CN101090954A - 包含新的含硅化合物的液晶组合物及使用该液晶组合物的液晶显示器 - Google Patents
包含新的含硅化合物的液晶组合物及使用该液晶组合物的液晶显示器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种含硅化合物、包含该化合物的液晶组合物以及包括由该液晶组合物制备的液晶层的液晶显示器。构成所述液晶组合物的含硅化合物具有低粘度和高负(－)介电各向异性。因此，其可以提供一种具有快速反应时间并且能够在低电压下驱动的液晶显示器。
Description
技术领域
本发明涉及一种新的含硅化合物及包含该化合物的液晶组合物。更具体而言，本发明涉及一种新的具有低粘度和高负介电各向异性的向列型液晶化合物、包含该化合物的液晶组合物以及使用该组合物的液晶显示器。
背景技术
一般而言，具有光学各向异性(Δn)和介电各向异性(Δε)的液晶化合物被广泛用于显示器件，例如时钟、笔记本电脑、移动电话、电视和监视器。这种液晶化合物的需求在日益增长。用于这种显示器件的液晶化合物包括向列型液晶相、层列型液晶相和胆甾醇型液晶相。在这些相中，向列型相应用最广泛。实际上，多种液晶化合物被用于组合物的构成。液晶组合物应该对于水、光、热、空气、电场等是稳定的，并且必须确保在特殊用途的条件下构成组合物的化合物的化学稳定性。为了在显示器件中使用液晶化合物，液晶化合物的物理性质应协调一致，其包括宽范围的液晶相温度、光学各向异性值(Δn)和介电各向异性(Δε)、粘度和电导率。用于显示器件的液晶化合物的性质要求取决于显示器件的特殊类型。因此，迫切需要同时满足上述性质的新液晶器件。最近，已需要具有快速反应时间的液晶显示器，以便迅速处理大量信息。
发明内容
因此，鉴于上述问题完成本发明。本发明的一个目的是提供一种新的液晶化合物，其具有低粘度和高负介电各向异性，以使显示器最优化。本发明的另一个目的是提供一种包含上述化合物的液晶组合物。本发明的又一个目的是提供一种通过使用上述组合物制造的液晶显示器。
本发明提供了一种由以下化学式1表示的新的含硅化合物、包含上述化合物的液晶组合物以及包括由上述液晶组合物制备的液晶层的液晶显示器：
[化学式1]
其中，A选自包括SiMe2Ok1(CQ2)n1、SiEt2Ok1(CQ2)n1、SiF2Ok1(CQ2)n1、SiCl2Ok1(CQ2)n1、SiMe2(CQ2)n1Ok1、SiEt2(CQ2)n1Ok1、SiF2(CQ2)n1Ok1、SiCl2(CQ2)n1Ok1、Ok1SiMe2(CQ2)n1、Ok1SiEt2(CQ2)n1、Ok1SiF2(CQ2)n1、Ok1SiCl2(CQ2)n1、(CQ2)n1Ok1SiMe2、(CQ2)n1Ok1SiEt2、(CQ2)n1Ok1SiF2、(CQ2)n1Ok1SiCl2、Ok1(CQ2)n1SiMe2、Ok1(CQ2)n1SiEt2、Ok1(CQ2)n1SiF2、Ok1(CQ2)n1SiCl2、(CQ2)n1SiMe2Ok1、(CQ2)n1SiEt2Ok1、(CQ2)n1SiF2Ok1、(CQ2)n1SiCl2Ok1、(CH2)n1、CH＝CH、C≡C、O、S、COO、OCO、CF2O、OCF2、OCOO、CH2O、CH2CO、OCH2和COCH2的组，其中k1为0或者1，Q为H或者F，n1为0～3的整数；
环B选自包括
的组；
环C选自包括
和
的组；
环D选自包括
和
的组，
其中，引入环B、环C或者环D并且由L1～L7表示的取代基相互独立，即使它们具有相同的指代；
M选自C、N和Si，附带条件为如果M为N，则L3或者L7为空的；
Z为C；
a1、a2和a3各自独立地选自C、NR和O；
E选自包括SiMe2Ok2(CQ2)n2、SiEt2Ok2(CQ2)n2、SiF2Ok2(CQ2)n2、SiCl2Ok2(CQ2)n2、SiMe2(CQ2)n2Ok2、SiEt2(CQ2)n2Ok2、SiF2(CQ2)n2Ok2、SiCl2(CQ2)n2Ok2、Ok2SiMe2(CQ2)n2、Ok2SiEt2(CQ2)n2、Ok2SiF2(CQ2)n2、Ok2SiCl2(CQ2)n2、(CQ2)n2Ok2SiMe2、(CQ2)n2Ok2SiEt2、(CQ2)n2Ok2SiF2、(CQ2)n2Ok2SiCl2、Ok2(CQ2)n2SiMe2、Ok2(CQ2)n2SiEt2、Ok2(CQ2)n2SiF2、Ok2(CQ2)n2SiCl2、(CQ2)n2SiMe2Ok2、(CQ2)n2SiEt2Ok2、(CQ2)n2SiF2Ok2、(CQ2)n2SiCl2Ok2、(CH2)n2、C≡C、O、S、COO、OCO、CF2O、OCF2、OCOO、CH2O、CH2CO、OCH2和COCH2的组，其中k2为0或者1，Q为H或者F，并且n2为0～3的整数；
R选自包括H、C1-C15烷基、C2～C15烯基和烷氧基(R1O)的组，其中烯基为CH＝CH2、CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CHCH3(E，Z)或者CH2CH2CH2CH＝CH2；
