Self-assembly of sulfonated amphiphiles for channel-like synthetic membranes [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Linglong Yan

Self-assembly of Sulfonated Amphiphiles for
Channel-like Synthetic Membranes

Von der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften der
Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung
des akademischen Grades einer Doktorin der Naturwissenschaften
genehmigte Dissertation

vorgelegt von
Master of Science
Linglong Yan
aus Fuzhou, China

Berichter: Privatdozent Dr. rer. nat. Uwe Beginn
Universitätsprofessor Dr. rer. nat. Martin Möller

Tag der mündlichen Prüfung: 18.05.2006



Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.
Acknowledgement

I believe that my dissertation would not have been completed without the support
and concern of many persons. First of all, I would like to express my extremely
sincere gratitude and appreciation to my supervisor Dr. Uwe Beginn for his
guidance, understanding and patience, for his encouragement and support at all
levels during my Ph.D. studying. I would also like to thank Prof. Möller and Dr.
Englert for reading my thesis and being my co-referee of my PhD defense.

I would like to gratefully and sincerely thank Dr. Kim-Ho Phan and Stefan Rütten
for their assistance and guidance during the TEM and SEM measurements, Dr.
Crisan Popescu for thermal analysis and very valuable discussion, Dr. Ahmed
Mourran for helping the microscopy.

I would also like to give a special thanks to Dr. Helmut Keul for offering his
extensive help, especially in my first year moving in Aachen.

A special thanks goes to Rainer Haas for numerous and efficient help in the daily
working. I’m also very grateful to Martina Mennicken, Nicolas Pasquier and
Cristian Vaida for the NMR measurements.

Thank also to all the members in the Beginn’s research group, especially the
friendship of Yvonne Noppeney. Additionally I’d like to extend my appreciation
for their friendship of all the members of TexMC and DWI, to everyone who
have dedicated part of their valuable time for helping me.

Finally I will never find words enough to express the gratitude that I owe to my
parents and my brother, and Nicolas. Throughout the whole years, they keep their
faith in me. Their love with understanding and patience always give me constant
encouragement and make me believe in myself.

PUBLICATION & POSTER



L. Yan, U. Beginn, S. Chvalun, M. Möller, 'Thermotropic Publication
columnar mesophases from wedge-shaped benzene sulfonated
mesogens', in preparation.
U. Beginn, L. Yan, X. Zhu, S. Chvalun, M. Möller, ″Mimicking
ion channels by polymerizable supramolecular stacks of

wedge-shaped tris(alkenyl-oxy)benzene sulfonates ″, Polymeric
Materials: Science & Engineering, 93, 244-245, 2005.

Linglong Yan, Uwe Beginn and Martin Möller, ″Developments Poster
of Ion Selective Membranes from Sulfonated Mesogenic
Organogelators ″
Poster on Symposium on Functional Polymer Materials, Mol,
Belgium, Oct. 7-8, 2004.
Uwe Beginn, Xiaomin Zhu, Linglong Yan and Martin Möller,
″Self-Organized Supramolecular Sulfonic Acid Ion Channels
as Nafion Mimic? ″
Poster on Makromolekulares Kolloquium Freiburg, Freiburg,
Germany, Feb. 26-28, 2004.
Linglong Yan, and Uwe Beginn, ″Alkoxyphenyl Sulfonic Acid
and Derivatives – New Mesogenes and Gelators for the design
of Ion-selective Nanostructured Supramolecular Systems. ″
Poster on Molecular Organization for Nanosystems on Multi-
Level Ordering, Kloster Banz, Germany, Feb. 15-20, 2003.















献给我的父母与长兄

Dedicated to my Parents and my Brother



Contents

List of Abbreviations · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · III

Chapter 1 Introduction · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1

Chapter 2 Literature review: liquid crystals, organogels and
membranes
2.1 Liquid crystals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6
A brief history of liquid crystals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6
Types of liquid crystals · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7
Characterization of liquid crystal phases · · · · · · · · · · · · · 15
2.2 Supramolecular organogels · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 27
Introduction of the gel state · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 27
Supramolecular organogels · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 30
Recent applications for new functional materials · · · · · · · 35
2.3 Ion-selective membranes · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 38
Biological ion-selective membranes · · · · · · · · · · · · · · · · 38
Selective synthetic membranes mimicking biostructures · · · 39
Proton-conducting membranes for fuel cells · · · · · · · · · · 42
2.4 References · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 47

Chapter 3 Thermotropic columnar liquid crystal phases from
wedge-shaped benzene sulfonated mesogens
Introduction · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 55
Experimental section · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 57
Results and discussion · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 68
Synthesis of wedge-shaped benzene sulfonated amphiphiles · 68
Thermal analysis of 2,3,4-substituted benzene sulfonates · · 71
I Thermal analysis of 3,4,5-substituted benzene sulfonates · · 85
Determination of the type of mesophase by SAXS
and miscibility experiments · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 90
Relation between molecular structures and mesophase · · · 93
Conclusion · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 97
References · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 98

Chapter 4 Self-assembly of sulfonated organogelators and their
morphologies
Introduction · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 101
Experimental section · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·