Este trabalho mostra a síntese de diversos compostos heterocíclicos aromáticos com o intuito de obter uma classe de precursores avançados para a síntese de moléculas com um sistema π-conjugado extenso na forma de fita molecular. Devido ao seu formato e à deslocalização dos elétrons, esta fita molecular deve apresentar as características desejadas de semicondutividade e comportamento mesogênico. Para chegarmos nestas moléculas foram utilizadas diferentes metodologias, como a adição nucleofílica aos aldeídos 2a-h, gerando as aldoximas 3a-h. Uma das etapas mais importantes da rota sintética é a cicloadição [3+2] 1,3-dipolar entre as aldoximas sintetizadas e diferentes alcenos, gerando as isoxazolinas 5a-p. A oxidação das isoxazolinas com MnO2 forma os derivados isoxazóis 6a-p. A insaturação cria uma “ponte” entre os anéis benzênicos, o que possibilita o trânsito dos elétrons π por toda a extensão do sistema conjugado da molécula. A alguns destes isoxazóis são acoplados grupos etinila, por meio de reação de Sonogashira; estes alcinos terminais sintetizados são os precursores avançados para a síntese de moléculas conjugadas em forma de fita. Todos os compostos sintetizados foram isolados e caracterizados por técnicas espectroscópicas. Nenhuma das isoxazolinas 5a-p apresentou mesofase, contudo os isoxazóis 6a-f apresentaram comportamento líquido-cristalino: mesofase esmectica A e cristal E para 6a, 6b, 6e e 6f; mesofase nemática e esméctica A para 6c, e mesofase nemática para o 6d. Dos alcinos terminais sintetizados, 9b (R = n-octila) apresentou duas seqüência de mesofases – SmA → Nemática; para o 9f (R = n-decila) foram observadas três seqüência de mesofases – Cristal E → SmA → Nemática. O alcino 9i não apresentou comportamento líquido cristalino. / This work shows the synthesis of several heterocyclic aromatic compounds in order to obtain a class of advanced precursors for the synthesis of wide π-conjugated system in the form of molecular ribbon. Due to its shape and delocalization of electrons, the molecular ribbon must have the desired semiconducting and mesogenic behavior. To reach these molecules we have used different methodologies, such as nucleophilic addition to aldehydes 2a-h, giving the aldoximes 3a-h. One of the most important stages of the synthetic route is the cycloaddition [3 +2] 1,3-dipolar between nitrile oxide synthesized in situ from aldoximes and different alkenes, leading to isoxazolines 5a-p. Oxidation with MnO2 of isoxazolines produces derivatives isoxazoles 6a-p. The unsaturation creates a bridge between the benzenic rings, allowing the transit of π- electrons throughout the length of the conjugated system of the molecule. A few of these isoxazoles are engaged ethinyl groups through a Sonogashira reaction, these terminal alkynes are summarized advanced precursors for the synthesis of conjugated ribbon-like molecules. All compounds were isolated and characterized by spectroscopic techniques. None of the isoxazolines 5a-p showed mesophase, however the isoxazoles 6a-f showed liquid-crystalline behavior. The isoxazoles 6a, 6b, 6e and 6f showed mesophase smectic A (SmA) and crystal E; nematic (N) and smectic A phase to 6c and only nematic phase to 6d. Among all terminal alkynes synthesized, 9b (R = n-octyl) displays SmA → N transition; 9f (R = n-decyl) shows Crystal E → SmA → N. 9i (R = methyl) didn’t show liquid-crystalline behavior.

