CN101671342B - 聚合性手性化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明目的在于提供具有强HTP和低熔点的聚合性手性化合物。本发明提供由通式(I)表示的聚合性手性化合物。本发明的化合物具有强HTP和低熔点,由于为低熔点,与其他液晶化合物具有优异的溶解性,因此,作为聚合性液晶组合物的构成材料是有用的。以本发明的聚合性手性化合物为构成材料的聚合性液晶组合物中聚合性手性化合物的含量可以较多,从而能够制作具有优异的光学特性的光学各向异性体。本发明的光学各向异性体对于偏转板、相位差板等用途是有用的。
Description
技术领域
本发明涉及聚合性手性化合物及含有该化合物的聚合性液晶组合物、还有作为该聚合性液晶组合物的固化物的光学各向异性体。
背景技术
近年来伴随着信息化社会的发展液晶显示所必需的偏转板、相位差板等中采用的光学各向异性体的重要性日益增加。光学各向异性体所必要的光学特性根据目的而不同,从而需要具有针对目的的特性的化合物。另外,不仅光学特性,化合物的聚合速度、溶解性、熔点、玻璃转化点、聚合物的透明性、聚合物的机械强度等也成为重要的因子。
近年来使用了聚合性胆甾型液晶的圆偏光分离功能元件被有效用作辉度提高膜。胆甾型液晶通常可以通过对向列型液晶添加光学活性化合物(下面称为手性化合物)进行调制。作为液晶显示器的光学补偿膜为了从紫外线区域至可见光区域得到圆偏光分离功能,需要形成节距(p)非常短的螺旋结构。分子螺旋的节距p根据式(a)与液晶组合物中的手性化合物的浓度c成反比。比例常数为手性化合物的螺旋扭力(HTP)。为了得到短的节距,增加手性化合物的浓度或者增强扭力即可得到。
[式1]
但是大量配合手性化合物时,由于液晶性、溶解性、聚合物的透明性等光学特性降低和高价的手性化合物引起的高成本化而并非优选。因此,期望着采用HTP(螺旋扭力)强的手性化合物的液晶组合物。作为显示这样强的HTP的化合物提出了环结构的具有光学活性部位的手性化合物(参照专利文献1和2)。在这些专利文献中公开了基于1,4:3,6-双脱水-D-甘露醇(异甘露醇)、双脱水-D-山梨醇(异山梨醇)等光学活性化合物的具有强HTP的聚合性手性化合物。但是,这些光学活性化合物均存在熔点高、溶解性差、与一部分液晶化合物的相溶性低等问题(专利文献1)。另外,为了提高溶解性而使结构形成非对称的化合物虽然在溶解性方面发现了一定程度的改善,但是由于制造繁杂,存在会成为光学各向异性体的高价格化的主要原因的问题(专利文献2)。
专利文献1:日本特表平9-506088号公报
专利文献2:日本特开2003-137887号公报
发明内容
本发明要解决的问题是提供具有强HTP和低熔点的聚合性手性化合物。
本申请发明人对聚合性化合物中的各种取代基进行了研究,结果发现具有特定结构的聚合性化合物可以解决上述问题,从而完成了本发明。
本发明提供由通式(I)表示的聚合性手性化合物,提供以该化合物为构成材料的液晶组合物、还有使用了该液晶组合物的光学各向异性体。
上述通式(I)为:
(式中R1和R2相互独立地表示聚合性基团,S1和S2相互独立地表示间隔基团(スペ一サ一基),Y1和Y2相互独立地表示-CH2CH2COO-、-OCOCH2CH2-、-OCOOS3O-、-OS3OCOO-、-CH=CH-COO-和-OCOCH=CH-,S3表示碳原子数2~6的烷基和烷氧基,A1和A4独立地表示1,4-亚苯基和萘-2,6-二基,A2和A3相互独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、萘-2,6-二基、四氢化萘-2,6-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基,A1、A2、A3和A4各自可以被烷基、卤代烷基、烷氧基、卤素、氰基或硝基取代,B1和B2相互独立地表示-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-CO-NR11-、-NR11-CO-、-SCH2-、-CH2S-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-、-CH2CH2-COO-、-OOC-CH2CH2-、-NR11-CO-、-CO-NR11-、-CO-CH=CH-、-CH2-、-C2H4-、-CF2-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CH-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-C≡C-或单键,X1表示-CO-、-CH=CH-CO-、-CH2CH2-CO-、-CH2-、-C2H4-、-CF2-、-NR11-CO-或单键,X2表示-OC-、-OC-CH=CH-、-OC-CH2CH2-、-CH2-、-C2H4-、-CF2-、-CO-NR11-或单键(在B1、B2、X1和X2中,R11相互独立地表示氢原子或碳原子1-4的烷基),m和n表示0、1或2)。
本发明的聚合性手性化合物具有强HTP和低熔点,由于为低熔点,具有与其他液晶化合物的优异溶解性,作为聚合性液晶组合物的构成材料是有用的。并且,由于制造方法简便,还具有可以廉价地制造的优点。以本发明的聚合性手性化合物为构成材料的聚合性液晶组合物中聚合性手性化合物的含量可以较多,从而能够制作具有优异的光学特性的光学各向异性体。本发明的光学各向异性体对于偏转板、相位差板、选择反射板等用途是有用的。
具体实施方式
在通式(I)中R1和R2相互独立地表示聚合性基团,作为聚合性基团的例子可举出下述所示的结构。
[化1]
这些聚合基团通过自由基聚合、自由基加成聚合、阳离子聚合和阴离子聚合进行固化。特别是作为聚合方法进行紫外线聚合的情况优选式(R-1)、式(R-2)、式(R-4)、式(R-5)、式(R-7)、式(R-11)、式(R-13)或式(R-15),更优选(R-1)、式(R-2)、式(R-7)、式(R-11)或式(R-13)。