R1选自包括H、C1-C15烷基和C2～C15烯基的组，其中烯基为CH＝CH2、CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CHCH3(E，Z)或者CH2CH2CH2CH＝CH2；
X选自包括H、SiR2R3R4、CF3、OCF3、CN、NCS、卤素原子和R的组；
R2、R3和R4各自独立地选自R和卤素原子；
L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7各自独立地选自包括H、卤素原子、CN、CF3、OCF3和NCS的组；
o、p和q各自独立地表示0～2的整数；并且
E、A和X中的至少之一包含硅。
下文将更详细地说明本发明。
本发明提供了一种可以用于多种显示器件的新的含硅化合物；主要包含所述含硅化合物的液晶组合物，优选为负向列型液晶组合物；以及使用上述液晶组合物的液晶显示器。所述含硅化合物的特征在于具有低粘度和高负(-)介电各向异性。
低驱动电压下的液晶操作需要高介电各向异性。根据本发明，所述液晶化合物基于分子长轴具有取代基不对称性，从而提供了高负介电各向异性。
为获得快速的液晶反应时间，需要低粘度。根据本发明的化合物，通过将含硅取代基引入连接基(A和E)和端基(X)中的至少之一或者连接基和端基两者中，可能获得低粘度。
而且，根据本发明，通过引入卤素原子和/或烷基作为氢原子的取代基可以改善偶极矩，其在将含硅取代基引入连接基和/或端基中的至少之一时与硅形成主价键。这种改善的偶极矩导致介电各向异性的改善，介电各向异性受可极化性和偶极矩显著影响。
根据本发明由化学式1表示的含硅化合物优选实施方式由下列化学式2～10表示，其包括环B和环C的优选实施例。但是，本发明的范围不限于此。
[化学式2]
[化学式3]
[化学式4]
[化学式5]
[化学式6]
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
其中Z为C；
M为C、N或者Si，附带条件为如果M为N，则L3或者L7为空的；
a1、a2和a3各自独立地选自C、NR和O；
L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7各自独立地选自包括H、卤素原子、CN、CF3、OCF3和NCS的组；并且
A、E、R、X、o、p和q与化学式1中所定义的相同。
由化学式2～10表示的化合物的特别优选实施例包括下列化合物。但是，本发明的范围不限于此。
其中A选自包括SiOk1(CQ2)n1、Si(CQ2)n1Ok1、(CQ2)n1Ok1Si、(CQ2)n1SiOk1、Ok1(CQ2)n1Si和Ok1Si(CQ2)n1的组，并且k1、Q、n1、R、R2、R3、R4、L1、L2、L3、L4、L5、L7、X、M、a1、a2和a3与化学式1中所定义的相同。
由化学式1表示的含硅化合物的立体异构体也包括在本发明的范围内。在本文中，具有立体异构体的含硅化合物优选以具有液晶特性的反式存在。另外，含硅化合物的立体异构体可以以反式异构体：顺式异构体为85～100∶15～0的比存在，但其不限于此。
由化学式1表示的新的含硅化合物是化学和热稳定的，是对光稳定的，并且可以在所需温度范围内形成介晶相(中间相)，以便适用于显示器应用。
根据本发明由化学式1表示的含硅化合物可以通过本领域技术人员通常已知的方法制备。根据本发明的优选实施方式，由化学式1表示的含硅化合物可以通过下列反应式1～6的方法制备。
[反应式1]
在一个由反应式1表示的方法的实施方式中，将4-正丙基环己酮进行格利雅反应，随后使用TsOH脱水。将反应产物与n-BuLi反应形成，以阴离子，其依次与氯化甲硅烷(silyl chloride)衍生物反应。接着，通过使用阮内镍催化剂进行氢化，以形成反式异构体，从而制得由化学式11表示的甲硅烷基液晶化合物，其中环B或者环C为1，4-环己基。另外，可以通过使用Pd/碳氢化和再结晶的方法形成反式异构体。
[反应式2]
在一个由反应式2表示的方法的实施方式中，将4-正丙基环己酮进行格利雅反应，随后使用TsOH脱水。然后，使用n-BuLi将反应产物转化为阴离子形式，接着使其与氯化甲硅烷衍生物反应。如果使用与对四氯苯醌的反应代替氢化，可以制得由化学式12所示的甲硅烷基液晶化合物，其中环B或者环C为1，4-环己基。
[反应式3]
在一个由反应式3表示的方法的实施方式中，将4-正丙基环己酮进行格利雅反应，随后使用TsOH脱水。然后，使用n-BuLi将反应产物转化为其阴离子形式，接着使其与氯化甲硅烷衍生物反应。如果使用与对四氯苯醌的反应代替氢化，可以制得由化学式13所示的甲硅烷基液晶化合物，其中环B或者环C为1，4-苯基。
[反应式4]
在一个由反应式4表示的方法的实施方式中，通过使用硼酸衍生物进行Pd-偶联反应以制得联苯或者三苯基衍生物，使用n-BuLi将其依次转化为阴离子。然后，使反应产物与氯化甲硅烷反应以制得由化学式14表示的甲硅烷基液晶化合物。
[反应式5]
在一个由反应式5表示的方法的实施方式中，通过使用硼酸衍生物进行Pd-偶联反应以制得联苯或者三苯基衍生物，使用n-BuLi将其依次转化为阴离子。然后，使反应产物与氯化甲硅烷反应以制得由化学式15表示的甲硅烷基液晶化合物。
[反应式6]