Este trabalho mostra a síntese de diversos compostos heterocíclicos aromáticos com o intuito de obter uma classe de precursores avançados para a síntese de moléculas com um sistema π-conjugado extenso na forma de fita molecular. Devido ao seu formato e à deslocalização dos elétrons, esta fita molecular deve apresentar as características desejadas de semicondutividade e comportamento mesogênico. Para chegarmos nestas moléculas foram utilizadas diferentes metodologias, como a adição nucleofílica aos aldeídos 2a-h, gerando as aldoximas 3a-h. Uma das etapas mais importantes da rota sintética é a cicloadição [3+2] 1,3-dipolar entre as aldoximas sintetizadas e diferentes alcenos, gerando as isoxazolinas 5a-p. A oxidação das isoxazolinas com MnO2 forma os derivados isoxazóis 6a-p. A insaturação cria uma “ponte” entre os anéis benzênicos, o que possibilita o trânsito dos elétrons π por toda a extensão do sistema conjugado da molécula. A alguns destes isoxazóis são acoplados grupos etinila, por meio de reação de Sonogashira; estes alcinos terminais sintetizados são os precursores avançados para a síntese de moléculas conjugadas em forma de fita. Todos os compostos sintetizados foram isolados e caracterizados por técnicas espectroscópicas. Nenhuma das isoxazolinas 5a-p apresentou mesofase, contudo os isoxazóis 6a-f apresentaram comportamento líquido-cristalino: mesofase esmectica A e cristal E para 6a, 6b, 6e e 6f; mesofase nemática e esméctica A para 6c, e mesofase nemática para o 6d. Dos alcinos terminais sintetizados, 9b (R = n-octila) apresentou duas seqüência de mesofases – SmA → Nemática; para o 9f (R = n-decila) foram observadas três seqüência de mesofases – Cristal E → SmA → Nemática. O alcino 9i não apresentou comportamento líquido cristalino. / This work shows the synthesis of several heterocyclic aromatic compounds in order to obtain a class of advanced precursors for the synthesis of wide π-conjugated system in the form of molecular ribbon. Due to its shape and delocalization of electrons, the molecular ribbon must have the desired semiconducting and mesogenic behavior. To reach these molecules we have used different methodologies, such as nucleophilic addition to aldehydes 2a-h, giving the aldoximes 3a-h. One of the most important stages of the synthetic route is the cycloaddition [3 +2] 1,3-dipolar between nitrile oxide synthesized in situ from aldoximes and different alkenes, leading to isoxazolines 5a-p. Oxidation with MnO2 of isoxazolines produces derivatives isoxazoles 6a-p. The unsaturation creates a bridge between the benzenic rings, allowing the transit of π- electrons throughout the length of the conjugated system of the molecule. A few of these isoxazoles are engaged ethinyl groups through a Sonogashira reaction, these terminal alkynes are summarized advanced precursors for the synthesis of conjugated ribbon-like molecules. All compounds were isolated and characterized by spectroscopic techniques. None of the isoxazolines 5a-p showed mesophase, however the isoxazoles 6a-f showed liquid-crystalline behavior. The isoxazoles 6a, 6b, 6e and 6f showed mesophase smectic A (SmA) and crystal E; nematic (N) and smectic A phase to 6c and only nematic phase to 6d. Among all terminal alkynes synthesized, 9b (R = n-octyl) displays SmA → N transition; 9f (R = n-decyl) shows Crystal E → SmA → N. 9i (R = methyl) didn’t show liquid-crystalline behavior.

Este trabalho mostra a síntese de diversos compostos heterocíclicos aromáticos com o intuito de obter uma classe de precursores avançados para a síntese de moléculas com um sistema π-conjugado extenso na forma de fita molecular. Devido ao seu formato e à deslocalização dos elétrons, esta fita molecular deve apresentar as características desejadas de semicondutividade e comportamento mesogênico. Para chegarmos nestas moléculas foram utilizadas diferentes metodologias, como a adição nucleofílica aos aldeídos 2a-h, gerando as aldoximas 3a-h. Uma das etapas mais importantes da rota sintética é a cicloadição [3+2] 1,3-dipolar entre as aldoximas sintetizadas e diferentes alcenos, gerando as isoxazolinas 5a-p. A oxidação das isoxazolinas com MnO2 forma os derivados isoxazóis 6a-p. A insaturação cria uma “ponte” entre os anéis benzênicos, o que possibilita o trânsito dos elétrons π por toda a extensão do sistema conjugado da molécula. A alguns destes isoxazóis são acoplados grupos etinila, por meio de reação de Sonogashira; estes alcinos terminais sintetizados são os precursores avançados para a síntese de moléculas conjugadas em forma de fita. Todos os compostos sintetizados foram isolados e caracterizados por técnicas espectroscópicas. Nenhuma das isoxazolinas 5a-p apresentou mesofase, contudo os isoxazóis 6a-f apresentaram comportamento líquido-cristalino: mesofase esmectica A e cristal E para 6a, 6b, 6e e 6f; mesofase nemática e esméctica A para 6c, e mesofase nemática para o 6d. Dos alcinos terminais sintetizados, 9b (R = n-octila) apresentou duas seqüência de mesofases – SmA → Nemática; para o 9f (R = n-decila) foram observadas três seqüência de mesofases – Cristal E → SmA → Nemática. O alcino 9i não apresentou comportamento líquido cristalino. / This work shows the synthesis of several heterocyclic aromatic compounds in order to obtain a class of advanced precursors for the synthesis of wide π-conjugated system in the form of molecular ribbon. Due to its shape and delocalization of electrons, the molecular ribbon must have the desired semiconducting and mesogenic behavior. To reach these molecules we have used different methodologies, such as nucleophilic addition to aldehydes 2a-h, giving the aldoximes 3a-h. One of the most important stages of the synthetic route is the cycloaddition [3 +2] 1,3-dipolar between nitrile oxide synthesized in situ from aldoximes and different alkenes, leading to isoxazolines 5a-p. Oxidation with MnO2 of isoxazolines produces derivatives isoxazoles 6a-p. The unsaturation creates a bridge between the benzenic rings, allowing the transit of π- electrons throughout the length of the conjugated system of the molecule. A few of these isoxazoles are engaged ethinyl groups through a Sonogashira reaction, these terminal alkynes are summarized advanced precursors for the synthesis of conjugated ribbon-like molecules. All compounds were isolated and characterized by spectroscopic techniques. None of the isoxazolines 5a-p showed mesophase, however the isoxazoles 6a-f showed liquid-crystalline behavior. The isoxazoles 6a, 6b, 6e and 6f showed mesophase smectic A (SmA) and crystal E; nematic (N) and smectic A phase to 6c and only nematic phase to 6d. Among all terminal alkynes synthesized, 9b (R = n-octyl) displays SmA → N transition; 9f (R = n-decyl) shows Crystal E → SmA → N. 9i (R = methyl) didn’t show liquid-crystalline behavior.

