一个偶氮结构纯物质性质十分奇怪
(1)溶解在乙醇里,倒入水中,物质以油状层的形式析出,搅拌或者静置半小时之后油状层变为固体。
(2)溶解在乙醇里旋蒸,溶剂全部抽出物质以油状形式存在,放置半小时之后凝固。
(3) 物质的下游产品为液晶,熔化进入液晶态,降温不再凝固,升温至60度左右时开始结晶
请问各位大佬,这是什么原因导致的?
回答:
你的产品有可能和溶剂的作用比较强,极少量的溶剂就能破坏分子间的作用,使得产物呈现黏糊糊的状态。
类似的情况我曾经遇到过,做出的产物黏糊糊,半个多月后才逐渐变成粉末,核磁下还看不到溶剂峰。
再有,你的产物的熔点测过么?熔点要是和室温接近的话也常出现类似情况。
对于液晶来说,升温过程和降温过程的相变点往往不是对应的,相差几度甚至十几度的情况都可能发生。如果你是在POM中观察的液晶相态:
我以前曾经做过一个化合物,也是偶氮结构。升温过程从固态变为液晶态A,转变相态到液晶态B,然后变为熔融态。降温过程从熔融态变为液晶态B,然后变为液晶态A,然后不再变化。我们认为降温过程相态稳定在A上不再变化是因玻璃化过程导致的。玻璃化这个概念源自高分子,但对超分子体系某些情况下也适用。我曾经在文献上看到过类似情况。
升温过程出现结晶这个描述我认为有点问题,有液晶性质的分子不容易结晶的才对。这个现象挺有意思,我觉得值得研究。应当结合DSC和变温XRD好好讨论一下。
另外建议在观察POM的时候烧两圈之后再观察一次看看现象有没有啥变化。
POM DSC 变温XRD对液晶来说是三个互相佐证的必须测试,讨论的时候往往也在一起说。
另外化合物的纯度也需要保证,有杂质的话对液晶相态有影响的。不是核磁干净了东西就干净了,有条件看看高分辨质谱下纯度怎么样。
不做液晶好多年,合成手艺也荒废很久了,也不知道能不能帮上忙。非常感谢您用心的答复!
我做的物质因为量都比较大,所以都没有走液相,点板看着纯度应该还可以,感觉应该不会对物质的性质有显著的影响。
产物的熔点并不在室温附近,一百多度了。如果说是因为和溶剂相互作用比较强,这确实说得通,因为之前没有见到过纯物质变成油状的情况,所以感觉比较新奇。
我所描述的降温不结晶的意思是,虽然一般情况下小分子液晶降温时确实凝固点和熔点是不一致的,但我这个物质是降温时无论速率多慢,都会出现过冷现象,以至于没有凝固点出现,然后在0摄氏度左右出现玻璃化转变,升温时也是0度左右玻璃化转变,升温到60度左右时过冷状态的液晶开始向固态转变,DSC表现为凝固放热峰。
玻璃化这个词确实一般用于高分子,下游产品是液晶二聚体,再大也不到一千的分子量,出现这种情况感觉还是挺不理解的,因为并没有可以形成氢键的结构所以也应该不会是超分子。
我有个疑惑,是不是因为我做的二聚体因为结构问题,性质变得与聚合物相似,所以出现了玻璃化温度,而不是正常从液晶态过度到固态。
明天我再仔细用POM跑两圈试试,可惜的是我们的POM不能降温到零下。先说纯度的问题
刚刚突然想到一个问题
我当时做的时候在核磁谱上曾观察到奇怪的杂质峰,但在板上没有杂质。后来做过质谱也没有杂峰。
这里有个很容易被忽视的问题:偶氮苯的光致异构化。
我们当时注意到这个问题了,因为POM下的表现实际上比我前面的描述的要复杂。而且我们认为偶氮苯的两种构象使得超分子自组装过程必然受到影响,最终导致液晶行为的分析遇到了困难。
可惜能力不济,测试条件也有限,我们未能解决这个问题。但愿你运气会好些,别碰上这个问题。不过我印象中有篇文献专门讨论了偶氮苯光致异构对液晶行为影响的文献。但液晶方面的工作是五年前我刚入门的时候做的,后来再也没做,细节已经完全记不清了。你找找老文献也许能有收获。
至于过冷现象
