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分子结构和性质的关系

日期：2005-6-2222:58:39

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分子结构和性质的关系

一般来说，细长棒状或平面结构对分子的平行排列有利，而分子的极性基

团或易极化的基团则关系到分子间的相互作用，进而影响相变温度。

液晶分子的中心桥键对液晶性质的影响很大。液晶的化学稳定性，首先取

决于中心桥键的性质，如苄叉（亚苄基）类液晶的中心桥键是—CH==N—，它易

于水解或氧化，对水极为敏感。又如，偶氯化合物容易被氧化，特别是在光的作

用下。其他如含有双键、三键的二苯乙烯二苯乙炔，肉桂酸酯等衍生物也易于被

氧化，并易聚合，化学稳定性相对较差，而且在紫外光下也可能会因聚合或裂解

而失去液晶的特性。

Gray等人首次弃去液晶分子的中心桥键，合成了联苯液晶，它比其他液

晶稳定，说明中心桥键并不是构成液晶的唯一条件。联苯液晶是目前最常用的一

种液晶。

液晶分子的空间构型影响液晶的热稳定性及其他特性。二苯乙烯是平面构

型，氧化偶氮分子平面微微扭曲，苄叉液晶有较大扭曲，它们的清亮低于二苯乙

烯类。氧化偶氮类的清亮点比较奇特，虽然它的晶体具有平面结构，很可能它在

液晶相时，分子排列转变为非平面结构，分子扭曲，导致分子刚性降低，致使清

亮点降低。酯类液晶的微弱共轭作用使它具有最低的清亮点。此外，二苯乙炔类

液晶因其分子轨道的共同轭作用，所以热稳定性高于苄叉类液晶。

一般来说，如果桥键连接是刚性的，有利于形成液晶相，支链端基则通常

较为不利。端基链长的影响要微妙些。如果分子的刚性部分导致强的各向异性相

互作用，那么增加键长不利于液晶相的稳定，如果刚性部分不引起强的空间阻碍，

增加链长有利各向异性的相互作用。

环数目增加，极大地增加液晶的热稳定性，例如：

当n=1时，清亮点为121℃；当n=2时，清亮点为297℃，类似的情况用多

环或稠环取代苯环，亦增加液晶的稳定性。

顺反结构对液晶的热稳定性也有很大影响。由于反式构型分子具有线型的

刚性结构，因而呈现液晶相，而顺式结构分子为非线型和柔性结构，因而不呈现

液晶相[78]，它们的分子构型如图18所示。例如，许多偶氮化合物、肉桂酸酯、

氯代二苯烯、苯基环已烷、双环已烷类化合物的反式结构都是液晶，顺式则不是。

如果取代基不是棒状分子的长轴方向上，而是以侧基的形式存在，对液晶的

相变温度会带来明显影响。在侧链或环侧面上引入—CH、-CI、—F、—CN等基

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团时，分子本身的共平面被破坏，并且分子宽度增加，使晶体结构不能形成紧密

堆砌，因而熔点下降；此外，分子间距离增加，又导致分子间作用力减小，清亮

点也下降。更有甚者，在某些分子中，不管末端烷基或烷氧基的长度如何，侧链

上引入甲基、乙基等取代基，使分子间侧向吸引力减小，以致不能形成液晶相。

在羧酸的情况下，氢键可以诱导液晶相行为，一般是经过二聚加长分子。

如：

但是，氢键也可能导出非线型分子缔合体，而打破平行，因此苯酚化合物

不是液晶。氢键缔合也可过强，以致于当固体到达熔点时，固体直接变成各向同

性的液体，这就是很好地解释了为什么胆甾醇不存在液晶相，而胆甾醇酯有液晶

相。4-氨基-4″-硝基-三联苯（1）在300-301℃熔融。它没有液晶相，这个化

合物氨基上的两个氢都参与了分子间缔合。然而取代的硝基化合物（2）只在

218-219℃熔融，而且是液晶相。在这种情况下，分子内氨基的一个氢与—NO

2

基团缔合，减小了分子间缔合力。

液晶分子的排列

液晶分子排列取向是制作液晶器件的关键之一，排列的类型和质量将构成

不同类型的器件并影响器件的参数。向列相及胆甾相分子排列模型见图20和图

21。近晶相液晶分子的排列有垂直排列和无序焦锥结构排列两种。

实验证明。对于薄的液晶盒，基片表面状态和液晶分子之间的相互作用将

决定液晶在盒内的