在一个由反应式6表示的方法的实施方式中，将过量的Me2SiCl2加入由Mg形成的阴离子中以制得氯化甲硅烷衍生物，使其依次与苯基镁衍生物反应以制得由化学式16表示的甲硅烷基液晶化合物
除了通过以上反应式1～6的方法制备的化合物之外，由相似的方法或者本领域技术人员已知的常规方法制备的化合物也包括在本发明的范围内。可以适当比例混合如上所述制得的含硅化合物以制备液晶组合物。
本发明提供了一种液晶组合物，优选为包含由化学式1表示的含硅化合物的向列型液晶组合物。
为通过液晶组合物提供所需液晶特性，通常在液晶组合物的组合中使用约5～20种组分。根据本发明，通过使用可以用于提供高负介电各向异性并降低粘度的由化学式1表示的新的含硅化合物可以提供具有低驱动电压和快速反应时间的液晶组合物。
虽然对由化学式1表示的化合物的含量没有特别限制，更具体而言为选自包括由化学式2～10表示的含硅液晶化合物的组的至少一种化合物，但是基于100wt％的总液晶组合物，优选以1～50wt％的量使用各化合物。
除了由化学式1表示的含硅化合物之外，根据本发明的液晶组合物可以进一步包含通常用于常规液晶组合物的其它液晶化合物。这种化合物可以所需的控制比使用。另外，也可以使用适当的添加剂，并且这些添加剂公开在[H.Kelker/R.Hatz，液晶手册，Verlag Chemie，Weinheim，1980]中。例如，可以使用用于调节介电各向异性、粘度和/或向列相取向的添加剂。可以用于根据本发明的液晶组合物的添加剂的特别实例包括抑制液晶的螺旋结构和反向变形(reverse distortion)的手性掺杂剂、二向色染料等。
根据本发明的液晶组合物可以通过本领域技术人员通常已知的方法制备。在这些方法的一个实施方式中，构成液晶组合物的各种组分在从室温至高温的温度范围内溶解。
此外，本发明提供了包括由所述液晶组合物制备的液晶层的液晶显示器。
对液晶显示器没有特别限制。液晶显示器的特别实例包括需要负介电各向异性的显示器件，例如，垂直取向液晶显示器、图像垂直取向液晶显示器(patterned vertical alignment liquid crystal display device)、超级图像垂直取向液晶器(superpatterned vertical alignment liquid crystaldisplay device)等。
根据本发明的液晶显示器可以通过本领域技术人员通常已知的方法制造。在这些方法的一个实施方式中，在适当温度溶解液晶组合物，然后引入液晶器件。通过使用适当的添加剂可以调节如上述溶解的液晶相，以便可以使其用于全部类型的液晶显示器。
具体实施方式
将对本发明的优选实施方式进行详细的描述。应该理解，以下实施例仅为举例说明，并且本发明不限于此。
[实施例1～17]
实施例1
首先，将500mg Mg溶于无水THF，并向其中缓慢加入含有5.6g溶于20ml无水THF中的4-溴-4’-正丙基联苯的溶液以形成格氏试剂。接着，在0℃下向其中加入5.3g二氯二甲基硅烷，并且使反应混合物反应约3小时。向其中加入过量己烷以形成镁沉淀物。通过过滤除去该沉淀物。用NMR光谱法分析反应产物后，可以看出单偶合化合物和双偶合化合物以约90∶10(单偶合化合物∶双偶合化合物)的比例存在。当在低温下使用至少2当量的硅烷化合物时，可以将双偶合化合物的产率降低至10％或者更低的比例。在这一情况下，可以不分离双偶合化合物而进行随后的步骤。然后，通过使用2.1g 1-溴-2，3，4-三氟苯和240mg镁在20ml无水THF中形成格氏试剂。向该试剂中加入3.4g粗单偶合化合物，并将反应混合物加热至60℃。在搅拌约10小时之后，用水和己烷处理该反应混合物，然后用硅胶柱色层分离法纯化，以制得由上述化学式表示的含硅化合物(产率：87％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.61(s，6H)，0.98(t，3H)，1.66～1.69(m，2H)，2.65(t，2H)，7.05(m，1H)，7.24(d，2H)，7.49(m，1H)，7.55～7.62(m，6H)。
实施例2
首先，将1.0当量的1-溴-3，4-二氟苯溶于无水THF中，向其中加入1.1当量的镁以形成格氏试剂，依次使其与2.0当量的二氯二甲基硅烷反应。接着，通过真空蒸馏制得氯化二甲基(3，4-二氟苯基)硅烷。然后，将255mg镁溶于10ml无水THF中，并且向其中加入包含2.80g溶于无水THF中的4-溴-4’-正丙基联苯的溶液以形成格氏试剂。在室温下，向该格氏试剂中加入2.17g如上所述制得的氯化二甲基(3，4-二氟苯基)硅烷。在搅拌约10小时后，用水和己烷处理该反应混合物，然后用硅胶柱色层分离法纯化，以制得由上述化学式表示的含硅化合物(产率：85％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.60(s，6H)，1.00(t，3H)，1.68～1.74(m，2H)，2.66(t，2H)，7.16～7.19(m，1H)，7.21～7.33(m，4H)，7.53～7.63(m，6H)。
实施例3