我有一点怀疑,但表现出这一现象也是可以理解的。你可以考虑如下操作:当样品升温到降温进入到所谓的过冷状态时,用针在样品上划几下。如果真的是过冷,这样的外力刺激是能够让体系凝固的,POM下应该能明显看出。也可以在测POM之前,在载玻片上人为的做几道明显的划痕,样品就放在划痕上。这样的划痕也能避免过冷现象的产生。
我倾向于不认为是过冷现象,但确实也给不出更合理的解释。
玻璃化这个事情,不一定非得有氢键才能表现出玻璃化来。偶氮苯本身是一个强的介晶单元,驱动力是π-π相互作用。如果你的分子平面性比较好那这个作用可以很强的。结合你下面提到你的分子结构是二聚体型的,表现出玻璃态我觉得可以理解。猜的哈。
这里需要说明一点:液晶本身就是一种超分子组装体(高分子液晶除外)。
玻璃化温度和二聚体之前没有必然联系。我没太理解你提及的二聚体的两个单元的连接方式,是共价键还是超分子作用力。如果是共价键,讨论的时候我觉得看做一个分子就可以;如果是超分子作用力,使用二聚体这个概念应当慎重。
如果XRD下可以证明你的液晶相态是柱状、盘状、六角等相态,你大概可以想象出你的液晶分子一个叠一个,或者几个分子(2到4个较常见)组成一个“盘子”然后层层堆叠成一个小柱或者小棍。这就是液晶“短程有序,长程无序”中“短程有序”的意思。但这些小柱和小棍彼此间的排列是无序的,即为“长程无序”。而玻璃态本身也是长程无序的一种状态。
***以下内容是我主观臆想的,毕竟我在液晶方面的研究其实很浅,也只做了一年。***
想像一下,这一个个小棍或者小柱的结构并不会因为温度的降低而被破坏,但温度降低会使得无数个小棍的热运动减弱,并首尾相连,最终组成一个由超分子作用力驱动形成的纤维。这种情况是不是和聚合物特别类似?
而基于超分子作用力得到纳米纤维的文献很多,某种程度上我觉得我的臆想还是有点依据的。
证明这个事情,需要依靠高分辨的SEM、TEM或者AFM来表征,没准真能看到长达几十甚至几百纳米的柔性纤维结构也说不定。但估计测起来困难比较多,因为扫描、透射或者原子力才表征超分子纳米纤维的时候,是把纤维分散了再测。对于液晶来说,测的时候就像在看一个模糊的毛线团,很难把里面的纤维结构摘出来。
有一段时间我对液晶表现出玻璃态这一现象的实质还挺感兴趣的,不过很快换方向了这事也就放下了。要不是看你的帖子这事可能这辈子就过去了。不过说真的,如果有条件的话,我特别希望你能试一下,验证下我这想法对不对~关于偶氮苯的光致异构化确实是有可能发生的情况,点过板子,跑DSC峰也是特别的尖锐,理论上是不会有杂质了,如果真的是顺反异构的话结构差异感觉还是有的,熔点会不会应该产生变化呢。单一结构的低聚体理论上是会有固定熔点以及结晶温度,不会显示出玻璃化温度的,和液晶小分子相行为比较相似(PS:这里二聚体的概念是代表两个刚性棒状液晶基元通过柔性链连接)。但如果是顺反异构破坏了液晶自组装的规整性导致了非正常相行为,还真的说得通,毕竟有种说法,高分子玻璃化温度的产生就是因为分子大小不均一,分子熔点也不均一,所以高分子没有固定熔点,而是在某一温度时,高分子中的小链段开始运动。
关于我所说的过冷,其实是一开始对产物的提纯时发现的,因为产物从溶剂里面旋干时始终不能成为固体,一直是粘稠状,然后我用乙醇热洗的时候,发现在加热时保持搅拌,就可以慢慢结晶,如果不搅拌或者直接冷却,都无法得到固体产物。此现象今天在POM观测中也得到了证实,物质自然冷却到50度左右时,不是结晶,而是像聚合物一样变得越来越粘,但用外力挤压玻片的时候,慢慢的出现了结晶,但结晶速率非常缓慢,可以证实这确实是过冷现象。升温结晶是跑DSC得到的结果,60度左右出现放热峰,然后在一百度左右又出现了正常的熔化吸热峰,但熔化峰熵值明显变小,应该是升温结晶也只结晶了一小部分的结果。
