CH666262A5 - Fluessigkristalline 4-(4'-cyandiphenyl)ester der trans-4''-n-alkylcyclohex-2-enkarbonsaeuren und fluessigkristall-komposition. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf neue flüssigkristalline Verbindungen und Flüssigkristall-Kompositionen für elektrooptische Anlagen für Wiedergabe von Informationen auf der Grundlage der erwähnten Verbindungen.

Stand der Technik

Bekannt sind flüssigkristalline 4-(trans-4"-n-Alkylcyclohe-xylmethoxy)- 4'-cyandiphenyle (Mol. Cryst. Liq. Crist., vol. 53, herausgegeben im Jahre 1979. (Cordon und Breach Science Publishers, Ltd., London): G.W. Gray, D.G. McDo-nell (Liquid crystal Compounds Incorporating the trans-1,4-Substituted cyclohexene «Ring System», pp. 155, 158).

Die genannten Verbindungen werden in der Zusammensetzung von flüssigkristallinen Kompositionen verwendet, die für elektrooptische Anlagen für Wiedergabe von Informationen gedacht sind. Eine der Kompositionen weist folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf: 4-(trans-4"-n-Butylcyclohexylmethoxy)- 4'-cyandiphenyl 14 4-n-Pentyl-4'-cyandiphenyl 86.

Der Nachteil der bekannten flüssigkristallinen Verbindungen besteht darin, dass sie eine hohe Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase (nicht unterhalb 93 C) und eine hohe Wärme des Übergangs von der kristallinen Phase in die flüssigkristalline Phase (A H nicht unter 4,8 kcal/Mol) aufweisen. Das beschränkt ihre Anwendung als Komponenten der flüssigkristallinen Kompositionen, die niedrige Temperaturwerte der Entstehung der flüssigkristallinen Phasen haben.

Die obengenannte Komposition weist eine recht hohe Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase auf, gleich 11 C, wird durch einen engen Temperaturenbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase gekennzeichnet (47 C).

Eine weitere analoge Verbindung der erfindungsgemäs-sen Verbindungen sind 4'-(4-Zyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Alkylcyclohexankarbonsäuren. Die Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase dieser Verbindungen liegt unter 79,8 °C (siehe dieselbe Veröffentlichung, S. 153). Die genannten Verbindungen weisen dieselben Nachteile wie die 4-(trans-4"-n-Alkylcyclohexylmethoxy)- 4'-cyandiphenyle auf.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue flüssig-kristalline Verbindungen mit niedriger Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase, mit einem breiten Temperaturenbereich des Bestehens dieser Phase und einer geringen Wärme des Übergangs von der kristallinen Phase in die flüssigkristalline Phase zu entwickeln sowie eine flüssigkristalline Komposition für elektrooptische Anlagen für Wiedergabe von Informationen auf der Grundlage der genannten Verbindungen zu entwickeln, die durch eine niedrige Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase und durch einen breiten Temperaturenbereich des Bestehens dieser Phase gekennzeichnet wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man neue flüssigkristalline Verbindungen, 4-(4'-Cyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Alkylcyclohex- 2-enlcarbonsäuren allgemeiner Formel worin R für CH3 bis C7H15 mit geradkettigem Bau steht, vorschlägt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine flüssigkristalline Komposition für elektrooptische Anlagen für Wiedergabe von Informationen, die flüssigkristallines 4-n-Pen-tyl-4'-cyandiphenyl vorsieht, wobei erfindungsgemäss sie flüssigkristalline 4-(4'-Cyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Al-kylcyclohex- 2-enkarbonsäuren der obengenannten allgemeinen Formel aufweist, dabei ist das Verhältnis der Komponenten in Gewichtsanteilen wie folgt: 4-n-Pentyl-4'-cyandiphenyl 6-8

4-(4'-Cyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Allcylcyclohex-2-enkarbonsäuren 2-4.