Este trabalho descreve a síntese e caracterização de novos compostos anfifílicos derivados do 3,5-difenilisoxazol. A série n-IL-mX foi planejada levando em consideração o tamanho da cauda apolar (n = número de carbonos da cadeia alquílica, 8’ = 2-etilhexila), o grupo rígido (IL = 3,5-difenilisoxazol), o tamanho do espaçador (m = número de carbonos da cadeia alquílica) e a cabeça polar (X = Br; Ox-dioxolano, DiOH-diol, N-sal quaternário de amônio, OH- Álcool). Foram empregadas metodologias clássicas de síntese na preparação dos compostos finais, sendo a reação de ciclo-adição [3+2] 1,3-dipolar a etapa chave da rota sintética. A caracterização dos compostos sintetizados foi realizada por análises de 1D-RMN de ¹H, ¹³C e 2D-RMN COSY, HMQC, além da espectroscopia de infravermelho (IR). Posteriormente o comportamento térmico dos novos materiais foi investigado por análise de MOLP e DSC. Todos os compostos da série n-IL-mX apresentaram comportamento mesomórfico. Esse comportamento mostrou-se bastante dependente do grupo polar X na porção terminal dos compostos. A presença do átomo de bromo (10-IL-10Br) levou a formação da mesofase SmA, enquanto que grupos derivados do dioxolano (8-IL-10Ox) e diol (8-IL-10DiOH) levaram a formação de mesofases inclinadas (SmC) com faixa de existência de até 34,6 ºC. A presença de hidroxilas no composto 8-IL-10DiOH levou a uma forte tendência de alinhamento homeotrópico da mesofase SmA. A presença do brometo de tetra-alquilamônio (10-IL-10N) levou a formação de mesofases SmA, SmX, CrX. O sal de amônio apresentou pouca resistência térmica, degradando ao passar para o estado líquido quando aquecido. A presença de uma cauda apolar ramificada levou a uma diminuição nas temperaturas de transição do composto 8’-IL-11OH. / This work describes the synthesis and characterization of new amphiphilic compounds derived from 3,5-diphenylisoxazole. The n-IL-mX series was planned considering the size of the hydrocarbon tail (n = number of carbons of the alkyl chain, 8' = 2-ethylhexyl), the rigid group (IL = 3.5-diphenylisoxazole), the length of the spacer group (m = number of carbons of the alkyl chain), the polar head (X = Br; Ox-dioxolane, DiOH-diol, N-quaternary ammonium salt, OH-alcohol). Classical synthetic methodologies were employed in the preparation of the target compounds, and the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition was the key step of the synthetic route. The synthesized compounds were characterized by ¹H and ¹³C NMR, COSY, and HMQC 2D-NMR, IR spectroscopy. Subsequently, the thermal and liquid crystalline properties were investigated by POM and DSC. All compounds in the series n-IL-mX displayed mesomorphic behavior. This behavior was strongly dependent of the polar group X in the terminal portion of the compounds. The Bromine atom (10-IL-10Br) led to formation of SmA mesofase. While groups derived from dioxolane (8-IL-10Ox) and diol (8-IL-10DiOH) led to the formation of the tilted mesophases (SmC) with existence range up to 34.6 ºC. The hydroxyl groups in the 8-IL-10DiOH led to a strong tendency to homeotropic alignment in the SmA mosophase. The tetraalkylammonium bromide group (10-IL-10N) led to formation of SmA, SmX, CrX mesophaases. However, the ammonium salt displayed low thermal stability, degrading in the liquid phase. The presence of a branched apolar tail decreased the temperatures transitions to the 8’-IL-11OH compound.

