O LaSOMI é um laboratório que tem por objetivo o desenvolvimento e a utilização de metodologias de síntese orgânica como importante ferramenta na preparação de novos materiais orgânicos de alto desempenho aplicados em diferentes ramos da atividade científica e tecnológica. Esses compostos envolvem uma ampla classe de materiais, desde sistemas com baixa massa molecular até estruturas poliméricas.

     A preparação e o estudo de substâncias através da síntese dirigida são de relevância, com larga aplicação nos campos de materiais orgânicos eletrônicos (MOE), com destaque para cristais líquidos (LC), moléculas orgânicas emissoras de luz (OLEDs), moléculas orgânicas (transistores) que respondem ao efeito de campo (OFETs) e células solares orgânicas (OSC). 

     O LaSOMI utiliza diferentes metodologias de síntese orgânica na preparação de novas moléculas orgânicas com destaque para as reações de cicloadição [3+2] 1,3-dipolar de óxidos de nitrila a alcenos e alcinos, reações de acoplamento mediado por catalisadores metálicos (Heck, Suzuki, Sonogashira, Ullman e Buchwald-Hartwig), reações de oxidação e redução, reações de esterificação via EDCI e DMAP, rearranjos sigmatrópicos de ordem [3,3], oximação, substituições nucleofílicas, etc.

     Os MOE são materiais inteligentes capazes de responder rapidamente quando estimulados através de algum efeito externo, tais como, elétrico, magnético, luz, pressão, calor, etc. O progresso alcançado no campo da síntese orgânica combinado com as técnicas analíticas disponíveis constitui a mola propulsora para desenvolvimento de materiais inteligentes nos regimes moleculares, nano e mesomoleculares. 

     Cristais líquidos, géis, sondas moleculares, compostos foto e termocrômicos, sensores (bio)químicos, nanopartículas metálicas funcionalizadas, células solares, elastômeros entre outros, formam o conjunto de materiais inteligentes cujas as propriedades podem ser moduladas pela aplicação de estímulos externos, e são dependentes da organização interna intrínseca dos átomos, das moléculas ou dos íons que os constituem.

 

 

Cristal Líquido

 

     Enquanto um sólido cristalino possui ordem posicional e direcional de longa distância nas três dimensões e um líquido não apresenta, ou apresenta a uma distância muito curta, ordem posicional e direcional, um cristal líquido (LC) possui um ordenamento intermediário a esses dois extremos. Os compostos que se apresentam nessa forma agregam características de ambos os estados físicos, apresentando tanto a organização e anisotropia óptica dos sólidos quanto mobilidade dos líquidos (1). Devido a essa ambiguidade, os cristais líquidos apresentam propriedades interessantes e singulares, inexistentes em outros estados da matéria.

     Para melhor entendimento dos cristais líquidos, divide-se e classificam-se em grupos distintos. Logo, dois grandes grupos são descritos na literatura, os termotrópicos e os liotrópicos (1). Os termotrópicos descrevem as moléculas que por si só apresentam, sob determinadas temperaturas, a formação de fases líquido-cristalinas. A temperatura é o fator determinante que controla o surgimento das fases. Como os cristais líquidos são intermediários ao estado sólido e ao estado líquido, é dito que apresentam uma ou mais mesofases entre esses dois estados. A temperatura de fusão é aquela que passa do estado sólido para uma mesofase, já a temperatura de clareamento é aquela que vai da mesofase para o líquido.

Figura 1. Processo de mudança de fase em cristais líquidos
termotrópicos.

     Os liotrópicos são formados pela adição de um solvente, que comumente é a água (2). Além disso, diferentemente dos termotrópicos, as moléculas ficam agrupadas em grandes conjuntos ditos micelas. Esses agregados seguem o mesmo comportamento dos surfactantes, sendo as moléculas caracterizadas como anfifílicas. Isto significa que uma porção da molécula é polar e outra porção apolar. As moléculas também podem se arranjar em camadas ou duplas camadas (Figura 2).

Figura 2. Exemplos de mesofases liotrópicas.
Da esquerda para direita: mesofase cúbica descontínua;
mesofase hexagonal; mesofase lamelar.

     Além da necessidade de um solvente para a existência das propriedades líquido-cristalinas, também há um limite de concentração chamada de concentração micelar crítica (CMC). Esse valor encontra-se, normalmente, na faixa entre 0,01 – 0,1 % em massa.

     Em geral, um LC apresenta ordem orientacional ou posicional de longo alcance em pelo menos uma direção. Na Figura 1 é possível visualizar uma sequência de transições térmicas para um cristal líquido termotrópico calamítico. No estado líquido não há a existência de uma ordem orientacional e/ou posicional de longo alcance. Nessa condição, as moléculas estão dispostas aleatoriamente no espaço, diz-se que esse estado é isotrópico. Ao reduzir a temperatura, a perda de energia do sistema favorece as interações intermoleculares. Nas mesofases nemáticas (N), a mais simples de todas, existe apenas uma ordem orientacional média para as moléculas, elas adotam um alinhamento paralelo que minimiza o volume excluído e aumenta as interações intermoleculares. A mesofase nemática é a que possui características mais próximas do estado líquido, sendo mais fluida que as demais mesofases.

     Com um ordenamento maior (em temperaturas menores) as mesofases esméticas (Sm) caracterizam-se por uma maior organização posicional e menor fluidez. A ordem posicional significa que as moléculas começam a se organizar em camadas (Figura 1). Embora haja a ordem posicional em virtude das camadas, a ordem das moléculas entre uma camada e outra pode ser variável, fazendo com que as mesofases esméticas possuam diversas morfologias (3).

 

  1. Tschierske, C. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 8828.
  2. Tschierske, C.. Opin. Colloid. Interface Sci. 2002, 7, 355.
  3. Gray, G.W., Goodby, J.W. Smectic Liquid Crystals: Textures and Structures. Philadelphia : Leornard Hill, 1984.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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