CH653983A5 - CRYSTALLINE LIQUID, 6N ALKYLNAPHTHALINE-2-CARBONIC ACID (TRANS-4N ALKYLCYCLOHEXYL ESTER). - Google Patents
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Description
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments.
10 10th
Beispiel 1 example 1
Die neuen kristallin-flüssigen 6-Alkylnaphthalin-2-car-bonsäure (trans-4-alkylcyclohexylester) können entsprechend dem folgenden allgemeinen Schema aus den 6-Alkylnaphtha-i5 lin-2-carbonsäurechloriden und trans-4-Alkylcyclohexanolen nach der Einhorn- oder Schotten-Baumann-Variante hergestellt werden: The new crystalline-liquid 6-alkylnaphthalen-2-car-bonic acid (trans-4-alkylcyclohexyl ester) can be prepared according to the following general scheme from the 6-alkylnaphtha-i5 lin-2-carboxylic acid chlorides and trans-4-alkylcyclohexanols according to the unicorn or Schotten-Baumann variant can be produced:
Die Erfindung betrifft kristallin-flüssige 6-n-Alkylnaph-thalin-2-carbonsäure- (trans-4-n-alkylcyclohexylester), welche in unterkühlbaren nematischen Flüssigkristallgemischen für optoelektronische Bauelemente zur Modulation des durchgehenden oder auffallenden Lichtes sowie zur Darstellung von Ziffern, Zeichen und Abbildungen eingesetzt werden. The invention relates to crystalline-liquid 6-n-alkylnaphthalene-2-carboxylic acid (trans-4-n-alkylcyclohexyl ester) which is used in subcoolable nematic liquid crystal mixtures for optoelectronic components for modulating the continuous or striking light and for representing numbers, characters and images are used.
Es ist bekannt, nematische flüssige Kristalle in optoelektronischen Bauelementen, insbesondere in Zellen mit verdrillter nematischer Struktur (Schadt-Helfrich-Zellen) einzusetzen (G. Meier, E. Sackmann, J.G. Grabmaier, Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New-York 1975). It is known to use nematic liquid crystals in optoelectronic components, in particular in cells with a twisted nematic structure (Schadt-Helfrich cells) (G. Meier, E. Sackmann, JG Grabmaier, Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg- New York 1975).
Für die praktische Anwendung auf verschiedenen Gebieten werden an die Bauelemente und damit an die flüssigen Kristalle je nach dem Verwendungszweck unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Schmelz- und Klärpunkt, Schwellspannung und Betriebsspannung, An- und Abklingzeiten sowie thermischer und chemischer Stabilität gestellt. Es gibt bisher keine Verbindung, welche im reinen Zustand auch nur annähernd die genannten Forderungen erfüllt. Deshalb werden ausnahmslos Gemische, meistens aus 3 bis 6 Komponenten unterschiedlicher Eigenschaften, eingesetzt. Neue Anwendungen, z.B. optoelektronische Bauelemente für Fahrzeuge, verlangen niedrige Betriebs- und Lagertemperaturen ohne Kristallisation der Flüssigkristallgemische, die sich bei Temperaturen unter 0 °C in den meisten Fällen im thermody-namisch-metastabilen nematischen Zustand befinden. Viele Gemische, die für den praktischen Einsatz auf Grund ihrer günstigen Eigenschaften geeignet wären, z.B. Gemische aus mehreren 4-n-Alkylcyclohexancarbonsäure -4'- cyanphenyl-estern oder 4-n-Alkylbenzoesäure -4'- cyanphenylestern können jedoch bei niedrigen Temperaturen nicht benutzt werden, da sie bei Temperaturen unter 0 °C auskristallisieren und damit die notwendige Orientierung des nematischen Flüssigkristalls durch die Elektroden auch nach dem erneuten Aufschmelzen des Gemisches nicht mehr gewährleistet ist. For practical use in various fields, the components and thus the liquid crystals, depending on the intended use, have different requirements with regard to melting and clearing point, threshold voltage and operating voltage, rise and decay times and thermal and chemical stability. So far there is no connection that even meets the stated requirements in the pure state. For this reason, mixtures are used without exception, mostly consisting of 3 to 6 components with different properties. New applications, e.g. Optoelectronic components for vehicles require low operating and storage temperatures without crystallization of the liquid crystal mixtures, which are in thermodynamic-metastable nematic state in most cases at temperatures below 0 ° C. Many mixtures that would be suitable for practical use due to their favorable properties, e.g. Mixtures of several 4-n-alkylcyclohexane carboxylic acid -4'-cyanophenyl esters or 4-n-alkylbenzoic acid -4'-cyanophenyl esters cannot be used at low temperatures because they crystallize at temperatures below 0 ° C and thus the necessary orientation of the nematic liquid crystal is no longer guaranteed by the electrodes even after the mixture has melted again.
