具体实施方式
本发明中的向列型液晶组合物含有1种或2种以上的由通式(I)表示的化合物作为第一成分,优选为1种~20种,更优选为1种~15种,进一步优选为1种~10种,特别优选为2种~8种。
由通式(I)表示的化合物的含量优选为10~80质量%的范围,更优选为15~70质量%的范围。这些化合物具有绝对值大的负介电常数各向异性,但含量多时会存在粘度增加的倾向或者近晶-向列相转变温度会上升。因此,在重视低粘度时或者重视低的近晶-向列相转变温度时,优选这些化合物的含量少,在重视绝对值大的负介电常数各向异性时,优选这些化合物的含量多。
在通式(I)中,R1和R2表示碳原子数1~10的烷基或碳原子数2~10的链烯基,但优选R1和R2的至少任意一个表示碳原子数2~10的链烯基,作为链烯基具体地特别优选以下的结构。
[化5]
(结构式在右端与环连接。)
更具体而言,通式(I)作为具体结构优选由下述通式(I-A)和通式(I-B)表示的化合物。
[化6]
(式中,R5、以及R7和R8的任一个与通式(I)中的R1表示相同的意思,R6、以及R7和R8的另一个与通式(I)中的R2表示相同的意思。)
更优选由通式(I-A-I)~(I-A-VIII)和通式(I-B-I)~(I-B-I)形成的组所表示的化合物。
[化7]
(式中,R5、R6和R8表示碳原子数1~10的烷基或碳原子数2~10的链烯基。)
本发明的向列型液晶组合物含有1种或2种以上的由通式(II)表示的化合物作为第二成分,优选为1种~12种,更优选为1种~8种,进一步优选为2种~6种。
通式(II)的含量优选为20~70质量%的范围,更优选为25~65质量%的 范围。这些化合物几乎没有增大介电常数各向异性的绝对值的效果,但是具有降低粘度的效果。因此,在重视低粘度时,优选这些化合物的含量多;在重视增大介电常数各向异性的绝对值时,优选这些化合物的含量少。
在本发明中,第一成分和第二成分的含量之和不超过100质量%。
在通式(II)中,优选R3和R4分别独立地表示碳原子数1~10的烷基、碳原子数2~10的链烯基、碳原子数1~10的烷氧基或碳原子数3~10的链烯氧基,更优选R3表示碳原子数1~10的烷基或碳原子数2~10的链烯基,R4表示碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的烷氧基或碳原子数2~10的链烯基,具体而言,更优选R3表示-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-(CH2)3CH3、-(CH2)4 CH3、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-CH=CH2、-CH=CH CH3 (E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2、-(CH2)4CH=CHCH3(E体)或-(CH2)6CH=CH2,R4表示-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-(CH2)3CH3、-(CH2)4CH3、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-OCH3、-OCH2CH3、-O(CH2)2CH3、-O(CH2)3CH3、-O(CH2) 4CH3、-O(CH2)5CH3、-O(CH2)6CH3、-O(CH2)7CH3、-CH=CH2、-CH=CHCH3 (E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2、-(CH2)4CH=CHCH3(E体)或-(CH2)6CH=CH2。
B1和B2优选分别独立地表示反式-1,4-亚环己基(包括该基团中存在的1个CH2基或不相邻的2个CH2基被氧原子取代)、1,4-亚苯基(包括该基团中存在的1个或2个以上的CH基可以被氮原子取代)、1,4-亚环己烯基、1,4-二环[2.2.2]亚辛基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基或1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基或者它们的氢原子被氟原子取代的取代基,更优选表示反式-1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、氟取代的1,4-亚苯基或1,4-二环[2.2.2]亚辛基。
Y1和Y2优选分别独立地表示-CH2CH2-、-CH=CH-(E体)、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-CF2CF2-、-CF=CF-(E体)、-CH2O-、-OCH2-、-OCH(CH3)-、-CH(CH3)O-、-(CH2)4-、-(CH2) 3O-、-O(CH2)3-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、-COO-、-OCO-、-COS-、-SCO-或单键,更优选-CH2CH2-、-CH=CH-(E体)、-CH(CH3)CH2-、-CH2CH(CH3)-、-CF2CF2-、-CF=CF-(E体)、-CH2O-、-OCH2-、-OCH(CH3)-、-CH(CH3) O-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-或单键,进一步优选-CH2CH2-、-CH=CH-(E体)或单键。
具体而言,通式(II)作为具体结构优选由下述通式(II-A)~通式(II-I)形成的组表示的化合物。
[化8]