S1和S2相互独立地表示间隔基团或单键,作为间隔基团优选碳原子数2~6的亚烷基,该亚烷基的碳原子可以被氧原子取代形成氧原子间没有直接结合的基团,从液晶性和与其他的液晶化合物的相溶性的角度考虑更优选碳原子数2~4的亚烷基。
Y1和Y2相互独立地优选-CH2CH2COO-、-OCOCH2CH2-、-OCOOS3O-、-OS3OCOO-、-CH=CH-COO-、-OCOCH=CH-,S3表示碳原子数2~6的烷基和烷氧基,更优选-CH2CH2COO-、-OCOCH2CH2-、-CH=CH-COO-、-OCOCH=CH-。从增大HTP和利用不饱和键的角度考虑特别优选-CH=CH-COO-、-OCOCH=CH-。
A1~A4为具有环结构的二价基团,A1和A4优选1,4-亚苯基和萘-2,6-二基,A2和A3优选1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、萘-2,6-二基、四氢化萘-2,6-二基。B1和B2优选-O-、-S-、-OCH2-、-CH2O-、-COO-、-OCO-、-C2H4COO-、-COOC2H4-、-OC2H4O-、-OC3H6-、或-C3H6O-,从廉价地制造、液晶取向性的角度考虑更优选-COO-、-OCO-、-OCH2-、或-CH2O-。
X1表示结合基团,优选-CO-、-CH=CH-CO-、-CH2CH2-CO-、-CH2-,X2优选-OC-、-OC-CH=CH-、-OC-CH2CH2-、-CH2-。特别是X1为-CO-、X2为-OC-的情况扭力强,因此更优选。m和n表示0、1或2,m和n优选0或1。
由通式(I)表示的化合物更具体地优选由下述通式(I-1)~(I-17)表示的化合物。
[化2]
[化3]
[化4]
[化6]
(式中p和q相互独立地表示2~8的整数。)
本发明的化合物可以由下面记载的合成方法进行合成。
(制法1)由通式(I-1)表示的化合物的制造
使用二环己基碳二亚胺等脱水缩合剂使对溴苯甲酸和异山梨醇进行酯化反应,进而生成物和丙烯酸羟乙酯通过使用了钯催化剂的海克(ヘツク)反应得到异山梨醇衍生物(S-2)。
[化5]
接着,在三乙胺存在下使异山梨醇衍生物(S-2)和丙烯酰氯进行酯化反应,可以得到p=2的目标化合物(I-1)。
[化6]
(制法2)由通式(I-7)表示的化合物的制造
6-羟基-2-萘甲酸和三氟甲烷磺酰氯反应后进一步使用二环己基碳二亚胺等脱水缩合剂使异山梨醇进行酯化反应,得到异山梨醇衍生物(S-3)。
[化7]
进而异山梨醇衍生物(S-3)和丙烯酸羟乙酯通过使用了钯催化剂的海克反应得到异山梨醇衍生物(S-4),通过钯碳进行加氢反应,得到异山梨醇衍生物(S-5)。
[化8]
接着,在三乙胺存在下使异山梨醇衍生物(S-5)和丙烯酰氯进行酯化反应,可以得到p=2的目标化合物(I-7)。
[化9]
(制法3)由通式(I-9)表示的化合物的制造
在氢氧化钠等适当碱存在下,使对羟基苯甲酸和苄基氯进行醚化反应而对苯酚结合保护基后,使用二环己基碳二亚胺等脱水缩合剂进行酯化反应,进而通过利用了钯催化剂加氢的还原反应使生成物脱离苯酚保护基,得到异山梨醇衍生物(S-7)。
[化10]
进而,通过使用了三苯基膦、二异丙基偶氮二羧酸酯的光延反应使异山梨醇衍生物(S-7)和二甘醇单叔丁基醚进行醚化反应,再通过三氟乙酸使叔丁基脱保护,得到含有羟基的异山梨醇衍生物(S-8)。
[化11]
接着,在吡啶存在下使含有羟基的异山梨醇衍生物(S-8)和丙烯酰氧基乙基氯甲酸酯进行酯化反应,可以得到p=2的目标化合物(I-9)。
(制法4)由通式(I-16)表示的化合物的制造
使用二环己基碳二亚胺等脱水缩合剂使对硝基苯甲酸和异山梨醇进行酯化反应,进而通过钯碳等还原硝基,得到具有氨基的异山梨醇衍生物(S-9)。
[化12]
进而,在三乙胺存在下使异山梨醇衍生物(S-9)和溴代苯甲酰氯进行酯化反应,得到酰胺化合物(S-10),接着生成物和丙烯酸羟基丁酯进行使用了钯催化剂的海克反应,进而在三乙胺存在下使丙烯酰氯进行酯化反应,可以得到p=4的目标化合物(I-16)。
[化13]
(制法5)由通式(I-17)表示的化合物的制造
使用二环己基碳二亚胺等脱水缩合剂使由制法(3)合成的异山梨醇衍生物(S-7)1摩尔和6-溴-2-萘甲酸1摩尔进行酯化反应,得到异山梨醇衍生物,进而与三氟甲烷磺酸酐反应得到非对称的异山梨醇衍生物(S-12)。
[化14]
接着异山梨醇衍生物(S-12)和丙烯酸羟基乙酯进行使用了钯催化剂的海克反应,进而在三乙胺存在下使丙烯酰氯进行酯化反应,可以得到p=2的目标化合物(I-17)。
[化15]
本发明的化合物可以适宜地用于手性向列型、手性近晶型及胆甾型液晶组合物。在以本发明的化合物为构成材料的液晶组合物中聚合性手性化合物的添加量优选0.1~40质量%,更优选3~25%。
作为含有本发明的聚合性手性化合物的液晶组合物的构成除了,含有由通式(I)表示的化合物以外没有限制,但作为组合使用的聚合性液晶化合物,优选在化合物中具有丙烯酰氧基(R-1)或甲基丙烯酰氧基(R-2)的化合物,更优选在分子内具有2个以上聚合性官能团的化合物。
作为组合使用的双官能性聚合性液晶化合物具体地优选由通式(II)表示的化合物,所述通式(II)为:
[化16]
式中W1和W2相互独立地表示单键、-O-、-COO-或-OCO-,Y3和Y4相互独立地表示-COO-或-OCO-,r和s相互独立地表示2~18的整数,式中存在的1,4-亚苯基可以被碳原子数1~7的烷基、碳原子数1~7的烷氧基、碳原子数1~7的烷酰基、氰基或卤素原子发生1个以上的取代。
由通式(II)表示的化合物具体地优选由通式(II-1)~通式(II-8)表示的化合物。
[化17]
(式中r和s表示与通式(II)的意思相同的意思。)
在通式(II-1)~通式(II-8)中r和s相互独立地优选3~6的整数。
