CN109423296B - 一种二苯并噻吩类负介电各向异性化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种二苯并噻吩类负介电各向异性化合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液晶化合物及其应用领域，具体涉及一种二苯并噻吩类负介电各向异性化合物及其制备方法与应用，所述化合物的结构式为BYLC‑01所示。本发明所述化合物，化学主体结构为二苯并噻吩，此类结构本身介电各向异性较大，本发明所提供的化合物在分子结构中引入2‑氟乙氧基，同时在二苯并噻吩4位、6位引入氟原子，形成强大的协同作用，使液晶化合物的负介电各向异性极高，且同时显著提高清亮点，比较高的光学各向异性，适中的旋转粘度和液晶互溶性，低温工作效果表现优秀，良好的热稳定性、化学稳定性、光学稳定性及力学等方面的性能；从而有效降低驱动电压，提高了液晶显示装置的响应速度，同时具有较好电荷保持率等特点。

Description

一种二苯并噻吩类负介电各向异性化合物及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于液晶化合物及其应用领域，具体涉及一种二苯并噻吩类负介电各向异性化合物及其制备方法与应用。
背景技术
液晶材料作为环境材料在信息显示材料、有机光电子材料等领域中的应用具有极大的研究价值和美好的应用前景。液晶材料作为新型显示材料有许多优势，如功耗极低，驱动电压低。同时与其他材料相比，还具有体积小、重量轻、长寿命、显示信息量大、无电磁辐射等优点，几乎可以适应各种信息显示的要求，尤其在TFT-LCD(薄膜晶体管技术)产品方面。
在TFT有源矩阵的系统中，主要有TN(Twisted Nematic，扭曲向列结构)模式，IPS(In-Plane Switching，平面转换)模式，FFS(Fringe Field Switching，边缘场开关技术)模式和VA(Vertical Alignment，垂直取向)模式等主要显示模式。
目前，TFT-LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，大尺寸和中小尺寸TFT-LCD显示器在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。对于动态画面显示应用，为了实现高品质显示，消除显示画面残影和拖尾，要求液晶材料具有很快的响应速度，因此要求液晶材料具有尽量低的旋转粘度γ1。另外，为了降低液晶显示器件的能耗，需要液晶的驱动电压尽量低，因此要求提高液晶的介电各向异性△ε。
液晶材料作为液晶显示器件的核心功能材料，为满足液晶显示器件的各种性能参数的要求，适应液晶显示器件的工艺要求，需要液晶材料具有广泛的多种性能参数，尤其是降低液晶材料旋转粘度γ1和提高液晶材料的介电各向异性△ε。为了改善材料的性能使其适应新的要求，新型结构液晶化合物的合成及结构-性能关系的研究成为液晶领域的一项重要工作。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种二苯并噻吩类负介电各向异性的化合物。
本发明所述的化合物，具有结构如下所示：
Figure BDA0001387960960000021
所述化合物具有极高的负介电各向异性、大的光学各向异性、显著更高的清亮点、相对更低的旋转粘度以及良好的液晶互溶性等优点，改善现有液晶材料的不足，可广泛应用于液晶显示领域，具有重要的应用价值。
本发明的第二目的是提供上述化合物的制备方法。本发明所述的化合物合成路线如下所示：
Figure BDA0001387960960000031
具体包括以下步骤：
(1)以
Figure BDA0001387960960000032
与
Figure BDA0001387960960000033
为原料，通过Suzuki反应，得到
Figure BDA0001387960960000034
(2)
Figure BDA0001387960960000035
与有机锂试剂反应，再与溴化试剂反应，得到
Figure BDA0001387960960000036
(3)
Figure BDA0001387960960000037
与巯基丙酸乙酯反应，得到
Figure BDA0001387960960000041
(4)
Figure BDA0001387960960000042
在碱催化下进行关环，得到化合物
Figure BDA0001387960960000043
本发明所述制备方法，优选地，所述步骤1)中，
Figure BDA0001387960960000044
与
Figure BDA0001387960960000045
的投料摩尔比为1∶0.9～1.5；
和/或，反应温度为60～150℃，
优选地，本步骤反应在钯催化条件下进行，所述钯催化剂选自四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、二氯二四三苯基膦钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
所述步骤2)中，所述有机锂试剂可选自仲丁基锂或叔丁基锂；和/或，所述溴化试剂可选自溴素或1,2-二溴乙烷；
和/或，本步骤的理想反应温度为-60～-110℃。
所述步骤3)中，
Figure BDA0001387960960000046
与巯基丙酸乙酯的优选地投料摩尔比为1∶1.0～2.0；
和/或，本步骤的反应温度为80～150℃。
优选地，本步骤反应在钯催化条件下进行，所述钯催化剂选自四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、二氯二四三苯基膦钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种；优选地，加入2-二环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯。
