DD207211A5

DD207211A5 - Fluorhaltige cyclohexylbiphenylderivate enthaltende fluessigkristalline dielektrika

Info

Publication number: DD207211A5
Application number: DD23468381A
Authority: DD
Inventors: Rudolf Eidenschink; Ludwig Pohl
Original assignee: Merck Patent Gmbh
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1984-02-22

Abstract

Fluorhaltige Cyclohexylbiphenylderivate der Formel (&), worin R unten 1 Alkyl mit 1-12 C-Atomen, R unten 6 Alkyl oder Alkoxy mit 1-12 C-Atomen, CN oder Fluor, und R unten 2, R unten 3, R unten 4 und R unten 5 Wasserstoff oder Fluor bedeuten, mit der Massgabe, dass mindestens einer, jedoch nicht mehr als zwei der Reste R unten 2, R unten 3, R unten 4, R unten 5 und R unten 6 Fluor bedeuten sind farblose Verbindungen, die in einem breiten und guenstig gelegenen Temperaturbereich eine niederviskose nematisch-fluessigkristalline Mesophase ausbilden. Sie sind wertvolle Komponenten fluessigkristalliner Dielektrika fuer elektrooptische Anzeigeelemente.

Description

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Merck Patent Gesellschaft mit beschränkter Haftung Darmstadt

Fluorhaltige Cyclohexylbiphenylderivate enthaltende flüssigkristalline Dielektrika

a) Anwendungsgebiet der Erfindung

Für elektro-optische Anzeigeelemente werden in großem Umfang die Eigenschaften nematischer oder nematisch-

cholesterischer flüssigkristalliner Materialien ausgenutzt, ihre optischen Eigenschaften wie Lichtabsorption, Lichtstreuung, Doppeibrechnung, Reflexionsvermögen oder Farbe unter dem Einfluß elektrischer Felder signifikant zu verändern. Die Funktion derartiger Anzeigeelemente

beruht dabei beispielsweise auf den Phänomenen der dynamischen Streuung, der Deformation aufgerichteter Phasen, dem Schadt-Helfrich-Effekt in der verdrillten Zelle odei dem cholesterisch-nematischen Phasenübergang.

^⁵ Für die technische Anwendung dieser Effekte in elektronischen Bauelementen werden flüssigkristalline Dielektrd benötigt, die einer Vielzahl von Anforderungen genügen müssen. Besonders wichtig sind hier die chemische Bestär digkeit gegenüber Feuchtigkeit, Luft und physikalischen

Einflüssen wie Wärme, Strahlung im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Bereich und elektrische Gleich- und Wechselfelder. Ferner wird von technisch verwendbaren flüssigkristailinen Dielektrika eine flüssigkristalline Mesophase im Temperaturbereich von mindestens +10 C bis "+ 50° C₁ bevorzugt von 0° C bis 60° C₁ und eine möglichst niedrige Viskosität bei Raumtemperatur, die vorzugsweise

—3 nicht mehr als 70 . 10 Pa.s betragen soll, gefordert.

Schließlich dürfen sie im Bereich des sichtbaren Lichtes keine Eigenabsorption aufweisen, d.h. sie müssen farblos sein.

^ύ) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Es ist bereits eine Anzahl von flüssigkristallinen Verbindungen bekannt, die den an Dielektrika für elektronisehe Bauelemente gestellten Stabilitätsanforderungen genügen und auch farblos sind. Hierzu gehören insbesondere die in der DE-OS 2 139 628 beschriebenen p,p'-disubstituierten Benzoesäurephenylester und die in der DE-OS 2 636 684 beschriebenen ρ,ρ'-disubstituierten Phenylcyclohexanderivate. In beiden genannten Verbindungsklassen wie auch in anderen bekannten Reihen von Verbindungen mit flüssigkristalliner Mesophase gibt es keine Einzelverbindungen, die in dem geforderten Temperaturbereich von 10° C bis 60° C eine flüssigkristalline nematische Mesophase ausbilden. Es werden daher in der Regel Mischungen von zwei oder mehreren Verbindungen hergestellt, um als flüssigkristalline Dielektrika verwendbare Substanzen zu erhalten. Hierzu mischt man gewöhnlich mindestens eine Verbindung mit niedrigem Schmelz- und Klärpunkt mit einer anderen mit deutlich höherem Schmelz- und Klärpunkt. Hierbei wird normalerweise ein Gemisch erhalten, dessen Schmelzpunkt unter dem der niedriger schmelzenden Komponente

