CN109423297B - 一种二苯并噻吩液晶化合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种二苯并噻吩液晶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液晶化合物。所述液晶化合物的通式为(I)所示。本发明所述液晶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。

Description

一种二苯并噻吩液晶化合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及液晶化合物及其应用领域，涉及一种二苯并噻吩液晶化合物及其制备方法和应用。
背景技术
近年来液晶显示装置发展越来越迅速，也发展出不同类型，如车载小型液晶显示装置，便携式液晶显示装置，超薄型液晶显示装置等等，本领域开发正在取得进展，以电视为例，其特点是重量轻、占据空间小、移动方便，还有笔记本型个人电脑、掌上电脑、手机等。
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，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。但是对显示技术的要求一直在不断的提高，要求液晶显示器实现更快速的响应，降低驱动电压以降低功耗等方面，也就要求液晶材料具有低电压驱动、快速响应、宽的温度范围和良好的低温稳定性。
液晶材料本身对改善液晶显示器的性能发挥重要的作用，尤其是降低液晶材料旋转粘度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液晶化合物。
本发明所述的液晶化合物，具有如下结构：
Figure BDA0001388132000000021
其中，R表示具有1-10个碳原子的烷基或烷氧基；
优选地，在通式I中，R表示具有1-5个碳原子的烷基或烷氧基；
进一步优选地，所述液晶化合物为如下化合物的一种：
Figure BDA0001388132000000022
所述液晶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所述液晶化合物的制备方法。
合成路线如下：
Figure BDA0001388132000000023
具体包括以下步骤：
(1)以
Figure BDA0001388132000000031
与
Figure BDA00013881320000000311
通过suzuki反应，得到
Figure BDA0001388132000000032
(2)
Figure BDA0001388132000000033
与有机锂试剂反应，再与溴化试剂反应，得到
Figure BDA0001388132000000034
(3)
Figure BDA0001388132000000035
与巯基丙酸乙酯反应，得到
Figure BDA0001388132000000036
(4)
Figure BDA0001388132000000037
经碱催化合环得到
Figure BDA0001388132000000038
其中，各步骤所涉及化合物中的R与所得液晶化合物产物中R代表的基团相对应(同上)。
本发明所述制备方法，所述步骤1)中，
Figure BDA0001388132000000039
与
Figure BDA00013881320000000312
的投料摩尔比为0.9～1.5：1.0；
优选地，反应温度为50～150℃。
所述步骤2)中，所述有机锂试剂选自仲丁基锂或叔丁基锂；所述溴化试剂可选自溴素或1,2-二溴乙烷；
所述
Figure BDA00013881320000000310
与有机锂试剂与溴化试剂的投料摩尔比为1∶0.9～1.8∶0.9～3.0。
优选地，反应温度为-50～-100℃。
所述步骤3)中，
Figure BDA0001388132000000041
与巯基丙酸乙酯投料摩尔比为1.0：0.9～2.0；
优选地，反应温度为50～150℃；
所述步骤4)中，
Figure BDA0001388132000000042
与碱投料摩尔比为1.0：0.9～3.0；
优选地，反应温度为30～120℃；
其中，所述碱选自三乙胺、叔丁醇钾、氢氧化钾、碳酸钾或碳酸钠的一种或几种。
上述
Figure BDA0001388132000000043
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。
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。所述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，同时具有光学各向异性数值适中、电荷保持率高等特点。
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
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001388132000000051
制备化合物BYLC-01的合成线路如下所示：
Figure BDA0001388132000000052
具体步骤如下：
(1)化合物BYLC-01-1的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入44.0g 2,3-二氟-4-(2-氟乙氧基)苯硼酸，49.4g 4-溴-1-丁氧基-2-氟苯，100ml甲苯，50ml去离子水，30ml乙醇，31.8g无水碳酸钠，0.8g四三苯基膦合钯，加热回流反应3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-01-1)56.4g，GC：99.6％，收率：82.5％。
(2)化合物BYLC-01-2的合成：
氮气保护下，反应瓶中加入55.0gBYLC-01-1，350ml四氢呋喃，控温-70～-80℃滴加0.21mol叔丁基锂的正己烷溶液，滴毕保温反应1小时，控温-70～-80℃滴加32.0g溴素，然后自然回温至-30℃。加入500ml饱和亚硫酸钠水溶液进行水解破坏，进行常规后处理，乙醇重结晶得到浅黄色固体(化合物BYLC-01-2)53.2g，GC：99.5％，收率78.6％；
(3)化合物BYLC-01-3的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入50.0g化合物BYLC-01-2，17.5g巯基丙酸乙酯，18.3gN,N-二异丙基乙胺，0.5g 2-二环己基膦-2,4,6-三异丙基联苯，0.5g三(二亚苄基丙酮)二钯，200ml二氧六环，控温100℃～105℃反应6小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，得到浅黄色液体(化合物BYLC-01-3)42.3g，GC：95.8％，收率：75.3％。
(4)化合物BYLC-01的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入40.0g化合物BYLC-01-3，14.2g叔丁醇钾，120ml四氢呋喃，70℃～75℃反应6小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，乙醇结晶得到白色固体(化合物BYLC-01)24.7g，GC：99.7％，收率：82.7％。
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-01进行分析，产物的m/z为354.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.75-1.95(m,7H),3.53-4.75(m,6H),6.65-7.75(m,4H)。
实施例2
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001388132000000071
制备化合物BYLC-02的合成线路如下所示：
Figure BDA0001388132000000072
具体步骤如下：
(1)化合物BYLC-02-1的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入40.0g 2,3-二氟-4-(2-氟乙氧基)苯硼酸，44.4g 4-溴-1-戊氧基-2-氟苯，90ml甲苯，45ml去离子水，25ml乙醇，28.9g无水碳酸钠，0.54g四三苯基膦合钯，加热回流反应3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-02-1)55.4g，GC：99.5％，收率：85.6％。
(2)化合物BYLC-02-2的合成：
氮气保护下，反应瓶中加入50.0gBYLC-02-1，300ml四氢呋喃，控温-70～-80℃滴加0.20mol叔丁基锂的正己烷溶液，滴毕保温反应1小时，控温-70～-80℃滴加33.6g溴素，然后自然回温至-30℃。加入400ml饱和亚硫酸钠水溶液进行水解破坏，进行常规后处理，乙醇重结晶得到浅黄色固体(化合物BYLC-02-2)49.2g，GC：99.6％，收率80.5％；
(3)化合物BYLC-02-3的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入45.0g化合物BYLC-02-2，16.0g巯基丙酸乙酯，24.0gN,N-二异丙基乙胺，0.4g 2-二环己基膦-2,4,6-三异丙基联苯，0.38g三(二亚苄基丙酮)二钯，200ml二氧六环，控温90℃～100℃反应6小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，得到浅黄色液体(化合物BYLC-02-3)39.6g，GC：96.4％，收率：78.6％。
(4)化合物BYLC-02的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入35.0g化合物BYLC-02-3，12.0g叔丁醇钾，150ml四氢呋喃，65℃～70℃反应6小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，乙醇结晶得到白色固体(化合物BYLC-02)22.7g，GC：99.6％，收率：86.2％。
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-02进行分析，产物的m/z为368.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.75-1.85(m,9H),3.53-4.75(m,6H),6.65-7.75(m,4H)。
实施例3
依据实施例1、实施例2的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性操作，可以合成以下液晶化合物。
Figure BDA0001388132000000081
实验例
将实施例1、实施例2所制得的化合物BYLC-01、BYLC-02与对比例1(已知常见的另一类似液晶化合物)的液晶化合物性能参数数据进行对比整理，检测结果如表1所示：
表1：液晶化合物的性能检测结果
Figure BDA0001388132000000082
Figure BDA0001388132000000091
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的负介电各向异性化合物相比，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)