所述步骤4)中，
Figure BDA0001387960960000051
与碱的优选地投料摩尔比为1∶1.0～4.0；
和/或，反应温度80～150℃。
优选地，所述“碱”可选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、叔丁醇钠或叔丁醇钾中的一种或几种，优选叔丁醇钾和/或碳酸钾。
上述
Figure BDA0001387960960000052
等均可以通过公开商业途径或者文献中本身已知的方法合成得到。在本发明中不做特别限制。
本发明所述的方法，在必要时会涉及常规后处理，所述常规后处理具体如：用二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯萃取，分液，水洗，干燥，真空旋转蒸发仪蒸发，所得产物用减压蒸馏或重结晶和/或色谱分离法提纯，即可。
采用上述制备方法能够稳定、高效地得到本发明所述的液晶化合物。
本发明的第三目的是保护含有所述液晶化合物的组合物。所述液晶化合物在组合物中的质量百分比为1～60％，优选为3～50％，进一步优选为5～25％。
本发明的第四目的是保护所述液晶化合物以及含有所述液晶化合物的组合物在液晶显示领域的应用，优选为在液晶显示装置中的应用。所述的液晶显示装置包括但并不限于TN、ADS、VA、PSVA、FFS或IPS液晶显示器。
本发明所提供的液晶化合物，化学主体结构为二苯并噻吩，此类结构本身介电各向异性较大，本发明所提供的液晶化合物在分子结构中引入2-氟乙氧基，同时在二苯并噻吩4位、6位引入氟原子，形成强大的协同作用，使液晶化合物的负介电各向异性极高，且同时显著提高清亮点，比较高的光学各向异性，适中的旋转粘度和液晶互溶性，低温工作效果表现优秀，良好的热稳定性、化学稳定性、光学稳定性及力学等方面的性能；从而有效降低驱动电压，提高了液晶显示装置的响应速度，同时具有较好电荷保持率等特点。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
所述原材料如无特别说明，均能从公开商业途径获得。
按照本领域的常规检测方法，通过线性拟合得到液晶化合物的各项性能参数，其中，各性能参数的具体含义如下：
△n代表光学各向异性(25℃)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；γ1代表旋转粘度(mPa.s，25℃)；Cp代表清亮点。
实施例1
本实施例提供的液晶化合物的结构式如下：
Figure BDA0001387960960000061
本实施例同时提供了制备上述化合物的制备方法，具体步骤如下：
(1)化合物BYLC-01-3的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入47.4g(0.2mol)化合物BYLC-01-2，54.7g化合物BYLC-01-1，400ml甲苯，200ml去离子水，200ml乙醇，55.2g无水碳酸钾，0.6g四三苯基膦钯，加热回流反应12小时。进行常规后处理，经色谱纯化，乙醇重结晶得到白色固体(化合物BYLC-01-3)60.5g，GC：99.4％，收率：89％；
(2)化合物BYLC-01-4的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入51.0g(0.15mol)化合物BYLC-01-3，500ml四氢呋喃，控温-90～-100℃滴加0.17mol仲丁基锂的正己烷溶液，滴毕保温反应2小时，控温-90～-100℃滴加32.0g溴素，然后自然回温反应3小时。加入2M盐酸水溶液100ml进行酸化，进行常规后处理，得到黄色液体(化合物BYLC-01-4)59.7g，GC：92.6％，收率95％；
(3)化合物BYLC-01-5的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入50.3g(0.12mol)化合物BYLC-01-4，19.3g巯基丙酸乙酯，300ml甲苯，33.1g无水碳酸钾，1.1g三(二亚苄基丙酮)二钯，1.0g 2-二环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯，加热回流反应16小时。进行常规后处理，经色谱纯化得到(化合物BYLC-01-5)32.8g，GC：93.1％，收率：58％；
(4)化合物BYLC-01的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入23.6g(0.05mol)化合物BYLC-01-5，100ml N,N-二甲基甲酰胺，13.8g无水碳酸钾，控温130-140℃反应6小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，乙醇重结晶得到白色固体(化合物BYLC-01)13.5g，GC：99.8％，收率：77％。
化合物BYLC-01的结构表征信息如下：
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-01进行分析，产物的m/z为352.0(M+)；
1H-NMR(400MHz,CDCl3):7.69–7.49(m,2H),7.19–6.99(m,2H),4.90–4.64(m,2H),4.40–4.18(m,2H),4.06–3.80(m,2H),1.43-1.22(m,1H)，0.76-0.32(m,4H)。
实验例1
将实施例1所制得的化合物BYLC-01与对比例1(已知常见的另一类似液晶化合物)所述按照本领域常规的检测方法，通过线性拟合得到液晶化合物的各项性能参数，检测结果如表1所示：
