This thesis deals with self-assembly of benzimidazole-containing rodcoil molecules. Benzimidazole-containing rodcoil molecules N12 and M12 were synthesized as miniature rodcoil block copolymers. Self-assembly behavior of N12 in DMSO solution was detected by $^1H$ NMR spectrum. Self-assembled structure was characterized using SEM and XRD. SEM image showed loose network composed of fibers with irregular shapes. XRD analysis suggested lamellar structure with layer spacing of 3.709 nm, which is composed of two intercalated molecules. The driving force of self-assembly was thought to π-π interaction of benzimidazole and hydrogen bonding between NH of benzimidazole ring and O atom of nitro group. After sonication, deformation of self-assembled structure was observed from NMR spectrum.
Self-assembly of M12 in DMSO solution was detected by dynamic light scattering study. Self-assembled structure was characterized using SEM, TEM and XRD. SEM and TEM images showed that sheetlike aggregates were formed. From the XRD pattern, the structure of aggregates was proposed as lamellar structure with layer spacing of 2.307 nm, without intercalating. The structure difference from N12 might stem from the presence of bulky $CF_3$ group. After sonication, SEM and TEM images showed a new fibrous structure was formed. Electron diffraction pattern of a single fiber indicated π-π stacking occurred perpendicular to the long axis. The mechanism of structure transformation was understood in terms of the disturbance of hydrogen bonding and increase of hydrophobic interaction.
벤즈이미다졸 고리를 포함하는 rodcoil 분자로서 적절한 분자간 상호작용에 대한 고려를 거쳐 N12 및 M12를 디자인 후 합성하였다. $^1H$ NMR 스펙트럼으로부터 DMSO 용액 중에서 N12 분자의 자기조립 현상이 관찰되었다. 자기조립을 통해 형성된 구조는 SEM과 XRD를 이용하여 분석하였다. SEM 영상으로부터 다소 불규칙한 형태를 갖는 섬유질로 이뤄진 느슨한 그물망 형태의 구조가 형성되었음을 확인하였다. XRD분석 결과, 한 층의 두께가 3.709 nm에 달하는 라멜라 구조가 형성되었음을 추측할 수 있었으며 분자 하나의 길이로 미루어 볼 때 두 개의 분자가 일부 겹친 상태로 하나의 층을 이룸을 알 수 있었다. 자기조립은 벤즈이미다졸 고리의 π -π 상호작용 및 벤즈이미다졸 고리의 NH와 니트로 작용기의 O 원자 사이의 수소 결합에 의한 것으로 생각되었다. 자기조립된 구조는 초음파에 의해서 파괴됨이 $^1H$ NMR 스펙트럼으로부터 확인되었다.
DLS 연구로부터 DMSO 용액 중에서 M12 분자의 자기조립 현상이 관찰되었다. 자기조립을 통해 형성된 구조는 SEM, TEM 및 XRD를 이용해 분석하였다. SEM 및 TEM 영상으로부터 판상 형태의 응집체가 형성되었음을 확인하였다. XRD 분석 결과, 한 분자로 이루어진 층의 두께가 2.307 nm에 달하는 라멜라 구조가 형성되었음을 추측할 수 있었다. N12와 구조가 다른 이유는 많은 공간을 점유하는 $CF_3$ 작용기에 기인하는 것으로 생각되었다. 또한 섬유질 형태로의 구조 변화가 초음파를 가한 후 SEM 및 TEM 영상으로부터 관찰되었다. 단일한 섬유상의 전자 회절 패턴으로부터 장축에 수직하게 π -π stacking 이 일어났음을 알 수 있었다. 구조변화는 초음파에 의한 수소결합의 교란 및 hydrophobic 효과의 증대 때문으로 생각되었다.
