Corona poling of liquid crystalline polymers with nitroazobenzene side chains

The orientational behavior of liquid crystalline polymers with para-nitro azobenzene as side chains under electric field was studied by UV-visible spectroscopy. The results showed that lambda(max) of the poled polymer films was around 394nm, compared to that of the unpoled films, the absorption decreased due to poling. The orientational parameters increased linearly with the increase of the electric field. The temporal stability of the poled polymer film is good at room temperature. This kind of materials showed promise application as nonlinear optical component in photorefractive polymers.

Studies on carbosillane liquid crystalline dendrimer with S-c* phase

A liquid crystalline carbosilane dendrimer with Sc* phase has been synthesized in successive steps, resulting in the formation of defined, unimolecular compound. Twelve biphenyl mesogenic units were attached on its periphery and it has a three dimentional, treelike starburst structure. Its phase behavior was K95S(c)*103Ch118I. Compared.with its biphenyl mesogenic unit , 4-(2'-methylbutyl)-4'-(omega-hydroxyhexyl) azobenzene , which was melted at 128 degrees C and is not a liquid crystal, it is a good liquid crystal material with Sc* phase.

The synthesis of dendrimers bearing alkyl chains and their behavior at air-water interface

A new kind of amphiphilic polyether dendrimer bearing eight alkyl chains at the periphery were synthesized step by step using the convergent method. Their structures were confirmed by FT-IR spectra, H-1 NMR spectra and mass spectra etc. The pi-A isotherms, hysteresis and molecular area-time curves at air water interface were reported. These results showed that they could form stable monolayers at water surface.

Synthesis of a series of chiral copolymers with azo groups and investigations of reversible liquid crystalline alignment induced by the LB films of these materials

A series of liquid crystalline copolymers, poly{2-hydroxyethyl methacrylate}-co-{6-[4-(S-2-methyl-1-butyloxycarbonylphenylazo)phenoxy]hexyl methacrylate} with an azobenzene moiety as photoreactive mesogenic unit, was prepared and investigated by using DSC, polarized optical microscopy and X-ray diffraction. The results show that these polymers exhibit smectic phases. Z-type Langmuir-Blodgett films of these copolymers were successfully deposited onto calcium fluoride and quartz. Reversible homeotropic and planar liquid crystal alignments were induced by using the photochromism of the LB films of one of the copolymers containing 20.6 mol % of the azo unit.

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF POLYACRYLATES CONTAINING CHARGE-TRANSFER GROUPS

Polyacrylates containing para-nitro azobenzene have been synthesized by free radical polymerization. The influence of the length of the spacer of the homopolyacrylates (HPn, n=3,4,6), content of methyl acrylate in the copolyacrylates (CP6) with para-nitro azobenzene groups on the thermal properties, such as liquid crystallinity, Tg and Tm, was studied by DSC, WAXD and polarized optical microscopy. Among the polymers studied, only the homopolyacrylate (HP6)with six carbon atoms in the spacer exhibited a nematic phase. The second-harmonic generation (SHG) signal of the poled HP6 film was detected qualitatively by Maker-fringer method.

The comparative solvatochromism of arylazo and heteroarylazo compounds based on N,N-diethyl-m-acetylaminoaniline and N,N-diethyl-m-toluidine

Azobenzene dyes derived from various anilines and aminothiaheterocycles ate-coupled with commercially important N,N-diethyl-m-toluidine (T series) and iv,N-diethyl-m-acetylaminoaniline (A series) are positively solvatochromic. The visible spectra of 16 pairs of derivatives have been measured in up to 22 solvents, and the transition energies related to Kamlet-Taft solvent polarity parameters. In general, A-series dyes are more bathochromic than their T-series counterparts in nonpolar solvents, consistent with colour chemistry tradition, However, in more dipolar solvents the more bathochromic T-series representatives unexpectedly become more bathochromic than their A-series partners. The relative solvatochromic shifts of the A and T series are related to their respective dipole moments, These in turn are distinguished by the effect of the anilide carbonyl group dipole moment, which is antiparallel to, and thus reduces, the dipole moment of the chromogen.