No mundo dos heterociclos de 5 membros, o isoxazol recebe atenção devido à sua ampla empregabilidade em produtos biológicos, farmacêuticos e tecnológicos. Além das suas propriedades medicinais bastante conhecidas, isoxazóis são intermediários interessantes em síntese orgânica, e desempenham um papel importante na síntese de novos materiais líquido-cristalinos. A combinação de diferentes características interessantes estimulou o estudo da influência do flúor nas propriedades dos compostos orgânicos. Os atributos importantes desse substituinte asseguram que modificações significativas são frequentemente encontradas em relação ao ponto de fusão, morfologia da mesofase e temperaturas de transição. O presente trabalho descreve a síntese e caracterização de uma nova coleção de cristais líquidos baseados em isoxazóis fluorados. Metodologias sintéticas clássicas foram empregadas na preparação destes compostos, e a cicloadição [3+2] 1,3-dipolar foi a etapa chave da rota sintética. A estrutura e a pureza dos compostos sintetizados foram confirmadas por RMN de 1H, 13C e 19F. Posteriormente, as propriedades térmicas e líquido-cristalinas foram investigadas por MOLP, DSC e TGA. Em paralelo, as propriedades fotofísicas de alguns compostos foram estudadas, em solução, através de espectroscopia de absorção de UV-vis. Além disso, foi realizado um estudo computacional sobre os perfis de torção angular para a construção de curvas de energia potencial dos compostos finais 17a-d. Apesar da existência dos carbonos sp3 nas isoxazolinas, comportamento mesomórfico foi encontrado em três delas, 16l e 16m apresentaram mesofase SmA e a 16n apresentou mesofase colunar. Os isoxazóis 17k-n revelaram a existência de propriedades líquido-cristalinas, exibindo mesofases enantiotrópicas, SmC (17k), a sequência SmC→SmA (17l e 17m) e Colhex para o isoxazol tipo Janus (17n). As isoxazolinas 16k e 16l e os isoxazóis 17k, 17l e 17n foram submetidos a análises de TGA e apresentaram boa estabilidade térmica. Este trabalho contribui para uma melhor compreensão da relação entre estrutura e propriedades em moléculas como os isoxazóis 3,5-dissubstituídos contendo ou não átomos de flúor e facilita a concepção de compostos novos e mais complexos. / In the world of 5-membered heterocycles, the isoxazole gets some attention due to its wide employability in biological, pharmaceutical and technological products. Beyond their well-known medicinal properties, isoxazoles are interesting intermediates in organic synthesis, and play an important role in the synthesis of novel liquid crystalline materials. The combination of different interesting characteristics has stimulated the study of fluorine influence on the organic compounds properties. The important attributes of the fluoro substituent ensures that significant modifications are frequently encountered in respect of melting point, mesophase morphology and transition temperatures. The present work describes the synthesis and characterization of a new collection of liquid crystals based on fluorinated isoxazoles. Classical synthetic methodologies were employed in the preparation of these compounds, and the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition was the key step of the synthetic route. The synthesized compounds had their structure and purity confirmed by 1H, 13C and 19F NMR. Subsequently, the thermal and liquid crystalline properties were investigated by POM, DSC and TGA. In parallel, the photophysical properties of some compounds were studied in solution by UV-vis absorption spectroscopy. Additionally, a computational study on torsional profiles to construct potential energy curves of the final compounds 17a-d has been done. The results obtained evidence that despite the existence of sp3 carbons in isoxazolines, mesomorphic behavior was found in three of them, 16l and 16m showed SmA mesophase and 16n showed columnar mesophase. The 17k-n isoxazoles revealed the existence of liquid crystalline properties, exhibiting enantiotropic mesophases, SmC (17k), the sequence SmC→SmA (17l and 17m) and Colhex for the isoxazole Janus type (17n). The 16k and 16l isoxazolines and the 17k, 17l, and 17n isoxazoles were subjected to TGA analysis and showed good thermal stability. This work contributes to a better understanding of the structure-property relationship in molecules such as 3,5-disubstituted isoxazoles containing or not fluorine atoms and facilitates the design of new and more complex compounds.

