSC 是分析熱向性液晶之熱力學性質之有效利器。使用儀器前 先作儀器校正,接著將待測之樣品稱重在 1.5~5.0 mg 之間,將其裝 在金屬鋁盤中加蓋密閉後便可進行量測,並從吸熱或放熱的熱分析圖
形,得其熱焓值大小,及相轉變時的溫度。DSC 分析只可觀察相變 化之存在,並無法鑑定出液晶相之轉移(可能有結晶相-結晶相轉 換),因此液晶相之確定須輔以其他儀器如偏光顯微鏡(POM),X-ray 繞射等。
6、偏光顯微鏡(Polarized Optical Microscope, POM)
型號:LEICA DMLP
偏光顯微鏡以二片偏光片配合 Mettler FP900 與 FP82HT 組合 之加熱裝置,觀察樣品在加熱或冷卻過程中光學紋理變化。可初步判 斷樣品是否具有液晶性質及其液晶相種類與溫度範圍。二片偏光片
(下稱為 Polarizer,上稱為 Analyzer)偏光角度差通常調為 90 度。
偏光顯微鏡之主要分析原理:在交叉偏光的二片偏光片中的試樣,若 是等向性的,光無法透過,顯微鏡下呈黑暗;反之,試樣若具有雙折 射性,光則可通過,顯微鏡下可呈條紋。
7、紅外線光譜儀(Infrared Spectrometer,IR)
型號:Perk-Elmer Spectrum 100 型
8、X 光粉末射線繞射儀(Powder X-ray Diffractometer, PXRD)
X-射線繞射儀可視為分析鑑定液晶光學紋理種類最有效方法之 一。理論上,平行之入射光遇到原子或質點後反射光之干涉現象,當 反射的
X-射線皆同相時,可形成建設性干涉而得高強度之繞線。X-射線繞射情形可用Braggs’ Law(nλ= 2d sinΘ)來描述。
9、任意波形產生器(Arbitrary Waveform Generator,AWG)
型號:Tektronix AFG 3021
10、數位示波器(Digital Oscilloscope)
型號:Tektronix TDS-3012B
11、光檢測計(Silicon Photodiode)
型號:Models ET-2000(Electro-Optics Technology Co., Ltd.)
12、加熱控溫系統(Therm-control system)
型號:Models FP 800,FP900(Mettler Instruments)
13、直流電源供應器(DC Power Supply)
型號:Keithley 2400
14、高速電源放大器(High Speed Power Amplifier)
型號:固緯電子公司-自組裝
2-3 合成流程
Scheme I. Synthesis Route of Monomer 1-4
Reagents: a) K2CO3, KI, acetone, reflux; b) KOH, ethanol, reflux; c) N,N’-dicyclohexylcarbodiinide (DCC), 4-(dimethylamino)pyridine (DMAP), dry dichloromethane, rt; d) H2, 10% Pd-C, tetrhydrofuran(THF), reflux; e) K2CO3, KI acetone, reflux; f) 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, N,N’-dimethylaniline(DMA), 1,4-Dioxane, reflux
OH
Scheme II. Synthesis Route of Monomer 2-4
Reagents: a) K2CO3, KI, acetone, reflux; b) N,N’-dicyclohexylcarbodiinide(DCC),
4-(dimethylamino)pyridine(DMAP), dry dichloromethane, rt; c) H2, 10%
Pd-C, tetrhydrofuran(THF), reflux; d) 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, N,N’-dicyclohexylcarbodiinide(DCC),
4-(dimethylamino)pyridine(DMAP), dry dichloromethane, rt;
OH
Scheme III. Synthesis Route of Monomer 3-6
Reagents: a) K2CO3, KI, acetone, reflux; b) (i) n-BuLi, dry tetrahydrofuran(THF), -78 ℃, (ii) triisopropyl borate, (iii) HCl(eq); c) Imidozal, dichloromethane, rt d) Pd(pph3)4, K2CO3, EtOH/toluene, 90 ℃ e ) t e r t - n - b u t y l ammo n i u m f l u o ri d e , t e t r h y d r o f u r a n e , r t f ) N , N ’ - d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i n i d e ( D C C ) , 4-(dimethylamino)pyridine(DMAP), dry dichloromethane, rt; g) H2, 10%