(式中,R13、R15、R17、R19、R21、R27和R29分别独立地表示-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-(CH2)3CH3、-(CH2)4CH3、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-CH=CH2、-CH=CHCH3(E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2) 2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2、-(CH2)4CH=CHCH3(E体)或-(CH2)6CH=CH2,R23和R25分别独立地表示-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-(CH2)3CH3、-(CH2)4CH3、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2、-(CH2)4 CH=CHCH3(E体)或-(CH2)6CH=CH2,R14、R16和R18分别独立地表示-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-(CH2)3CH3、-(CH2)4CH3、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-OCH3、-OCH2CH3、-O(CH2)2CH3、-O(CH2) 3CH3、-O(CH2)4CH3、-O(CH2)5CH3、-O(CH2)6CH3、-O(CH2)7CH3、-CH=CH2、-CH=CHCH3(E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2CH=CHCH3 (E体)、-(CH2)4CH=CH2、-(CH2)4CH=CHCH3(E体)或-(CH2)6CH=CH2,R20、R22、R24、R26、R28和R30分别独立地表示-CH3、-CH2CH3、-(CH2)2CH3、-(CH2)3CH3、-(CH2)4CH3、-(CH2)5CH3、-(CH2)6CH3、-(CH2)7CH3、-OCH3、-OCH2CH3、-O(CH2)2CH3、-O(CH2)3CH3、-O(CH2)4CH3、-O (CH2)5CH3、-O(CH2)6CH3、-O(CH2)7CH3、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2) 2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2、-(CH2)4CH=CHCH3(E体)或-(CH2)6CH=CH2。)
本发明的向列型液晶组合物还优选含有选自由通式(III-A)~(III-J)形成的化合物组中的1种或2种以上的化合物作为追加成分。
[化9]
(式中,R31和R32分别独立地表示碳原子数1~10的烷基或碳原子数2~10的链烯基,这些基团中存在的1个CH2基或不相邻的2个以上的CH2基可以被O和/或S取代,并且这些基团中存在的1个或2个以上的氢原子可以被F或Cl取代。)
本发明的向列型液晶组合物优选含有10~80质量%的选自通式(I)中的1种或2种以上的化合物,且含有20~70质量%的选自由通式(II-A)~通式(II-I)形成的组中的1种或2种以上的化合物。
并且,本发明的向列型液晶组合物更优选含有10~80质量%的选自由通式(I-A)和通式(I-B)形成的化合物组中的1种或2种以上的化合物,且含有20~70质量%的选自由通式(II-A)~通式(II-I)形成的组中的1种或2种以上的化合物。
另外,本发明的向列型液晶组合物进一步优选含有10~80质量%的选自由通式(I-A-I)~通式(I-A-VIII)和通式(I-B-I)~通式(I-B-IV)形成的化合物组中的1种或2种以上的化合物,且含有20~70质量%的选自由通式(II-A) ~通式(II-I)形成的组中的1种或2种以上的化合物。
本发明中,向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)优选为70℃,更优选为75℃以上,进一步优选为80℃以上。这里,由于向列相-各向同性液体相转变温度(Tni)优选尽可能高,从而其上限值不需要特别限定,但作为实用的上限值可举出例如130℃。
在25℃的介电常数各向异性(Δε)优选为-2.0以下,更优选为-2.5以下,进一步优选为-3.0以下。这里,由于介电常数各向异性(Δε)的绝对值优选尽可能大,从而其下限值不需要特别限定,但作为实用的下限值可举出例如-8.0。
当对应薄的单元间隙时,在25℃的折射率各向异性(Δn)更优选为0.10以上,进一步优选为0.12以上。当对应厚的单元间隙时,更优选为0.095以下,进一步优选为0.085以下。这里,由于折射率各向异性(Δn)可根据由与单元间隙(d)的两者乘积(Δn×d)表示的迟延的各最佳值进行调整,从而其范围不需要特别限定,但作为实用的范围可举出例如0.06以上0.16以下。
粘度优选为30mPa·s以下,更优选为25mPa·s以下,进一步优选为20mPa·s以下。这里,由于粘度优选尽可能低,从而其下限值不需要特别限定,但作为实用的下限值可举出例如10mPa·s。
上述向列型液晶组合物可有效用于液晶显示元件,特别是可有效用于有源矩阵驱动用液晶显示元件,可以用于VA模式、IPS模式或ECB模式用液晶显示元件。
本发明的向列型液晶组合物除了上述化合物以外,还可以含有通常的向列型液晶、近晶型液晶、胆固醇型液晶等。
在构成本发明的由通式(I-1)表示的化合物中,Ra表示碳原子数2~7的直链状链烯基,优选-CH=CH2、-CH=CHCH3(E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2或-(CH2)4CH=CHCH3(E体),Rb表示碳原子数1~7的直链状烷基或碳原子数2~7的直链状链烯基,作为碳原子数1~7的直链状烷基优选乙基、丙基、丁基或戊基,作为碳原子数2~7的链烯基优选-CH=CH2、-CH=CHCH3(E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2 CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2或-(CH2)4CH=CHCH3(E体),具 体地优选表示下述结构。
[化10]