Das Ziel der Erfindung besteht in neuen nematischen kri-stallin-flüssigen Gemischen für optoelektronische Bauelemente, die bei Temperaturen unter 0 °C nicht auskristallisieren. The aim of the invention consists in new nematic crystalline-liquid mixtures for optoelectronic components which do not crystallize out at temperatures below 0 ° C.
Aufgabe der Erfindung ist das Auffinden geeigneter kristallinflüssiger Verbindungen, die bei Zugabe zu einem nematischen Flüssigkristall, bestehend aus einer Verbindung oder einem Gemisch mehrerer Verbindungen, dessen Unterkühlbarkeit stark herabsetzen. The object of the invention is to find suitable crystalline liquid compounds which, when added to a nematic liquid crystal consisting of one compound or a mixture of several compounds, greatly reduce its supercoolability.
Es wurde gefunden, dass durch Zusatz neuer kristallinflüssiger 6-n-Alkylnaphthalin -2-carbonsäure- (trans-4-n-al-kylcyclohexylester) zu kristallin-flüssigen nematischen Gemischen, die für den Einsatz in optoelektronischen Bauelemen- It has been found that by adding new crystalline liquid 6-n-alkylnaphthalene -2-carboxylic acid (trans-4-n-alkylcyclohexyl ester) to crystalline liquid nematic mixtures which are suitable for use in optoelectronic components.
COCI COCI
20 20th
+ HCM + HCM
CA,, CO"000-®^""1 CA ,, CO "000-® ^" "1
2m+l+HCI 2m + l + HCI
25 25th
Beispiel 2 Example 2
30 Herstellung von 6-n-Butylnaphthalin -2-carbonsäure (trans-4-n-butylcyclohexylester) 30 Preparation of 6-n-butylnaphthalene-2-carboxylic acid (trans-4-n-butylcyclohexyl ester)
1. trans-4-n-Butylcyclohexanol 120 g (0,8 mol) 4-n-Butyl-phenol in 300 ml abs. Ethanol werden mit 15 g Raney-Nickel im Autoklaven bei 160 °C und 10 bis 15 MPa so lange ge-35 schüttelt, bis nach 60-90 Minuten der berechnete Druckabfall eingetreten ist. Danach wird der Katalysator abfiltriert und nach Entfernen des Lösungsmittels der Rückstand im Vakuum fraktioniert. Die Hauptfraktion (Kp: 110-116 °C/ 1,3 KPa) enthält 80% der theoretisch berechneten Menge an 40 4-n-Butylcyclohexanol (cis-trans-Gemisch). Die vollständige Hydrierung und die Abwesenheit von Cyclohexanon kann IR-spektroskopisch überprüft werden. Die Isomerentrennung wurde mit einer Normag-Mikro-Drehbandkolonne (55 theoretische Böden) bei einer Kolonnenbelastung von 1 ml/min, 45 einem Rücklaufverhältnis von 1:50 und bei einer Destillationsgeschwindigkeit von 1 Tropfen/min. angeführt. 30 ml Isomerengemisch konnten in 70 Stunden getrennt werden. Ausbeute an trans-Produkt: 31,3-37,5 g (25-30% d. Th.); Kp: 69-70 °C/0,65 KPa. 1. trans-4-n-butylcyclohexanol 120 g (0.8 mol) 4-n-butylphenol in 300 ml abs. Ethanol is shaken with 15 g Raney nickel in an autoclave at 160 ° C and 10 to 15 MPa until the calculated pressure drop has occurred after 60-90 minutes. The catalyst is then filtered off and, after the solvent has been removed, the residue is fractionated in vacuo. The main fraction (bp: 110-116 ° C / 1.3 KPa) contains 80% of the theoretically calculated amount of 40 4-n-butylcyclohexanol (cis-trans mixture). The complete hydrogenation and the absence of cyclohexanone can be checked by IR spectroscopy. The isomer separation was carried out using a Normag micro-rotating column column (55 theoretical plates) at a column load of 1 ml / min, 45 at a reflux ratio of 1:50 and at a distillation rate of 1 drop / min. cited. 30 ml of isomer mixture could be separated in 70 hours. Yield of trans product: 31.3-37.5 g (25-30% of theory); Bp: 69-70 ° C / 0.65 KPa.