首先，将1.0当量的1-溴-4-氟苯溶于无水THF中，向其中加入1.1当量的镁以形成格氏试剂，依次使其与2.0当量的二氯二甲基硅烷反应。接着，通过真空蒸馏制得氯化二甲基(3，4-二氟苯基)硅烷。然后，在氮气氛下，将3.24g 2，3-二氟-4’-正丙基联苯溶于20ml无水THF中，在-78℃下向该溶液中加入7.3ml 2.0Mn-BuLi，并且将该反应混合物充分搅拌约3小时以形成阴离子。向该阴离子中加入2.64g如上所述制得的氯化二甲基(4-氟苯基)硅烷，将该反应混合物加热至室温，然后搅拌约1小时。接着，用水和己烷处理该反应混合物，用硅胶柱色层分离法纯化，以制得由上述化学式表示的含硅化合物(产率：91％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.66(s，6H)，1.02(t，3H)，1.68～1.71(m，2H)，2.66(t，2H)，7.04～7.09(m，1H)，7.15(dd，2H)，7.19～7.23(m，1H)，7.29(d，2H)，7.48(d，2H)，7.61(dd，2H)。
实施例4
首先，在氮气氛下，将6.40g 2，3-二氟-4’-正丙基联苯溶于30ml无水THF中，在-78℃下向其中加入14.0mL 2.0Mn-BuLi。然后充分搅拌该反应混合物约3小时以形成阴离子。向该阴离子中加入5.77g如实施例2所述制得的氯化二甲基(3，4-二氟苯基)-硅烷，将该反应混合物加热至室温，并且在室温下搅拌约1小时。然后，用水和己烷处理该反应混合物。最后，用硅胶柱色层分离法纯化该反应产物，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：88％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.63(s，6H)，1.05(t，3H)，1.71～1.86(m，2H)，2.77(t，2H)，7.12～7.21(m，1H)，7.29～7.35(m，2H)，7.38～7.49(m，3H)，7.55(t，1H)，7.62(d，2H)。
实施例5
首先，在氮气氛下将1.20g 1，2-二氟苯溶于20ml无水THF中，在-78℃下向其中加入4.0mL 2.5Mn-BuLi，并搅拌该反应混合物约3小时以形成阴离子。接着，在低温下向其中加入2.0g反式环己烷，将该反应混合物加热至室温，并且在室温下搅拌约2小时。然后，用水和醚处理该反应混合物，并在减压下进行蒸发以形成叔醇化合物。将该叔醇混合物溶于CH2Cl2溶剂中，向其中加入500mg对甲苯磺酸，并且在60℃下搅拌该反应混合物10小时以进行脱水反应。在冷却至室温后，用水和CH2Cl2处理该反应混合物，并且用硅胶柱色层分离法纯化，以制得环己烯化合物，产率为约80％。接着，将2g该化合物溶于10ml无水THF中，在-78℃下向其中加入2.80ml 2.5Mn-BuLi，并且将该反应混合物搅拌约3小时以形成阴离子。在低温下向该阴离子中加入1.0g氯化三甲基硅烷，并缓慢加热至室温。在室温下搅拌约1小时之后，用水和己烷处理该反应混合物，并且用硅胶柱色层分离法纯化，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：95％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.33(s，9H)，0.91(t，3H)，0.93～1.11(m，4H)，1.12～1.24(m，3H)，1.24～1.53(m，6H)，1.72～1.88(m，3H)，1.88～2.05(m，2H)，2.21～2.29(br，1H)，2.29～2.52(m，2H)，5.98(br，1H)，6.95～7.04(m，2H)。
实施例6
首先，将2g由实施例5制得的环己烯化合物溶于10ml二甲苯中，向其中加入3.5g对四氯苯醌，并且于150℃加热该反应混合物约10小时以进行反应。在将该反应混合物冷却至室温后，加入己烷直至形成沉淀物。然后，通过使用硅藻土/硅胶过滤该沉淀物。最终，通过硅胶柱色层分离法纯化该反应混合物，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：83％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.38(s，9H)，0.92(t，3H)，1.07～1.15(m，2H)，1.20～1.28(m，2H)，1.30～1.45(m，3H)，1.45～1.58(m，2H)，1.87～1.99(br，4H)，2.53(t，1H)，7.11～7.19(m，2H)，7.29(d，2H)，7.49(d，2H)。
实施例7