Die erfindungsgemässen Verbindungen haben niedrige Temperaturwerte der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase (von 42 bis 50 °C), eine geringe Wärme des Überganges von der kristallinen Phase zur flüssigkristallinen Phase (A H = 2,7 bis 3,2 kcal/Mol) und einen breiten Tem-peraturenbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase (140 °C).

Das ermöglicht, die vorgeschlagenen flüssigkristallinen Verbindungen als Komponenten einer flüssigkristallinen Komposition erfolgreich zu verwenden, die für elektrooptische Anlagen für Wiedergabe von Informationen gedacht ist.

Im Unterschied zu den bekannten Kompositionen dieses Typs wird die Komposition auf der Grundlage der erfindungsgemässen Verbindungen durch eine Zusammensetzung mit wenigen Komponenten gekennzeichnet, sie weist eine niedrige Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase (beispielsweise, unter minus 12 °C) bei einem breiten Temperaturenbereich des Bestehens dieser Phase (von 90 bis 100 °C) auf. Die erfindungsgemässe flüssigkristalline Komposition wird ausserdem durch eine geringe Grenzspannung (von 1,1 bis 1,2 V) sowie durch eine geringe Dauer der Ein- und Ausschaltung (beispielsweise, 45 bzw. 65 ms gekennzeichnet.

Es wird nicht empfohlen, eine flüssigkristalline Komposition mit einem Gehalt an 4-n-Pentyl-4'-cyandiphenyl weniger als 6 Gewichtsanteile zu verwenden, weil die Vergrösserung des Gehaltes an zweiter Komponente zur Steigerung der Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase und

2

5

10

15

20

25

30

35

40

4;

5'

5

61

6

3

666 262

zur Verschlechterung der elektrooptischen Kenndaten der je- Esterlösung des Endproduktes mit Wasser gewaschen, mit weiligen flüssigkristallinen Komposition (Vergrösserung der wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Der nach dem AbDauer der Ein- und Ausschaltung) führen kann. treiben des Lösungsmittels angefallene Rückstand wird aus

Es ist ebenfalls unzweckmässig, eine flüssigkristalline dem Gemisch des Methylalkohols mit Benzol umkristalli-Komposition mit einem Gehalt an 4-n-Pentyl-4'-cyandiphe- s siert. Die Ausbeute an Endprodukt beträgt von 50 bis 60%, nyl über 8 Gewichtsanteile zu verwenden, weil die Verringe- bezogen auf die Menge der eingesetzten Säure.

rung des Gehaltes an der zweiten Komponente zur Senkung Die synthetisierten Verbindungen stellen'bei Raumtem-der oberen Temperaturgrenze des Bestehens der flüssigkri- peratur weisse geruchslose Stoffe dar.

stallinen Phase führt. Brutto-Formeln der hergestellten Verbindungen wurden io durch Ergebnisse der Elementaranalyse (Tabelle 1) sowie Bester Weg zur Ausführung der Erfindung durch Angaben der IR- und PMR-Spektren bekräftigt.

Die erfindungsgemässen flüssigkristallinen Verbindungen Intensive Absorptionsbanden 1725, 2230 cm-1 in den werden in an sich bekannter Weise, und zwar, durch Umset- IR-Spektren entsprechen den Valenzschwankungen des Kar-zung von trans-4-n-Alkylcyclohex- 2-enkarbonsäurechlori- bonyls der Estergruppe und den Valenzschwankungen der den mit 4-Hydroxy-4'-cyandiphenyl in Gegenwart von Pyri- 15 Nitrilgruppe. Signale im Bereich von 7,83 bis 7,00, 5,7, din hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung der genannten 3,17 ppm in den PMR-Spektren gehören den Protonen der flüssigkristallinen Verbindungen besteht darin, dass man ein aromatischen Ringe, den Protonen bei Doppelbindung und Gemisch von 0,3 Mol, trans-4-n-Alkylcyclohex- 2-enkarbon- einem Proton, das am ersten Kohlenstoffatom des Cyclohe-säure (worin Alkyl - CH3 - C7Hi5 mit geradkettigem Bau xenringes liegt.