No mundo dos heterociclos de 5 membros, o isoxazol recebe atenção devido à sua ampla empregabilidade em produtos biológicos, farmacêuticos e tecnológicos. Além das suas propriedades medicinais bastante conhecidas, isoxazóis são intermediários interessantes em síntese orgânica, e desempenham um papel importante na síntese de novos materiais líquido-cristalinos. A combinação de diferentes características interessantes estimulou o estudo da influência do flúor nas propriedades dos compostos orgânicos. Os atributos importantes desse substituinte asseguram que modificações significativas são frequentemente encontradas em relação ao ponto de fusão, morfologia da mesofase e temperaturas de transição. O presente trabalho descreve a síntese e caracterização de uma nova coleção de cristais líquidos baseados em isoxazóis fluorados. Metodologias sintéticas clássicas foram empregadas na preparação destes compostos, e a cicloadição [3+2] 1,3-dipolar foi a etapa chave da rota sintética. A estrutura e a pureza dos compostos sintetizados foram confirmadas por RMN de 1H, 13C e 19F. Posteriormente, as propriedades térmicas e líquido-cristalinas foram investigadas por MOLP, DSC e TGA. Em paralelo, as propriedades fotofísicas de alguns compostos foram estudadas, em solução, através de espectroscopia de absorção de UV-vis. Além disso, foi realizado um estudo computacional sobre os perfis de torção angular para a construção de curvas de energia potencial dos compostos finais 17a-d. Apesar da existência dos carbonos sp3 nas isoxazolinas, comportamento mesomórfico foi encontrado em três delas, 16l e 16m apresentaram mesofase SmA e a 16n apresentou mesofase colunar. Os isoxazóis 17k-n revelaram a existência de propriedades líquido-cristalinas, exibindo mesofases enantiotrópicas, SmC (17k), a sequência SmC→SmA (17l e 17m) e Colhex para o isoxazol tipo Janus (17n). As isoxazolinas 16k e 16l e os isoxazóis 17k, 17l e 17n foram submetidos a análises de TGA e apresentaram boa estabilidade térmica. Este trabalho contribui para uma melhor compreensão da relação entre estrutura e propriedades em moléculas como os isoxazóis 3,5-dissubstituídos contendo ou não átomos de flúor e facilita a concepção de compostos novos e mais complexos. / In the world of 5-membered heterocycles, the isoxazole gets some attention due to its wide employability in biological, pharmaceutical and technological products. Beyond their well-known medicinal properties, isoxazoles are interesting intermediates in organic synthesis, and play an important role in the synthesis of novel liquid crystalline materials. The combination of different interesting characteristics has stimulated the study of fluorine influence on the organic compounds properties. The important attributes of the fluoro substituent ensures that significant modifications are frequently encountered in respect of melting point, mesophase morphology and transition temperatures. The present work describes the synthesis and characterization of a new collection of liquid crystals based on fluorinated isoxazoles. Classical synthetic methodologies were employed in the preparation of these compounds, and the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition was the key step of the synthetic route. The synthesized compounds had their structure and purity confirmed by 1H, 13C and 19F NMR. Subsequently, the thermal and liquid crystalline properties were investigated by POM, DSC and TGA. In parallel, the photophysical properties of some compounds were studied in solution by UV-vis absorption spectroscopy. Additionally, a computational study on torsional profiles to construct potential energy curves of the final compounds 17a-d has been done. The results obtained evidence that despite the existence of sp3 carbons in isoxazolines, mesomorphic behavior was found in three of them, 16l and 16m showed SmA mesophase and 16n showed columnar mesophase. The 17k-n isoxazoles revealed the existence of liquid crystalline properties, exhibiting enantiotropic mesophases, SmC (17k), the sequence SmC→SmA (17l and 17m) and Colhex for the isoxazole Janus type (17n). The 16k and 16l isoxazolines and the 17k, 17l, and 17n isoxazoles were subjected to TGA analysis and showed good thermal stability. This work contributes to a better understanding of the structure-property relationship in molecules such as 3,5-disubstituted isoxazoles containing or not fluorine atoms and facilitates the design of new and more complex compounds.

Este trabalho descreve a síntese e caracterização de novos compostos anfifílicos derivados do 3,5-difenilisoxazol. A série n-IL-mX foi planejada levando em consideração o tamanho da cauda apolar (n = número de carbonos da cadeia alquílica, 8’ = 2-etilhexila), o grupo rígido (IL = 3,5-difenilisoxazol), o tamanho do espaçador (m = número de carbonos da cadeia alquílica) e a cabeça polar (X = Br; Ox-dioxolano, DiOH-diol, N-sal quaternário de amônio, OH- Álcool). Foram empregadas metodologias clássicas de síntese na preparação dos compostos finais, sendo a reação de ciclo-adição [3+2] 1,3-dipolar a etapa chave da rota sintética. A caracterização dos compostos sintetizados foi realizada por análises de 1D-RMN de ¹H, ¹³C e 2D-RMN COSY, HMQC, além da espectroscopia de infravermelho (IR). Posteriormente o comportamento térmico dos novos materiais foi investigado por análise de MOLP e DSC. Todos os compostos da série n-IL-mX apresentaram comportamento mesomórfico. Esse comportamento mostrou-se bastante dependente do grupo polar X na porção terminal dos compostos. A presença do átomo de bromo (10-IL-10Br) levou a formação da mesofase SmA, enquanto que grupos derivados do dioxolano (8-IL-10Ox) e diol (8-IL-10DiOH) levaram a formação de mesofases inclinadas (SmC) com faixa de existência de até 34,6 ºC. A presença de hidroxilas no composto 8-IL-10DiOH levou a uma forte tendência de alinhamento homeotrópico da mesofase SmA. A presença do brometo de tetra-alquilamônio (10-IL-10N) levou a formação de mesofases SmA, SmX, CrX. O sal de amônio apresentou pouca resistência térmica, degradando ao passar para o estado líquido quando aquecido. A presença de uma cauda apolar ramificada levou a uma diminuição