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liegt, während der Klärpunkt zwischen den Klärpunkten der Komponenten liegt. Trotzdem bereitet die Herstellung optimaler Dielektrika immer wieder Schwierigkeiten, da die Komponenten mit den hohen Schmelz- und Klärpunkten den Gemischen häufig auch eine hohe Viskosität verleihen. Dadurch werden die Schaltzeiten der damit hergestellten elektrooptischen Anzeigeelemente in unerwünschter Weise verlängert. Ferner treten oft Probleme dadurch auf, daß die Löslichkeit der verschiedenen Komponenten ineinander, insbesondere bei Raumtemperatur oder tieferen Temperaturen nur sehr begrenzt ist.

c) Ziel der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, flüssigkristalline Dielektrika herzustellen, die eine nematische Phase im geforderten Temperaturbereich aufweisen und in Flüssigkristallzellen bei Raumtemperatur ausreichend kurze Schaltzeiten ermöglichen.

d) Darlegung des Wesens der Erfindung;

Es wurde nun gefunden, daß die Cyclohexylbiphenylderivate der Formel (I)

(D

R₂ R_a R₄ R₅

worin R- Alkyl mit 1-12 C-Atomen, R, Alkyl oder Alkoxy mit 1-12 C-Atomen, CN oder

Fluor, und

R R R und R₅ Wasserstoff oder Fluor bedeuten, mit der Maßgabe, daß mindestens einer, jedoch nicht mehr als zwei der Reste R₂, R₃, R₄, R₅ und R, Fluor bedeuten.

vorzüglich als Komponenten flüssigkristalliner Dielektrika geeignet sind. Dabei besitzen diese Verbindungen einen außerordentlichen breiten Anwendungsbereich:

in Abhängigkeit von der Auswahl der Substituenten können die Verbindungen der Formel (I) sowohl als Basismaterialien dienen, aus denen flüssigkristalline Dielektrika zum überwiegenden Teil bestehen, es können aber auch Verbindungen der Formel (I) in geringeren Anteilen von beispielsweise 2 bis 45 Gewichtsprozent flussigkristallinen Basismaterialien aus anderen Verbindungsklassen zugesetzt werden, um so Dielektrika mit einer verbreiterten flüssigkristallinen Mesophase herzüstellen oder die Größe der dielektrischen Anisotropie eines solchen Dielektrikums zu beeinflussen.

Durch geeignete Auswahl der Substituenten R₁ bis R_& lassen sich mit den Verbindungen der Formel (I) sowohl Dielektrika mit ausgeprägter positiver dielektrischer Anisotropie zur Verwehdung in Anzeigeelementen auf der Basis der verdrillten nematischen Zelle oder des cholesterisch-nema-. tischen Phasenübergangs herstellen, es können aber auch Dielektrika mit von Null nur wenig verschiedener oder auch mit negativer dielektrischer Anisotropie hergestellt werden, die in Anzeigeelementen auf der Basis der dynamischen Streuung oder der Deformation aufgerichteter Phasen (DAP-Effekt) verwendet werden.

Die Verbindungen der Formel (I) sind in reinem Zustand farblos, und bilden niederviskose nematische Mesophasen in einem erstaunlich breiten und für die elektrooptische Verwendung günstig gelegenen Temperaturbereich.

Gegenstand der Erfindung sind somit flüssigkristalline Dielektrika mit einem Gehalt an mindestens einem fluorhaltigen Cyclohexylbipheny!derivat der Formel (I).

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Die fluorhaltigen Cyclohexylbiphenylderivate der Formel (I) umfassen insbesondere die'4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyle der Formel (Ia),

(la)

10

die 4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-3'-fluor-4'-(R₇)-biphenyle der Formel (Ib),

(Ib)

die 4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-3',4'-difluorbiphenyle der Formel (Ic),

(Ic)

die 4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-2',3'-difluor-4'-(R₇)-biphenyle der Formel (Id)

(Id)

die 2,3-Difluor-4-(trans-4-alkylcyclohexyl)-4'-(R₇)-biphenyle der Formel (Ie)

6 83 8

sowie die 2-Fluor-4-(trans-4--alkylcyclohexyl)-4'-(R₇)-biphenyle der Formel (If),

