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Supermolecular Liquid Crystals with a Six-Armed Cyclotriphosphazene Core: From Columnar to Cubic Phases

Authors

  • Dr. J. Jiménez,

    Corresponding author
    1. Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias–Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza–C.S.I.C. Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza (Spain), Fax: (+34) 976761187
    • Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias–Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza–C.S.I.C. Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza (Spain), Fax: (+34) 976761187
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  • Prof. A. Laguna,

    1. Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias–Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza–C.S.I.C. Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza (Spain), Fax: (+34) 976761187
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  • A. M. Molter,

    1. Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias–Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza–C.S.I.C. Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza (Spain), Fax: (+34) 976761187
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  • Prof. J. L. Serrano,

    1. Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias–Instituto, Universitario de Nanociencia de Aragón, Universidad de Zaragoza, Mariano Esquillor Edif. I+D, 50018 Zaragoza (Spain)
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  • Dr. J. Barberá,

    1. Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias–Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza–C.S.I.C. Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza (Spain), Fax: (+34) 976762276
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  • Dr. L. Oriol

    Corresponding author
    1. Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias–Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza–C.S.I.C. Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza (Spain), Fax: (+34) 976762276
    • Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias–Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza–C.S.I.C. Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza (Spain), Fax: (+34) 976762276
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Abstract

New liquid crystals having a non-conventional structure have been synthesised from a six-armed cyclotriphosphazene core, [N3P3(OC6H4OH-4)6], which was condensed with polycatenar acids. Reactions were monitored by 31P{1H} and 1H NMR spectroscopy and the chemical structure of the resulting materials was confirmed by different spectroscopic techniques and mass spectrometry (MALDI-TOF). Results were in accordance with monodisperse, fully functionalised cyclotriphosphazenes. Thermal and mesomorphic properties were studied by optical microscopy, differential scanning calorimetry and X-ray diffraction. All of the synthesised phosphazenes, substituted with benzyl ether chains, show a high thermal stability and exhibit mesomorphic properties, which depend on the number and type of alkyl terminal chains located at the periphery of the mesogens. Mesomorphic properties range from Colh for cph-A1 and cph-A2 to a cubic phase detected for cph-A3, which has the larger number of alkyl chains. Furthermore, helical order was detected on X-ray data of cph-A2, which has chiral branched chains. Circular dichroism spectra of annealed films at mesophase temperature show a signal attributed to the chiral helical arrangement of the mesogenic chromophores.

Abstract

En este trabajo se han sintetizado nuevos cristales líquidos que tienen una estructura no convencional a partir de un núcleo de ciclotrifosfazeno, [N3P3(OC6H4OH-4)6], por condensación con ácidos policatenares. Las reacciones fueron monitorizadas por RMN de31P{1H} y1H, y la estructura química de los materiales resultantes se determinó por diferentes técnicas espectroscópicas y espectrometría de masas (MALDI-TOF). Los resultados están de acuerdo con ciclotrifosfazenos monodispersos y completamente funcionalizados. Las propiedades térmicas y mesomorfas de todos los compuestos se estudiaron por microscopía óptica, calorimetría diferencial de barrido y difracción de rayos-X. Todos estos ciclofosfazenos, que tienen grupos laterales con cadenas bencil éter, tienen una alta estabilidad térmica y muestran propiedades mesomorfas que dependen del número y tipo de cadenas alquílicas localizadas en la periferia de los mesógenos. Las mesofases observadas varían de Colhpara los compuestos cph-A1 y cph-A2 a cúbica para cph-A3, con un mayor número de cadenas alquílicas. Además, mediante difracción de rayos-X, se detectó un orden helicoidal en el compuesto que tiene cadenas quirales, cph-A2. Los espectros de CD de películas curadas a la temperatura de mesofase muestran una señal asignada a una disposición helicoidal quiral de los cromóforos mesógenos.

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