ist), 0,4 Mol Thionylchlorid, 0,5 Mol Pyridin in wasserfrei- 20 Die Temperatur und die Wärme der Phasenübergänge er-em Diethyläther innerhalb von 1,5 Stunden vermischt. Dann mittelte man mit Hilfe eines Abtastungskalorimeters «Persetzt man dem Gemisch 0,3 Mol 4-Hydroxy-4'-cyandiphenyl kin-Elmer DSC-2». Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 ab-und 0,5 Mol Pyridin hinzu. Das Gemisch lässt man bei gebildet.

Raumtemperatur etwa 12 Stunden stehen. Danach wird die

25

Tabelle 1

lfd. Erfindungsgemässe Ver-Nr. bindungen genannter allgemeiner Formel R

T emperaturenbereich des Bestehens der flüs-sigkristallinen Phase, °C

Wärme des Übergangs von der kristallinen Phase zur flüssigkristallinen Phase, A H, kcal/Mol

1

2

3

4

1

CH3

85,5-168,5

—

2

c2h<

58 -189

3,0

3

n-

-c3h7

59 -203

3,3

4

n-

-C4Ho

42,5-197

2,7

5

n-QH, ]

48,5-189

3,2

6

n-

-c6h13

44 -186

-

7

n-

-C7Hi5

65 -185

3,3

Tabelle 1 ( Fortsetzung)

lfd.

Gefunden, %

Brutto-Formel

Berechnet, %

Nr.

C

h

N

c h

N

1

5

6

7

8

9

10

11

1

79,5

6,1

4,3

c„h19no2

79,5

6,0

4,4

2

79,6

6,2

4,4

c22h21nq2

79,8

6,3

4,2

3

80,1

6,7

4,0

c23h23no2

80,0

6,6

4,0

4

80,2

7,1

4,0

c24h25no,

80,2

7,0

3,9

5

80,5

7,4

3,9

c25h27no2

80,4

7,2

3,8

6

80,7

7,7

3,7

c26h29no2

80,6

7,5

3,6

7

80,9

7,7

3,6

c27h31no2

80,8

7,7

3,5

60

Wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist, werden die angemeldeten Verbindungen durch niedrige Temperaturwerte der Entstehung der flüssigkristallinen Phase (beispielsweise, 42,5 °C), durch einen breiten Temperaturenbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase (140 °C) und durch eine geringe Wärme des Überganges von der kristallinen Phase zur flüssigkristallinen Phase (beispielsweise, 2,7 kcal/Mol) gekennzeichnet.

Die erfindungsgemässe flüssigkristalline Komposition wird durch Vermischen von 4-n-Pentyl-4'-zyandiphenyl und 4-(4'-Cyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Alkylcyclohex- 2-en-karbonsäure mit anschliessender Erwärmung der Kompo-65 nenten des Gemisches bis zur Entstehung einer isotropen Schmelze sowie durch sorgfältiges Vermischen der Schmelze und durch Abkühlung der genannten Schmelze bis auf Raumtemperatur hergestellt.

666 262

Elektrooptische Kenndaten der erfindungsgemässen Komposition ermittelte man bei Raumtemperatur durch Messung der Intensität des Lichtes, das durch eine flüssigkristalline Zelle durchgeht, die zwischen gekreuzten Polaroiden angebracht wird. Die Spaltgrösse zwischen den Elektroden der flüssigkristallinen Zelle betrug 12 (im. Der Zelle wurden elektrische Impulse rechteckiger Form mit einer Folgefrequenz von 32 Hz zugeführt. Arbeitsspannung betrug 3 V.

Nachstehend, in Tabelle 2, sind Zusammensetzungen der erfindungsgemässen Komposition, ihre elektrooptischen Kenndaten (einschliesslich Ein- und Ausschaltdauer, Grenzspannung) sowie der Temperaturenbereich des Bestehens der flüssigkristallinen (nematischen) Phase angeführt.