作为组合使用的双官能性聚合性液晶化合物具体地还优选由通式(III)表示的化合物,所述通式(III)为:
[化18]
式中W3和W4相互独立地表示单键、-O-、-COO-或-OCO-,Y5相互独立地表示-COO-或-OCO-,p和q相互独立地表示2~18的整数,式中存在的3种1,4-亚苯基的氢原子可以被碳原子数1~7的烷基、烷氧基、烷酰基、氰基或卤素原子进行1个以上的取代。
由通式(III)表示的化合物具体地优选由通式(III-1)~通式(III-10)表示的化合物。
[化19]
(式中p和q表示与通式(III)的意思相同的意思。)
从耐热性和耐久性角度考虑,这些化合物中优选通式(III-2)、通式(III-5)、通式(III-6)、通式(III-9)、通式(III-10)的化合物,更优选通式(III-2)的化合物。
关于成为客主型液晶的在分子内具有2个以上聚合性官能团的化合物可以含有由通式(a-1)~通式(a-10)表示的化合物。
[化20]
(式中u和v相互独立地表示2~18的整数。)
这些化合物中优选添加由通式(a-2)或通式(a-3)表示的化合物。u和v优选3~18,更优选4~16,特别优选6~12。
为了调节液晶温度范围和双折射率、降低粘度,作为本发明的液晶组合物中使用的聚合性液晶化合物也可以添加由通式(IV)表示的单官能的聚合性液晶化合物,所述通式(IV)为:
[化21]
式中e表示0~18的整数,e为0或1时f表示0,e为2~18时f表示0或1的整数,i表示0~2的整数,C、D和E相互独立地表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-环己烯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、四氢噻喃-2,5-二基、1,4-双环(2,2,2)亚辛基、萘烷-2,6-二基、吡啶-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡嗪-2,5-二基、1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基、2,6-亚萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氢菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢菲-2,7-二基或芴-2,7-二基,该1,4-亚苯基、1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基、2,6-亚萘基、菲-2,7-二基、9,10-二氢菲-2,7-二基、1,2,3,4,4a,9,10a-八氢菲-2,7-二基或芴-2,7-二基为非取代或者可以具有1个或2个以上的F、Cl、CF3、OCF3或CH3作为取代基,Y6和Y7相互独立地表示单键、-COO-、-OCO-、-CH=N-、-N=CH-、-C≡C-、-CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2O-、-OCH2CH2CH2-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-CH=N-N=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-、-CH2CH2CH=CH-、-CH=CHCH2-、-CH=CHCOO-、-OCOCH=CH-、-CH2CH2OCO-或-COOCH2CH2-,Y8表示单键、-O-、-CO-、-COO-、-OCO、-CH2-、-OCH2-、-CH2O-、-CONH-、-NHCO-、-CH2COO-或-CH2OCO-,Z表示碳原子数1~18的烷基、碳原子数2~18的烯基、卤素原子、氰基或NCS,该烷基或烯基为非取代或者可以具有1个或2个以上的F、Cl、氰基、CH3或CF3作为取代基,该烷基或烯基中存在的1个或2个以上的CH2基可以由O、CO或COO取代形成氧原子没有相互直接结合的基团。
由通式(IV)表示的化合物的添加量优选50质量%以下,更优选30质量%以下,特别优选15质量%以下。由通式(IV)表示的化合物具体地优选由通式(IV-1)~通式(IV-11)表示的化合物。
[化22]
(式中e和f表示与通式(IV)相同的意思,R表示碳原子数1~12的烷基或碳原子数2~12的烯基。)
进而,本发明的聚合性液晶组合物中也可以添加作为具有聚合性官能团的化合物的不显示液晶性的化合物。作为这样的化合物通常只要是在该技术领域作为高分子形成性单体或高分子形成性低聚物被认识的化合物就可以没有限制地使用,但其添加量需要调整至组合物呈现液晶性。
本发明的聚合性液晶组合物中本发明的光引发剂的浓度优选0.1~10质量%,更优选0.2~5质量%,特别优选0.4~3质量%。另外,除了本发明的光引发剂以外还可以添加其他光引发剂。作为光引发剂可举出苯偶姻醚类、二苯甲酮类、苯乙酮类、苯偶酰缩酮类、酰基氧化膦类等。
另外,为了提高其保存稳定性,本发明的聚合性液晶组合物也可以添加稳定剂。作为可使用的稳定剂可举出例如氢醌类、氢醌单烷基醚类、叔丁基儿茶酚类、焦棓酚类、硫代酚类、硝基化合物类、β-萘胺类、β-萘酚类、亚硝基化合物等。使用稳定剂时的添加量优选相对液晶组合物为0.005~1质量%的范围,更优选0.02~0.5质量%,特别优选0.03~0.1质量%。
另外,将本发明的聚合性液晶组合物用于偏光膜和取向膜的原料、或者印刷油墨及涂料、保护膜等用途的情况,根据其目的也可以添加金属、金属络合物、染料、颜料、色素、荧光材料、磷光材料、表面活性剂、流平剂、触变剂、胶凝剂、多糖类、紫外线吸收剂、红外线吸收剂、抗氧化剂、离子交换树脂、氧化钛等金属氧化物等。