Pd-C, tetrhydrofuran, reflux; h) 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, N , N ’ - d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i n i d e ( D C C ) , 4-(dimethylamino)pyridine(DMAP), dry dichloromethane, rt;
Br
2-4 合成步驟
Methyl 4-(dodecyloxy)benzoate, 1-1’
將化合物 methyl 4-hydroxybenzoate(5 g,32.9 mmol) 置於 500 mL 圓底燒瓶內,加入適量溶劑 acetone 混合攪拌溶解,再加入 K2CO3(13.6 g,98.6 mmol)和少許 KI,攪拌打散,然後慢慢滴入 1-bromododecane(12.2 g,49.3 mmol)加熱迴流,運用 TLC 片,
點片追蹤直到反應完全為止。冷卻至室溫,真空旋轉濃縮移除溶劑,
再利用 H2O 和 dichloromethane(DCM) 萃取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃縮乾燥;最後藉由 Silica gel 管柱層析純化,用 n-Hexane/ethyl acetate 當沖提液,得到純白色固體,產率 96%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):7.95(d, 2H, -C6H4-),6.87(d, 2H, -C6H4-) , 3.98(t, 2H, -OCH2-) , 3.86(s, 3H, -OCH3) , 1.77(m, 2H, -OCH2CH2-),1.24(m, 18H, -CH2-),0.86(t, 3H, -CH3).
4-(dodecyloxy)benzoic acid, 1-1
將化合物1-1’(5 g,15.6 mmol)置於 500 mL 圓底燒瓶內,加入
180 mL 的乙醇(EtOH)攪拌溶解,再加入 20 mL KOH 水溶液,加
熱迴流反應overnight,運用 TLC 片,點片追蹤確定反應完全。冷卻 至室溫,真空旋轉濃縮移除溶濟;倒入 H2O 溶解,並慢慢加入鹽酸,
此時會有白色固體析出,直到溶液 PH 值等於 3,靜置半小時,過濾 取固體;將過濾物放入真空乾燥箱乾燥,然後以乙醇再結晶,產率 95
%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):12.60(s, 1H, -OH),7.87(d, 2H, -C6H4-) , 7.00(d, 2H, -C6H4-) , 4.01(t, 2H, -OCH2-) , 1.75(m, 2H, -OCH2CH2-),1.22(m, 14H, -CH2-),0.84(t, 3H, -CH3).
1-2’
取化合物1-1(3 g,9.8 mmol)、benzyl 4-hydroxybenoate(2.4 g,
10.3 mmol) 以及催化劑 4-(N,N-dimethylamino)pyridine(DMAP)
(0.12g,0.98 mmol) 同置於 250 mL 雙頸瓶內,預先抽真空約一小
時,在氮氣系統下,進行抽灌動作至少三次;再加入適量溶劑 dry dichloromethane 混 合 攪 拌 溶 解 , 隨 後 加 入 N,N’-dicyclohexylcarbodiimide(DCC)(3.0 g,14.7 mmol) 攪拌均
OH O
C12H25O
COOBn
+ HO DMAP / DCC
CH2Cl2, r.t. O C12H25O
O O
O
勻,於室溫下反應約 16 小時;運用 TLC 片,點片追蹤確定反應完全。
產生 dicyclohexylurea(DCU) 白色沉澱,過濾並以 CH2Cl2 洗滌,
濾液加水萃取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃縮乾燥;最後藉由 silica gel 管柱層析純化,用 n-hexane/dichloromethane 當沖提液,得 到純白色固體,產率 82%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):8.17(d, 4H, -C6H4-),7.51(d, 2H, -C6H4-),7.43(m, 5H, -C6H5),5.40(s, 2H, -OCH2C6H5),3.84(m, 2H, -OCH2-),1.79(m, 20H, -OCH2CH2-),1.04(t, 3H, -CH3).
