Synthese und Charakterisierung photoschaltbarer Gelbildner

Abstract

Zusammenfassung Um photoschaltbare Gelbildner zu synthetisieren wurde auf bereits bekannte Gelbildner zurückgegriffen und eine Azobenzolgruppe, als photoschaltbare Einheit eingebaut. Die Modifizierung der Alkylsemicarbazide führte zu 7 Azosemicarbaziden (36-42), die alle gelbildende Eigenschaften haben. Die Gele des Alkylsemicarbazids 1 und der Azosemicarbazide 37 und 38 erwiesen sich als die stabilsten, weshalb an ihnen die meisten Untersuchungen durchgeführt wurden. Ihre Struktur ist in Abbildung 1 noch einmal aufgeführt. Die Alkylsemicarbazide vergelen Toluol, 1,2-Dichlorbenzol, Decalin, Tetralin und Cyclohexan. Die minimalen Gelbildnerkonzentration geht dabei von ~0,5 Gew.% für Toluol bis ~10 Gew.% für Tetralin und Cyclohexan. Die Azosemicarbazide 36-40 vergelen Toluol und Tetralin mit ~10 Gew.%, 1,2-Dichlorbenzol und Decalin mit ~4-7 Gew.Durch den Vergleich verschiedener Kristallstrukturen (von 1, 5, 19 und 43) und einer Röntgenkleinwinkelmessung eines Gels wurden zwei mögliche Kristallstrukturen für 37 vorgestellt. Die Tatsache, dass die IR-Spektren aller Semicarbazide im Bulk und als Gel sehr ähnliche Absorptionsbanden im Bereich der N-H-Schwingungen besitzen, zeigt, dass das vorgestellt Wasserstoffbrückenmotiv (Kapitel 4.1, Schema 4.1) für alle Semicarbazide nahezu gleich ist. Des Weiteren konnte ein Zusammenhang von der minimalen Gelbildner-konzentration, dem Schmelzpunkt und der Struktur des Gelnetz-werks gefunden werden. Je feiner das Netzwerk und damit je größer die Oberfläche, desto niedriger die minimale Gelbildnerkonzentration und desto niedriger der Schmelzpunkt der Gele. Gele mit Decalin fallen dabei durch eine andere Morphologie und besonders hohe Schmelzpunkte auf (Abbildung 2). Die Photoschaltbarkeit wurde im Gel mit organischen Lösungsmitteln und mit den Flüssigkristallmischungen durch UV/Vis-Messungen, Polarisationsmikroskopie, sowie durch die Bestimmung der Schaltzeiten und der Schwellspannung für LC II-Gele nachgewiesen. Erste dielektrische Messungen an einem LC II-Gel zeigen, dass die Goldstone-Mode im Gel unterdrück wird. Diese Ergebnisse sollen mit weiteren Untersuchungen untermauert werden.

Abstract To synthesis photo switch able gelators an azo benzene group was inserted to already known gelators. The modification of alkysemicarbazides led to 7 azosemicarbazides (36-42), all of them possessing gelling abilities. As gels made from alkysemicarbazide 2 and azosemicarbazide 37 and 38 are the most stable ones, they were used for further investigations. Their structure is shown in figure 1. Alkysemicarbazides are gelators for toluene, 1,2-dichlorbenzene, decaline, tetraline and cyclohexene. The minimum gelator concentration starts from ~0.5 weight% for toluene and goes up to 10 weight% for tetraline and cycolhexene. The azosemicarbazides 36-40 gel toluene and tetraline with ~10weigt%, 1,2-dichlorbenzene and decaline with ~4-7weight%. The comparison of different crystal structures (such as 1, 5, 19 and 43) and a small angle scattering analysis of a gel leads to two possible crystal structures for 37. The matter of fact, that the IR-spectra of all semicarbazides show very similar peaks in the area of the NH-vibrations in bulk as well as in gel, shows that the presented H-bonding motif (chapter 4.1, scheme 4.1) is almost identical for all semicarbazides.Furthermore a coherence of the minimal gelator concentration, the melting point and the structure of the gel network could be found. The finer distributed the network and there for the lager the surface, the lower is the minimal gelator concentration and the lower is the melting point. Gels with decaline stand out with a different morphology and an especially high melting point (figure 2). The photo switch ability was proofed in gel with organic solvents as well as in gel with liquid crystals via UV/Vis-Spectroscopy, polarizing microscopy and via measuring the switching times and the threshold of gels with LCII. First dielectric measurements on the LCII-Gels show that the goldstone mode is inhibited in the gel state. Further investigations should confirm these results.