(式中,Ra表示-CH=CH2、-CH=CHCH3(E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2或-(CH2)4CH=CHCH3(E体),Rb表示碳原子数1~5的直链状烷基或者-CH=CH2、-CH=CHCH3(E体)、-(CH2)2CH=CH2、-(CH2)2CH=CHCH3(E体)、-(CH2)4CH=CH2或-(CH2) 4CH=CHCH3(E体)。)
本发明的化合物可以如下进行制造。
制造方法1
使由式(9)表示的二酮化合物与由甲氧基甲基三苯基氯化鏻调制的内鎓盐反应,得到由式(10)表示的化合物。
[化11]
[化12]
对得到的式(10)的化合物进行酸催化水解,进而在碱性条件下通过顺式-反式异构化得到由式(11)表示的化合物。
[化13]
使得到的式(11)的化合物与由甲基三苯基溴化鏻调制的内鎓盐反应,得 到由式(12)表示的化合物。
[化14]
使用氢化硼钠等还原剂对得到的式(12)的化合物进行还原,得到由式(13)表示的化合物。
[化15]
将得到的式(13)的化合物转换成由通式(14)表示的化合物,通过与由2,3-二氟苯酚调制的苯酚盐反应,得到由式(15)表示的化合物。
[化16]
(式中,X1表示氯、溴、碘、苯磺酰氧基、对甲苯磺酰氧基、甲烷磺酰氧基或三氟甲烷磺酰氧基。)
[化17]
通过对得到的化合物进行氧化,得到由式(16)表示的化合物。通过由其调制的苯酚盐与由通式(17)表示的化合物进行反应,可以得到由通式(18)表示的化合物。
[化18]
[化19]
(式中,Ra与上述通式(I-1)表示相同的意思,X2与上述通式(14)中的X1表示相同的意思。)
[化20]
(式中,Ra与上述通式(I-1)表示相同的意思。)
制造方法2
对由式(19)表示的化合物进行与从式(9)向式(11)转换同样的反应,得到由式(20)表示的化合物。
[化21]
[化22]
使用氢化硼钠等还原剂对得到的式(20)的化合物进行还原,得到由式(21)表示的化合物。
[化23]
将得到的由式(21)表示的化合物转换为由通式(22)表示的化合物,通过在酸性条件下进行脱保护,得到由通式(23)表示的化合物。
[化24]
(式中,X2与通式(14)中的X1表示相同的意思。)
[化25]
(式中,X2与上述通式(14)中的X1表示相同的意思。)
对得到的由通式(23)表示的化合物进行与从式(9)向式(11)转换同样的反应,得到由式(24)表示的化合物。
[化26]
(式中,X2与上述通式(14)中的X1表示相同的意思。)
得到的由通式(24)表示的化合物与由甲基三苯基溴化鏻调制的内鎓盐反应,得到由通式(25)表示的化合物。
[化27]
(式中,X2与上述通式(14)中的X1表示相同的意思。)
使得到的由通式(25)表示的化合物与通过由通式(26)表示的苯酚化合物调制的苯酚盐反应,得到由通式(18)表示的化合物。
[化28]
(式中,Ra与上述通式(I-1)表示相同的意思。)
制造方法3
对由式(27)表示的化合物进行与从式(9)向式(12)转换同样的反应,得到由式(28)表示的化合物。
[化29]
[化30]
通过氢化锂铝、氢化双(2-甲氧基乙氧基)铝钠等还原剂对得到的由式(28)表示的化合物进行还原,得到由式(29)表示的化合物。
[化31]
将得到的由式(29)表示的化合物转换为由通式(30)表示的化合物,与通过由通式(26)表示的苯酚化合物调制的苯酚盐反应,可以得到由通式(31)表示的化合物。
[化32]
(式中,X3与上述通式(14)中的X1表示相同的意思。)
[化33]
(式中,Ra与上述通式(I-1)表示相同的意思。)
制造方法4
在酸性、脱水条件下使由式(39)表示的化合物与乙二醇反应,得到由式(40)表示的化合物。
[化34]
[化35]
通过氢化锂铝、氢化双(2-甲氧基乙氧基)铝钠等还原剂对得到的由式(40) 表示的化合物进行还原,得到由式(41)表示的化合物。
[化36]
将得到的由式(41)表示的化合物转换成由通式(42)表示的化合物,通过与由2,3-二氟苯酚调制的苯酚盐反应,得到由式(43)表示的化合物。
[化37]
(式中,X1表示氯、溴、碘、苯磺酰氧基、对甲苯磺酰氧基、甲烷磺酰氧基或三氟甲烷磺酰氧基。)
[化38]
在酸性条件下对得到的由式(43)表示的化合物进行脱保护,得到由式(44)表示的化合物。
[化39]
使得到的由式(44)表示的化合物与由甲氧基甲基三苯基氯化鏻调制的内鎓盐反应,得到由式(45)表示的化合物。
[化40]
在酸性条件下对得到的式(45)的化合物进行水解,进而在碱性条件下进行顺式-反式异构化,得到由式(46)表示的化合物。
[化41]
对得到的式(46)的化合物进行2次从式(44)向式(46)的转换反应(但是不进行顺式-反式异构化反应),得到由式(47)表示的化合物。
[化42]
使得到的由式(47)表示的化合物与由甲基三苯基溴化鏻调制的内鎓盐反应,得到由式(48)表示的化合物。
[化43]
对得到的由式(48)表示的化合物进行氧化,得到由式(49)表示的化合物。
[化44]
使通过得到的由式(49)表示的化合物调制的苯酚盐与由通式(50)表示的化合物反应,可以得到由通式(51)表示的化合物。
[化45]
(式中,X1与上述通式(42)中的表示相同的意思,p2和Rb分别与通式(I-1)中的表示相同的意思。)
[化46]
(式中,p2和Rb分别与通式(I-1)中的表示相同的意思。)
制造方法5
使由式(46)表示的化合物与由乙基三苯基溴化鏻调制的内鎓盐反应,并在酸性条件下进行E/Z异构化,得到由式(52)表示的化合物。
[化47]
对得到的由式(52)表示的化合物进行从式(48)向通式(51)的转换反应,可以得到由通式(53)表示的化合物。
[化48]
(式中,p2和Rb分别与通式(I-1)中的表示相同的意思。)
实施例
以下列举实施例更具体地说明本发明,但本发明并不限于这些实施例。化合物的结构通过核磁共振谱图(NMR)、质量谱图(MS)等进行确认。另外,以下的实施例和比较例的组合物中的“%”表示“质量%”。
化合物的记载使用了下述省略号。
THF:四氢呋喃
DMF:N,N-二甲基甲酰胺
Me:甲基
Et:乙基
Bu:丁基
Pen:戊基
Pr:丙基
Ms:甲烷磺酰基
实施例中测定的物性值如下所述。