(If)

wobei in diesen Teilformeln R₇ Alkyl oder Alkoxy mit 1-12 C-Atomen oder CN bedeutet und R, die bei der Formel (I) angegebene Bedeutung besitzt. Die trans-Stellung der Substituenten in den 1- und 4-Positionen des Cyclohexanrings ist in den Formelbildern durch einen verstärkten schwarzen Punkt auf der rechten Seite des Ringes kenntlich gemacht. Die nicht von den Teilformeln (Ia) bis (If) umfaßten Verbindungen der Formel (I) besitzen zwar die gleichen vorteilhaften Eigenschaften wie die der herausgehobenen Gruppen, jedoch ist ihre Herstellung schwieriger und daher weniger wirtschaftlich; die Verbindungen der Teilformeln (Ia) bis (If) 5 sind daher bevorzugt.

Unter den Verbindungen der Formel (I) haben die mit den Teilformeln (Ia) bis (Ic) eine positive dielektrische Anisotropie; dagegen weisen die Verbindungen der Teilformeln (Id) bis (If) eine negative dielektrische Anisotropie oder Werte um Null auf, wenn R₇ Alkyl oder Alkoxy bedeutet, und eine verminderte positive dielektrische Anisotropie, wenn R₇ CN ist.

In den Verbindungen der Formel (I) kann Alkylrest R-sowie der Alkyl- bzw. Alkoxyrest R, geradkettig oder verzweigt sein. Wenn er geradkettig ist, also Methyl, Ethyl, n-Propyl, η-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl,

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— "7 "·

n-Heptyl, n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl oder n-Dodecyl, bedeutet, besitzen die dadurch charakterisierten Verbindungen in der Regel höhere Klärpunkte als die mit verzweigten Flügelgruppen R. und/oder R... .5 Deswegen enthält gewöhnlich höchstens eine der Flügelgruppen R₁ und R₆ eine verzweigte Kohlenstoffkette. Verbindungen der Formel (I) mit einer verzweigten Flügelgruppe R₁ oder R, sind gelegentlich wegen einer besseren Löslichkeit in den üblichen flüssigkristallinen Basismaterialien von Bedeutung, insbesondere aber als chirale Dotierstoffe, wenn sie durch die Kettenverzweigung optische Aktivität besitzen. Solche verzweigten Flügelgruppen enthalten nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Bevorzugte verzweigte Kohlenwasserstoffreste sind die, in denen sich an einer längeren Kohlenstoffkette in 1-, 2- oder 3-Stellung eine Methyl- oder Ethylgruppe befindet, beispielsweise 2-Methylpropyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 2-Ethylhexyl oder 1-Methylhexyl. Wenn R, Alkyl oder Alkoxy bedeutet, können die Flügelgruppen R. und R_ß zusammen bis zu 24 Kohlenstoffatome enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind darunter diejenigen bevorzugt, in denen R. und R_ß zusammen 3 bis 14, insbesondere von 4 bis zu 12 Kohlenstoffatomen enthalten.

Die Verbindungen der Formel (I) werden in für derartige Substanzen üblicher Weise hergestellt. So werden die 4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyle der Formel (Ia) erhalten, indem die bekannten in 4'-Position unsubstituierten 4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-biphenyle zu den entsprechenden ^'-Nitroverbindungen nitriert werden, die zu den 4'-Aminoverbindungen reduziert und in an sich bekannter Weise nach Schiemann-Balz in die 4'-Fluorverbindungen überführt werden. Zur Herstellung der 3',4'-Difluorverbindungen der Formel (Ic) wird ein

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4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-4'-aminobiphenyl zunächst acetyliert, dann zum 3'-Nitro~4'-acetamidobiphenylderivat nitriert, das dann durch Reduktion und Hydrolyse in das 3',4'-Diaminobiphenylderivat überführt wird. Aus diesem wird dann wieder durch Diazotierung, Umsetzung mit Fluoborat und thermische Zersetzung das 3',4'-Difluorbiphenylderivat erhalten.