接着,针对本发明的光学各向异性体进行说明。通过使本发明的聚合性液晶组合物聚合而制造的光学各向异性体可以利用于各种用途。例如本发明的聚合性液晶组合物在没有取向的状态下聚合时,可以用作光散射板、偏光消除板、云纹条纹防止板。另外,本发明的聚合性液晶组合物在取向的状态下聚合制造的光学各向异性体在物理性质上具有光学各向异性,是有用的。这样的光学各向异性体例如可以通过将本发明的聚合性液晶组合物表面担载到用布等进行过摩擦处理的基板、或者用布等对形成了有机薄膜的基板表面进行过摩擦处理的基板、或者具有斜向蒸镀了SiO2的取向膜的基板上,或者使其夹持在基板间后使本发明的液晶聚合来制造。
作为在基板上担载聚合性液晶组合物时的方法可举出旋转涂布、模头涂布、挤出涂布、辊涂布、线棒涂布、凹版涂布、喷雾涂布、浸渍法、印刷法等。并且,涂布时可以向聚合性液晶组合物中添加有机溶剂。作为有机溶剂可举出醋酸乙酯、四氢呋喃、甲苯、己烷、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、异丙醇、丙酮、甲基乙基酮、乙腈、溶纤剂、环己酮、γ-丁内酯、乙酰氧基-2-乙氧基乙烷、丙二醇单甲基醋酸酯类。这些溶剂可以单独使用也可以组合使用,可以考虑其蒸气压和聚合性液晶组合物的溶解性适宜地选择。并且,其添加量优选90重量%以下。关于使添加的有机溶剂挥发的方法可以采用自然干燥、加热干燥、减压干燥、减压加热干燥。为了进一步提高聚合性液晶材料的涂布性,在基板上设置聚酰亚胺薄膜等中间层、或者向聚合性液晶材料中添加流平剂是有效的。在基板上设置聚酰亚胺薄膜等中间层的方法,在聚合性液晶材料聚合得到的光学各向异性体与基板的密合性较差的情况下,作为提高密合性的手段也是有效的。
作为在基板间夹持聚合性液晶组合物的方法,可举出利用毛细管现象的注入法。对基板间形成的空间进行减压、随后注入聚合性液晶材料的手段也是有效的。
作为摩擦处理或者SiO2的斜向蒸镀以外的取向处理,可举出液晶材料的流动取向的利用、电场或磁场的利用。这些取向手段可以单独使用也可以组合使用。进而,作为替代摩擦的取向处理方法也可以采用光取向法。该方法是例如对聚乙烯基肉桂酸酯等的在分子内具有进行光二聚反应的官能团的有机薄膜、具有用光进行异性化的官能团的有机薄膜或者聚酰亚胺等的有机薄膜照射发生偏光的光、优选发生偏光的紫外线来形成取向膜。该光取向法中通过适用光掩模可以容易地实现取向的图案化,从而光学各向异性体内部的分子取向也可以精密地进行控制。
作为基板的形状除了平板以外还可以具有曲面作为构成部分。构成基板的材料可以使用有机材料、无机材料。作为成为基板材料的有机材料可举出例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚砜、三乙酰基纤维素、纤维素、聚醚醚酮等。另外,作为无机材料可举出例如硅、玻璃、方解石等。
通过用布等对这些基板进行摩擦没有得到适当的取向性的情况下,可以按照公知方法在基板表面形成聚酰亚胺薄膜或聚乙烯醇薄膜等有机薄膜,也可以用布等对其进行摩擦。另外,在通常的扭曲向列型(TN)元件或超扭曲向列型(STN)元件中使用的赋予预倾角的聚酰亚胺膜可以更精密地控制光学各向异性体内部的分子取向结构,因而特别优选。
另外,通过电场控制取向状态的情况下,使用具有电极层的基板。此时优选在电极上形成上述的聚酰亚胺薄膜等有机薄膜。
由于添加了本发明的聚合性手性化合物的组合物显示螺旋结构,因而通过使其取向在液晶状态进行聚合可以制造具有螺旋结构的相位差板。螺旋的节距只要是光的波长的1/2程度至该波长程度,就可以按照布拉格法则选择性地反射具有该波长的光。其例如可以用作圆偏光分离功能元件。
关于使本发明的聚合性液晶组合物聚合的方法,由于期望快速进行聚合,优选通过照射紫外线或电子射线等活性能量射线使其聚合的方法。使用紫外线的情况下,可以使用偏光光源,也可以使用非偏光光源。当在2个基板间夹持液晶组合物的状态下进行聚合时,至少照射面侧的基板必须对活性能量射线具有适当的透明性。另外,在光照射时使用光掩模仅聚合特定部分后通过改变电场、磁场或温度等条件使未聚合部分的取向状态发生变化,进而也可以采用照射活性能量射线使其聚合的手段。另外,照射时的温度优选为本发明的聚合性液晶组合物的液晶状态能保持的温度范围内。特别是通过光聚合要制造光学各向异性体的情况下,从避免诱发不希望的热聚合的角度考虑,优选在尽可能接近室温的温度、即典型地在25℃的温度下使其聚合。活性能量射线的强度优选0.1mW/cm2~2W/cm2。强度为0.1mW/cm2以下的情况下,为了结束光聚合需要大量的时间,生产率会恶化;强度为2W/cm2以上的情况下,存在聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物劣化的危险。
通过聚合得到的本发明的光学各向异性体也可以实施热处理以减轻初期的特性变化、实现展现稳定的特性。优选热处理的温度为50~250℃的范围,并且热处理时间优选为30秒~12小时的范围。
通过这样的方法制造的本发明的光学各向异性体可以从基板剥离以单体使用,也可以不剥离而使用。并且,可以层积得到的光学各向异性体,也可以粘贴于其他基板上来使用。
[实施例]
下面可举出实施例更详细地说明本发明,但本发明并不限于这些实施例。另外,下面的实施例和比较例的组合物中的“%”是指“质量%”。
(实施例1)
向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入3-(对羟基苯基)苯甲酸33.2g(240mmol)、碘化钾4g、四丁基溴化铵1g、乙醇400ml,在室温进行搅拌。缓慢地滴加氢氧化钠24g的25%水溶液。滴加结束后将反应容器保持在50℃,缓慢地滴加苄基溴50g(288mmol)。滴加结束后进一步将反应容器升温到70℃,进一步反应3小时。反应结束后用10%盐酸进行中和,以醋酸乙酯进行萃取,用硫酸钠干燥后浓缩溶剂,合成出式(1)所示的化合物38g。