4-(4-(dodecycloxy)benzoyloxy)benzoic acid, 1-2
以適量溶濟 tetrahydrofuran (THF),將化合物 1-2(3 g,5.8 mmol)溶於 500 mL 雙頸瓶內,加入 10% 催化劑 Pd-C(0.3 g),混
合攪拌均勻,在氫氣系統下,70 ℃加熱迴流反應 overnight;運用 TLC 片,點片追蹤確定反應完全。待反應完全,以 CH2Cl2 洗滌趁熱過濾,
濾液加水萃取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃縮乾燥;隨後運用 n-hexane/tetrhydrofuran 溶解度差異再結晶,過濾取白色固體,產率 90%。
O C12H25O
O O
O
+ H2 10% Pd-C
THF O
C12H25O
O OH
O
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):13.05(s, 1H, -OH),8.07(d,H, -C6H4-),7.39(d, 2H, -C6H4-),7.10(d, 2H, -C6H4-),4.07(t, 2H, -OCH2-),
1.684(m, 20H, -CH2-),0.85(t, 3H, -CH3).
Methyl 4-(12-hydroxydodecyloxy)benzoate, 1-3’
將化合物 methyl 4-hydroxybenzoate(3.4 g,22.3 mmol)置於 500 mL 圓底燒瓶內,加入適量溶劑 acetone 混合攪拌溶解,再加入 K2CO3
(9.3 g , 67.3 mmol ) 和 少 許 KI , 攪 拌 打 散 , 然 後 慢 慢 滴 入 12-bromododecan-1-ol(7.4 g,28.9 mmol) 加熱迴流,運用 TLC 片,
點片追蹤直到反應完全為止。冷卻至室溫,真空旋轉濃縮移除溶劑,
再利用 H2O 和 dichloromethane 萃取,取有機層加入 MgSO4 除 水 , 濃 縮 乾 燥 ; 最 後 藉 由 silica gel 管 柱 層 析 純 化 , 用 dichloromethane/ethyl acetate 當沖提液,得到純白色固體,產率 91%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):7.95(d, 2H, -C6H4-),6.87(d, 2H, -C6H4-) , 3.97(t, 2H, -OCH2-) , 3.85(s, 3H, -OCH3) , 3.61(m, 2H, -CH2OH),1.79(t, 1H, -OH),1.26(m, 20H, -CH2-).
O O
HO
+ HOC12H24Br K2CO3 / KI acetone, reflux
O HOC12H24O
O
4-(12-hydroxydodecyloxy)benzoic acid, 1-3
4-(12-acryloyloxy-dodecyloxy)benzoic acid, 1-4
取 化 合 物 1-3 ( 2 g , 6.2 mmol ) 和 少 許 抑 制 劑 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol 置於 250 mL 雙頸瓶,抽真空至少一
小時,在氮氣系統下,進行抽灌氮氣三次;然後,打入適量溶劑 1,4-dioxane ;在室溫下,打入 DMA(0.94 mL,7.4 mmol),約半
O
DMA / 1,4-dioxane 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol
小時後,在冰浴下慢慢滴入 acryloyloxy chloride(0.60 mL,7.4 mmol)。加熱迴流至 50 ℃;運用 TLC 片,點片追蹤確定反應完全。
冷卻至室溫,在冰浴下滴入冰稀鹽酸,固體析出。利用 H2O 和 dichloromethane 莘取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃縮乾燥;最 後藉由 silica gel 管柱層析純化,用 dichloromethane 當沖提液,得 到純白色固體,產率 55%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):8.03(d, 2H, -C6H4-),6.91(d, 2H, -C6H4-) , 6.41(d, 1H, -CH=CH2) , 6.35(t, 1H, =CH-) , 6.07(d, 1H, -CH=CH2),4.13(t, 2H, -OCH2-),4.00(t, 2H, -OCH2-),1.79(m, 2H, -OCH2CH2-),1.63(m, 2H, -OCH2CH2-),1.26(m, 16H, -CH2-).
3-(benzyloxy)phenol, 2-1
將化合物 resorcinol(2.5 g,22.8 mmol)置於 250 mL 雙頸瓶內,
加入適量溶劑 acetone 混合攪拌溶解,再加入 K2CO3(2.4 g,17.5 mmol ) 和 少 許 KI , 攪 拌 打 散 , 然 後 利 用 加 料 管 慢 慢 滴 入 1-(bromomethyl)benzene(3 g,17.5 mmol)加熱迴流,運用 TLC 片,
點片追蹤直到反應完全為止。冷卻至室溫,真空旋轉濃縮移除溶劑,
再利用 H2O 和 dichloromethane 萃取,取有機層加入 MgSO4 除
OH
HO + Br K2CO3 / KI HO O
acetone, reflux
水,濃縮乾燥;最後藉由 silica gel 管柱層析純化,用 n-hexane 當 沖提液,得到純白色固體,產率 50%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):7.35(d, 5H, -C6H5),7.12(t, 1H, -C6H4-),6.56(d, 1H, -C6H4-),6.48(s, 1H, -C6H4-),6.42(d, 1H, -C6H4-),
5.02(s, 1H, -OH),4.95(s, 2H, -OCH2-).