nas temperaturas de transição do composto 8’-IL-11OH. / This work describes the synthesis and characterization of new amphiphilic compounds derived from 3,5-diphenylisoxazole. The n-IL-mX series was planned considering the size of the hydrocarbon tail (n = number of carbons of the alkyl chain, 8' = 2-ethylhexyl), the rigid group (IL = 3.5-diphenylisoxazole), the length of the spacer group (m = number of carbons of the alkyl chain), the polar head (X = Br; Ox-dioxolane, DiOH-diol, N-quaternary ammonium salt, OH-alcohol). Classical synthetic methodologies were employed in the preparation of the target compounds, and the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition was the key step of the synthetic route. The synthesized compounds were characterized by ¹H and ¹³C NMR, COSY, and HMQC 2D-NMR, IR spectroscopy. Subsequently, the thermal and liquid crystalline properties were investigated by POM and DSC. All compounds in the series n-IL-mX displayed mesomorphic behavior. This behavior was strongly dependent of the polar group X in the terminal portion of the compounds. The Bromine atom (10-IL-10Br) led to formation of SmA mesofase. While groups derived from dioxolane (8-IL-10Ox) and diol (8-IL-10DiOH) led to the formation of the tilted mesophases (SmC) with existence range up to 34.6 ºC. The hydroxyl groups in the 8-IL-10DiOH led to a strong tendency to homeotropic alignment in the SmA mosophase. The tetraalkylammonium bromide group (10-IL-10N) led to formation of SmA, SmX, CrX mesophaases. However, the ammonium salt displayed low thermal stability, degrading in the liquid phase. The presence of a branched apolar tail decreased the temperatures transitions to the 8’-IL-11OH compound.

No mundo dos heterociclos de 5 membros, o isoxazol recebe atenção devido à sua ampla empregabilidade em produtos biológicos, farmacêuticos e tecnológicos. Além das suas propriedades medicinais bastante conhecidas, isoxazóis são intermediários interessantes em síntese orgânica, e desempenham um papel importante na síntese de novos materiais líquido-cristalinos. A combinação de diferentes características interessantes estimulou o estudo da influência do flúor nas propriedades dos compostos orgânicos. Os atributos importantes desse substituinte asseguram que modificações significativas são frequentemente encontradas em relação ao ponto de fusão, morfologia da mesofase e temperaturas de transição. O presente trabalho descreve a síntese e caracterização de uma nova coleção de cristais líquidos baseados em isoxazóis fluorados. Metodologias sintéticas clássicas foram empregadas na preparação destes compostos, e a cicloadição [3+2] 1,3-dipolar foi a etapa chave da rota sintética. A estrutura e a pureza dos compostos sintetizados foram confirmadas por RMN de 1H, 13C e 19F. Posteriormente, as propriedades térmicas e líquido-cristalinas foram investigadas por MOLP, DSC e TGA. Em paralelo, as propriedades fotofísicas de alguns compostos foram estudadas, em solução, através de espectroscopia de absorção de UV-vis. Além disso, foi realizado um estudo computacional sobre os perfis de torção angular para a construção de curvas de energia potencial dos compostos finais 17a-d. Apesar da existência dos carbonos sp3 nas isoxazolinas, comportamento mesomórfico foi encontrado em três delas, 16l e 16m apresentaram mesofase SmA e a 16n apresentou mesofase colunar. Os isoxazóis 17k-n revelaram a existência de propriedades líquido-cristalinas, exibindo mesofases enantiotrópicas, SmC (17k), a sequência SmC→SmA (17l e 17m) e Colhex para o isoxazol tipo Janus (17n). As isoxazolinas 16k e 16l e os isoxazóis 17k, 17l e 17n foram submetidos a análises de TGA e apresentaram boa estabilidade térmica. Este trabalho contribui para uma melhor compreensão da relação entre estrutura e propriedades em moléculas como os isoxazóis 3,5-dissubstituídos contendo ou não átomos de flúor e facilita a concepção de compostos novos e mais complexos. / In the world of 5-membered heterocycles, the isoxazole gets some attention due to its wide employability in biological, pharmaceutical and technological products. Beyond their well-known medicinal properties, isoxazoles are interesting intermediates in organic synthesis, and play an important role in the synthesis of novel liquid crystalline materials. The combination of different interesting characteristics has stimulated the study of fluorine influence on the organic compounds properties. The important attributes of the fluoro substituent ensures that significant modifications are frequently encountered in respect of melting point, mesophase morphology and transition temperatures. The present work describes the synthesis and characterization of a new collection of liquid crystals based on fluorinated isoxazoles. Classical synthetic methodologies were employed in the preparation of these compounds, and the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition was the key step of the synthetic route. The synthesized compounds had their structure and purity confirmed by 1H, 13C and 19F NMR. Subsequently, the thermal and liquid crystalline properties were investigated by POM, DSC and TGA. In parallel, the photophysical properties of some compounds were studied in solution by UV-vis absorption spectroscopy. Additionally, a computational study on torsional profiles to construct potential energy curves of the final compounds 17a-d has been done. The results obtained evidence that despite the existence of sp3 carbons in isoxazolines, mesomorphic behavior was found in three of them, 16l and 16m showed SmA mesophase and 16n showed columnar mesophase. The 17k-n isoxazoles revealed the existence of liquid crystalline properties, exhibiting enantiotropic mesophases, SmC (17k), the sequence SmC→SmA (17l and 17m) and Colhex for the isoxazole Janus type (17n). The 16k and 16l isoxazolines and the 17k, 17l, and 17n isoxazoles were subjected to TGA analysis and showed good thermal stability. This work contributes to a better understanding of the structure-property relationship in molecules such as 3,5-disubstituted isoxazoles containing or not fluorine atoms and facilitates the design of new and more complex compounds.

