液晶材料的合成及其应用(华师版)

液晶材料的合成及其应用

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【前言】 1、实验目的

（1）了解液晶材料的结构特点、制备方法与应用。

（2）掌握DCC法合成胆固醇丙酸酯液晶材料的操作技术。

2、实验意义

胆固醇酯是一种具有液晶相的化合物，其在一定条件下,会随温度、磁场、电场、机械应力、气体浓度变化，而发生色彩的变化，可用于制作液晶温度计、气敏元件、电子元件、变色物质等，还可用于无损伤探伤、微波测量、治病诊断、定向反应等化学、化工、冶金、医学等领域。不仅如此，某些胆甾醇酯类化合物作为乳化剂等在食品、化妆品领域有重要应用。

胆固醇酯类化合物可由羧酸与醇直接酯化反应制得，但传统的酸催化方法酯化收率很低，因此近来国内外开发了各种新方法，如酰氯酯化法、酸酐酯化法、二环己基碳二亚胺（DCC）脱水酯化法等,以及最近的酶催化酯交换法。其中#虽然酰氯酯化法应用最多，但存在原料酰氯需要现制现用、副产物HCl去除麻烦、整体合成路线长等问题。

相比之下，DCC脱水缩合法合成胆甾醇酯类化合物，没有酸酐酯化法仅限于少量酸酐的局限，没有酯交换法需要制备其他低级醇酯的麻烦，而且其反应条件温和，产率通常比较高。但是，DCC脱水缩合法中常见的脱水促进剂，如4- 吡咯烷基吡啶、4- 二甲基吡啶（DMAP）、2,4,6-三甲基吡啶盐酸盐等，试剂的价格都比较昂贵。

目前，DCC脱水缩合法合成胆固醇丙酸酯和胆固醇苯甲酸酯鲜见国内外文献报道，因此本文采取DCC作酯化反应的脱水剂,分别用DMAP和N,N- 二甲基苯胺作除水促进剂研究胆固醇丙酸酯和胆固醇苯甲酸酯的合成，发现用廉价的N,N- 二甲基苯胺作除水促进剂也可以合成胆固醇丙酸酯，虽然其产率不及DMAP，但有利于降低胆固醇丙酸酯合成成本。

3、实验综述

【实验部分】 1、实验原理

2、仪器与试剂 (1)实验仪器

有机合成实验玻璃仪器一套(必须含蒸馏,抽滤设备)、磁力搅拌器、薄层检测用荧光仪、水泵、显微熔点仪

（2）实验试剂

胆固醇、丙酸、二环己基碳二亚胺、二氯甲烷、石油醚（30°~60°C）、乙醚、薄层检测用硅胶GF254、无水乙醇、HCl溶液（1mol/L）、NaOH（1mol/L）、蒸馏水、无水MgSO4

3、实验步骤

（1）DCC法合成胆固醇苯甲酸酯

① 加料 在干燥的带有磁力搅拌子、干燥管的圆底烧瓶中，加入胆固醇

（1.93g0.005mol）、脱水剂二环己基碳二亚胺（1.24g，0.0056mol）、苯甲酸（0.68g，0.0056mol）、4-二甲氨基吡啶（0.147g，0.0012mol）、溶剂二氯甲烷（90mL），在常温下搅拌，固体先溶解，后逐渐有白色沉淀生成。 ② 反应监测 搅拌下反应20-24h后，以30份石油醚和1份乙醚混合液为展开剂，薄层

检测反应终点（产物Rf为0.76-0.77）。 ③ 后处理 反应结束后抽滤，除去未反应完的二环己基碳二亚胺和生成的酰脲，用HCl

溶液（1mol/L）、NaOH（1mol/L）、蒸馏水（各50mL）分别洗涤滤液后，然后加入MgSO4干燥。 ④ 产品精制 蒸馏除去溶剂二氯甲烷后的黄色油状粗产品，加入无水乙醇重结晶三次

（每次10mL），抽滤，干燥，得到白色针状晶体。 ⑤ 产物鉴定 称量，计算产率，测定熔点等。

4．实验记录与数据处理 （1）反应物与产物的理化数据 物质名称 胆固醇 二环己基碳二亚胺 N,N-二甲基苯胺 二氯甲烷 胆固醇丙酸酯

（2）反应物的用量与规格 反应物 胆固醇 二环己基碳二亚胺 苯甲酸 4-二甲氨基吡啶

（3）实验现象 实验步骤(进行后处理) 1.加HCl溶液（1mol/L） 2.加NaOH溶液（1mol/L） 3.加入蒸馏水 实验现象 上层：清澈透明 下层：淡黄色的油状物 上层：白色的乳状物 下层：淡黄色的油状物（比1中的下层颜色要浅） 上层：清澈透明，少量白色油滴 中层：白色泡沫（薄层，约3mm） 反应式摩尔比 1 1 实际摩尔比 1 实际摩尔数 0.005 0.0056 0.0056 0.0012 实际称量/g 1.93 1.24 0.68 0.147 分子式 C27H46O C13H22N2 C8H11N CH2Cl2 C30H50O2 分子量 386.66 206.33 121.18 84．93 442 密度 1.06 1.325 0.9557 1.3255 熔点 147-150°C 33-35°C 2.5℃ -95℃ 102℃ 沸点 360°C 122-124°C 193℃ 39.75℃ 下层：淡黄色的油状物 4.加入MgSO4（蓝紫色晶体） 混合物变澄清、透明，显淡淡的黄色 （4）合成实验结果 测定项目 测定值 文献值 Rf值 0.5 0.76-0.77 熔点 135-140℃ 149-151℃ Rf = 0.4/ 0.8 = 0.5

理论产量：0.005mol × 490.78g/mol =2.45g 实际产量：1.07g

产率 = （实际产量/理论产量）× 100% = 1.07g / 2.45g × 100% =43.7%

三、结果与讨论

制得的产品是白色粉末状固体，产量为1.07g，产率是43.7%。反应后，以30份石油醚和1份乙醚混合液为展开剂，对粗产品进行薄层分析，得到的Rf值是0.5，比理论值小（理论值为0.76），分析得到可能的原因有两个，一是混合物中有其他物质增加了溶质的溶解度，使得溶质的移动距离减小，二是展开剂上升到薄层的顶端后才取出薄层板，尚未晾干就用红外光谱仪进行测定，导致观察到的溶剂的移动距离长了，这两原因都导致Rf值变小。另外，产率为43.7%，产率偏低，主要是由于产品精制的时候，需用无水乙醇重结晶3次，每次产品都有损耗。测定熔点时，观察到产品在135℃时开始熔化，在140℃时完全熔化，比文献值低，说明产品不纯，导致熔点降低。

四、结论

通过DCC法合成胆固醇苯甲酸酯，得到白色粉末状固体，产率43.7%，纯度不高。

五、参考文献

[1] 罗世华.液晶聚合物合成和应用.山东化工.2002年第31 卷

[2] 徐晓鹏.液晶材料的分类发展和国内应用情况.化工新型材料.2006 年11 月 [3] 张宝龙.液晶聚合物的合成及表征.2007

[4] 范星河.液晶聚合物设计、合成及应用.化学工业出版社.2005

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/be03.html