首先，将3.0g 4-溴-4’-正丙基联苯溶于27mlDME中，并且向其中加入2.0g 2，3-二氟苯基硼酸、380mg四(三苯基膦)钯(0)和27ml2.0M Na2CO3。接着，将该反应混合物加热至100℃以反应约10小时。在TLC上确认4-溴-4’-正丙基联苯完全消失之后，将该反应混合物冷却至室温，用水和醚进行处理，接着用硅胶柱色层分离法纯化以制得三苯基化合物，产率为90％。然后，在氮气氛下将2.8g该三苯基化合物溶于10ml无水THF中，在-78℃下向其中加入4.3ml 2.5Mn-BuLi，超过约3小时，形成阴离子。然后向其中加入1.5ml TMSCl，并且将该反应混合物逐渐加热至室温。在室温下搅拌约1小时之后，用水和己烷处理该反应混合物，接着用硅胶柱色层分离法纯化，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：96％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.39(s，9H)，1.04(t，3H)，1.66～1.76(m，2H)，2.66(t，2H)，7.18～7.21(m，1H)，7.21～7.28(m，1H)，7.31(d，2H)，7.58(d，2H)，7.64(d，2H)，7.70(d，2H)。
实施例8
首先，将4.8g 4-溴-4’-正戊基联苯溶于40ml DME中，并且向其中加入3.0g 2，3-二氟苯基硼酸、550mg四(三苯基膦)钯(0)和40ml2.0M Na2CO3。接着，使该反应混合物反应约10小时，期间在100℃下加热该反应混合物。将反应混合物冷却至室温，并且用水和醚进行处理，然后用硅胶柱色层分离法纯化以制得三苯基混合物，产率为88％。接着，在氮气氛下，将4.0g三苯基化合物溶于20ml无水THF中，并且向其中加入5.7ml 2.5Mn-BuLi，超过约3小时，形成阴离子。然后，向其中加入2.0mlTMSCl，并且将该反应离子混合物逐渐加热至室温。在室温下搅拌约1小时之后，用水和己烷处理该反应混合物，接着用硅胶柱色层分离法纯化，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：95％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.38(s，9H)，0.95(m，3H)，1.35～1.43(m，4H)，1.62～1.73(m，2H)，2.67(t，2H)，7.18～7.20(m，1H)，7.20～7.26(m，1H)，7.29(d，2H)，7.57(d，2H)，7.62(d，2H)，7.68(d，2H)。
实施例9
首先，将7.9g 1-溴-4-三甲基甲硅烷基苯(1-bromo-4-trimethylsilylbenzene)溶于86ml DME中，并且向其中加入6.5g 2，3-二氟苯基硼酸、1.2g四(三苯基膦)钯(0)和86ml 2.0M Na2CO3。接着，将该反应混合物加热至100℃以反应约10小时。在将反应混合物冷却至室温之后，用水和醚对其处理，然后用硅胶柱色层分离法纯化以制得4’-三甲基甲硅烷基-2，3-二氟联苯化合物，产率为91％。接着，在氮气氛下，将3.0g该联苯化合物溶于20ml无水THF中，并且在-78℃下向其中加入5.0ml 2.5Mn-BuLi，超过约3小时，形成阴离子。然后，向该阴离子中加入2.0ml 4-正丙基环己酮，并且将该反应混合物逐渐加热至室温。在室温下搅拌约2小时之后，用水和醚处理该反应混合物，减压下蒸发，而后溶于CH2Cl2溶剂中。随后，向其中加入1.0g TsOH，并且使反应混合物在60℃下反应10小时。在完成该反应之后，用硅胶柱色层分离法纯化，以制得含硅化合物(产率：80％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.38(s，9H)，0.97(m，3H)，1.34～1.46(m，5H)，1.63～1.76(br，1H)，1.84～1.98(m，2H)，2.33～2.59(m，3H)，6.06(br，1H)，7.05～7.12(m，1H)，7.12～7.18(m，1H)，7.56(d，2H)，7.63(d，2H)。
实施例10
首先，将2.5g由实施例9制得的环己烯化合物溶于10ml二甲苯中，向其中加入4.0g对四氯苯醌，并且在150℃下加热该反应混合物约10小时以进行反应。在将该反应混合物冷却至室温后，加入己烷直至形成沉淀物。然后，通过使用硅藻土/硅胶过滤该沉淀物。最终，通过硅胶柱色层分离法纯化该反应混合物，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：85％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.36(s，9H)，1.02(t，3H)，1.69～1.78(m，2H)，2.69(t，2H)，7.21～7.28(m，2H)，7.30(d，2H)，7.54(d，2H)，7.63(d，2H)，7.68(d，2H)。
实施例11
首先，将3.8g 4’-三甲基甲硅烷基-2，3-二氟联苯溶于20ml无水THF中，并且在-78℃下向其中加入5.8ml 2.5Mn-BuLi，超过约3小时，形成阴离子。接着，将向其中2.8ml 4-正戊基环己酮，并且将该反应混合物加热至室温。在室温下搅拌该反应混合物约2小时，用水和醚进行处理，并且在减压下蒸发。然后，将该反应混合物溶于CH2Cl2溶剂中，向其中加入1.0g TsOH，并且使反应混合物在60℃下反应约10小时。在完成该反应之后，用硅胶柱色层分离法纯化该反应混合物，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：82％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.33(s，9H)，0.93(m，3H)，1.29～1.53(m，9H)，1.60～1.71(br，1H)，1.81～1.97(m，2H)，2.34～2.50(m，3H)，6.04(br，1H)，7.03～7.102(m，1H)，7.10～7.16(m，1H)，7.55(d，2H)，7.62(d，2H)。