Este trabalho descreve a síntese e caracterização de novos compostos anfifílicos derivados do 3,5-difenilisoxazol. A série n-IL-mX foi planejada levando em consideração o tamanho da cauda apolar (n = número de carbonos da cadeia alquílica, 8’ = 2-etilhexila), o grupo rígido (IL = 3,5-difenilisoxazol), o tamanho do espaçador (m = número de carbonos da cadeia alquílica) e a cabeça polar (X = Br; Ox-dioxolano, DiOH-diol, N-sal quaternário de amônio, OH- Álcool). Foram empregadas metodologias clássicas de síntese na preparação dos compostos finais, sendo a reação de ciclo-adição [3+2] 1,3-dipolar a etapa chave da rota sintética. A caracterização dos compostos sintetizados foi realizada por análises de 1D-RMN de ¹H, ¹³C e 2D-RMN COSY, HMQC, além da espectroscopia de infravermelho (IR). Posteriormente o comportamento térmico dos novos materiais foi investigado por análise de MOLP e DSC. Todos os compostos da série n-IL-mX apresentaram comportamento mesomórfico. Esse comportamento mostrou-se bastante dependente do grupo polar X na porção terminal dos compostos. A presença do átomo de bromo (10-IL-10Br) levou a formação da mesofase SmA, enquanto que grupos derivados do dioxolano (8-IL-10Ox) e diol (8-IL-10DiOH) levaram a formação de mesofases inclinadas (SmC) com faixa de existência de até 34,6 ºC. A presença de hidroxilas no composto 8-IL-10DiOH levou a uma forte tendência de alinhamento homeotrópico da mesofase SmA. A presença do brometo de tetra-alquilamônio (10-IL-10N) levou a formação de mesofases SmA, SmX, CrX. O sal de amônio apresentou pouca resistência térmica, degradando ao passar para o estado líquido quando aquecido. A presença de uma cauda apolar ramificada levou a uma diminuição nas temperaturas de transição do composto 8’-IL-11OH. / This work describes the synthesis and characterization of new amphiphilic compounds derived from 3,5-diphenylisoxazole. The n-IL-mX series was planned considering the size of the hydrocarbon tail (n = number of carbons of the alkyl chain, 8' = 2-ethylhexyl), the rigid group (IL = 3.5-diphenylisoxazole), the length of the spacer group (m = number of carbons of the alkyl chain), the polar head (X = Br; Ox-dioxolane, DiOH-diol, N-quaternary ammonium salt, OH-alcohol). Classical synthetic methodologies were employed in the preparation of the target compounds, and the [3+2] 1,3-dipolar cycloaddition was the key step of the synthetic route. The synthesized compounds were characterized by ¹H and ¹³C NMR, COSY, and HMQC 2D-NMR, IR spectroscopy. Subsequently, the thermal and liquid crystalline properties were investigated by POM and DSC. All compounds in the series n-IL-mX displayed mesomorphic behavior. This behavior was strongly dependent of the polar group X in the terminal portion of the compounds. The Bromine atom (10-IL-10Br) led to formation of SmA mesofase. While groups derived from dioxolane (8-IL-10Ox) and diol (8-IL-10DiOH) led to the formation of the tilted mesophases (SmC) with existence range up to 34.6 ºC. The hydroxyl groups in the 8-IL-10DiOH led to a strong tendency to homeotropic alignment in the SmA mosophase. The tetraalkylammonium bromide group (10-IL-10N) led to formation of SmA, SmX, CrX mesophaases. However, the ammonium salt displayed low thermal stability, degrading in the liquid phase. The presence of a branched apolar tail decreased the temperatures transitions to the 8’-IL-11OH compound.

