Mixed-dimer formation in binary systems of 4-substituted benzoic acids and structure considerations

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Abstract

The phase behavior of binary systems of 4-substituted benzoic acids is governed by the formation of mixed dimers. This study was conducted to determine the effect of the components' structural difference on mixed-dimer formation in crystalline and liquid-crystalline phases. The phase diagrams of two systems, with 4-[(S)-(–)-2-methylbutoxy]benzoic acid (MBOBA) as one component and 4-(hex-5-enoxy)benzoic acid (HOBA) and 4-(dec-9-enoxy)benzoic acid (DOBA), respectively, as the second component, were determined by differential scanning calorimetry, polarized-light microscopy, and X-ray diffraction. The MBOBA-HOBA system exhibited a cholesteric phase, two solid solutions, and above 58 °C for compositions between 40 and 80 mol% HOBA a crystalline phase of mixed dimers. The MBOBA-DOBA system showed a crystalline phase of mixed dimers at all compositions, a cholesteric phase, and a twisted smectic C phase, which was dominated by mixed dimers at 60 and 70 mol% DOBA. We conclude that liquid-crystalline phases are generally dominated by mixed dimers, but in crystalline phases the formation of mixed dimers is promoted by a greater difference in molecular structure. The crystal structure of two of the pure compounds MBOBA and DOBA and comparable compounds have been determined for an evaluation of the arrangements of the molecules in the crystal and liquid-crystalline state.

Le comportement de phase des systèmes binaires d'acides benzoïques substitués en position 4 est régi par la formation de dimères mixtes. On a réalisé cette étude dans le but de déterminer les effets des différences de structure des composants sur la formation de dimères mixtes dans les phases cristallines et à cristaux liquides. Les diagrammes de phase de deux systèmes dans lesquels ont retrouve d'une part, dans tous les deux, de l'acide 4[(S)-(–)-2-méthylbutoxy]benzoïque (AMBOB) et, d'autre part, respectivement de l'acide 4-(hex-5-énoxy)benzoïque (AHOB) et de l'acide 4-(dec-9-énoxy)benzoïque (ADOB) en faisant appel à la calorimétrie à balayage différentiel, à la microscopie à lumière polarisée et la diffraction des rayons X. Le système AMBOB/AHOB, on observe une phase cholestérique, deux solutions solides et, au-dessus de 58 °C, pour les compositions entre 40 et 80 mol% d'AHOB, on observe aussi une phase cristalline des dimères mixtes. Le système AMBOB/ADOB, présente une phase cristalline de dimères mixtes pour toutes les compositions, une phase cholestérique et une phase smectique C décalée qui était dominée par les dimères mixtes pour les compositions allant de 60 à 70 mol% d'ADOB. On en conclut que les phases à cristaux liquides sont généralement par les dimères mixtes, but que dans les phases cristallines la formation de dimères mixtes est facilitée par une plus grande différence dans les structures moléculaires. On a déterminé les structures cristallines des composés AMBOB et ADOB et de composés apparentés afin d'évaluer les arrangements des molécules dans le cristal et dans l'état à cristal liquide. Mots-clés:acide benzoïque, arrangement cristallin, diagrammes de phase, cristal liquide.[Traduit par la Rédaction]

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