Die Verbindungen der Formel (I), worin R_& eine Alkyl- oder Alkoxygruppe ist, und von den Resten R₂ bis R₅ einer oder zwei Fluor bedeuten, werden analog aus den entsprechend substituierten Mono- oder Dinitroverbindungen hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien werden durch Nitrierung der 4-(trans-4-Alkylcyclohexyl)-4' (alkyl- bzw. alkoxy)-biphenyle erhalten. Dabei kann durch geeignete Wahl der an sich aus der Literatur bekannten Nitrierungsbedingungen, z.B. Art und Konzentration des nitrierenden Agens, Lösungsmittel, Temperatur, Reaktionsdauer und/oder Katalysator, die Isomerenverteilung in dem entstehenden Gemisch von Nitrierungsprodukten in Richtung auf die hauptsächlich gewünschten Produkte beeinflußt werden. Aus den erhaltenen Isomerengemischen können diese dann in üblicher Weise abgetrennt werden, zum Beispiel mit chromatografischen Verfahren. Die Reduktion der Nitroverbindungen zu den Aminoverbindungen wird nach Standardmethoden durchgeführt, zum Beispiel durch katalytische Hydrierung, durch Behandlung mit wäßrigem Dithionit oder mit Zinn-(II)-chlorid und Salzsäure. Die Schiemann-Balz-Synthese wird gleichfalls in an sich bekannter Weise durchgeführt, zum Beispiel nach einer der in "Organic Reactions, Band 5 (1949), Seiten 193 - 228 beschriebenen Verfahrensvarianten.

Die erfindungsgemäßen Dielektrika bestehen aus 2 bis 15, vorzugsweise 3 bis 12 Komponenten, darunter mindestens einem fluorhaltigen Cyclohexylbiphenylderivat

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der Formel (I). Die anderen Bestandteile werden ausgewählt aus den nematisehen oder nematogenen Substanzen aus den Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexancarbonsäure-phenyl- oder -cyclohexyl-ester, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexalnaphthaline, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4'-Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, ggf. halogenierte Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren. Die wichtigsten als Bestandteile derartiger flüssigkristalliner Dielektrika in Frage kommenden Verbindungen lassen sich durch die Formel (II) charakterisieren.

(II)

•J5 worin A und C je ein carbo- oder heterocyclisches Ringsystem aus der aus 1,4-disubstituierten Benzol- und Cyclohexanringen, 4,4'-disubstituierten Biphenyl-/ Phenylcyclohexan- und Cyclohexylcyclohexansystemen, 2,5-disubstituierten Pyrimidin- und 1,3-Dioxanringen, 2,6-disubstituiertem Naphthalin, Di- und Tetrahydronaphthalin, Chinazolin und Tetrahydrochinazolin gebildeten Gruppe,

-CH=CH-	-N(O)=N-
-CH=CX-	-CH=N(O)
-CeC-	-CH₂-CH₂
-CO-O-	-CH₂-O-
-CO-S-	-CH₂-S-
-N=N-
-CH=N-

oder eine C-C- Einfachbindung,

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- ίο -

X Halogen, vorzugsweise Chlor, oder -CN, und R₈ und Rg Alkyl, Alkoxy, Alkanoyloxy oder Alkoxycarbonyloxy mit bis zu 18, vorzugsweise bis zu 8 Kohlenstoffatomen, oder einer dieser Reste auch -CN, -NC, -NC·, -CF-, F, Cl oder Br bedeuten. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R₀ und R_Q voneinander verschieden,

ο "

wobei einer dieser Reste meist eine Alkyl- oder Alkoxygruppe ist. Aber auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten sind gebräuchlich. Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich.

Die erfindungsgemäßen Dielektrike enthalten in der Regel mindestens 30, vorzugsweise 50 - 99, insbesondere 60 - 98 Gewichtsteile der Verbindungen der Formel (I) und (II). Hiervon entfallen bevorzugt mindestens 5 Gewichtsteile, meist auch 10 oder mehr Gewichtsteile auf eine oder mehrere Verbindungen der Formel (I). Es werden von der Erfindung auch solche flüssigkristallinen Dielektrika umfaßt, denen beispielsweise zu Dotierungszwecken nur weniger als 5 Gewichtsteile, zum Beispiel 0/1 bis 3 Gewichtsteile einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I) zugesetzt worden sind. Andererseits können die Verbindungen der Formel (I) bis zu 50 Gewichtsprozent der erfindungsgemäßen Dielektrika ausmachen. Vorzugsweise enthalten die flüssigkristallinen Dielektrika nach der Erfindung 10 bis 30 Gewichtsprozent einer oder mehrerer Verbindungen der Formel (I).

