Numéro
J. Phys. France
Volume 45, Numéro 7, juillet 1984
Page(s) 1149 - 1158
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:019840045070114900
J. Phys. France 45, 1149-1158 (1984)
DOI: 10.1051/jphys:019840045070114900

Proton nmr studies of smectic phases of three n-(4-n-alkyloxybenzylidene)-4'-n-alkylanilines (n0 . m's)

St. Limmer, J. Schiffler et M. Findeisen

Sektion Physik der Karl-Marx-Universität DDR- 7010 Leipzig, Linnéstr. 5, D.R.G.


Abstract
Proton NMR studies of the liquid crystals 50.6, 70.5, and 70.6 are presented. In all mesophases there is a clear proportionality between dipolar doublet splittings of the proton NMR spectra and the corresponding second moments indicating that the motions giving rise to the observed lineshapes remain fast on the NMR timescale even in the highly- ordered smectic-G phases and that no essential conformational changes occur. From the angular dependences of the lineshapes and second moments it could be concluded that the preferred direction of the sample, once aligned by the strong magnetic field in smectic-A, is preserved through all smectic phases though there are several changes from untilted to tilted phases. From linewidth measurements at the magic-angle orientation, activation energies for a thermally activated motional process could be derived in the low-temperature smectic phases (B, F, G) which differ for B- and F/G- phases, respectively. Simulations of the proton NMR lineshape confirm the existence of a twist of the aniline ring against the benzaldehyde - azomethine group plane as suggested by quantum-chemical considerations and X-ray investigations of related compounds. Besides one has to assume an additional motion decoupling the dipolar interaction between the azomethine proton and the protons of the neighbouring ring.


Résumé
On présente quelques résultats de recherche sur les cristaux liquides 50,6, 70,5 et 70,6. Dans toutes les phases mésomorphes, on observe une remarquable proportionnalité entre les « splittings » dipolaires du profil de la raie de RMN des protons et le deuxième moment correspondant, indiquant que les mouvements qui contrôlent les profils de raie observés restent rapides à l'échelle des temps observables par RMN, même dans les phases bien ordonnées smectiques G, et qu'il n'y a pas de changements de conformation essentiels. On peut conclure des dépendances angulaires des profils de raie et des deuxièmes moments que la direction préférentielle du spécimen, une fois aligné par un champ magnétique fort en phase smectique A, est préservée à travers toutes les phases smectiques, malgré les transitions des phases inclinées (avec « tilt ») aux phases normales (sans « tilt »). Des mesures de largeur de raie à l'« angle magique » permettent de déterminer l'énergie d'activation du mouvement moléculaire dans les phases smectiques à basse température (B, F, G). Cette énergie d'activation est différente pour B et F/G. Des simulations de spectres de protons confirment la rotation du cycle d'aniline contre le plan renfermant le cycle benzaldéhyde et le groupe d'azométhine suggérée par des calculs quantiques et des études aux rayons X de substances semblables. En outre, il faut supposer un mouvement additionnel qui diminue l'interaction dipolaire entre le proton du groupe d'azométhine et les protons voisins des cycles aromatiques.

PACS
6130E - Experimental determinations of smectic, nematic, cholesteric, and other structures.

Key words
molecular orientation -- NMR line breadth -- organic compounds -- proton magnetic resonance -- smectic liquid crystals