《Journal of Molecular Liquids》：Investigation of the phase transition behaviour and the intermolecular interaction of some hybrid systems obtained from a Schiff base-liquid crystals mixtures, DFT approach
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本研究采用UV-Vis、DSC和POM分析5CB和8CB液态晶体掺杂Schiff碱基分子的热光学性能，并运用DFT计算和分子静电势探究相互作用机制，发现掺杂后相变温度随浓度略微下降，POM显示典型纹理，计算验证了分子间作用及过渡态能量。
阿马尔·本达胡（Amal Bendahou）|祖利卡·库巴（Zoulikha Khouba）|塔耶布·本阿卜杜拉（Tayeb Benabdallah）
阿尔及利亚奥兰市穆罕默德·布迪亚夫科学技术大学（University of Science and Technology Mohamed Boudiaf）化学系，金属配合物化学与电化学实验室（LCECM），邮编31000
摘要
本研究探讨了两种氰基联苯型液晶（LCs），即5CB和8CB，在纯态及其掺杂Schiff碱分子（N,N′-双（水杨基氨基乙基）胺）后的物理化学性质。研究采用了紫外-可见光谱、差示扫描量热法（DSC）和偏振光学显微镜（POM）等技术。通过改变溶质浓度，测量了这些液晶体系从向列/各向同性相到向列-A相的转变温度。POM观察显示，向列相和向列-A相分别呈现出不同的纹理特征（Schlieren效应和焦锥结构）。尽管溶质浓度增加，这些体系的介观性质仅有轻微变化，但其液晶特性并未丧失。实验还发现转变温度略有下降。客体-主体体系的紫外-可见光谱数据表明，在向列相向各向同性相转变过程中存在波动区域，这反映了该转变过程的不连续性。所有体系的序参量S也得到了测定，结果显示在特定溶质浓度范围内液晶的取向有序性得以保持。为更直观地理解这些混合体系中的分子间相互作用，采用了密度泛函理论（DFT）进行计算分析，旨在评估溶质与液晶分子之间的相互作用，并预测反应物和产物的过渡态（TS）及其能量。分子静电势（MEP）被用来识别潜在的亲核和亲电活性位点。所有结果对于纯液晶和掺杂液晶均具有较好的一致性。
引言
自19世纪赖尼策尔（Reinitzer）发现液晶以来，液晶就被归类为介于液体和晶体固体之间的中间态。这种特性源于其特殊的分子结构和取向性质，通常包含能够引发这种物理现象的极化基团[1][2][3]。液晶优异的光学和介电各向异性以及其在光子学[4][5]、生物传感器[6][7][8]、癌症检测[9][10]等领域的广泛应用，吸引了众多研究人员和工业界的关注。基于客体-主体效应[11][12]，这类材料在显示技术和可视化领域得到了广泛应用。
通过合成新的液晶分子通常是一个漫长且成本高昂的过程[13][14][15]。然而，在液晶中添加低浓度的掺杂剂可以有效改善其物理性能，而且这一过程操作简便、所需研究较少。
已有大量研究涉及各种有机和无机掺杂剂，例如纳米管[16][17][18]、量子点[19][20]、聚合物和染料[21][22]等。
Zanoni和Heilmeier首次观察到掺杂分子的液晶中的客体-主体效应，而在纯液晶中这一效应并不存在[23]。通过大量实验和理论研究，发现客体分子与主体分子之间存在不同程度的相互作用，某些特定化学基团的贡献尤为重要[24][25][26]。这种效应被用于设计具有纯主体材料所不具备的理想性能的新材料[27][28][29]。选择客体分子时，需考虑其热稳定性和光稳定性以及光谱特性。此外，客体分子还需在主体中均匀分散，避免出现浑浊或沉淀现象，并且在体系从各向同性相转变为向列相或反之过程中保持相稳定性。在这种情况下，形成的液晶-掺杂剂体系应对外部电场或电光场等外界因素表现出类似新分子的响应。
本文研究了Schiff碱分子（SB）作为掺杂剂在各向同性和各向异性介质中的热性质和光谱特性（见图1）。该分子因其在紫外-可见光区域的吸收能力以及含有大量π电子的分子结构而符合上述要求。本研究旨在利用上述技术探讨掺杂剂对两种液晶（4-氰基-4'-正戊基联苯（5CB）和4-氰基-4'-正辛基联苯（8CB）介观行为的影响。研究结果与文献中关于纯液晶5CB和8CB的数据进行了对比。
为深入理解液晶与客体分子之间的相互作用机制，采用了基于密度泛函理论（DFT）的计算方法，包括通过优化结构数据解析分子间相互作用、预测过渡态（TS）能量以及反应物和产物的能量。
本研究中提出的分子静电势（MEP）有助于更好地理解电荷分布，并识别孤立分子及其相互作用体系中的关键相互作用位点。
产品与样品制备
Schiff碱（见图1）的合成与纯化过程遵循文献[30]中描述的通用方法。所使用的两种液晶（4-氰基-4'-正戊基联苯（5CB）和4-氰基-4'-正辛基联苯（8CB）购自德国Synthon Chemicals公司，无需进一步纯化即可直接使用。客体-主体体系的制备是通过向液晶中添加少量溶质实现的，溶质浓度范围为0.17...
1H和13C核磁共振（NMR）分析
Schiff碱的1H NMR谱图（见图S1）显示了不同质子的特征信号：
- –CH2–基团（靠近氨基NH和亚胺C=N结构）的质子在3.73和3.04 ppm处呈现三重峰；芳香质子的信号位于6.86–7.36 ppm的弱吸收区；
- 腺嘌呤亚胺（H–C=N）的质子在8.4 ppm处呈现单峰；
- 在13.3 ppm处的峰（大于12 ppm）对应于OH基团...
结论
本研究通过紫外-可见光谱、差示扫描量热法（DSC）和偏振光学显微镜（POM）分析了掺杂Schiff碱的5CB和8CB液晶。结果表明，掺杂体系的向列/各向同性相及向列-A相的转变温度比纯液晶略有降低，且这种变化与溶质浓度成正比。POM观测进一步揭示了8CB和/或5CB液晶的向列相和向列-A相的特征纹理...
作者贡献声明
阿马尔·本达胡（Amal Bendahou）：负责撰写初稿、数据可视化、软件应用、资源准备、实验设计、数据分析及概念构建；
祖利卡·库巴（Zoulikha Khouba）：负责文本修订与编辑、结果验证及方法学设计；
塔耶布·本阿卜杜拉（Tayeb Benabdallah）：负责结果验证及研究监督。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了阿尔及利亚高等教育部和科学研究部（MESRS）的支持。作者感谢法国里尔第一大学（University Lille 1 – Sciences and Technologies）的Ulrich Maschke博士在实验方面的支持。