TNI:向列-各向同性相转变温度(℃)
Δn:25℃的双折射率
Δε:25℃的介电常数各向异性
η:粘度(mPa·s)(20℃)
实施例1:2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基-4-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯(1a)的合成
[化49]
(1-1)4,4’-双甲氧基亚甲基双环己基的合成
在2600mlTHF中分散882.3g甲氧基甲基三苯基氯化鏻,冷却至-10℃。保持内部温度的同时加入313.2g叔丁氧基钾。保持内部温度的同时搅拌1小时后,滴加200.0g双环己基-4,4’-二酮的THF(800ml)溶液。保持内部温度的同时搅拌1小时后,加入水而停止反应。减压馏去溶剂后,加入己烷并激烈觉拌,进行过滤(2次)。合并滤液,依次以50%甲醇水溶液、饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸镁进行干燥。馏去溶剂,得到231.8g白色固体。
(1-2)反式,反式-双环己基-4,4’-二甲醛的合成
向(1-1)中得到的231.8g固体的THF(930ml)溶液中加入700ml 10% 盐酸,加热回流1小时。放冷反应液后,分离有机层,从水层用甲苯进行萃取(4次)。用饱和食盐水洗涤合并后的有机层后,用无水硫酸镁进行干燥。减压馏去溶剂,得到204.5g红茶色的液体。将其溶解到800ml甲醇中,在-10℃下激烈搅拌的过程中,在保持内部温度的状态下滴加80ml 10%氢氧化钠水溶液。在保持内部温度的状态下搅拌2小时。加入水,通过抽吸过滤滤取析出的固体。依次用水、甲醇洗涤得到的固体,进行干燥,得到189.4g白色固体。
(1-3)4’-乙烯基双环己基-4-甲醛的合成
将192.5g甲基三苯基溴化鏻分散到580mlTHF中,在-10℃下激烈搅拌的过程中,保持内部温度的同时加入66.6g叔丁氧基钾。保持内部温度的同时搅拌1小时后,在内部温度5~10℃下向(1-2)中得到的固体120.0g的THF(1800ml)溶液进行滴加。在保持内部温度的状态下搅拌1小时后,加入水而停止反应。用5%氯化铵水溶液洗涤反应溶液。馏去有机层的溶剂,加入己烷和甲苯,用50%甲醇水进行洗涤。用无水硫酸镁干燥后,减压馏去溶剂,得到60.1g大致无色的固体。
(1-4)反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基甲醇的合成
在-10℃下搅拌1.65g氢化硼钠的乙醇(120ml)溶液的过程中,保持内部温度的同时滴加(1-3)中得到的60.1g大致无色的固体的THF(180ml)溶液。升温至室温后搅拌2小时,加入水、醋酸乙酯、氯化铵水溶液,停止反应。向反应液加入饱和食盐水,分离有机层,用醋酸乙酯从水层进行萃取(2次)。用饱和食盐水洗涤合并的有机层,用无水硫酸镁进行干燥。减压馏去溶剂,通过柱色谱法进行精制,得到15.4g作为白色固体的反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基甲醇。
(1-5)甲烷磺酸反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基甲酯的合成
在50ml二氯甲烷中溶解15.1g反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基甲醇、8.2ml吡啶和0.41g 4-二甲氨基吡啶。在冰冷却下用30分钟滴加6.3ml甲烷磺酰氯的二氯甲烷(6ml)溶液,升温至室温后搅拌6小时,整夜放置。将反应溶液倒入10%盐酸,分取有机层,用二氯甲烷对水层进行萃取。合并有机层,用饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸镁进行干燥。减压馏去溶剂,利用柱色谱法(二氧化硅凝胶/甲苯)和再结晶(己烷/甲苯)3次对残渣进行精制, 得到9.8g作为无色结晶的甲烷磺酸反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基甲酯。
(1-6)2,3-二氟-1-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯的合成
将甲烷磺酸反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基甲酯溶解到DMF中,加入2,3-二氟苯酚和磷酸三钾,在80-100℃下搅拌2小时。加入水和甲苯,分取有机层,用水和饱和食盐水洗涤后,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂,用柱色谱法精制残渣,得到2,3-二氟-1-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯。
(1-7)2,3-二氟-4-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯酚的合成
将15.7g 2,3-二氟-1-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯溶解到80mlTHF中,在内部温度-45℃以下对其滴加5 1ml仲丁基锂(1.01M己烷、环己烷溶液),进而搅拌30分钟。在内部温度-40℃以下对其滴加5.9g硼酸三甲酯,进而搅拌30分钟,升温至0℃。随后加入16ml水,用30分钟滴加16ml 15%双氧水,搅拌3小时。加入水和甲苯,分取有机层,用甲苯萃取水层。合并有机层并用饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸镁进行干燥。减压馏去溶剂,通过柱色谱法和再结晶对残渣进行精制,得到2,3-二氟-4-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯酚。
(1-8)2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基-4-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯(1a)的合成
