Bükülmüş-çekirdekli mesogenlerin yapı ve sıvı kristal özelliklerinin kuantum mekaniksel yöntemlerle incelenmesi

Abstract

Sıvı kristaller, özellikleri kristal bir katı ile izotropik bir sıvı arasında olan maddenin bir agregat halini oluştururlar. Sıvı kristaller bir sıvı gibi akabilmekte, fakat anizotropik oluşları nedeniyle katılar gibi yerel/yönelimsel düzen oluşturabilmektedirler. Bu ender özellikler minimum enerjiyle dışarıdan gelen uyarıcılara karşılık verebilen üstün mekanik ve manyetik özelliklere sahip maddelerin ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, sıvı kristaller gösterge cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Son yıllarda, ferroelektriklik, antiferroelektriklik, akiral moleküllerden kiral mezofaz oluşturabilme gibi üstün özellikleri nedeniyle bükülmüş-çekirdekli sıvı kristaller sıvı kristal alanında yeni bir madde grubu oluşturmuşlardır. Bu moleküllerin karakteristik özelliği simektik tabakalar halinde dizilmelerini sağlayan bükülmüş şekilleridir. Bükülmüş-çekirdekli LC moleküllerinin sıvı kristal özellikleri molekül yapılarına ve moleküllerarası kuvvetlere bağlıdır. Yeni sentezlenen bükülmüş-çekirdekli sıvı kristal moleküllerinin çoğu yapısal olarak birbirlerine çok benzemekle birlikte her molekülün özelliklerini belirleyen yapı taşı grupların dizilişi farklıdır. Ancak, bükülmüş-çekirdekli mezogen moleküllerinin özellik ve davranışlarına ilişkin eldeki deneysel bilgi son derece kısıtlıdır. Bu nedenle, bükülmüş-çekirdekli LC moleküllerinin özelliklerini belirleyebilmek ve bu özellikleri moleküler yapıya dayanarak açıklayabilmek için teorik hesaplamalara büyük ölçüde ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, substitüent etkisinin, alkoksi zincir uzunluğunun ve dallanmasının etkilerini belirlemek amacıyla substitüentleri farklı ve alkoksi zincir uzunlukları 1 den 8 karbon atomuna kadar değişen 8 ayrı 1,3-fenilen bis [4-4-(metoksi) benziloksi] benzoat tipi molekül serisinin yapıları teorik olarak incelenmiştir. Her molekülün en dayanıklı konformeri moleküler mekanik MMFF hesapları ile konformasyon analizi yapılarak bulunmuştur. En dayanıklı konformerlerin geometri optimizasyonları önce yarı-ampirik PM3, daha sonra da Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi DFT ile yapılmıştır. DFT hesaplamaları hibrit B3LYP fonksiyoneli ve 6-31G(d) temel setinin kullanımı ile gerçekleştirilmiştir. Her molekülün optimum geometrik parametreleri, termodinamik ve elektronik özellikleri hesaplanmıştır. Kuantum mekaniksel hesaplama sonuçlarına dayanılarak substitüentlerin, çekirdek uzunluğunun, moleküler uzunluğun ve dipol momentin karakteristik bükülme açısına etkileri belirlenmiştir.