50 50
2.6-n-Butylnaphthalin-2-carbonsäure- (trans-4-n-butyl-cyclohexylester) 2,6-n-butylnaphthalene-2-carboxylic acid (trans-4-n-butylcyclohexyl ester)
Zu einer Lösung von 7,8 g (0,05 mol) trans-4-n-Butylcy-çlohexanaphthalin -2- carbonsäurechlorid bei 0 °C getropft. 55 Der Reaktionssatz wurde 24 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen und danach eine Stunde auf 70 °C erwärmt. Anschliessend schüttet man den gekühlten Ansatz auf 500 g Eis/30 ml Konz. H2S04. Danach ethert man mehrmals aus, wäscht den Etherextrakt mit 5%iger NaHC03-Lösung, ver-60 dünnter HCl und gründlich mit Wasser, destilliert das Lösungsmittel ab und kristalliert den Rückstand mehrmals aus Methanol oder Ethanol um. Dropwise at 0 ° C to a solution of 7.8 g (0.05 mol) of trans-4-n-butylcy-çlohexanaphthalene -2-carboxylic acid chloride. 55 The reaction set was left to stand at room temperature for 24 hours and then heated to 70 ° C. for one hour. The cooled mixture is then poured onto 500 g of ice / 30 ml of conc. H2S04. The mixture is then etherified several times, the ether extract is washed with 5% NaHC03 solution, diluted 60 HCl and thoroughly with water, the solvent is distilled off and the residue is recrystallized several times from methanol or ethanol.
Ausbeute: 9,15 g (50% d.Th.); K 34,5 N 68 is. Yield: 9.15 g (50% of theory); K 34.5 N 68 is.
65 65
Beispiel 3 Example 3
Die nachfolgende Tabelle gibt Beispiele für die erfin-dungsgemässen Verbindungen The table below gives examples of the compounds according to the invention
653 983 653 983
Hierbei bedeuten: K = kristallin-fester Zustand N = nematisch S = smektisch is = isotrop-flüssig Here: K = crystalline solid state N = nematic S = smectic is = isotropic liquid
Tabelle 1 Table 1
6-n-Alkyl-naphthalin -2- carbonsäure (trans-4-n-alkylcy-clohexylester) 6-n-alkyl-naphthalene-2-carboxylic acid (trans-4-n-alkylcy-clohexyl ester)
-COO- -COO-
^H^>-R2 ^ H ^> - R2
Verb. Verb.