实施例12
首先，将2.3g由实施例9制得的环己烯化合物溶于10ml二甲苯中，向其中加入4.1g对四氯苯醌，并且在150℃下加热该反应混合物约10小时以进行反应。在将该反应混合物冷却至室温后，加入己烷直至形成沉淀物。然后，通过使用硅藻土/硅胶过滤该沉淀物。最终，通过硅胶柱色层分离法纯化该反应混合物，以制得由以上化学式所示的含硅化合物(产率：83％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.33(s，9H)，0.92～0.95(m，3H)，1.36～1.41(m，4H)，1.65～1.74(m，2H)，2.68(t，2H)，7.24～7.27(m，2H)，7.30(d，2H)，7.52(d，2H)，7.59(d，2H)，7.64(d，2H)。
实施例13
首先，将7.28g 2，3-二氟-4-碘-4’-正戊基联苯溶于50ml DME溶剂中。接着，向其中加入3.85g 2，3-二氟苯基硼酸、705mg四(三苯基膦)钯(0)和50ml 2.0M Na2CO3，并且将该反应混合物在100℃下加热约10小时。在将反应混合物冷却至室温之后，用水和己烷对其进行处理，并且用硅胶柱色层分离法纯化以制得三苯基混合物，产率为70％。接着，在氮气氛下，将2.2g三苯基化合物溶于10ml无水THF中，并且在-78℃下加入3.1ml 2.5Mn-BuLi，超过3小时，形成阴离子。然后，向其中加入1.0mlTMSCl，并且将该反应混合物逐渐加热至室温。在于室温下搅拌约1小时之后，用水和己烷处理该反应混合物，然后用硅胶柱色层分离法纯化，以制得由以上化学式表示的含硅化合物(产率：90％)。400MHz 1H-NMR，CDCl3，δ(ppm)：0.39(s，9H)，1.00(m，3H)，1.67～1.74(m，2H)，2.67(t，2H)，7.16～7.22(m，2H)，7.27～7.32(m，4H)，7.52(d，2H)。
实施例14.液晶组合物(1)
由如下表1中所示的物质制备液晶组合物。在表1中，各百分比表示每百份组合物的重量份。
[表1]
实施例15.液晶组合物(2)
由如下表2中所示的物质制备液晶组合物。在表2中，各百分比表示每百份组合物的重量份。
[表2]
| 化合物及含量 |
实施例16.液晶组合物(3)
由如下表3中所示的物质制备液晶组合物。在表3中，各百分比表示每百份组合物的重量份。
[表3]
实验例1.对于液晶组合物物理性能的评价
根据以下试验评价根据本发明的液晶组合物的物理性能。
使用根据实施例14～16的液晶组合物。在氮气氛下，以1g的量将各组合物加入试管中，然后在150℃下加热2小时以测定相变温度。在本文中，各组合物的清亮点(clearing point)(c.p.)表示在向列相中各向同性液体相变温度(isotropic liquid phase transition temperature)。此外，在20℃/589nm测定各组合物的光学各向异性(Δn)，而在20℃/1kHz测定各组合物的介电各向异性(Δε)。另外，在20℃下测定各组合物的旋转粘度(γ1)。结果示于下表4中。
在试验之后，可以看出包含根据本发明的化学式1表示的新的含硅化合物作为活性组分的根据实施例14～16的液晶组合物显示出高负(-)介电各向异性和低粘度(见表4)。
[表4]
| 实施例 | 清亮点(℃) | 光学各向异性 | 介电各向异性 | 粘度(mPas) |
| 14 | 98 | 0.127 | -5.9 | 112 |
| 15 | 91 | 0.116 | -5.7 | 94 |
| 16 | 102 | 0.099 | -5.8 | 105 |
工业适用性
正如从前文可以看出，本发明提供了一种具有低粘度和高负介电各向异性的新的向列型液晶化合物以及包含该化合物的液晶组合物。根据本发明，可以提供一种满足包括快速反应时间和低驱动电压的多种所需特征的液晶显示器。
虽然已结合目前被认为是最可行和优选的实施方式描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所公开的实施方式和附图。正相反，其意在覆盖在所附权利要求的实质和范围内的各种修改和变化。
Claims (15)
1、一种由以下化学式1表示的含硅化合物：
[化学式1]