2-2’
取化合物 1-2(4 g,9.4 mmol)、2-1(1.8 g,9.8 mmol) 以及催 化劑 4-(N,N-dimethylamino)pyridine(DMAP)(0.11 g,0.9 mmol)
同置於250 mL 雙頸瓶內,預先抽真空約一小時,在氮氣系統下,進 行抽灌動作至少三次;再加入適量溶劑 dry dichloromethane 混合攪 拌溶解,隨後加入 N,N’-dicyclohexylcarbodiimide(DCC)(2.9 g,14.1 mmol) 攪拌均勻,於室溫下反應約 16 小時;運用 TLC 片,點片 追蹤確定反應完全。產生 dicyclohexylurea(DCU) 白色沉澱,過濾 並以 CH2Cl2 洗滌,濾液加水萃取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃
縮 乾 燥 ; 最 後 藉 由 silica gel 管 柱 層 析 純 化 , 用 n-hexane/dichloromethane 當沖提液,得到純白色固體,產率 90%。
HO O + 1-2 DMAP / DCC
CH2Cl2, r.t.
O O
O O
C12H25O
O
1H NMR(300 MHz, dioxane)δ(ppm):8.26(d, 2H, -C6H4-),8.14(d, 2H, -C6H4-),7.46~7.27(m, 8H, -C6H4-),7.04(d, 2H, -C6H4-),6.95~6.82(m, 3H, -C6H4-),5.07(s, 2H, -OCH2-),4.06(t, 2H, -OCH2-),1.80(m, 2H, -OCH2-),1.28(m, 18H, -CH2-),0.88(s, 1H, -CH3).
2-2
以適量溶濟 tetrhydrofuran (THF),將化合物 2-2’(3 g,4.9 mmol)溶於 500 mL 雙頸瓶內,加入 10%催化劑(0.3 g),混合攪拌
均勻,在氫氣系統下,70 ℃加熱迴流反應 overnight;運用 TLC 片,
點片追蹤確定反應完全。待反應完全,以 CH2Cl2 洗滌趁熱過濾,濾
液加水萃取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃縮乾燥;隨後運用 n-hexane/tetrhyofuran 溶解度差異再結晶,過濾取白色固體,產率 90
%。
2-3’
合成方法與 2-2’合成相似,Quantities:化合物 2-1(3.0 g,5.8 mmol),4-(benzyloxy)benzoic acid(1.25 g,5.5 mmol),DMAP(0.07 g,0.57 mmol),DCC(1.7 g,8.2mmol),得白色固體,產率 57%。
1H NMR(300 MHz, dioxane)δ(ppm):8.28(d, 2H, -C6H4-),8.13(d, 2H,
1.28(m, 18H, -CH2-),0.88(t, 3H, -CH3).
