CN102153454B - 一种超氟取代并含有cf2o桥键的液晶化合物、合成方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明一种超氟取代并含有CF₂O桥键的液晶化合物、合成方法及应用，涉及一种1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙基)-2，3，5，6-四氟苯和合成方法。该化合物可以用于制备混合液晶化合物。

Description

一种超氟取代并含有CF2O桥键的液晶化合物、合成方法及应用

技术领域

本发明涉及一种持有CF₂O桥键的超高含氟类似液晶化合物，它们可以作为高速响应及低电压阈值的TFT液晶混合物关键组分，具体地说是一类1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙基)-2，3，5，6-四氟苯和合成方法。

背景技术

对于液晶平板显示的工业应用，要求液晶分子必须具有一些特定的性质。例如，为了使显示器件能够在各种气候条件下使用，分子必须能够在包括室温在内的非常宽温度范围形成稳定的向列相。为此，液晶分子必须有低的熔点及高的清亮点。为了实现快速响应，分子必须具有低的旋转黏度。

对于TFT-LCD使用的液晶材料，除了要求低阈值、快速响应以及高的液晶稳定性之外，还要求高的电压保持率。低阈值的液晶材料应具有大的介电各向异性(Δε)，而快速响应的性能要求液晶有小的旋转黏度(γ¹)。但是介电各向异性大的液晶极性越大黏度也越大。因此对液晶低阈值的要求与响应速度快是互相矛盾的。为了解决这个问题，在液晶分子中引入桥键-CF₂O-，在相同的Δε的条件下，可以得到低黏度的液晶。产生这个现象的原因是分子的偶极矩与分子长轴之间的夹角的区别造成。对具有同样黏度的分子，如果引入CF₂O桥键，则夹角变小，Δε变大。

德国Merck公司的研究人员于1989年首先报道该类具有桥键化合物的合成(E.Bartmann，etal.，(Merck KGaA)，DE-A4006921，1989)。20世纪90年代该类液晶化合物得到了系统的研究(EP 0844229A1)。研究发现有些-CF₂O-液晶不仅具有低黏度而且具有良好的溶解性。从1995年Merck公司申请发明专利以后(DE 19531165A1)，日本Chisso公司也开始申请发明专利(WO 9611995).特别是21世纪前10年，研究工作突飞猛进，出现了大批专利和科学论文，可以说具有桥键CF2O的含氟液晶的大量出现，是近10年该领域的最重要、最基本的成就，为液晶显示在电视技术上的应用做出重要贡献。

在设计具有CF₂O桥键液晶分子时，不仅要兼顾大的Δε与低的旋转黏度，而且要避免出现近晶相(S)。大量事实证实，三环体系往往不出现液晶相，四环体系可以出现向列相，但是后者的旋转黏度比三环体系大大增加。现在使用的满足介电各向异性大及旋转黏度低的分子，即使没有液晶相，但在与向列相液晶混合物混合之后，也同样呈现液晶分子的功能。在此场合下，文献中也广义地称它们为“保持有CF2O桥键的液晶”。

本发明的目的是在含氟液晶研究的大量积累的基础上，创制新的具有中国氟化学特点的“保持有CF₂O桥键液晶”。为此我们将4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙基引入分子，以期达到减低的旋转黏度的目的。1995年我们曾经利用自主开发的有上述基团液晶(中国专利号92108444)，对进口的STN混合液晶进行改性，发现此类液晶作为少量的搀杂剂使用，可以使响应速度大大提高。本发明中，我们成功合成一类含有11个氟原子的超氟化的“保持有CH2O桥键液晶”。测试结果指出它们虽然不出现向列相，同时也不出现近晶相，因此可以在制备混合液晶材料时作为特殊组分使用。

发明内容

本发明目的是提供一种1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙基)-2，3，5，6-四氟苯及其合成方法。

本发明人在分子设计方面，对烷基-四氟苯基亚乙基引入含有-CF2O-桥键的液晶分子，是的提供如下结构式的1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙基)-2，3，5，6-四氟苯：

其中，R为C₂～C₅的烷基。

由于多氟取代使分子间的范得瓦斯力减小，达到降低旋转黏度的目的。由于碳氟键的键能大，极化度低，有助于提高电阻率，结果提高了电压保持率。由于亚乙基的引入可以降低黏度并且抑制近晶相出现。