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Dielektrika erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Kompo-3Q nenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponente gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Wenn dabei eine Temperatur oberhalb des Klärpunkts des Hauptbestandteils gewählt wird, kann die Vollständig-

6 83 8 - u

keit des Lösevorgangs besonders leicht beobachtet werden.

Es ist jedoch auch möglich, Lösungen der Komponenten der Formel (I) und (II) in einem geeigneten organischen Lösungsmittel, zum Beispiel Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach gründlicher Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation unter vermindertem Druck. Selbstverständlich muß bei dieser Verfahrensweise darauf geachtet werden, daß durch das Lösungsmittel keine Verunreinigungen oder unerwünschten Dotierungsstoffe eingeschleppt werden.

Durch geeignete Zusätze können die flüssigkristallinen Dielektrika nach der Erfindung so modifiziert werden, daß sie in allen bisher bekannt gewordenen Arten von .Y Flüssigkristallanzeigeelementen verwendet werden können.

5 Derartige Zusätze sind den Fachmann bekannt und sind in der einschlägigen Literatur ausführlich beschrieben. Beispielsweise können dichroitische Farbstoffe oder Substanzen zur Veränderung der dielektrischen Anisotropie, der Viskosität, der Leitfähigkeit und/oder der Orientierung der nematischen Phasen zugesetzt werden. Derartige Substanzen sind zum Beispiel in den DE-OS 22 09 127, 22 40 864, 23 21 632, 23 38 281, 24 50 088, 26 37 430, 28 53 728 und 29 02 177 beschrieben.

e) AusfuhrungsbeispieTe;

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. In den Beispielen bedeuten F. den Schmelzpunkt und K. den Klärpunkt einer flüssigkristallinen Substanz in Grad Celsius; Siedetemperaturen sind mit Kp. bezeichnet. Wenn nichts anderes angegeben ist, bedeuten Angaben von Teilen oder Prozent Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozent.

46 83 8 - «-

Beispiel A

(a) 15,3 g 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-biphenyl werden portionsweise in eine 40 warme Mischung aus 5 ml 65 % Salpetersäure und 6 ml 96 % Schwefelsäure eingetragen. Nach Ende der Zugabe wird das Reaktionsgemisch noch 1 Stunde bei 60° gerührt und auf 150 g Eis gegossen. Nach dem Auftauen wird das auskristallisierte 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-nitrobiphenyl abfiltriert und aus Ethanol umkristallisiert; F. 115°, K. 176°.

(b) In eine Suspension von 3 g Palladium-Kohle (10 % Pd) in einer Lösung von 10g 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-nitrobiphenyl in 100 ml Tetrahydrofuran wird eine Stunde lang bei Normaldruck und Raumtemperatur Wasserstoff eingeleitet. Anschließend wird vom Katalysator abfiltriert und das Filtrat eingedampft. Das zurückbleibende 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4^/-aminobiphenyl wird aus Petrolether (Siedebereich 40 - 60°) umkristallisiert; F. 132°, K. 215°.

(°) 7,8 g 4-(tranS-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-aminobiphenyl werden in 5 ml 36 % wäßriger Salzsäure aufgeschlämmt.

Nach Zugabe von 5 ml Dioxan wird bei O° die Lösung von 1,9 g Natriumnitrit in 7,5 ml Wasser zugetropft.

Unmittelbar darauf wird, ebenfalls bei O⁰, eine Lösung von 6 g Natriumtetrafluorborat in 10 ml Wasser zugetropft. Der sich bildende Niederschlag wird 1/2 Stunde nach erfolgter Zugabe der Fluorverbindung abgesaugt, mit Eiswasser gewaschen und

3Q bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet. Das getrocknete Pulver wird auf 120° erhitzt. Nach Been-

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3 -

digung der BF₃-Entwicklung wird der Rückstand in Ethanol gelöst. Aus der Lösung kristallisieren 3,5 g 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, F. 99°, K. 154°.

Analog werden hergestellt:

4-(trans-4-Methylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-(trans-4-Ethylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-(trans-4-n-Butylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-(trans-4-n-Hexylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-(trans-4-n-Heptylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-(trans-4-n-Decylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-(trans-4-n-Dodecylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl, 4-[trans-4-(2-Methylbutyl)-cyclohexyl]-4'-fluorbiphenyl.

Beispiel ß

(a) 16,7 g 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-ethylbiphenyl werden in der in Beispiel l.(a) beschriebenen Weise nitriert. Das nach dem Eingießen in Eiswasser abfiltrierte Gemisch isomerer Nitrierungsprodukte' wird in Toluol gelöst und durch präparative Hochdruck-Flüssigchromatografie getrennt. Es werden 8,7 g 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2'-nitro-4'-ethylbiphenyl und 5,5 g 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2-nitro-4^/-ethylbiphenyl erhalten.

(b) Die nach dem Beispiel 2(a) hergestellten Nitroverbindungen werden analog Beispiel l(b) zu den entsprechenden Aminoverbindungen reduziert und diese analog Beispiel (Ic) in 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2'-fiuor-4'-ethylbiphenyl, F. 27°, K. 104° una 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2-fluor-4'-ethylbiphenyl, F. 26°, K. 107°, überführt.

46 83 8 -¹⁴-

Analog werden hergestellt:

4-(trans-4-Ethylcyclohexyl)-2'-fluor-4'-n-butylbiphenyl, 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-2' -fluor-4'-n-propylbiphenyl, ^-(trans^-n-Propylcyclohexyl)^¹-fluor^'-n-octylbi-

4-(trans-4-n-Butylcyclohexyl)-2'-fluor-4'-n-butylbiphenyl, 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2' -fluor-4'-n-propyIbiphenyl, 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2^l - fluor-4'-n-pentylbiphenyl, übergang smektisch-nematisch 52°, K. 105°; 4-(trans-4-n-Heptylcyclohexyl)-2^l -fluor-4'-n-butylbiphenyl ,

4-(trans-4-n-0ctylcyclohexyl)-²' -fluor-4'-methylbiphenyl, und

4-(trans-4-Ethylcyclohexyl)-2-fluor-4'-n-butylbiphenyl, 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-2-fluor-4'-n-propyIbiphenyl,

4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-2-fluor-4'-n-octylbiphenyl, 4-(trans-4-n-Butylcyclohexyl)-2-fluor-4'-n-butylbiphenyl, 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2-fluor-4'-n-propyIbiphenyl, ,;

4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2-fluor-4'-n-pentylbiphe-

4-(trans-4-n-Heptylcyclohexyl)-2-fluor-4'-n-butylbiphenyl,

4-(trans-4-n-Octylcyclohexyl)-2-fluor-4'-methylbiphenyl/ 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2_/2'-difluor-4'-ethylbiphenyl F. -2°, K. 80°.

4 6 83 8 -is-

Beispiel 1

Das flüssigkristalline Dielektrikum aus ;

24 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-benzonitril, 36 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-benzonitril_/ 25 % 4-(trans-4-n-Heptylcyclohexyl)-benzonitril und 15 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-biphenyl-4'-carbonitril

hat einen nematischen Bereich von -6° bis +70° und eine Viskosität von 28 . 10~³ Pa.s bei 20° und von 97 . 10~ Pa.s bei 0°. Wird darin die zuletzt genannte Komponente durch die gleiche Gewichtsmenge 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl ersetzt, so ändert sich der Temperaturbereich der nematischen Phase geringfügig auf von -10° bis +65°; die Viskositätswerte, die einen wesentlichen Einfluß auf die Schaltzeiten haben, betragen in dem so hergestellten erfindungsgemäßen Dielektrikum 24 . 10"³ Pa.s bei 20° und nur 68 . 10~³ Pa.s bei O⁰.

Beispiel 2

Das flüssigkristalline Dielektrikum aus 12 % Anissäure-4-n-propylphenyl-ester, 23 % Anissäure-4-n-pentylphenyl-ester, 9 % 1-/4-(trans-4-n-Penty!cyclohexyl)-phenylZ-pentandion-(1,3),

21 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-benzoesäure-(4-nbutyl-2-cyanophenyl)-ester und 35 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-2^l-fluor-4'-ethyl-

biphenyl ;

hat einen nematischen Bereich von -11° bis +78°, eine Viskosität von 65 · 10 Pa.s bei 20° und eine dielektrische Anisotropie von /\ 6 = -0,6. Es ist damit

!34 6 83 8

gut geeignet für Flüssigkristall-Anzeigeelemente auf der Basis der dynamischen Streuung.