[化23]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述合成的式(1)所示的化合物28g(123mmol)、异山梨醇7.7g(55mmol)、二甲基氨基吡啶1.8g、二氯甲烷500ml,在冰浴中将反应容器保持在5℃以下。在氮气氛围下缓慢地滴加二异丙基碳二亚胺19g(150mmol)。滴加结束后将反应容器恢复到室温,使其反应5小时。对反应液进行过滤后向滤液加入二氯甲烷200ml,用10%盐酸水溶液洗涤,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(2)所示的化合物23g。
[化24]
接着,向具有搅拌装置的高压釜容器中加入上述合成的式(2)所示的化合物11g(17.7mmol)、钯碳1g、乙醇150ml,用0.1MPa的氢进行还原反应(反应温度50℃、3小时)。对反应液进行过滤后馏去反应溶剂,得到式(3)所示的化合物7.5g。
[化25]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入乙二醇单叔丁基醚4.5g(38mmol)、上述式(3)所示的化合物6.2g(16mmol)、三苯基膦9.6g(37mmol)、THF 200ml,在氮气氛围下将反应器冷却至5℃以下。接着,缓慢地滴加二异丙基偶氮二羧酸7g(35mmol)。滴加结束后在室温反应4小时。反应结束后馏去THF 100ml,将浓缩的反应液滴加到冷却至5℃以下的甲醇/纯水=300/60ml溶液中后,进行再沉淀。对沉淀物进行过滤后进行干燥,合成8g式(4)所示的化合物。
[化26]
接着,向具有搅拌装置的反应容器加入40ml三氟醋酸,在氮气氛围下将反应器冷却至5℃以下。进而,一点点地加入上述合成的式(4)所示的化合物8g。添加结束后在这样的温度下搅拌反应30分钟。反应结束后用二氯甲烷/纯水进行萃取,进而用纯水、饱和碳酸氢钠洗涤,浓缩干燥有机层,得到6g叔丁氧基转变为羟基的醇。
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述醇的全部6g、吡啶6g(77mmol)、THF150ml,在氮气氛围下将反应器冷却至5℃以下。接着,缓慢地滴加丙烯酰氧基乙基氯甲酸酯5.5g(31mmol)。滴加结束后在室温反应4小时。反应结束后加入醋酸乙酯,用10%盐酸水溶液、纯水、饱和食盐水洗涤有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(5)所示的油状的目标化合物6g。
[化27]
(物性值)
1H-NMR(溶剂:重氯仿):δ:4.26-4.10(m,4H),4.40(m,2H),4.42(s,8H),4.54(m,4H),4.66(m,1H),5.03(m,1H),5.45(m,2H),5.84(d,2H),5.86(m,2H),6.14(m,2H),6.45(d,2H),6.93(m,4H),7.98(d,2H),8.04(d,2H);13C-NMR(溶剂:重氯仿):δ:62.0,65.7,66.0,70.7,74.3,78.3,81.1,86.1,114.1,122.3,127.7,131.4,131.7,154.6,162.1,165.5;红外吸收光谱(IR)(KBr):2925,2855,1760,1652-1622,809。
由式(5)表示的化合物为粘稠液体,与其他液晶性化合物的溶解性优异。向下面所示的向列型液晶组合物中添加1.0%并由利用光学显微镜求出的节距计算出HTP,结果显示高至HTP=30的值。
[化28]
(实施例2)
向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入溴代苯甲酸25g(124mmol)、异山梨醇9g(62mmol)、二甲基氨基吡啶1.8g、二氯甲烷200ml,在冰浴中将反应容器保持在5℃以下,在氮气氛围下缓慢地滴加二异丙基碳二亚胺18.8g(149mmol)。滴加结束后将反应容器恢复到室温,使其反应5小时。对反应液进行过滤后向滤液加入二氯甲烷200ml,用10%盐酸水溶液洗涤,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂后用甲醇洗涤目标物后,通过利用二氯甲烷/甲醇的再结晶得到式(6)所示的化合物25g。
[化29]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述式(6)所示的化合物25g(48.8mmol)、丙烯酸羟基丁酯18g(126mmol)、三乙胺14g(146mmol)、四丁基溴化铵31g(97mmol)、醋酸钯1g、二甲基甲酰胺300ml,在氮气氛围下将反应器加热至90℃进行反应。反应结束后加入醋酸乙酯、THF,用10%盐酸水溶液、纯水、饱和食盐水洗涤有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(7)所示的化合物20g。
[化30]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述式(7)所示的化合物10g(15.6mmol)、丙烯酰氯3g(33.8mmol)、二氯甲烷200ml,在氮气氛围下将反应器冷却至5℃以下。接着,缓慢地滴加三乙胺3.4g(33.8mmol)。滴加结束后在10℃以下反应1小时。反应结束后加入二氯甲烷,用10%盐酸水溶液、纯水、饱和食盐水洗涤有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(8)所示的目标化合物5g。
[化31]
(物性值)
1H-NMR(溶剂:重氯仿):δ:1.83(s,8H),4.08(m,4H),4.27(m,8H),4.71(d,1H),5.09(m,1H),5.44(m,2H),5.84(d,2H),6.17(m,2H),6.43(d,2H),6.55(dd,2H),7.60(m,4H),7.72(m,2H),8.04(d,2H),8.10(d,2H)。