Exciton-Plasmon States in Nanoscale Materials: Breakdown of the Tamm-Dancoff Approximation

Within the Tamm-Dancoff approximation, ab initio approaches describe excitons as packets of electron-hole pairs propagating only forward in time. However, we show that in nanoscale materials excitons and plasmons hybridize, creating exciton-plasmon states where the electron-hole pairs oscillate back and forth in time. Then, as exemplified by the trans-azobenzene molecule and the carbon nanotubes, the Tamm-Dancoff approximation yields errors larger than the accuracy claimed in ab initio calculations. Instead, we propose a general and efficient approach that avoids the Tamm-Dancoff approximation, correctly describes excitons, plasmons, and exciton-plasmon states, and provides a good agreement with experimental results.

Oligo switches: photoresponsive oligonucleotide conjugates by solid-supported click chemistry

Photoresponsive oligonucleotides (ONs) incorporating isoxazole-linked azobenzene (AB) moieties were prepared by resin-supported nitrile oxide-alkyne cycloaddition (NOAC) chemistry. The thermal and photochromic properties of the modified ONs were significantly influenced by the extent of pi-conjugation between the isoxazole and the AB modules.

Selective Hydrogenation of Halogenated Arenes using porous Manganese Oxide (OMS-2) and Platinum supported OMS-2 Catalysts

Porous manganese oxide (OMS-2) and platinum supported on OMS-2 catalysts have been shown to facilitate the hydrogenation of the nitro group on chloronitrobenzene to give chloroaniline with no dehalogenation. Complete conversion was obtained within 2 h at 25 [degree]C and, although the rate of reaction increased with increasing temperature up to 100 [degree]C, the selectivity to chloroaniline remained at 99.0%. Use of Pd/OMS-2 or Pt/Al2O3 resulted in significant dechlorination even at 25 [degree]C and 2 bar hydrogen pressure giving selectivity to chloroaniline of 34.5% and 77.8%, respectively, at complete conversion. This demonstrates the potential of using platinum group metal free catalysts for the selective hydrogenation of halogenated aromatics. Two pathways were observed for the analogous nitrobenzene hydrogenation depending on the catalyst used. The hydrogenation of nitrobenzene was found to follow a direct pathway to aniline and nitrosobenzene over Pd/OMS-2 in contrast to the OMS and Pt/OMS-2 catalysts which resulted in formation of nitrosobenzene, azoxybenzene and azobenzene/hydrazobenzene intermediates before complete conversion to aniline. These results indicate that for the Pt/OMS-2 the hydrogenation proceeds predominantly over the support with the metal acting to dissociate the hydrogen. In the case of the Pd/OMS-2 both the hydrogenation and the hydrogen adsorption occur on the metal sites.

Preparação e análise estrutural de complexos de samário

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica - Ramo de Bioprocessos

Study of liquid crystalline light responsive dye-polyelectrolyte complexes

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Electrospinning and characterization of supramolecular poly(4-vinyl pyridine)-small molecule complexes

La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Films minces de copolymères à blocs supramoléculaires et photosensibles