将6.5g 2,3-二氟-4-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯酚溶解到35mlDMF中,加入4.9g(反式-4-乙基环己基)甲基溴化物和6.4g磷酸三钾,在80-100℃搅拌2小时。加入水和甲苯,分取有机层,用饱和食盐水洗涤后,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂,通过再结晶和柱色谱法对残渣进行精制,得到3.8g作为无色结晶的2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基-4-(反式-4-(反式-4-乙烯基环己基)环己基)甲氧基苯(1a)。
相转变温度C 94.1 N 197.5 I
(C、N、I分别表示结晶相、向列相、各向同性相,以下相同。)
MS m/z:474(M+),146(100)
1H-NMR(400MHz,CDCl3)
δ:0.88(t,J=7.2Hz,3H),0.90-1.30(m,17H),1.65-2.00(m,15H),3.70-3.80(m,4H),4.80-5.00(m,2H),5.77(ddd,J=16.8Hz,J=10.4Hz,J=6.4Hz,1H),6.59(d,J=5.6Hz,2H)
实施例2:2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基-4-(反式-4-乙烯基环己基)甲氧基苯(1b)的合成
[化50]
(2-1)2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基苯的合成
将30g 2,3-二氟苯酚溶解到300mlDMF中,加入56.8g(反式-4-乙基环己基)甲基溴化物和73.4g磷酸三钾,在100-110℃搅拌1小时。加入水和甲苯,分取有机层,用甲苯萃取水层。合并有机层并用饱和食盐水洗涤后,用于柱色谱法,减压馏去溶剂。通过再结晶对残渣进行精制,得到37g 2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基苯。
(2-2)2,3-二氟-4-(反式-4-乙基环己基)甲氧基苯酚的合成
将37g 2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基苯溶解到222mlTHF中,在内部温度-40℃以下对其滴加59.9ml丁基锂(2.67M己烷溶液),进而搅拌30分钟。在内部温度-40℃以下对其滴加18.1g硼酸三甲酯,升温至0℃。随后,用5分钟滴加24.7ml 30%双氧水,搅拌3小时。加入水和甲苯,分取有 机层,用甲苯萃取水层。合并有机层并用水洗涤,减压馏去溶剂。通过柱色谱法对得到的残渣进行精制,得到20g 2,3-二氟-4-(反式-4-乙基环己基)甲氧基苯酚。
(2-3)4-甲氧基亚甲基环己烷羧酸甲酯的合成
将263.4g甲氧基甲基三苯基氯化鏻分散到750ml四氢呋喃中,在-9~-4℃下用5分钟对其加入86.2g叔丁氧基钾。进而,在-4~-11℃搅拌30分钟后,将100.0g 4-氧杂环己烷羧酸甲酯溶解到300mlTHF中,在-10~4℃下用80分钟进行滴加。进而,在0~4℃搅拌60分钟后,加入7.0g氯化铵和20ml水。在减压下馏去反应混合物的溶剂后,加入600ml己烷,在室温下搅拌30分钟。滤出析出物后,再次用600ml己烷悬浮洗涤析出物,合并己烷滤液,依次用甲醇-水(1∶1)的混合液、水、饱和食盐水进行洗涤。用无水硫酸钠干燥后,在减压下馏去溶剂,得到103g作为油状物的4-甲氧基亚甲基环己烷羧酸甲酯。
(2-4)4-甲酰基环己烷羧酸甲酯的合成
将103g 4-甲氧基亚甲基环己烷羧酸甲酯溶解到350mlTHF中,在11~13℃下用10分钟对其滴加100ml 10%盐酸。进而,在室温搅拌3小时后,加入80ml己烷。用醋酸乙酯萃取水层后,合并有机层,依次以水、饱和食盐水进行洗涤。用无水硫酸镁干燥后,进行浓缩,得到92.4g作为油状物的4-甲酰基环己烷羧酸甲酯。另外,通过气相色谱法进行了分析,得到的物质为顺式体和反式体的64∶36的混合物。
(2-5)4-乙烯基环己烷羧酸甲酯的合成
将297.4g甲基三苯基溴化鏻分散到900mlTHF中,在-8℃用3分钟对其加入95.6g叔丁氧基钾。进而,搅拌3分钟后,将92.4g 4-甲酰基环己烷羧酸甲酯溶解到270mlTHF中,在-6~4℃下用50分钟进行滴加。进而,在0~4℃下搅拌30分钟后,加入15ml水。在减压下馏去反应混合物的溶剂后,加入500ml己烷,在室温下搅拌30分钟。滤出析出物后,再次用500ml己烷悬浮洗涤析出物,合并己烷滤液,依次用甲醇-水(1∶1)的混合液、水、饱和食盐水进行洗涤。用无水硫酸钠干燥后,在减压下馏去溶剂,得到81.2g油状物。通过减压蒸馏得到57.3g 4-乙烯基环己烷羧酸甲酯。沸点为122~127℃/48hPa。 另外,通过气相色谱法进行了分析,得到的物质为顺式体和反式体的26∶74的混合物。
(2-6)反式-4-乙烯基环己烷羧酸的合成
将55.3g 4-乙烯基环己烷羧酸甲酯溶解到60ml甲醇中,冷却至15℃后,对其加入100g 20%氢氧化钠水溶液。进而,在室温下搅拌2小时后,加入浓盐酸而使体系为酸性。用己烷萃取后,用饱和食盐水洗涤有机层。用无水硫酸钠干燥后,进行浓缩,得到52.4g反应混合物。由己烷进行再结晶,得到23.0g反式-4-乙烯基环己烷羧酸。
(2-7)反式-4-乙烯基环己烷羧酸甲酯的合成
将23.0g反式-4-乙烯基环己烷羧酸溶解到120ml甲醇中,加入0.1g三甲基氯甲硅烷,回流6小时后,冷却至室温,在减压下进行浓缩。加入150ml己烷,分离甲醇层后,用己烷萃取甲醇层,合并有机层,用饱和食盐水进行洗涤。用无水硫酸钠干燥后,进行浓缩,得到29.5g作为油状物质的反式-4-乙烯基环己烷羧酸甲酯。
(2-8)(反式-4-乙烯基环己基)甲醇的合成