Tabelle 2

lfd. Gehalt an Komponenten in der flüssigkristallinen Komposition, Ge-Nr. wichtsanteile

4-n-Pentyl-4'-cyan-diphenyl

Erfindungsgemässe Verbindung genannter allgemeiner Formel, worin R = n-C3H7 ist 3

Erfindungsgemässe Verbindung genannter allgemeiner Formel, worin R = n-C5Hn ist 4

1

2

3

4

5

6

7

6,5

6

8

7 6

3

3,5

4

Tabelle 2 (Fortsetzung)

lfd. Temperaturenbereich des Einschalt- Ausschalt- Grenzspan-Nr. Bestehens der flüssigkristal- dauer, ms dauer, ms nung, V linen (nematischen) Phase,

Cc

1 5-75 120

2 (-5) bis ( + 85) 130

3 5-90 160

4 unter ( — 12)x bis ( + 70) 45

5 unter (-12)" bis ( + 87) 100

6 unter ( — 12)x bis ( + 105)

150 150 150 60 65

1,1

1.1

1.2 1,1 1,1

x| Flüssigkristalline Komposition bildete keine Kristalle bei ihrem Stehenbleiben während 3 bis 4 Monaten bei einer Temperatur ( —12) C.

Wie aus Tabelle 2 zu ersehen ist, wird die erfindungsgemässe flüssigkristalline Zweikomponenten-Komposition durch einen breiten Temperaturenbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase gekennzeichnet und weist elektrooptische Kenndaten auf, die es ermöglichen, diese Komposition in verschiedenen elektrooptischen Anlagen für die Wiedergabe von Information einzusetzen.

Hierdurch werden die erfindungsgemässen flüssigkristal-linen 4-(4'-Cyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Alkylcyclohex-2-enkarbonsäuren im Vergleich zu den bekannten durch niedrige Temperaturwerte der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase, durch geringe Wärme des Überganges von der kristallinen Phase zur flüssigkristallinen Phase sowie durch einen breiten Temperaturenbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase gekennzeichnet, was es ermöglicht, diese für die Herstellung einer sich aus wenigen Komponenten zusammenzusetzenden flüssigkristallinen 50 Komposition einzusetzen, die für elektrooptische Anlagen für die Wiedergabe von Information geeignet ist, die durch eine niedrige Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase, durch einen breiten Temperaturenbereich des Bestehens dieser Phase, durch eine geringe Dauer der Ein- und 55 Ausschaltung sowie durch eine geringe Grenzspannung gekennzeichnet wird.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die Erfindung kann in Elektronenuhren, in Mikrokalku-60 latoren, Digital-Schautafeln und in anderen elektrooptischen Anlagen für Wiedergabe von Informationen Anwendung .finden.

C

Claims (2)

1. 666 262

   PATENTANSPRÜCHE 1. Flüssigkristailine 4-(4'-Cyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Alkylcyclohex- 2-enkarbonsäuren allgemeiner Formel worin R für geradkettige Reste von CH3 bis C7H15 steht.
2. 2. Flüssigkristall-Komposition für elektrooptische Anlagen zur Wiedergabe von Informationen, die flüssigkristallines 4-n-Pentyl-4'-cyandiphenyl enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausserdem flüssigkristalline 4-(4'-Cyandiphenyl) ester der trans-4"-n-Alkylcyclohex- 2-enkarbonsäuren allgemeiner Formel aufweist

   >-CN,

   worin R für geradkettige Reste von CH3 bis C7H15 steht, wobei das Verhältnis der Komponenten in Gewichtsanteilen wie folgt ist:

   4-n-Pentyl-4'-cyandiphenyl von 6 bis 8

   4-(4'-Cyandiphenyl)ester der trans-4"-n-Al- von 2 bis 4. kylcyclohex- 2-enkarbonsäuren