其中，A选自包括SiMe2Ok1(CQ2)n1、SiEt2Ok1(CQ2)n1、SiF2Ok1(CQ2)n1、SiCl2Ok1(CQ2)n1、SiMe2(CQ2)n1Ok1、SiEt2(CQ2)n1Ok1、SiF2(CQ2)n1Ok1、SiCl2(CQ2)n1Ok1、Ok1SiMe2(CQ2)n1、Ok1SiEt2(CQ2)n1、Ok1SiF2(CQ2)n1、Ok1SiCl2(CQ2)n1、(CQ2)n1Ok1SiMe2、(CQ2)n1Ok1SiEt2、(CQ2)n1Ok1SiF2、(CQ2)n1Ok1SiCl2、Ok1(CQ2)n1SiMe2、Ok1(CQ2)n1SiEt2、Ok1(CQ2)n1SiF2、Ok1(CQ2)n1SiCl2、(CQ2)n1SiMe2Ok1、(CQ2)n1SiEt2Ok1、(CQ2)n1SiF2Ok1、(CQ2)n1SiCl2Ok1、(CH2)n1、CH＝CH、C≡C、O、S、COO、OCO、CF2O、OCF2、OCOO、CH2O、CH2CO、OCH2和COCH2的组，其中k1为0或者1，Q为H或者F，n1为0～3的整数；
环B选自包括
的组；
环C选自包括
的组；
环D选自包括
的组，
其中，引入环B、环C或者环D并且由L1～L7表示的取代基相互独立，即使它们具有相同的指代；
M选自C、N和Si，附带条件为如果M为N，则L3或者L7为空的；
Z为C；
a1、a2和a3各自独立地选自C、NR和O；
E选自包括SiMe2Ok2(CQ2)n2、SiEt2Ok2(CQ2)n2、SiF2Ok2(CQ2)n2、SiCl2Ok2(CQ2)n2、SiMe2(CQ2)n2Ok2、SiEt2(CQ2)n2Ok2、SiF2(CQ2)n2Ok2、SiCl2(CQ2)n2Ok2、Ok2SiMe2(CQ2)n2、Ok2SiEt2(CQ2)n2、Ok2SiF2(CQ2)n2、Ok2SiCl2(CQ2)n2、(CQ2)n2Ok2SiMe2、(CQ2)n2Ok2SiEt2、(CQ2)n2Ok2SiF2、(CQ2)n2Ok2SiCl2、Ok2(CQ2)n2SiMe2、Ok2(CQ2)n2SiEt2、Ok2(CQ2)n2SiF2、Ok2(CQ2)n2SiCl2、(CQ2)n2SiMe2Ok2、(CQ2)n2SiEt2Ok2、(CQ2)n2SiF2Ok2、(CQ2)n2SiCl2Ok2、(CH2)n2、C≡C、O、S、COO、OCO、CF2O、OCF2、OCOO、CH2O、CH2CO、OCH2和COCH2的组，其中k2为0或者1，Q为H或者F，并且n2为0～3的整数；
R选自包括H、C1～C15烷基、C2～C15烯基和烷氧基(R1O)的组，其中所述烯基为CH＝CH2、CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CHCH3(E，Z)或者CH2CH2CH2CH＝CH2；
R1选自包括H、C1～C15烷基和C2～C15烯基的组，其中所述烯基为CH＝CH2、CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CHCH3(E，Z)或者CH2CH2CH2CH＝CH2；
X选自包括H、SiR2R3R4、CF3、OCF3、CN、NCS、卤素原子和R的组；
R2、R3和R4各自独立地选自R和卤素原子；
L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7各自独立地选自包括H、卤素原子、CN、CF3、OCF3和NCS的组；
o、p和q各自独立地表示0～2的整数；并且
E、A和X中至少之一包含硅。
2、根据权利要求1所述的含硅化合物，其具有负介电各向异性。
3、根据权利要求1所述的含硅化合物，其为由选自包括化学式2～化学式10的组的任一化学式表示的化合物：
[化学式2]
[化学式3]
[化学式4]
[化学式5]
[化学式6]
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
其中，A选自包括SiMe2Ok1(CQ2)n1、SiEt2Ok1(CQ2)n1、SiF2Ok1(CQ2)n1、SiCl2Ok1(CQ2)n1、SiMe2(CQ2)n1Ok1、SiEt2(CQ2)n1Ok1、SiF2(CQ2)n1Ok1、SiCl2(CQ2)n1Ok1、Ok1SiMe2(CQ2)n1、Ok1SiEt2(CQ2)n1、Ok1SiF2(CQ2)n1、Ok1SiCl2(CQ2)n1、(CQ2)n1Ok1SiMe2、(CQ2)n1Ok1SiEt2、(CQ2)n1Ok1SiF2、(CQ2)n1Ok1SiCl2、Ok1(CQ2)n1SiMe2、Ok1(CQ2)n1SiEt2、Ok1(CQ2)n1SiF2、Ok1(CQ2)n1SiCl2、(CQ2)n1SiMe2Ok1、(CQ2)n1SiEt2Ok1、(CQ2)n1SiF2Ok1、(CQ2)n1SiCl2Ok1、(CH2)n1、CH＝CH、C≡C、O、S、COO、OCO、CF2O、OCF2、OCOO、CH2O、CH2CO、OCH2和COCH2的组，其中k1为0或者1，Q为H或者F，n1为0～3的整数；
M选自C、N和Si，附带条件为如果M为N，则L3或者L7为空的；
Z为C；
a1、a2和a3各自独立地选自C、NR和O；