将5.7g氢化锂铝分散在50mlTHF中。将29.5g反式-4-乙烯基环己烷羧酸甲酯溶解到75mlTHF中,在15~16℃用40分钟对其进行滴加。进而,在10~20℃搅拌30分钟后,缓慢地加入水。加入约70ml 10%盐酸,用己烷进行洗涤的同时通过倾析器除去泥浆状的不溶物,然后依次以10%盐酸、饱和小苏打水、饱和食盐水洗涤得到的有机层。用无水硫酸钠干燥后,进行浓缩,得到26g(反式-4-乙烯基环己基)甲醇。
(2-9)甲烷磺酸(反式-4-乙烯基环己基)甲酯的合成
将26g(反式-4-乙烯基环己基)甲醇溶解到100ml二氯甲烷中,加入23.6g吡啶和0.9g 4-二甲氨基吡啶。将18.8g甲烷磺酰氯溶解到36ml二氯甲烷中,在14~20℃用25分钟对其进行滴加。进而,在室温下搅拌7小时后,静置一晚。加入40ml水,分离有机层后,依次以10%盐酸、水、饱和小苏打水、饱和氯化铵水溶液洗涤有机层。用无水硫酸镁干燥后,进行浓缩,得到32.7g固体物质。由己烷进行再结晶,得到30.8g甲烷磺酸(反式-4-乙烯基环己基)甲酯。
(2-10)2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基-4-(反式-4-乙烯基环己基)甲氧基苯(1b)的合成
向10g 2,3-二氟-4-(反式-4-乙基环己基)甲氧基苯酚的DMF(50ml)溶液加入12g磷酸三钾和8.1g甲烷磺酸(反式-4-乙烯基环己基)甲酯,在80-100℃下搅拌2小时。加入水和甲苯,分取有机层,用水和饱和食盐水洗涤后,用二氧化硅凝胶进行干燥。减压馏去溶剂,通过再结晶和柱色谱法对残渣进行精制,得到7.9g作为无色结晶的2,3-二氟-1-(反式-4-乙基环己基)甲氧基-4-(反式-4-乙烯基环己基)甲氧基苯(1b)。
相转变温度C 59.2 N 77.1I
MS m/z:392(M+),146(100)
1H-NMR(400MHz,CDCl3)
δ:0.88(t,J=7.6Hz,3H),0.90-1.30(m,11H),1.65-2.00(m,11H),3.70-3.80(m,4H),4.85-5.05(m,2H),5.79(ddd,J=17.2Hz,J=10.4Hz,J=6.8Hz,1H),6.60(d,J=5.6Hz,2H)
实施例3:2,3-二氟-1-((反式-4-乙基环己基)甲氧基)-4-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)苯(1c)的合成
(3-1)4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己烷羧酸甲酯的合成
将300ml 4-氧杂环己烷羧酸甲酯溶解到900ml甲苯中,加入257ml乙二醇和5g对甲苯磺酸水合物,除去生成的水的同时加热回流4小时。冷却至室温后,滴加100ml饱和碳酸氢钠水溶液,加入500ml水,分取有机层。用甲苯 萃取水层,合并有机层,用水和饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂直至总量约为1.2L,得到4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己烷羧酸甲酯的甲苯溶液。
(3-2)(4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲醇的合成
向(3-1)中得到的甲苯溶液滴加832g 70%氢化双(2-甲氧基乙氧基)铝钠甲苯溶液,进而搅拌2小时。向反应溶液滴加100ml醋酸乙酯,加入500ml水,分取有机层。用甲苯萃取水层,合并有机层,用水和饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂,对残渣进行减压蒸馏(179-184℃/2.5kPa),得到153.9g作为无色油状物质的(4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲醇。
(3-3)甲烷磺酸(4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲酯的合成
将1 53.9g(4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲醇溶解到500ml二氯甲烷中,加入108ml吡啶和11g 4-二甲氨基吡啶,进行冰冷却。用30分钟滴加83ml甲烷磺酰氯,升温至室温后搅拌2小时。将反应溶液倒入400ml水中,分取有机层,用二氯甲烷萃取水层。合并有机层,用水、饱和碳酸氢钠水溶液和饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂,通过柱色谱法对残渣进行精制,得到230.6g作为淡黄色油状物质的甲烷磺酸(4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲酯。
(3-4)1-((4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯的合成
将15.9g甲烷磺酸(4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲酯溶解到150mlDMF中,加入20.2g磷酸三钾和9.1g 2,3-二氟苯酚,在80-100℃搅拌2小时。将反应溶液倒入水中,进行甲苯萃取,用水和饱和食盐水洗涤有机层,用二氧化硅凝胶进行干燥。减压馏去溶剂直至总量约为100ml,得到1-((4-(4’,4’-亚乙基二氧)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯的甲苯溶液。
(3-5)1-((4-氧杂环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯的合成
向(3-4)中得到的甲苯溶液加入80ml甲酸,在室温下搅拌6小时。加入水和甲苯,分取有机层,用水和饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂,得到13.8g 1-((4-氧杂环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯。