表1：液晶化合物的性能检测结果
Figure BDA0001387960960000081
由表1的检测结果可以明显看出，本发明提供的液晶化合物与传统的相似化学结构化合物相比，本发明提供的液晶化合物在保持大的光学各向异性△n，良好的旋转粘度γ1和液晶互溶性的同时，具有更高的负介电各向异性△ε，显著更高的清亮点Cp，从而有效提高液晶组合物的负介电各向异性，改善响应时间，提高液晶组合物的工作温度。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (23)

1.一种二苯并噻吩类负介电各向异性化合物，其特征在于，结构式如下：
Figure FDA0002553434990000011
2.一种制备如权利要求1所述的化合物的方法：其特征在于：包括如下步骤：
1)以
Figure FDA0002553434990000012
与
Figure FDA0002553434990000013
为原料，通过Suzuki反应，得到
Figure FDA0002553434990000014
2)
Figure FDA0002553434990000015
与有机锂试剂反应，再与溴化试剂反应，得到
Figure FDA0002553434990000016
3)
Figure FDA0002553434990000017
与巯基丙酸乙酯反应，得到
Figure FDA0002553434990000018
4)
Figure FDA0002553434990000021
在碱催化下进行关环，即得。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，
Figure FDA0002553434990000022
与
Figure FDA0002553434990000023
的投料摩尔比为1∶0.9～1.5；
和/或，所述Suzuki反应在60～150℃条件下进行。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，溴化试剂为溴素或1,2-二溴乙烷；
和/或，所述有机锂试剂为仲丁基锂或叔丁基锂中的一种；
和/或，反应温度为-60～-110℃。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，
Figure FDA0002553434990000024
与巯基丙酸乙酯的投料摩尔比为1∶1.0～2.0；
和/或，反应温度为80～150℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，
Figure FDA0002553434990000025
与巯基丙酸乙酯的投料摩尔比为1∶1.0～2.0；
和/或，反应温度为80～150℃。
7.根据权利要求2或3或6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，
Figure FDA0002553434990000026
与碱的投料摩尔比为1∶1.0～4.0；
和/或，反应温度为80～150℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，
Figure FDA0002553434990000031
与碱的投料摩尔比为1∶1.0～4.0；
和/或，反应温度为80～150℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，
Figure FDA0002553434990000032
与碱的投料摩尔比为1∶1.0～4.0；
和/或，反应温度为80～150℃。
10.根据权利要求2或3或6或8或9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
12.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
13.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
14.根据权利要求2或3或6或8或9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
15.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
16.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
17.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)在钯催化条件下进行，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、钯碳、氯化钯、醋酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、[1,1'-双(二苯基磷)二茂铁]二氯化钯中的一种或几种。
18.一种含有如权利要求1所述化合物的组合物，其特征在于：所述化合物在所述组合物中的质量百分比为1～60％。
19.根据权利要求18所述的组合物，其特征在于：所述化合物在所述组合物中的质量百分比为3～50％。
20.根据权利要求19所述的组合物，其特征在于：所述化合物在所述组合物中的质量百分比为5～25％。
21.权利要求1所述化合物和/或权利要求18～20任一项所述组合物在液晶显示领域的应用。
22.权利要求1所述化合物和/或权利要求18～20任一项所述组合物在液晶显示装置中的应用。
23.根据权利要求22所述的应用，其特征在于：所述的液晶显示装置包括TN、ADS、VA、PSVA、FFS或IPS液晶显示器。
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