13C-NMR(溶剂:重氯仿):δ:25.2,63.7,64.0,70.5,73.1,74.5,78.4,80.9,85.8,120.3,120.4,127.6,128.0,129.8,130.2,130.3,138.5,138.6,142.7,142.8,162.7,164.4,164.7,165.6,165.8。
红外吸收光谱(IR)(KBr):2925,2855,1760,1652-1622,809。
(熔点)82℃。
由式(8)表示的化合物熔点低至82℃,与其他液晶性化合物的溶解性优异。
与实施例1同样地计算出HTP,结果显示高至HTP=41的值。
(实施例3)
向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入实施例2中合成的式(6)所示的化合物26.5g(48.8mmol)、丙烯酸羟基丁酯14.6g(126mmol)、三乙胺14g(146mmol)、四丁基溴化铵31g(97mmol)、醋酸钯1g、二甲基甲酰胺300ml,在氮气氛围下将反应器加热至90℃进行反应。反应结束后加入醋酸乙酯、THF,用10%盐酸水溶液、纯水、饱和食盐水洗涤有机层。馏去溶剂后,通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(9)所示的化合物16g。
[化32]
接着,向具有搅拌装置的高压釜容器中加入上述式(9)所示的化合物10g(16.3mmol)、钯碳1g、醋酸乙酯100ml、乙醇100ml,用0.1MPa的氢进行还原反应(反应温度50℃、3小时)。对反应液进行过滤后馏去反应溶剂,得到式(10)所示的化合物8.0g。
[化33]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述式(10)所示的化合物8g(13mmol)、丙烯酰氯2.8g(31mmol)、二氯甲烷200ml,在氮气氛围下将反应器冷却至5℃以下。接着,缓慢地滴加三乙胺3.1g(31mmol)。滴加结束后在10℃以下反应1小时。反应结束后加入二氯甲烷,用10%盐酸水溶液、纯水、饱和食盐水洗涤有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(11)所示的目标化合物6g。
[化34]
(物性值)
1H-NMR(溶剂:重氯仿):δ:2.67(m,4H),3.02(m,4H),4.04(m,4H),4.34(s,8H),4.66(m,1H),5.04(m,1H),5.40(m,2H),5.84(d,2H),6.15(m,2H),6.44(dd,2H),7.28(m,4H),7.94(d,2H),7.99(d,2H)。
13C-NMR(溶剂:重氯仿):δ:25.2,63.7,64.0,70.5,73.1,74.5,78.4,80.9,85.8,120.3,120.4,127.6,128.0,129.8,130.2,130.3,138.5,138.6,142.7,142.8,162.7,164.4,164.7,165.6,165.8。
红外吸收光谱(IR)(KBr):2925,2855,1760,1652-1622,809。
由式(11)表示的化合物为粘稠液体,与其他液晶性化合物的溶解性优异。与实施例1同样地计算出HTP,结果显示高至HTP=34的值。
(实施例4)
向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入4-溴-2-氟联苯30g(120mmol)、二氯甲烷120g,冷却至0℃。接着,加入氯化铝17.6g后,一边注意放热一边缓慢地滴加草酰氯16.7g,滴加结束后在20℃反应1小时。反应结束后用水使草酰氯分解后用饱和食盐水洗涤有机相,并馏去溶剂,从而得到式(12)所示的化合物。
[化35]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述式(12)所示的化合物35g(111mmol)、异山梨醇8.1g(56mmol)、二氯甲烷200ml,在冰浴中将反应容器保持在5℃以下的同时缓慢地滴加三乙胺13.4g(133mmol)。滴加结束后将反应容器恢复到室温,使其反应5小时。对反应液进行过滤后向滤液加入二氯甲烷200ml,用10%盐酸水溶液洗涤,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂后用甲醇洗涤目标物后,通过利用二氯甲烷/甲醇的再结晶得到式(13)所示的化合物34g。
[化36]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述式(13)所示的化合物34g(47.5mmol)、丙烯酸羟基丁酯16.5g(115mmol)、三乙胺14g(146mmol)、四丁基溴化铵31g(97mmol)、醋酸钯1g、二甲基甲酰胺300ml,在氮气氛围下将反应器加热至90℃进行反应。反应结束后加入醋酸乙酯、THF,用10%盐酸水溶液、纯水、饱和食盐水洗涤有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(14)所示的化合物30.5g。
[化37]
向具有搅拌装置的高压釜容器中加入上述式(14)所示的化合物30.5g(40.5mmol)、钯碳1g、醋酸乙酯300ml、乙醇100ml,用0.1MPa的氢进行还原反应(反应温度50℃、3小时)。对反应液进行过滤后馏去反应溶剂,得到式(15)所示的化合物30g。
[化38]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述式(15)所示的化合物30g(40mmol)、丙烯酰氯7.9g(88mmol)、二氯甲烷200ml,在氮气氛围下将反应器冷却至5℃以下。接着,缓慢地滴加三乙胺8.8g(88mmol)。滴加结束后在10℃以下反应1小时。反应结束后加入二氯甲烷,用10%盐酸水溶液、纯水、饱和食盐水洗涤有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(16)所示的目标化合物28g。