E选自包括SiMe2Ok2(CQ2)n2、SiEt2Ok2(CQ2)n2、SiF2Ok2(CQ2)n2、SiCl2Ok2(CQ2)n2、SiMe2(CQ2)n2Ok2、SiEt2(CQ2)n2Ok2、SiF2(CQ2)n2Ok2、SiCl2(CQ2)n2Ok2、Ok2SiMe2(CQ2)n2、Ok2SiEt2(CQ2)n2、Ok2SiF2(CQ2)n2、Ok2SiCl2(CQ2)n2、(CQ2)n2Ok2SiMe2、(CQ2)n2Ok2SiEt2、(CQ2)n2Ok2SiF2、(CQ2)n2Ok2SiCl2、Ok2(CQ2)n2SiMe2、Ok2(CQ2)n2SiEt2、Ok2(CQ2)n2SiF2、Ok2(CQ2)n2SiCl2、(CQ2)n2SiMe2Ok2、(CQ2)n2SiEt2Ok2、(CQ2)n2SiF2Ok2、(CQ2)n2SiCl2Ok2、(CH2)n2、C≡C、O、S、COO、OCO、CF2O、OCF2、OCOO、CH2O、CH2CO、OCH2和COCH2的组，其中k2为0或者1，Q为H或者F，并且n2为0～3的整数；
R选自包括H、C1-C15烷基、C2～C15烯基和烷氧基(R1O)的组，其中所述烯基为CH＝CH2、CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CHCH3(E，Z)或者CH2CH2CH2CH＝CH2；
R1选自包括H、C1～C15烷基和C2～C15烯基的组，其中所述烯基为CH＝CH2、CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CH2、CH＝CHCH2CH2CH3(E，Z)、CH2CH＝CHCH2CH3(E，Z)、CH2CH2CH＝CHCH3(E，Z)或者CH2CH2CH2CH＝CH2；
X为选自包括H、SiR2R3R4、CF3、OCF3、CN、NCS、卤素原子和R的组；
R2、R3和R4各自独立地选自R和卤素原子；
L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7各自独立地选自包括H、卤素原子、CN、CF3、OCF3和NCS的组；并且
o、p和q各自独立地表示0～2的整数。
4、根据权利要求1所述的含硅化合物，其选自包括以下化合物的组：
其中，A选自包括SiOk1(CQ2)n1、Si(CQ2)n1Ok1、(CQ2)n1Ok1Si、(CQ2)n1SiOk1、Ok1(CQ2)n1Si和Ok1Si(CQ2)n1的组，并且R、R2、R3、R4、M、a1、a2、a3、L1、L2、L3、L4、L5、L7和X与权利要求1中所定义的相同。
5、根据权利要求1所述的含硅化合物，其具有立体异构体。
6、根据权利要求5所述的含硅化合物，其中，所述含硅化合物的立体异构体以反式异构体∶顺式异构体为85～100∶15～0的比存在。
7、一种液晶组合物，其包含至少一种如权利要求1～6中任一项所定义的含硅化合物。
8、根据权利要求7所述的液晶组合物，其中，基于100wt％的所述组合物的总重量，所述各含硅化合物以1～50wt％的量存在。
9、一种液晶显示器，其包括由如权利要求7所定义的液晶组合物制备的液晶层。
10、一种制备含硅化合物的方法，其由以下反应式1表示：
[反应式1]
其中，U选自SiOk1(CQ2)n1、Si(CQ2)n1Ok1、(CQ2)n1Ok1Si和(CQ2)n1SiOk1，其中k1为0或者1，Q为H或者F，并且n1为0～3的整数；
W选自Me、Et、F和Cl；并且
环B、R、E、X、L1、L2、L4、L5、L6、L7、o和p与权利要求1所定义的相同。
11、一种制备含硅化合物的方法，其由以下反应式2表示：
[反应式2]
其中，V选自包括H、Me、Et、F、Cl、OMe和OEt的组；并且
环B、E、R、X、L4、L5、L6、L7、o和p与权利要求1所定义的相同。
12、一种制备含硅化合物的方法，其由以下反应式3表示：
[反应式3]
其中，U选自SiOk1(CQ2)n1、Si(CQ2)n1Ok1、(CQ2)n1Ok1Si和(CQ2)n1SiOk1，其中k1为0或者1，Q为H或者F，并且n1为0～3的整数；
W选自Me、Et、F和Cl；并且
环B、R、E、X、L1、L2、L4、L5、L6、L7、o和p与权利要求1所定义的相同。
13、一种制备含硅化合物的方法，其由以下反应式4表示：
[反应式4]
其中，V选自包括H、Me、Et、F、Cl、OMe和OEt的组；并且
环B、R、E、A、X、L4、L5、L6、L7、o、p和q与权利要求1所定义的相同。
14、一种制备含硅化合物的方法，其由以下反应式5表示：
[反应式5]
其中，U选自SiOk1(CQ2)n1、Si(CQ2)n1Ok1、(CQ2)n1Ok1Si和(CQ2)n1SiOk1，其中k1为0或者1，Q为H或者F，并且n1为0～3的整数；
W选自Me、Et、F和Cl；并且
环B、R、E、X、L1、L2、L4、L5、L6、L7、o、p和q与权利要求1所定义的相同。
15、一种制备含硅化合物的方法，其由以下反应式6表示：
[反应式6]
其中，U选自SiOk1(CQ2)n1或者Si(CQ2)n1Ok1，其中k1为0或者1，Q为H或者F，并且n1为0～3的整数；
W选自Me、Et、F和Cl；并且
环B、R、E、X、L1、L2、L4、L5、o、p和q与权利要求1所定义的相同。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |