CN110699092A - 一种含有二氟甲氧基桥键的液晶化合物及制备方法与应用 - Google Patents

一种含有二氟甲氧基桥键的液晶化合物及制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含有二氟甲氧基桥键的液晶化合物及制备方法与应用；所述液晶化合物具有如下通式Ⅰ所代表的结构，其中，R1表示1～15个碳原子的烷基或烷氧基，任意一个H原子可被F或Cl取代；R2表示1～15个碳原子的烷基、烷氧基或2～15个碳原子的链烯基；任意一个H原子可被F或Cl取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure DDA0001725648510000011
表示
Figure DDA0001725648510000012
或
Figure DDA0001725648510000013
m表示1或2；当m＝2时，环A相同或不同；L表示1～5个碳原子的烷基或烷氧基。含有该化合物的液晶组合物具有较低的旋转粘度，较大的Δε⊥。且该化合物价格低廉、性能稳定，可广泛用于液晶显示领域。

Description

一种含有二氟甲氧基桥键的液晶化合物及制备方法与应用
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，涉及一种含有二氟甲氧基桥键的液晶化合物。
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，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着重要的作用，尤其是降低液晶材料的旋转粘度和提高液晶材料的介电各向异性Δε。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含有二氟甲氧基桥键的液晶化合物。含有该化合物的液晶组合物具有较低的旋转粘度，较大的Δε⊥。且该化合物价格低廉、性能稳定，可广泛用于液晶显示领域，具有重要的应用价值。所述液晶化合物，具有如下通式Ⅰ所代表的结构：
Figure BDA0001725648500000021
所述通式Ⅰ中，R1表示1～15个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F或Cl取代；
R2表示1～15个碳原子的烷基、烷氧基或2～15个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F或Cl取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure BDA0001725648500000022
(环A)表示
Figure BDA0001725648500000023
m表示1或2；当m＝2时，
Figure BDA0001725648500000024
(环A)相同或不同；
L表示1～5个碳原子的烷基或烷氧基。
优选的，所述通式Ⅰ中，R1表示1～10个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F取代；
R2表示1～10个碳原子的烷基、烷氧基或2～10个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure BDA0001725648500000025
(环A)表示
Figure BDA0001725648500000026
m表示1或2；当m＝2时，环A相同或不同；
L表示1～5个碳原子的烷基或烷氧基。
更优选的，所述通式Ⅰ中，R1表示1～10个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F取代；
R2表示1～10个碳原子的烷基、烷氧基或2～10个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure BDA0001725648500000031
(环A)表示
Figure BDA0001725648500000032
m表示1或2；当m＝2时，环A相同或不同；
L表示-CH3或-OCH3。
本发明进一步提出的，所述通式Ⅰ中：R1表示1～5个碳原子的烷氧基，其中，任意一个H原子可被F或Cl取代；
R2表示1～5个碳原子的烷基；其中，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure BDA0001725648500000033
(环A)表示
Figure BDA0001725648500000034
m表示1或2；当m＝2时，环A相同或不同
L代表为-CH3或-OCH3。
本发明进一步提出的，所述通式Ⅰ中：
R1表示1～15个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F或Cl取代；优选的，R1表示1～10个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F取代；最优选的，R1表示1～5个碳原子的烷氧基；
R2表示1～15个碳原子的烷基、烷氧基或2～15个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F或Cl取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；优选的，R2表示1～10个碳原子的烷基、烷氧基或2～10个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；最优选的，R2表示1～5个碳原子的烷基；其中，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure BDA0001725648500000035
(环A)表示
Figure BDA0001725648500000036
优选为
Figure BDA0001725648500000037
L表示1～5个碳原子的烷基或烷氧基；优选为-CH3或-OCH3。
作为本发明的优选技术方案，所述液晶化合物选自如下式Ⅰ-1～式Ⅰ-10所代表的化合物的一种：
Figure BDA0001725648500000041
作为本发明的最佳实施方式，所述液晶化合物选自如下所代表的化合物的一种：
Figure BDA0001725648500000042
Figure BDA0001725648500000051
其中，R1*、R2*各自独立的表示1～10个碳原子的烷基。
其中，R1*是R1为烷氧基时，即OR1*属于R1的进一步优选，R2*为R2的进一步优选。
本发明的第二目的是提供上述液晶化合物的制备方法，合成路线如下：
Figure BDA0001725648500000062