[化39]
(物性值)
1H-NMR(溶剂:重氯仿):δ:1.71(m,8H)2.68(m,4H),2.99(m,4H),4.09-4.18(m,12H),4.70(d,1H),5.09(t,1H),5.46(t,1H),5.52(m,1H),5.84(dd,2H),6.11(m,2H),6.37(dd,2H),7.01-7.10(m,4H),7.35-7.41(m,2H),7.59-7.64(m,4H)8.07-8.15(d,2H);13C-NMR(溶剂:重氯仿):δ:25.2,30.3,35.2,63.9,64.1,70.7,74.5,78.5,81.2,115.9,116.2,124.5,128.4,128.9,129.8,129.9,130.5,130.8,166.1,172.5。
红外吸收光谱(IR)(KBr):2925,2855,1760,1652-1622,809。
(熔点)64℃。
由式(16)表示的化合物熔点低至64℃,与其他液晶性化合物的溶解性优异。
与实施例1同样地计算出HTP,结果显示高至HTP=51的值。
(比较例1)
向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入4-(4-羟基苯基)苯甲酸21.4g(100mmol)、碘化钾2.5g、四丁基溴化铵0.7g、乙醇400ml,在室温进行搅拌。缓慢地滴加氢氧化钠12g的25%水溶液。滴加结束后将反应容器保持在50℃,缓慢地滴加6-氯丙醇20g(150mmol)。滴加结束后进一步将反应容器升温到70℃,进一步反应3小时。反应结束后用10%盐酸进行中和,以醋酸乙酯进行萃取,用硫酸钠干燥后浓缩溶剂,合成出22g式(17)所示的化合物4。
[化40]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和Dean-Stark装置的反应容器中加入上述合成的式(17)所示的化合物22g(71mmol)、丙烯酸10g(140mmol)、对甲苯磺酸1g、甲苯100ml。加热反应容器而使甲苯回流,这样反应4小时。反应结束后用饱和碳酸氢钠洗涤反应液后用10%盐酸水溶液进行中和,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂,得到式(18)所示的化合物19g。
[化41]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述合成的式(18)所示的化合物19g(51mmol)、异山梨醇3.8g(27mmol)、二甲基氨基吡啶0.9g、二氯甲烷200ml,在冰浴中将反应容器保持在5℃以下。在氮气氛围下缓慢地滴加二异丙基碳二亚胺9g(6.3mmol)。滴加结束后将反应容器恢复到室温,使其反应5小时。对反应液进行过滤后向滤液加入二氯甲烷100ml,用10%盐酸水溶液洗涤,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂后通过硅胶柱和再结晶进行精制,得到式(19)所示的目标化合物14g。该化合物的熔点为150℃以上,不能测定。
[化42]
(物性值)
1H-NMR(溶剂:重氯仿):δ:1.55-1.45(m,8H),1.71(m,4H),1.83(m,4H),2.66(m,4H),2.96(m,4H),3.93(m,2H),3.98(m,2H),4.03(s,4H),4.30(t,4H),4.50(t,4H),5.35(s,2H),5.65(dd,2H),5.85(d,2H),5.85(d,2H),6.15(q,2H),6.55(d,2H),7.10(d,4H),7.50(m,4H),8.12(d,4H),8.13(d,4H).
红外吸收光谱(IR)(KBr):2925,2855,1760,1652-1622,809.
(熔点)>150℃。
比较例1记载的由式(19)表示的化合物不具有本发明化合物的特点即含有酯键的间隔(スペ一サ一)。因此,熔点高,与其他化合物的溶解性也存在问题。对与实施例1同样的液晶组合物计算出HTP,结果显示高至HTP=33的值,但是由于溶解性差,仅能够添加0.5%。
(比较例2)
向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入3-(对羟基苯基)丙酸20g(120mmol)、碘化钾2g、四丁基溴化铵0.5g、乙醇400ml,在室温进行搅拌。缓慢地滴加氢氧化钠12g的25%水溶液。滴加结束后将反应容器保持在50℃,缓慢地滴加苄基溴25g(144mmol)。滴加结束后进一步将反应容器升温到70℃,进一步反应3小时。反应结束后用10%盐酸进行中和,以醋酸乙酯进行萃取,用硫酸钠干燥后浓缩溶剂,合成出式(20)所示的化合物44g。
[化43]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述合成的式(20)所示的化合物32g(123mmol)、异山梨醇7.7g(55mmol)、二甲基氨基吡啶1.8g、二氯甲烷500ml,在冰浴中将反应容器保持在5℃以下。在氮气氛围下缓慢地滴加二异丙基碳二亚胺19g(150mmol)。滴加结束后将反应容器恢复到室温,使其反应5小时。对反应液进行过滤后向滤液加入二氯甲烷200ml,用10%盐酸水溶液洗涤,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂后通过5倍量(重量比)的硅胶柱进行精制,得到式(21)所示的化合物27g。
[化44]
接着,向具有搅拌装置的高压釜容器中加入上述合成的式(21)所示的化合物11g(17.7mmol)、钯碳1g、乙醇150ml,用1个大气压的氢进行还原反应(反应温度50℃、3小时)。对反应液进行过滤后馏去反应溶剂,得到式(22)所示的化合物7.8g。