R1 R1
R2 R2
K K
S S
N N
la c4h9 la c4h9
c2h5 c2h5
• 31,5 • 31.5
- -
• 37 • 37
lb c4h9 lb c4h9
c3h7 c3h7
• 44 • 44
- -
■ 76 ■ 76
lc c4h9 lc c4h9
c4h9 c4h9
• 34,5 • 34.5
- -
• 68 • 68
ld c4h9 ld c4h9
c5Hm c5Hm
■ 57 ■ 57
- -
• 77 • 77
le c4h9 le c4h9
c6h,3 c6h, 3
• 56,5 • 56.5
- -
• 63,5 • 63.5
2a cghlv c2h5 2a cghlv c2h5
■ 51 ■ 51
_ _
(•46) (• 46)
2b 2 B
C8Hiv c3h7 C8Hiv c3h7
• 91,5 • 91.5
- -
(• 73,5) (• 73.5)
2c c8h17 2c c8h17
c4h9 c4h9
• 52 • 52
- -
•67,5 • 67.5
2d c8h17 2d c8h17
c5h„ c5h "
• 44,5 • 44.5
• 65 • 65
•84 • 84
2e c8hi7 2e c8hi7
c6h,3 c6h, 3
• 46,5 • 46.5
(• 37) (• 37)
•69,5 • 69.5
Beispiel 4 Example 4
In einer Zelle vom Typ der verdrillten nematischen Struktur (Schadt-Helfrich-Zelle) wird die Mischung Mi A der fol- ' genden Zusammensetzung verwendet: The mixture Mi A of the following composition is used in a cell of the twisted nematic structure type (Schadt-Helfrich cell):
34,5 mol% C3H7 - -eoo- -CN 34.5 mol% C3H7 - -eoo- -CN
-eoo- -eoo-
5 31,0mol%C4H9 -34,5 mol% C 5 31.0 mol% C4H9 -34.5 mol% C
-CN -CN -CN -CN
Is Is
20 20th
30 30th
35 35
Die Mischung weist folgende Eigenschaften auf: The mixture has the following properties:
K 10 bis 14 N 72 is Schichtdicke: d = 19,8 um K 10 to 14 N 72 is layer thickness: d = 19.8 µm
Schwellspannung: U0 = 1,7 V 20 °C Threshold voltage: U0 = 1.7 V 20 ° C
Anklingzeit: tE 50% = 560 ms 20 °C Response time: tE 50% = 560 ms 20 ° C
Abklingzeit: tA 50% = 180 ms 20 °C Cooldown: tA 50% = 180 ms 20 ° C
Insbesondere der Schmelzpunkt von 10-14 °C, der über längere Zeit nicht merklich unterkühlt werden kann, verhindert eine Anwendung bei tiefen Temperaturen. In particular, the melting point of 10-14 ° C, which cannot be subcooled noticeably over a long period, prevents use at low temperatures.
Durch Zufügen der Verbindung Nr. lc, die eine Schmelzenthalpie von 23 500 J/mol besitzt, stark unterkühlbar und thermisch sehr stabil ist, ergibt sich die Mischung Mi B mit folgenden Eigenschaften: By adding compound no. Lc, which has a melting enthalpy of 23,500 J / mol, is extremely subcoolable and is thermally very stable, the mixture Mi B results with the following properties:
Zusammensetzung der Mi B 80 mol% Mi A 20 mol% Verbindung Nr. lc Klärpunkt 69,5 °C Composition of Mi B 80 mol% Mi A 20 mol% Compound No. lc clearing point 69.5 ° C
Auch nach zwei Wochen kristallisieren Proben von ca. 200 mg Masse beim Lagern im Kühlschrank bei -12 °C nicht, auch nach acht Stunden Kühlen kleiner Probenmengen auf dem Mikroskopkühltisch bei — 20 °C erfolgt keine Kristallisation, sodass der stabile Schmelzpunkt wegen der starken Unterkühlbarkeit bisher nicht festgestellt werden konnte. Even after two weeks, samples of approx. 200 mg mass do not crystallize when stored in the refrigerator at -12 ° C, even after eight hours of cooling small sample amounts on the microscope cooling table at - 20 ° C, there is no crystallization, so that the stable melting point due to the strong subcoolability could not be determined so far.
Elektrooptische Parameter bei 20 °C, Schichtdicke 21 Jim: Schwellspannung: U0 = 1,8 V/500 Hz Anklingzeit: (50%) tE = 1940 ms Abklingzeit: (50%) tA = 575 ms Electro-optical parameters at 20 ° C, layer thickness 21 Jim: Threshold voltage: U0 = 1.8 V / 500 Hz Response time: (50%) tE = 1940 ms Response time: (50%) tA = 575 ms
C C.
Claims (2)
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PL | Patent ceased |