本发明的合成路线如下：

a.Mg，THF，I₂；b.Mg，THF，HC≡CSiMe₃；c.正烷基醇，K₂CO₃，DMF；d.中间体P，Pd(PPh₃)₂Cl₂，CuI，三乙胺；e.H₂，Pd/C。

其中，R为C₂～C₅的烷基，中间体P为

本发明中，化合物3可以采用发明人过去的专利方法(中国专利号92108444.7)制备。下述中间体

系根据文献方法(Detlef Pauluth et al.，J.Mater.Chem.，2004，14，1219-1227)合成得到，直接用于本发明工作。

本发明的合成方法采用如下步骤：

(1)，1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙炔基)-2，3，5，6-四氟苯4的合成

在N₂保护下和60℃，4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔、中间体P、Pd(PPh₃)₂Cl₂、CuI和新蒸三乙胺30mL反应1～4小时；所述的4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔、中间体P、Pd(PPh₃)₂Cl₂、CuI和三乙胺的摩尔比为1∶1∶0.02～0.07∶0.05～0.1∶1～30；所述的4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔和中间体P具有如下的结构式：

4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔

中间体P

(2)，目标产物1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙基)-2，3，5，6-四氟苯5的合成

在有机溶剂和H₂中、2-5MPa和室温10-40℃，1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙炔基)-2，3，5，6-四氟苯和Pd/C反应1-4小时；所述的1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙炔基)-2，3，5，6-四氟苯的摩尔和Pd/C的重量比为10∶1～5∶1；

其中，R为C₂～C₅的烷基。

采用上述的方法，步骤(1)或步骤(2)的产物可以采用除溶剂或柱层析纯化。

本发明的1-烷氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙基)-2，3，5，6-四氟苯不仅合成方法简便，而且可以用于制备混合液晶化合物。

具体实施方法

通过下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例1

1、五氟碘苯1的合成

在干燥的250mL三口烧瓶装好低温温度计、N₂进口，加入干燥的THF190mL和镁屑(3.3g，0.14mol)，通入N₂5分钟后，滴加五氟氯苯(25，0.125mol)，室温搅拌，20分钟后温度上升，溶液逐渐变黄色，待黄色较明显时将反应体系冷却到-10℃，保持此温度搅拌反应，颜色逐渐变深，一小时后放热不再明显，分批加入碘(36g，0.14mol)，控制温度不超过0℃，加完后继续搅拌半小时，当体系呈现红棕色时说明反应结束加入30mL浓盐酸和40mL水的溶液，搅拌片刻，分出有机相，用乙酸乙酯提取无机相，有机相用10％的硫代硫酸钠溶液洗涤(100mL×3)，用无水硫酸钠干燥，旋蒸掉溶剂，减压蒸馏收集72-74℃/32mmHg馏分得到棕红色透明液体25.8g，Y＝72％。¹⁹FNMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：-159.39～-159.24(m，2F)，-152.17～-152.05(m，1F)，-119.12～-119.01(m，2F)。

2、三甲基硅基五氟苯乙炔2的合成

N₂保护下，在100mL三口烧瓶中加入五氟碘苯(8g，0.027mol)，新蒸的三乙胺70mL，Pd(PPh₃)₂Cl₂0.4g，CuI 0.12g和三甲基硅乙炔(3.6g，0.036mol)，在30-35℃条件下反应，气相色谱跟踪至反应结束。加入100mL乙酸乙酯，抽滤，用乙酸乙酯洗涤残渣，有机相用盐水洗涤至中性，无水硫酸钠干燥，旋蒸掉溶剂，减压蒸馏收集58-60℃/2mmHg馏分，得无色透明液体5.3g，Y＝75％。¹⁹FNMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：-162.25～-162.17(m，2F)，-152.75～-152.63(m，1F)，-136.06～-135.98(m，2F)。

3、4-正丁氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔3的合成

50mL单口烧瓶中加入三甲基硅基五氟苯乙炔(4g，0.015mol)，K2CO₃(4g，0.029mol)，正丁醇3.6mL(0.04mol)，DMF30mL，室温搅拌，TLC跟踪至反应结束，加入水和乙酸乙酯萃取，合并有机相，清水洗涤用无水硫酸钠干燥，旋蒸掉溶剂，用石油醚做淋洗剂柱层析，得到无色透明液体2.3g，Y＝65％。¹H NMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：0.97(t，3H，J＝8.0Hz)，1.45～1.55(m，2H)，1.73～1.80(m，2H)，3.53(s，1H)，4.27(t，2H，J＝6.0Hz)。¹⁹F NMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：-157.35～-157.11(m，2F)，-138.02～-137.93(m，2F)。