[化45]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入4-羟基苯甲酸13.8g(100mmol)、碘化钾2.5g、四丁基溴化铵0.7g、乙醇400ml,在室温进行搅拌。缓慢地滴加氢氧化钠12g的25%水溶液。滴加结束后将反应容器保持在50℃,缓慢地滴加6-氯己醇20g(150mmol)。滴加结束后进一步将反应容器升温到70℃,进一步反应3小时。反应结束后用10%盐酸进行中和,以醋酸乙酯进行萃取,用硫酸钠干燥后浓缩溶剂,合成出式(23)所示的化合物17g。
[化46]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和Dean-Stark装置的反应容器中加入上述合成的式(23)所示的化合物17g(71mmol)、丙烯酸10g(140mmol)、对甲苯磺酸1g、甲苯100ml。加热反应容器而使甲苯回流,这样反应4小时。反应结束后用饱和碳酸氢钠洗涤反应液后用10%盐酸水溶液进行中和,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂,得到式(24)所示的化合物22g。
[化22]
接着,向具有搅拌装置、冷却器和温度计的反应容器中加入上述合成的式(24)所示的化合物7g(16mmol)、式(22)所示的化合物9.2g(32mmol)、二甲基氨基吡啶0.43g、二氯甲烷100ml,在冰浴中将反应容器保持在5℃以下。在氮气氛围下缓慢地滴加二异丙基碳二亚胺4.7g(38mmol)。滴加结束后将反应容器恢复到室温,使其反应5小时。对反应液进行过滤后向滤液加入二氯甲烷100ml,用10%盐酸水溶液洗涤,进而用饱和食盐水洗涤,并用无水硫酸钠干燥有机层。馏去溶剂后通过硅胶柱和再结晶进行精制,得到式(25)所示的目标化合物13g。
[化47]
(物性值)
1H-NMR(溶剂:重氯仿):δ:1.55-1.45(m,8H),1.71(m,4H),1.83(m,4H),2.66(m,4H),2.96(m,4H),3.76(m,2H),3.90(s,4H),4.03(t,4H),4.17(t,4H),4.29(t,1H),4.76(t,1H),5.18(d,2H),5.78(d,2H),6.15(q,2H),6.37(d,2H),6.96(d,4H)7.23(d,4H),7.25(m,4H),8.12(d,4H)。
13C-NMR(溶剂:重氯仿):δ:25.6,28.4,28.8,30.1,30.2,35.3,35.5,64.3,67.9,73.0,73.8,80.6,85.7,114.0,121.3,121.5,128.3,129.0,130.2,131.9,137.1,137.4,149.2,163.0,164.5,165.9,171.3,171.6。
红外吸收光谱(IR)(KBr):2925,2855,1760,1652-1622,809。
(熔点)79℃。
由式(25)表示的化合物熔点低至79℃,与其他液晶性化合物的溶解性优异,但是与实施例1同样地计算出HTP,结果显示低至HTP=12的值。
(实施例5)聚合性液晶组合物的调制
调制下面所示组成的聚合性液晶组合物(组合物1)。
[化48]
聚合性液晶组合物具有良好的相溶稳定性,显示胆甾型液晶相。向该组合物添加1%光聚合引发剂苯偶酰二甲基缩酮(商品名IRGACURE(イルガキユア一)651、汽巴精化公司制造)而调制聚合性液晶组合物(组合物2)。通过真空注入法将该组合物2注入长5cm、宽5cm、间距5μm的带聚酰亚胺的腔室中。使用高压汞灯对其照射120秒钟4mW/cm2的紫外线,组合物2保持均一的取向状态进行聚合,得到光学各向异性体。该光学各向异性体具有良好的圆偏光特性。
(实施例6)聚合性液晶组合物的调制
调制下述所示组成的聚合性液晶组合物(组合物3)。
[化49]
聚合性液晶组合物具有良好的相溶稳定性,显示胆甾型液晶相。向该组合物添加1%光聚合引发剂苯偶酰二甲基缩酮(商品名IRGACURE 651、汽巴精化公司制造)而调制聚合性液晶组合物(组合物4)。通过真空注入法将该组合物2注入长5cm、宽5cm、间距5μm的带聚酰亚胺的腔室中。使用高压汞灯对其照射120秒钟4mW/cm2的紫外线,组合物2保持均一的取向状态进行聚合,得到光学各向异性体。该光学各向异性体具有良好的圆偏光特性。
(比较例3)聚合性液晶组合物的调制
调制下面所示组成的聚合性液晶组合物(组合物5)。
[化50]
聚合性液晶组合物显示胆甾型液晶相,但取向性差,不均一。向该组合物添加1%光聚合引发剂苯偶酰二甲基缩酮(商品名IRGACURE 651、汽巴精化公司制造)而调制聚合性液晶组合物(组合物6)。通过真空注入法将该组合物2注入长5cm、宽5cm、间距5μm的带聚酰亚胺的腔室中。使用高压汞灯对其照射120秒钟4mW/cm2的紫外线,其光学各向异性体具有圆偏光特性,但是成为发生白浊、不均一的光学各向异性体。
Claims (3)
1.聚合性手性化合物,其为由下述通式(I)表示的化合物:
式中,R1和R2相互独立地表示聚合性基团,所述聚合性基团选自下述(R-1)~(R-3)所示的结构,且R1和R2相同,S1和S2相互独立地表示碳原子数2~6的亚烷基,Y1表示-OCOCH=CH-,Y2表示-CH=CH-COO-,A1和A4独立地表示1,4-亚苯基,A1和A4相互独立地可以被烷基、卤代烷基、烷氧基、卤素、氰基或硝基取代,X1表示-CO-,X2表示-OC-;m和n表示0
2.液晶组合物,含有权利要求1所述的聚合性手性化合物。
3.光学各向异性体,使用了权利要求2所述的液晶组合物。
Applications Claiming Priority (3)
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Publications (2)
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