所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)
Figure BDA0001725648500000063
与正丁基锂进行金属化反应后，再与二氟二溴甲烷反应合成化合物
Figure BDA0001725648500000064
(2)
Figure BDA0001725648500000065
与镁屑反应形成格式试剂，再与硼酸三甲酯反应得到
Figure BDA0001725648500000071
(3)通过步骤(2)得到的
Figure BDA0001725648500000072
与过氧化氢反应得到
(4)通过步骤(1)得到的
Figure BDA0001725648500000074
与通过步骤(3)得到的
Figure BDA0001725648500000075
威廉森合成法(Williamson Synthesis)反应合成化合物
Figure BDA0001725648500000076
以上各步骤反应中所涉及化合物中的R1、R2、L、m与所得液晶化合物产物中R1(R1*)、R2(R2*)、L、m相对应。
本发明进一步提出的，所述步骤(1)中，
Figure BDA0001725648500000077
正丁基锂与二氟二溴甲烷的投料摩尔比为1：1.0～1.5：1.6～2.0，反应温度为-80～0℃，反应时间为1～6h；
所述步骤(2)中，
Figure BDA0001725648500000078
镁屑、硼酸三甲酯的投料摩尔比为1:1.5～2.5:1.6～2.5，滴加硼酸三甲酯的温度为-20℃～0℃；
所述步骤(3)中，
Figure BDA0001725648500000079
与过氧化氢的投料摩尔比为1：2.5～3.5，反应时间为2h；
所述步骤(4)中，
Figure BDA00017256485000000710
与的投料摩尔比为1：1.0～2.0，反应温度为50～120℃，反应时间为3～8h。
本发明的第三目的是保护含有所述液晶化合物的液晶组合物；所述液晶组合物，包括上述的液晶化合物；优选地，所述液晶化合物占所述液晶组合物质量百分比的0.01～99％；更优选为0.01～60％，进一步优选为0.1～40％。
本发明的第四目的上述液晶化合物或上述液晶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。使用了所述液晶化合物或含有所述液晶化合物的组合物具有较宽的向列相温度范围、合适的或较高的双折射率各向异性An、较高的电阻率、良好的抗紫外线性能、高电荷保持率以及低蒸汽压等性能。
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，凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述权利要求范围中。
在以下的实施例中所采用的各液晶化合物如无特别说明，均可以通过公知的方法进行合成或从公开商业途径获得，这些合成技术是常规的，所得到各液晶化合物经测试符合电子类化合物标准。
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：
制备化合物BYLC-01的合成线路如下所示：
Figure BDA0001725648500000091
具体步骤如下：
(1)化合物BYLC-01-1的合成：
1L三口瓶中加入20g化合物(0.217mol)，180ml四氢呋喃，搅拌，排氮气3次，氮气保护下降温，控温-75℃-85℃，滴加78ml丁基锂，滴加完毕，控温-75℃-85℃反应1h，继续控温-85℃-95℃滴加70.7g二氟二溴甲烷，滴加完毕，控温-75℃-85℃反应0.5h,自然升温，当温度升至-23℃时，向反应液中加入300ml水，搅拌分液，水相用石油醚提取，有机相用氯化钠水溶液洗至中性，干燥，室温过硅胶柱，真空旋干得黄色液体(化合物BYLC-01-1,0.187mol)41.2g，HPLC：90.8％，收率：86.4％。
(2)化合物BYLC-01-2的合成：
向反应瓶中加入7.2g镁屑，80ml四氢呋喃，加入75g化合物(0.298mol)和200ml四氢呋喃组成的溶液，2ml溴乙烷，加热引发反应：控制轻微回流，滴加剩余的溶液，滴毕回流反应1h；控温-10～0℃滴加41.2g硼酸三甲酯，在此温度下反应1小时；加入2M盐酸水溶液150ml进行酸化，进行常规后处理；石油醚重结晶得到黄色固体(化合物BYLC-01-2，0.236mol)47.8g,HPLC:99.5％，收率：79.6％。
(3)化合物BYLC-01-3的合成：
向反应瓶中加入47.8g化合物BYLC-01-2，120ml乙酸乙酯，70g过氧化氢(浓度30％)，加热回流反应2小时，进行常规后处理，浓缩溶剂得到黄色液体(化合物BYLC-01-3，0.260mol)45.2g，HPLC:97.8％，收率：98.8％。
(4)化合物BYLC-01的合成：
1L三口瓶中加入300ml水，加热升温，当温宿为50℃时，加入45.2g化合物BYLC-01-3，5g TBAB，45g碳酸钾,继续升温，当温度为80℃时，加入41.2g化合物BYLC-01-1，继续升温至回流，回流反应4h，向反应液中加入300ml甲苯，搅拌5min，,分液，水相用甲苯提取，有机相用水洗，无水硫酸钠干燥，旋干结晶得白色固体(化合物BYLC-01，0.149mol)48.8g，收率：79.8％，GC：99.9％。
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-01进行分析，产物的m/z为328.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.95-2.45(m,9H),3.95-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,5H)。
实施例2
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001725648500000101
以
Figure BDA0001725648500000102
代替
Figure BDA0001725648500000103
其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-02进行分析，产物的m/z为344.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.95-2.45(m,9H),3.95-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,5H)。
实施例3
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001725648500000111