(3-6)1-((反式-4-甲酰基环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯的合成
将13.8g 1-((4-氧杂环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯溶解到50mlTHF中,加入23.6g甲氧基甲基三苯基氯化鏻。在内部温度10-25℃对其滴加7.7g叔丁氧基钾的THF(20ml)溶液,搅拌30分钟。加入1 0ml水,减压馏去溶剂,加入己烷、50%甲醇水溶液,分取有机层。用50%甲醇水溶液和饱和食盐水对其进行洗涤,用于柱色谱法。减压馏去溶剂,将残渣溶解到100mlTHF中,加入100ml 10%盐酸,加热回流3小时。加入水和醋酸乙酯,分取有机层,依次以饱和食盐水、饱和碳酸氢钠水溶液、饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸钠干燥后,减压馏去溶剂。向残渣加入30ml甲醇和20%氢氧化钠水溶液,在冰冷却下搅拌2小时。加入水和醋酸乙酯,分取有机层,用饱和食盐水洗涤3次后,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂,得到11.5g 1-((反式-4-甲酰基环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯。
(3-7)1-((反式-4-(甲酰基甲基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯的合成
将11.5g 1-((反式-4-甲酰基环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯溶解到50mlTHF中,加入18.6g甲氧基甲基三苯基氯化鏻。在内部温度5-20℃对其滴加6.1g叔丁氧基钾的THF(20ml)溶液,搅拌30分钟。加入10ml水,减压馏去溶剂,加入己烷、50%甲醇水溶液,分取有机层。用50%甲醇水溶液和饱和食盐水对其进行洗涤,用于柱色谱法。减压馏去溶剂,将残渣溶解到70mlTHF中,加入70ml 10%盐酸,加热回流2小时。加入水和醋酸乙酯,分取有机层,用饱和食盐水洗涤3次,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂,得到8.2g 1-((反式-4-(甲酰基甲基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯。
(3-8)1-((反式-4-(2-甲酰基乙基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯的合成
将8.2g 1-((反式-4-(甲酰基甲基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯溶解到50mlTHF中,加入12.6g甲氧基甲基三苯基氯化鏻。在内部温度5-20℃对其滴加4.1g叔丁氧基钾的THF(20ml)溶液,搅拌30分钟。加入10ml水,减压馏去溶剂,加入己烷、50%甲醇水溶液,分取有机层。用50%甲醇水溶液和饱和食盐水对其进行洗涤,用二氧化硅凝胶进行干燥。减压馏去溶剂,将残渣溶解到50mlTHF中,加入50ml 10%盐酸,加热回流2小时。加入水和醋酸乙酯,分取有机层,用饱和食盐水洗涤3次,用无水硫酸钠进行干燥。减压馏去溶剂, 得到7.0g 1-((反式-4-(2-甲酰基乙基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯。
(3-9)1-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯的合成
将7.0g 1-((反式-4-(2-甲酰基乙基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯溶解到30mlTHF中,加入10.6g甲基三苯基溴化鏻。在内部温度5-20℃对其滴加3.3g叔丁氧基钾的THF(15ml)溶液,搅拌30分钟。加入10ml水,减压馏去溶剂,加入己烷、50%甲醇水溶液,分取有机层。用50%甲醇水溶液和饱和食盐水对其进行洗涤,用于柱色谱法。减压馏去溶剂,得到3.0g 1-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯。
(3-10)4-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯酚的合成
将3.0g 1-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯溶解到30mlTHF中,在内部温度-40~-60℃滴加11.7ml仲丁基锂(1.01M环己烷、己烷溶液),搅拌30分钟。向其加入1.3g硼酸三甲酯,升温至室温,加入1.8ml30%双氧水,在40℃搅拌1小时。加入5%盐酸,搅拌1小时,加入甲苯,分取有机层,用饱和食盐水洗涤后,用无水硫酸镁进行干燥,得到4-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯酚。
(3-11)2,3-二氟-1-((反式-4-乙基环己基)甲氧基)-4-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)苯(1c)的合成
将(3-10)中得到的4-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)-2,3-二氟苯酚全部溶解到20mlDMF中,加入3.4g磷酸三钾和2.6g(反式-4-乙基环己基)甲基溴化物,在80-100℃搅拌2小时。加入水和甲苯,分取有机层,用水和饱和食盐水进行洗涤,用无水硫酸镁进行干燥,减压馏去溶剂。通过再结晶和柱色谱法对残渣进行精制,得到1.3g作为无色结晶的2,3-二氟-1-((反式-4-乙基环己基)甲氧基)-4-((反式-4-(3-丁烯基)环己基)甲氧基)苯(1c)。
相转变温度C 60.6 N 88.5 I
MS m/z:420(M+),146(100)