Beispiel 3

Das flüssigkristalline Dielektrikum aus 23 % Anissäure-4-n-pentylphenyl-ester,

11 % 1-/4~-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-phenyl7-pentan-

dion-(1,3) , 21 % 4-(trans-4-n-Propy!cyclohexyl)-benzoesäure-(4-nbutyl-2-cyanophenyl)-ester

15 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4^I-ethylbiphenyl und 30 % 2-Fluor-4-(trans-4-n-pentylcyclohexyl)-4^l-ethylbiphenyl

hat einen nematischen Bereich von -13° bis +94°, eine Viskosität von 69 · 10"*³ Pa.s bei 20° und von 298 · 10~³ Pa.s bei 0°. Die dielektrische Anisotropie ist /\ £ = 0,5. Das Dielektrikum ist damit ebenfalls sehr gut für in einem breiten Temperaturbereich einsetzbare, dynamisch streuende Flüssigkristall-Anzeigeelemente geeignet.

Beispiel 4

Das flüssigkristalline Dielektrikum aus 17 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-benzonitril,

12 % 4-(trans-4-n-Butylcyclohexyl)-benzonitril,

13 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-benzonitril, 15 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-ethylbenzol, 21 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4^I-ethylbiphenyl, 12 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4^l-(trans-4-n-propylcyclohexyl)-biphenyl

5 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-cyanobiphenyl und 5 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-fluorbiphenyl

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nat einen nematischen Bereich von -11 bis +92 , eine Viskosität von 20 · 10 Pa.s bei 20°, von 61 · 10~³ Pa.s bei 0° und von 316 · 10~³ Pa.s bei -20° (in der unterkühlten Schmelze) und eine dielektrische Anisotropie von /\± £ = +5,4. Es ist für starken TemperaturSchwankungen ausgesetzte Flüssigkristall-Anzeigeelemente auf der Basis der verdrillten Zelle geeignet.

Beispiel 5

Das flüssigkristalline Dielektrikum aus

17 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-benzonitril, 12 % 4-(trans-4-n-Butylcyclohexyl)-benzonitril,

18 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-benzonitril,

15 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-1-n-butylbenzol_/ 21 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4^l-ethylbiphenyl, 12 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-(trans-4-n-

propylcyclohexyD-biphenyl und

5 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-4^l-fluorbiphenyl hat einen nematischen Bereich von -11 bis +84 , eine Viskosität von 19 · 10~³ Pa.s bei 20°, von 56 · 10~³ Pa.s bei 0° und von 290 · 10 Pa.s bei -20° (in der unterkühlten Schmelze). Die Schwellenspannung in einer verdrillten Zelle beträgt 2,0 Volt bei 20°.

Beispiel 6

Das flüssigkristalline Dielektrikum aus 10 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-benzonitril_f 10 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-phenetol/ 22 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-ethylbenzol, 15 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-ethylbiphenyl_f 9 % 4-(trans-4-n-Pentylcyclohexyl)-4'-(trans-4-npropy!cyclohexyl)-biphenyl,

23 4 6 83 8

8 % trans-4-n-Pentylcyclohexancarbonsäure-^4-(trans-

4-n-propylcyclohexyl)-phenyl_:7~ester _f 8 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-4^l-ethylbiphenyl und 18 % 4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-2^l-fluor-4^l-ethyl-

biphenyl

hat einen nematischen Bereich von -17 bis *86 ,eine Viskosität von 18 · 1O~³ Pa.s bei 20°,von 47 · 1O~³ Pa.s bei 0° und von 225 Pa.s bei -20° (in der unterkühlten Schmelze) und eine Schwellenspannung in der verdrillten Zelle von 2,8 V bei 20°.

Claims

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Patentanspruch

Flüssigkristallines Dielektrikum mit zwei oder mehr flüssigkristallinen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente ein fluorhaltiges Cyclohexylbipheny!derivat der Formel (I)

Rk

(D

worin R, Alkyl mit 1 - 12 C-Atomen,

R₆ Alkyl oder Alkoxy nit 1 - 12 C-Atomen, CN oder Fluor, und R_, R₃, R₄ und R₅ Wasserstoff oder Fluor bedeuten, mit der Maßgabe, daß mindestens einer, jedoch nicht mehr als zwei der

Reste R₂, R₃^R₄, R₅ und

Fluor bedeuten,

ist.