最后关于您的猜想,我认真的思考了一下,“液晶纤维”这个词我也在文献中见过不少次了,大多是在“热致液晶聚合物增韧XXX”中见到的,液晶聚合物的在降温时转变为玻璃态,液晶的取向被固定住,而液晶像小分子则是从液晶态结晶变为固态。像我这种单一结构(暂不考虑异构化)二聚体小分子出现玻璃化转变的以我目前的见识看来,还没见过其他的。。。如果研究非高分子液晶,也就是小分子液晶由于超分子力形成的纤维状微观结构,可供研究的样本实在稀少。而液晶高分子在与其他材料共混时会呈纤维状分散达到增韧材料的效果这个是被广泛认可的。
现在问题就是,如果这个二聚体真的就是单一结构纯物质,由于自身结构问题导致玻璃化转变,那么后续的研究包括您所说的纤维结构,都具有很大的研究价值;如果是因为光致异构化导致了这些问题,那这个问题还真不知道该怎样解决了,也许需要先打个核磁确认一下,再阅读一下相关文献。DSC如果表现出比较尖锐的峰那纯度应该问题不大。顺反异构会不会显著影响熔点这个问题我印象中没见文献讨论过,可能我文献看的不够。我倾向于认为影响没那么大。
但顺反异构会破坏结构的规整度导致出现玻璃态,这一点我不太认为两者间有什么显著联系。
此外,我不太认为用“二聚体”描述你的分子结构是正确的。狭义上的二聚体一般都是两个分子依靠超分子作用力形成的,常见于溶液中。我后来做荧光探针的时候发现过溶液变浓的时候荧光出现显著红移。由于我那个分子近似平面,我倾向于认为是出现了二聚体。另外像某些香豆素分子在紫外光下照射,两个分子会通过光环化反应形成不太稳定的化学键,最终形成一个面对面的分子,那个也是二聚体。你这个也就是个普通分子,按你的描述我猜比较容易形成棒状或者盘状液晶(瞎猜的不准)。毕竟我当年做的分子上有四个偶氮苯和一个其它刚性平面分子,通过四个烷基链连接形成一个星型分子,总不能把它叫做“五聚体”吧~
关于过冷,你这个物质的性质有点意思。一般过冷现象在稍受到外界环境刺激就会显著的析出。而按照你的描述析出的速度非常慢,我觉得这里面应该还有其它原因。可能是某个因素和过冷现象共同作用的结果,或者某个因素导致了类似过冷现象的形成。这有些超出我的能力范围了,暂时想不出什么可能的猜测。
关于我那个猜想,我后来想了一下感觉是有问题的:体系粘度本来就大,降温时分子的热运动变弱,这其实是不利于进一步组装的。即便是真的能够组装形成纤维,想在玻璃态的状态下观察纤维的形貌困难也是非常大,如同在一块塑料中挑出一条分子链一般。不过高分辨透射没准真能帮得上忙。
说到这我忽然想到,你可以试试你的产物能不能在某种溶剂下形成凝胶。较少数的液晶分子能够在某种有机溶剂中形成超分子凝胶,尤其是介晶单元作用力比较强的时候。具体的你可以参照一些超分子凝胶的文献。不过这个工作做起来在体力和心理上的劳累还是不小的,是一个比较讨厌的工作(我没做过,但稍有了解)。如果想做,要有心理准备。
最后光致异构化问题,确实需要一个核磁(反正核磁数据早晚都需要),如果真有这个问题,能看到顺反构象下苯环上的峰受空间关系影响而稍有偏移,表现出的就是几个成比例的杂峰。再有,变温XRD判断液晶相态也是需要的,如果真的存在光致异构化问题,有序性会变差,XRD中会看出来,计算相态的时候也可能会遇到问题。
如果你能找出一种有效途径(其实光照就行,只是我没试过而已)来控制构象进而得到不同的液晶行为或其它行为,我觉得这个工作还能再上一个档次。在这期间做了很多测试,核磁和红外都能说明物质是纯物质,没有异构现象,据了解异构现象大多都是在紫外光照射一定时间后才会发生。
后查阅大量文献,发现我所做物质由于是二聚体,较之小分子排列更困难,尽管分子量未超过一千。最重要的是此物质结构含有很多侧向取代基,分子间作用力的减弱,这就导致了液晶相在降温时不能很好的像普通结晶类物质排列规整,越降温分子运动越不剧烈,降至低温时分子还没有排列好,然而链段已经没有足够的能量运动了,这就形成了小分子的玻璃态,这应该属于某些液晶才具有的特殊性质,也许可以大做文章。