Submitted by Gustavo Caixeta (gucaixeta@gmail.com) on 2017-03-06T12:23:40Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1085050 bytes, checksum: b6e67045ba2ea6ac4c03554a2f5616ac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T12:23:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1085050 bytes, checksum: b6e67045ba2ea6ac4c03554a2f5616ac (MD5) Previous issue date: 2016-02-18 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Sistemas aquosos bifásicos (SABs) têm provado ser um método eficiente e ambientalmente seguro para a extração de muitas espécies químicas. No entanto, a termodinâmica de partição de solutos nesses sistemas ainda é pouco compreendida. Há poucos estudos que trazem um enfoque termodinâmico que contribua para compreensão das forças motrizes que regem o processo de transferência de solutos em SABs. Uma abordagem estratégica para estudar as forças que determinam a partição é a utilização de compostos químicos com estruturas químicas semelhantes, como sondas moleculares, para através da termodinâmica compreender a relação existente entre a estrutura e a partição destes compostos. O azul de metileno (AM), azure A (AZA), azure B (AZB) e acetato de tionina (AT) são corantes catiônicos que apresentam o mesmo grupo central fenotiazínico, se diferenciando apenas no número de substituintes metila. Essas características podem fornecer informações úteis sobre os fatores que governam a partição destes compostos em SABs. Neste trabalho, um estudo termodinâmico completo do comportamento de partição dos corantes (MB), (AZB), (AZA) e (TA) foi investigado utilizando os SABs: PEO 1500+MgSO 4 +H 2 O; PEO 1500+Na 2 SO 4 +H 2 O; PEO1500+Li 2 SO 4 +H 2 O. Os parâmetros termodinâmicos de transferência, tais como a variação da energia livre de Gibbs padrão de transferência ), a variação da entalpia padrão de transferência ( padrão de transferência ) e a variação da entropia ), e sua dependência com a estrutura do corante, natureza do eletrólito e comprimento da linha de amarração (CLA) foram avaliados. Além disso, as energias entálpicas de interação corante-PEO e corante-SAL foram determinadas. Pela primeira vez, foi descoberto que cátions se concentram preferencialmente na fase enriquecida em polímero dos SABs, com valores de K entre 6,16 e 225, 60 e valores de compreendidos entre -4,16 kJ mol -1 a -13,47 kJ mol -1 . O processo de transferência dos corantes fenotiazínicos foi entalpicamente dirigido, -11,40 kJ mol -1 < < -51,24 kJ mol -1 , resultante das interações específicas atrativas corante-PEO e interações repulsivas corante-Sal, e ocorreram mesmo com um decréscimo entrópico do sistema (-4.93 kJ mol -1 K -1 < < -38.78 kJ mol -1 K -1 ). A diferença na estrutura química dos corantes teve um efeito pouco pronunciado sobre os valores das energias entálpicas de interação corante-PEO e corante-Sal, mostrando que essa interação é promovida principalmente pelo anel condensado do corante. Também foi observado que o processo de partição dos corantes fenotiazínicos é dependente da linha de amarração e natureza do ânion, entretanto pouco influenciado pela natureza do cátion. / Aqueous two-phase systems (ATPSs) have proven to be an efficient and environmentally safe method for extraction of chemical species. However, the solutes partition phenomenon in these systems is still little understood. There are few studies carrying a thermodynamic focus that contributes for the understanding of the driving forces governing solute transfer in ATPSs. A strategic approach for studying it is to use chemical compounds with similar chemical structures, as molecular probes, for comprehending thermodynamically the relationship between the structures and partition these compounds. The methylene blue (MB), azure A (AZA), azure B (AZB) and thionine acetate (TA) are cationic dyes that have the same phenothiazine core group and differ only in the number of methyl substituents. These characteristics may provide useful information about the factors that govern the partition process of these compounds in ATPSs. In this paper, the thermodynamic partition behavior of MB, AZA, AZB and TA dyes was investigated using the following ATPSs: PEO 1500 + MgSO 4 + H 2 O; PEO 1500 + Na 2 SO 4 + H 2 O; PEO1500 + Li 2 SO 4 + H 2 O. Standard transfer parameters such as free energy change of transfer ( transfer ( ), entropy change of transfer ), enthalpy change of ) and its dependence on the dye structure, electrolyte nature and tie line length (TLL) were evaluated. Besides, the dye- PEO enthalpy energy interaction and dye-salt interaction were determined. For the first time cations were discovered to concentrate in the polymer enriched phase, with K values ranging from 6.16 to 225.60, and values ranging from 4.16 to -13.47 kJ mol -1 . The transfer process of phenothiazine dyes was enthalpy driven, with -11.40 kJ mol -1 < < -51.24 kJ mol -1 , resulting from specific attractive dye-PEO interactions and repulsive dye-salt interactions, occurring even with a system entropy decrease (-4.93 kJ mol -1 K -1 < < -38.78 kJ mol -1 K -1 ). The dyes chemical structure differences had insignificant effect on the dye-PEO and dye-salt enthalpy interaction energy values, showing that interactions in these systems are mainly promoted by the dye condensed ring. It was also observed that the phenothiazine dyes partition process is dependent of tie line and nature of the anion, however, little influenced by the cation nature.