2-4 ACBenz5
取化合物 1-4(0.7 g,1.9 mmol)、2-4’(1.3 g,2.0 mmol)、少 許抑制劑 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol 以及催化劑 DMAP(0.11 g,0.9 mmol)同置於 250 mL 雙頸瓶內,預先抽真空約一小時,在氮
氣 系 統 下 , 進 行 抽 灌 動 作 至 少 三 次 ; 再 加 入 適 量 溶 濟 dry dichloromethane 混 合 攪 拌 溶 解 , 在 冰 浴 底 下 加 入 N,N’-dicyclohexylcarbodiimide(DCC)(0.6 g,2.9 mmol) 攪拌均勻,
移除冰浴於室溫下反應約16 小時;運用 TLC 片,點片追蹤確定反應 完全。產生 dicyclohexylurea(DCU) 白色沉澱,過濾並以 CH2Cl2 洗 滌,濾液加水萃取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃縮乾燥;最後藉 由 silica gel 管柱層析純化,用 dichloromethane 當沖提液,得到純 白色固體,產率 60%。
-CH=CH2),6.08(m, 1H, -CH=),5.77(d, 1H, -CH=CH2),4.04(m, 6H, 溶濟 dry dichloromethane 混合攪拌溶解,在氮氣系統下,快速加入 isonicotinoyl chloride(0.98 g,6.94 mmol)後,再打入 8.68 mL dry triethylamine,在室溫下反應約 3 小時;運用 TLC 片,點片追蹤確 定反應完全。利用 H2O 和 dichloromethane 萃取,取有機層加入 MgSO4 除水,濃縮乾燥;最後藉由 silica gel 管柱層析純化,用 n-hexane/dichloromethane 當沖提液,得到純白色固體,產率 87%。
1H NMR(300 MHz, dioxane)δ(ppm):8.89(d, 2H, py-H),8.22(d, 2H, -C6H4-),8.08(d, 2H, -C6H4-),8.01(d, 2H, -C6H4-),7.59(t, 1H, -C6H4-),
-CH2-),0.84(t, 3H, -CH3).
1-((4-bromophenoxy)methyl)benzene, 3-1’
將化合物 4-bromophenol(3 g,17.3 mmol)置於 500 mL 圓底燒 瓶內,加入適量溶劑 acetone 混合攪拌溶解,再加入 K2CO3(7.2 g,
52.0 mmol ) 和 少 許 KI , 攪 拌 打 散 , 然 後 慢 慢 滴 入 1-(bromomethyl)benzene(3.9 g,22.5 mmol) 加熱迴流,運用 TLC
片,點片追蹤直到反應完全為止。冷卻至室溫,真空旋轉濃縮移除溶 劑,再利用 H2 O 和 dichloromethane 萃取,取有機層加入 MgSO4 除 水,濃縮乾燥;最後藉由 Silica gel 管柱層析純化,用 n-hexane/ethyl acetate 當沖提液,得到純白色固體,產率 97%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):7.39~7.34(m, 7H, -C6H5),6.83(d, 2H, -C6H4-),5.02(s, 2H, -OCH2-).
4-(benzyloxy)phenylboronic acid, 3-1
將化合物3-1’(3 g,11.4 mmol)置於 250 mL 雙頸瓶內,真空系
統下抽真空至少一小時,低溫冰浴冷凝機同時開始,在氮氣系統下進 行抽灌氮氣三次,然後在氮氣下,加入適量 dry THF,再放入冰浴中。
當溫度達 -78 ℃,用針頭打入 2.5 M n-BuLi(6.8 mL,17.1 mmol) 於 反應瓶內。將溫度保持 -78 ℃,持續至少一小時,再以針頭打入 triisopropyl borate(7.9 mL,34.2 mmol),約半小時後移除冰浴,在室 溫底下反應 overnight。運用 TLC 片,點片追蹤直到反應完全為止,
再滴入 10 % HCl 水溶液 50 ㏄,拌攪 2~3 小時,此時有白色固體 析出。利用 H2O 和 dichloromethane 萃取,取有機層加入 MgSO4 除 水,濃縮乾燥。隨後運用 n-hexane/dichloromethane 再結晶,過濾取 白色固體,產率 77%。
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ(ppm):8.15(d, 2H, -C6H4-),7.65~7.33(m, 5H, -C6H5),7.07(d, 2H, -C6H4-),5.14(s. 2H, -OCH2-).
(3-bromophenoxy)(tert-butyl)dimethylsilane, 3-2
取 3-bromophenol(3 g ,17.3 mmol)、imidozal(1.4 g,20.8 mmol)
同置於 250 mL 雙頸瓶內,加入適當量溶劑 dry CH2Cl2,在氮氣系 統下,再加入 tert-butylchlorodimethylsilane(3.9 g,26.0 mmol);在 室溫下反應約 3~5 小時。運用 TLC 片,點片追蹤直到反應完全為
同置於 250 mL 雙頸瓶內,加入適當量溶劑 dry CH2Cl2,在氮氣系 統下,再加入 tert-butylchlorodimethylsilane(3.9 g,26.0 mmol);在 室溫下反應約 3~5 小時。運用 TLC 片,點片追蹤直到反應完全為