4、1-丁氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙炔基)-2，3，5，6-四氟苯4的合成

N₂保护下在100mL三口烧瓶中加入中间体3(1g，4.1mmol)，中间体P(1.6g，4.1mmol)，Pd(PPh₃)₂Cl₂0.17g，CuI 0.06g，新蒸三乙胺30mL，60℃下搅拌，TLC跟踪至反应结束，旋蒸掉溶剂，粗产物用石油醚作淋洗剂柱层析，得白色固体产物1g，Y＝45％。Mp.：118-121℃，MS(m/z，％)：554(M⁺，0.77)，378(100.00)。Mp.：118-121℃，MS(m/z，％)：554(M⁺，0.77)，378(100.00)。¹HNMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：0.98(t，3H，J＝8.0Hz)，1.46～1.54(m，2H)，1.75～1.82(m，2H)，4.31(t，2H，J＝6.0Hz)，6.95～6.99(m，2H)，7.19(d，2H，J＝8.0Hz)。¹⁹F NMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：-162.85(t，1F，J＝20.7Hz)，-156.79～-156.71(m，2F)，-137.10～-137.01(m，2F)，132.28(d，2H，J＝18.8Hz)，109.87(t，2F，J＝28.2Hz)，-61.83(t，2F，J＝26.3Hz)。

5、目标产物1-丁氧基-4-((二氟(3，4，5-三氟苯氧基)亚甲基)-3，5-二氟苯基)乙基)-2，3，5，6-四氟苯5的合成

将化合物4溶于乙醇进行高压釜加氢，Pd/C 0.2g(5％)，常压下，在40℃反应4小时。结束后蒸掉乙醇，通过硅胶柱层析，得到最终产物0.95g，Y＝95％。m.p.：83.4-84.4℃，MS(m/z，％)：558(M⁺，1.73)，179(100.00)。¹H NMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：0.97(t，3H，J＝8.0Hz)，1.47～1.53(m，2H)，1.72～1.79(m，2H)，2.87～2.90(m，2H)，2.95～2.99(m，2H)，4，20(t，2H，J＝6.0Hz)，6.82(d，2H，J＝8.0Hz)，6.94～6.97(m，2H)。¹⁹F NMR(CDCl₃，400MHz)，δ(ppm)：-163.16(t，1F，J＝20.7Hz)，-157.32～-157.25(m，2F)，-146.21～-146.11(m，2F)，-132.55～-132.47(d，2F，J＝30.1Hz)，-110.86～0110.71(t，2F，J＝28.2Hz)，-61.71～-61.57(t，2F，J＝26.3Hz)。

实施例2

以下为典型的TFT混合物配方(重量百分比)

Tcp 95℃，Δn(589nm，20℃)+0.096，Δε6.0，v 20(mm²，s^-1)14.0

Claims (3)

1.一种式(I)液晶化合物的合成方法：

其中，R为C₂～C₅的烷基，其特征是通过如下的步骤获得：

(1)，式(II)化合物的合成

其中R为C₂～C₅的烷基，

在N₂保护下和60℃，4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔、中间体P、Pd(PPh₃)₂Cl₂、CuI和新蒸三乙胺30mL反应1～4小时；所述的4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔、中间体P、Pd(PPh₃)₂Cl₂、CuI和三乙胺的摩尔比为1∶1∶0.02～0.07∶0.05～0.1∶1～30；所述的4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔和中间体P具有如下的结构式：

4-烷氧基-2，3，5，6-四氟苯乙炔

其中R为C₂～C₅的烷基，

中间体P

(2)，目标产物式(I)化合物的合成

在有机溶剂和H₂中、2-5MPa和室温10～40℃，式(II)化合物和Pd/C反应1～4小时；所述的式(II)化合物的摩尔和Pd/C的重量比为10∶1～5∶1；

其中，R为C₂～C₅的烷基。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤(1)或步骤(2)的产物采用除溶剂或柱层析纯化。

3.一种如权利要求1所述的式(I)化合物用于制备混合液晶化合物。