以
Figure BDA0001725648500000112
代替
Figure BDA0001725648500000113
其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-03进行分析，产物的m/z为368.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.15-0.95(m,5H),1.05-2.55(m,8H),3.95-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,5H)。
实施例4
液晶化合物的结构式为：
以
Figure BDA0001725648500000115
代替
Figure BDA0001725648500000116
其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-04进行分析，产物的m/z为382.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.15-0.95(m,7H),1.05-2.55(m,8H),3.95-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,5H)。
实施例5
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001725648500000117
以代替
Figure BDA0001725648500000122
其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-05进行分析，产物的m/z为382.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.15-0.95(m,9H),1.05-2.55(m,6H),3.95-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,5H)。
实施例6
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001725648500000123
以
Figure BDA0001725648500000124
代替
Figure BDA0001725648500000125
以
Figure BDA0001725648500000126
代替
Figure BDA0001725648500000127
其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-06进行分析，产物的m/z为362.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.15-0.98(m,3H),1.05-2.55(m,17H),3.90-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,1H)。
实施例7
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001725648500000128
以
Figure BDA0001725648500000129
代替
Figure BDA00017256485000001210
以
Figure BDA00017256485000001211
代替其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-07进行分析，产物的m/z为444.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.15-0.98(m,3H),1.05-2.55(m,22H),3.90-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,1H)。
实施例8
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001725648500000131
以代替
Figure BDA0001725648500000133
其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-08进行分析，产物的m/z为410.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.05-2.85(m,19H),3.90-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,5H)。
实施例9
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0001725648500000134
以
Figure BDA0001725648500000135
代替
Figure BDA0001725648500000136
其他反应条件同实施例1.
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-09进行分析，产物的m/z为404.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.05-2.85(m,13H),3.90-4.85(m,2H),5.65-7.95(m,5H)。
依据以上实施例的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性操作，可以合成发明内容中提及的液晶化合物。
对比例
Figure BDA0001725648500000137
试验例
混晶BHR98100的性质列于表1中：
表1混晶BHR98100性质汇总表
Figure BDA0001725648500000141
其中，混合物BHR98100购自八亿时空液晶科技股份有限公司。
添加30％的实施例1所提供的的聚合性化合物BYLC-01至70％的液晶组合物BHR98100中，均匀溶解，得到混合物PM-1。
添加30％的实施例2所提供的的聚合性化合物BYLC-02至70％的液晶混合物BHR98100中，均匀溶解，得到混合物PM-2。
添加30％的实施例6所提供的聚合性化合物BYLC-06至70％的液晶组合物BHR98100中，均匀溶解，得到混合物PM-3。
添加30％的实施例7所提供的聚合性化合物BYLC-7至70％的液晶组合物BHR98100中，均匀溶解，得到混合物PM-4。
添加30％的实施例8所提供的聚合性化合物BYLC-8至70％的液晶组合物BHR98100中，均匀溶解，得到混合物PM-5。