1.一种二苯并噻吩液晶化合物，其特征在于：所述化合物为以下化合物中的一种：
Figure FDA0002470563570000011
2.一种制备如权利要求1所述的液晶化合物的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1)以
Figure FDA0002470563570000012
与
Figure FDA0002470563570000013
通过suzuki反应，得到
Figure FDA0002470563570000014
2)
Figure FDA0002470563570000015
与有机锂试剂反应，再与溴化试剂反应，得到
Figure FDA0002470563570000016
3)
Figure FDA0002470563570000017
与巯基丙酸乙酯反应，得到
Figure FDA0002470563570000018
4)
Figure FDA0002470563570000019
经碱催化合环得到
Figure FDA00024705635700000110
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 FDA00024705635700000111
与
Figure FDA00024705635700000112
的投料摩尔比为0.9～1.5：1.0。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：反应温度为50～150℃。
5.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述有机锂试剂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。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述
Figure FDA0002470563570000021
与有机锂试剂与溴化试剂的投料摩尔比为1∶0.9～1.8∶0.9～3.0。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：反应温度为-50～-100℃。
8.根据权利要求2-4或6或7任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，
Figure FDA0002470563570000022
与巯基丙酸乙酯投料摩尔比为1.0：0.9～2.0。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，
Figure FDA0002470563570000023
与巯基丙酸乙酯投料摩尔比为1.0：0.9～2.0。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：反应温度为50～150℃。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：反应温度为50～150℃。
12.根据权利要求2-4或6～7或9～11任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，
Figure FDA0002470563570000024
与碱投料摩尔比为1.0：0.9～3.0。
13.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 FDA0002470563570000025
与碱投料摩尔比为1.0：0.9～3.0。
14.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，
Figure FDA0002470563570000031
与碱投料摩尔比为1.0：0.9～3.0。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述碱为三乙胺、叔丁醇钾、氢氧化钾、碳酸钾或碳酸钠的一种或几种。
16.根据权利要求13或14所述的制备方法，其特征在于：所述碱为三乙胺、叔丁醇钾、氢氧化钾、碳酸钾或碳酸钠的一种或几种。
17.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于：反应温度为30～120℃。
18.根据权利要求13或14所述的制备方法，其特征在于：反应温度为30～120℃。
19.一种含有权利要求1所述的化合物的组合物，其特征在于：所述液晶化合物在组合物中的质量百分比为1～60％。
20.根据权利要求19所述的组合物，其特征在于：所述液晶化合物在组合物中的质量百分比为3～50％。
21.根据权利要求20所述的组合物，其特征在于：所述液晶化合物在组合物中的质量百分比为5～25％。
22.权利要求1所述液晶化合物或权利要求19～21任一项所述组合物在液晶显示领域的应用。
23.权利要求1所述液晶化合物或权利要求19～21任一项所述组合物在液晶显示装置中的应用，所述液晶显示装置包括：TN、ADS、VA、PSVA、FFS或IPS液晶显示器。
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