La technique de trempage («dip-coating») est un procédé rapide et efficace pour former des films minces de copolymères à blocs (CPB) d’épaisseur et de nano-morphologies variées. Très peu d’études ont toutefois porté sur le trempage des CPB supramoléculaires et/ou photosensibles. Le trempage du CPB poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) a premièrement été étudié avec des petites molécules (PM) d’acide 1-naphtoïque (NCOOH) et de 1-naphtol (NOH) capables de former des ponts hydrogène (ponts H) avec le bloc P4VP dans 4 solvants (tétrahydrofurane (THF), p-dioxane, toluène et chloroforme). Le ratio d’incorporation (RI) molaire PM/VP dans les films trempés augmente avec la vitesse de retrait mais sa variation dépend fortement du solvant et de la PM utilisés. Le RI et la morphologie des films minces dépendent de la possibilité (ou non) du solvant à former des ponts H avec la PM et de sa sélectivité au bloc de PS menant (ou non) à des micelles de P4VP/PM en solution dont la rigidité influence l’état cinétique du système en film mince. La dépendance en une courbe en V de l’épaisseur des films en fonction la vitesse de retrait définit deux régimes, nommés régimes capillaire et de drainage. Ces régimes influencent différemment le RI et la morphologie finale. Nous nous sommes ensuite intéressés aux complexes de PS-P4VP avec des azobenzènes (AB) photosensibles, le 4-hydroxy-4’-butyl-azobenzène (BHAB) et le 4-hydroxy-4’-cyano-azobenzène (CHAB). Ces AB peuvent non seulement former des ponts H avec le bloc P4VP mais aussi s'isomériser entre les formes trans et cis sous illumination. Les expériences avec PS-P4VP/BHAB dans le THF et le toluène ont révélé que l'irradiation pendant le trempage permet de provoquer une transition entre les morphologies sphérique et cylindrique à basses vitesses de retrait. Ces transitions sont expliquées par l’augmentation du ratio molaire BHAB/VP pris dans les films sous illumination et par le plus grand volume des isomères BHAB-cis par rapport aux BHAB-trans. L'irradiation permet également de moduler l'épaisseur des films sans égard à la présence des AB. Finalement, des solutions de PS-P4VP/CHAB et PS-P4VP/BHAB dans le THF avec un CPB de masse molaire plus élevée ont été étudiées afin de comprendre l’effet d'un temps de demi-vie plus court de l’AB et de la présence de micelles en solution. Le photocontrôle morphologique perd de son efficacité avec le CHAB car l’augmentation du RI de CHAB dans les films illuminés par rapport aux films non irradiés est moins prononcée que pour les complexes de BHAB. Le choix du PS-P4VP est également important puisque la présence de micelles dans les solutions de THF du PS-P4VP(36,5k-16k), même si elle n’influence pas les RI BHAB/VP, fige davantage la morphologie sphérique en solution par rapport à une solution non-micellaire de PS-P4VP(24k-9,5k), limitant les possibilités de transition morphologique.

Synthesis and reactions of flavazoles

The study deals with the production of l-phenylflavazoles with chloro, amino, hydroxy, chloromethyl, carboxamido, trichloromethyl, N-pyrrolidyl and N-pyrrolidylmethyl groups substituted at position 3. The interconversions of 3-amino, 3-hydroxy and 3-chlorol- phenylflavazoles were also investigated. Further, an unusual phenylation reaction was found to take place if stored or air-oxidised phenylhydrazine was used as the condensing agent for the formation of flavazoles from quinoxaline-2-carboxaldehyde phenylhydrazones. By this phenylation reaction 1,3-diphenyl, l-p-tolyl-3-phenyl, l-p-chlorophenyl-3-phenyl, l-p-bromophenyl- 3-phenyl and l-phenyl-3-p-tolylflavazoles were prepared. In addition to establishing the structure of the phenylation products, the reaction was shown to take place by a free radical mechanism involving phenyl radicals formed from oxidised phenylhydrazine. Also the oxidation, reduction and bromination reactions of l-phenylflavazole were investigated. The product obtained when a mixture of l-phenylflavazole and sodium borohydride in isopropanol was heated under reflux was shown to be 2-anilinoquinoxaline-3-carboxamide which when refluxed with concentrated hydrochloric acid gave the known 2-anilinoquinoxaline. New procedures were worked out for the oxidative cyclisation reactions of quinoxaline-2carboxaldehyde phenylhydrazones to l-phenylflavazoles in excellent yields using azobenzene as a dehydrogenating agent. These cyclisations were also shown to take place, though in low Yield, if the quinoxaline2- carboxaldehyde phenylhydrazones were heated above their melting points in an atmosphere containing oxygen.