添加30％的实施例9所提供的聚合性化合物BYLC-9至70％的液晶组合物BHR98100中，均匀溶解，得到混合物PM-6。
添加30％的对比例所提供的的聚合性化合物CP至70％的液晶组合物BHR98100中，均匀溶解，得到混合物PM-7。
对其物性参数进行表征，得到表2：
表2混晶物性参数汇总表
Figure BDA0001725648500000142
Figure BDA0001725648500000151
从表2的对比数据可知，本发明的液晶化合物具有更大的ε⊥，更低的旋转粘度，响应时间缩短，具有更好的效果。
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 (10)

1.一种含有二氟甲氧基桥键的液晶化合物，其特征在于，具有如下通式Ⅰ所代表的结构：
Figure FDA0001725648490000011
所述通式Ⅰ中，R1表示1～15个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F或Cl取代；
R2表示1～15个碳原子的烷基、烷氧基或2～15个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F或Cl取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
表示
Figure FDA0001725648490000013
m表示1或2；当m＝2时，
Figure FDA0001725648490000014
相同或不同；
L表示1～5个碳原子的烷基或烷氧基。
2.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于，所述通式Ⅰ中，R1表示1～10个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F取代；
R2表示1～10个碳原子的烷基、烷氧基或2～10个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure FDA0001725648490000015
表示
Figure FDA0001725648490000016
m表示1或2；当m＝2时，
Figure FDA0001725648490000017
相同或不同；
L表示1～5个碳原子的烷基或烷氧基。
3.根据权利要求1或2所述的液晶化合物，其特征在于，所述通式Ⅰ中，R1表示1～10个碳原子的烷基或烷氧基，其中，任意一个H原子可被F取代；
R2表示1～10个碳原子的烷基、烷氧基或2～10个碳原子的链烯基；其中，任意一个H原子可被F取代，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure FDA0001725648490000021
表示
Figure FDA0001725648490000022
m表示1或2；当m＝2时，相同或不同；
L表示-CH3或-OCH3。
4.根据权利要求1～3任一项所述的液晶化合物，其特征在于，所述通式Ⅰ中：R1表示1～5个碳原子的烷氧基，其中，任意一个H原子可被F或Cl取代；
R2表示1～5个碳原子的烷基；其中，任意一个或多个CH2可以被环戊基、环丁基或环丙基替代；
Figure FDA0001725648490000024
表示
Figure FDA0001725648490000025
m表示1或2；当m＝2时，
Figure FDA0001725648490000026
相同或不同
L代表为-CH3或-OCH3。
5.根据权利要求1～4任一项所述的液晶化合物，其特征在于，所述液晶化合物选自如下式Ⅰ-1～式Ⅰ-10所代表的化合物的一种：
Figure FDA0001725648490000027
Figure FDA0001725648490000031
6.根据权利要求1～5任一项所述的液晶化合物，其特征在于，所述液晶化合物选自如下所代表的化合物的一种：
Figure FDA0001725648490000032
其中，R1*、R2*各自独立的表示1～10个碳原子的烷基。
7.权利要求1～6任一项所述液晶化合物的制备方法，其特征在于，合成路线如下：
Figure FDA0001725648490000051
优选的，具体包括以下步骤：
(1)
Figure FDA0001725648490000052
与正丁基锂进行金属化反应后，再与二氟二溴甲烷反应合成化合物
Figure FDA0001725648490000053
(2)
Figure FDA0001725648490000054
与镁屑反应形成格式试剂，再与硼酸三甲酯反应得到
Figure FDA0001725648490000055
(3)通过步骤(2)得到的
Figure FDA0001725648490000056
与过氧化氢反应得到
Figure FDA0001725648490000057
(4)通过步骤(1)得到的
Figure FDA0001725648490000058
与通过步骤(3)得到的
Figure FDA0001725648490000059
威廉森合成法反应合成化合物
Figure FDA00017256484900000510
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，
Figure FDA0001725648490000061
正丁基锂与二氟二溴甲烷的投料摩尔比为1：1.0～1.5：1.6～2.0，反应温度为-80～0℃，反应时间为1～6h；
和/或，所述步骤(2)中，镁屑、硼酸三甲酯的投料摩尔比为1:1.5～2.5:1.6～2.5，滴加硼酸三甲酯的温度为-20℃～0℃；
和/或，所述步骤(3)中，
Figure FDA0001725648490000063
与过氧化氢的投料摩尔比为1：2.5～3.5，反应时间为2h；
和/或，所述步骤(4)中，
Figure FDA0001725648490000064
与
Figure FDA0001725648490000065
的投料摩尔比为1：1.0～2.0，反应温度为50～120℃，反应时间为3～8h。
9.一种液晶组合物，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述的液晶化合物；
优选地，所述液晶化合物占所述液晶组合物质量百分比的0.01～99％；更优选为0.01～60％，进一步优选为0.1～40％。
10.权利要求1～6任一项所述的液晶化合物或权利要求9所述的液晶组合物在液晶显示上的应用；优选在液晶显示装置上的应用；更优选为在TN、ADS、VA、PSVA、FFS或IPS液晶显示器上的应用。
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