1H-NMR(400MHz,CDCl3)
δ:0.88(t,J=7.2Hz,3H),0.85-1.40(m,14H),1.70-2.20(m,12H),3.76(d,J=6.4Hz,4H),4.90-5.04(m,2H),5.75-5.87(m,1H),6.55-6.65(m,2H)
实施例4:液晶组合物的制备(1)
制备由以下组成构成的母体液晶组合物(H)。
[化51]
在此,(H)的物性值如下所述。
向列相上限温度(TN-I):103.2℃
介电常数各向异性(Δε):0.03
折射率各向异性(Δn):0.099
粘度(mPa·s):15.2
制备包括80%该母体液晶(H)和20%实施例1中得到的(1a)的液晶组合物(M-1)。该组合物的物性值如下所述。
向列相上限温度(TN-I):121.0℃
介电常数各向异性(Δε):-1.03
折射率各向异性(Δn):0.099
粘度(mPa·s):23.4
含有本发明的化合物(1a)的液晶组合物(M-1)与母体液晶(H)相比,向列相上限温度(TN-I)明显上升,介电常数各向异性(Δε)减小,为负值。由此可知,本发明的化合物(1a)即使在高温下也稳定地发现向列相,介电常数各向异性为负,其绝对值非常大。
实施例5:液晶组合物的制备(2)
制备包括80%实施例4中制备的母体液晶(H)和20%实施例2中得到的(1b)的液晶组合物(M-2)。该组合物的物性值如下所述。
向列相上限温度(TN-I):97.3℃
介电常数各向异性(Δε):-1.20
折射率各向异性(Δn):0.097
粘度(mPa·s):20.6
含有本发明的化合物(1b)的液晶组合物(M-2)与母体液晶(H)相比,介电常数各向异性(Δε)明显减小,为负值。由此可知,本发明的化合物(1b)的介电常数各向异性为负,其绝对值非常大。
实施例6:液晶组合物的制备(3)
制备包括80%实施例4中制备的母体液晶(H)和20%实施例3中得到的(1c)的液晶组合物(M-3)。该组合物的物性值如下所述。
向列相上限温度(TN-I):99.3℃
介电常数各向异性(Δε):-1.09
折射率各向异性(Δn):0.096
粘度(mPa·s):19.6
含有本发明的化合物(1c)的液晶组合物(M-3)与母体液晶(H)相比,介电常数各向异性(Δε)明显减小,为负值。由此可知,本发明的化合物(1c)的介电常数各向异性为负,其绝对值非常大。
比较例1
制备包括80%实施例4中制备的母体结晶(H)和20%专利文献8记载的化合物(R1)的液晶组合物(MR-1)。
[化52]
该组合物的物性值如下所述。
向列相上限温度(TN-I):109.2℃
介电常数各向异性(Δε):-1.19
折射率各向异性(Δn):0.095
粘度(mPa·s):24.8
实施例5的(M-2)、实施例6的(M-3)和比较例1的(MR-1)的物性值概括于下述表1中。
[表1]
表1.实施例5、6和比较例1
|
(M-2) |
(M-3) |
(MR-1) |
组成 |
(H)80% (1b)20% |
(H)80% (1c)20% |
(H)80% (R1)20% |
TN-I(℃) |
97.3 |
99.3 |
109.2 |
Δn |
0.097 |
0.096 |
0.095 |
Δε |
-1.20 |
-1.09 |
-1.19 |
η(mPa·s) |
20.6 |
19.6 |
24.8 |
含有专利文献1记载的化合物(R1)的液晶组合物(MR-1)与使用了本发明的化合物的液晶组合物相比,粘度增加。由此可知,本发明的化合物具有绝对值大的负介电常数各向异性,具有低的粘度。
实施例7:液晶组合物的制备(4)
制备由以下构成表示的液晶组合物(M-4),测定其物性值。
[化53]
(M-4)的物性值为Tni:81.2℃、Δn:0.074、Δε:-4.7、η:22.2mPa·s。
比较例2
作为比较例2制备不含有由通式(I)表示的化合物、由以下构成表示的液晶组合物(MR-2),测定其物性值。
[化54]
(MR-2)的物性值为Tni:77.5℃、Δn:0.073、Δε:-4.8、η:23.5mPa·s。可以知道,(M-4)是具有与(MR-2)同等的Δn和绝对值大小的负Δε,且Tni高于(MR-2)、具有低的粘度的优异的液晶组合物。
实施例8:液晶组合物的制备(5)
制备由以下构成表示的液晶组合物(M-5),测定其物性值。
[化55]
(M-5)的物性值为Tni:79.5℃、Δn:0.074、Δε:-4.7、η:22.4mPa·s。实施例9:液晶组合物的制备(6)
制备由以下构成表示的液晶组合物(M-6),测定其物性值。
[化56]
(M-6)的物性值为Tni:80.3℃、Δn:0.074、Δε:-4.8、η:19.0mPa·s。将这些物性值概括于表2中。
[表2]
表2.实施例7、8、9和比较例2
|
(M-4) |
(M-5) |
(M-6) |
(MR-2) |
(I)(%) |
17 |
22 |
17 |
- |
(II)(%) |
43 |
38 |
43 |
40 |
(III)(%) |
40 |
40 |
40 |
60 |
TN-I(℃) |
81.2 |
79.5 |
80.3 |
77.5 |
Δn |
0.074 |
0.074 |
0.074 |
0.073 |
Δε |
-4.7 |
-4.7 |
-4.8 |
-4.8 |
η(mPa·s) |
22.2 |
22.4 |
19.0 |
23.5 |
可以知道,MR-2与M-4、M-5和M-6相比,在液晶相上限温度和粘度方面较差。
实施例10:液晶组合物的制备(7)
作为Δn稍大的组合物制备了包括以下组成的液晶组合物(M-7)。
[化57]
该(M-7)的物性值如下所述。
向列相上限温度(TN-I):79.4℃
介电常数各向异性(Δε):-2.55
折射率各向异性(Δn):0.106
粘度(mPa·s):24.4
实施例11:液晶组合物的制备(8)
作为Δn稍大的组合物制备了包括以下组成的液晶组合物(M-8)。
[化58]
该(M-8)的物性值如下所述。
向列相上限温度(TN-I):79.6℃
介电常数各向异性(Δε):-2.50
折射率各向异性(Δn):0.108
粘度(mPa·s):24.6