DE3490789C2

DE3490789C2 -

Info

Publication number: DE3490789C2
Application number: DE19843490789
Authority: DE
Inventors: Vladimir Stepanovic Bezborodov; Viktor Alekseevic Konovalov; Jurij Leonidovic Ptasnikov; Vladimir Michailovic Astafiev; Eduard Petrovic Kaloskin; Anatolij Antonovic Minko; Michail Ivanovic Panichev; Valerij Pavlovic Carev; Anatolij Ivanovic Minsk Su Dudarchik; Galina Alekseevna Zanegina; Anatolij Michailovic Ordzonikidze Su Poimanov
Original assignee: NII PRIKLADNYCH
Current assignee: NII PRIKLADNYCH
Priority date: 1984-11-14
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1988-08-04
Also published as: CH666262A5; GB2182657B; DE3490789T; JPS62500792A; GB8615779D0; GB2182657A; JPH0158237B2; WO1986002926A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf flüssigkristalline Verbindungen und flüssigkristalline Zusammensetzungen für elektrooptische Anlagen zur Wiedergabe von Informationen.

Bekannt sind flüssigkristalline 4-(trans-4″-n-Alkyl-cyclo hexylmethoxy)-4′-cyandiphenyle (Mol. Cryst. Liq. Crist., Bd. 53, herausgegeben im Jahre 1979. Cordon und Breach Science Publishers, Ltd., London: G. W. Gray, D. G. McDonell, Liquid crystal compounds Incorporating the trans-1,4-Substituted cyclohexene "Ring System", S. 155, 158).

Die bekannten Verbindungen werden in flüssigkristallinen Zusammensetzungen verwendet, die für elektrooptische Anlagen zur Wiedergabe von Informationen gedacht sind. Eine der Zusammensetzungen enthält in Gew.-%:

4-(trans-4″-n-Butylcyclohexylmethoxy)-4′-cyandiphenyl14 4-n-Pentyl-4′-cyandiphenyl86

Der Nachteil der bekannten flüssigkristallinen Verbindungen besteht darin, daß sie eine hohe Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase (nicht unterhalb 93°C) und eine hohe Wärme des Übergangs von der kristallinen Phase in die flüssigkristalline Phase (Δ H nicht unter 4,8 kcal/Mol) aufweisen. Das beschränkt ihre Anwendung als Komponenten von flüssigkristallinen Zusammensetzungen, die niedrige Temperaturwerte der Entstehung der flüssigkristallinen Phasen haben.

Die obengenannte Zusammensetzung weist eine recht hohe Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase auf, gleich 11°C, und wird durch einen engen Temperaturbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase gekennzeichnet (47°C).

Weitere analoge Verbindungen zu den erfindungsgemäßen Verbindungen sind 4′-(4-Cyandiphenyl)ester der trans-4″- n-Alkyl-cyclohexancarbonsäuren. Die Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinematischen Phase dieser Verbindungen liegt unter 79,8°C (siehe dieselbe Veröffentlichung, S. 153). Diese bekannten Verbindungen weisen dieselben Nachteile wie die 4-(trans-4″-n-Alkyl-cyclohexylmethoxy)-4′-cyandiphenyle auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue flüssigkristalline Verbindungen mit niedriger Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase, mit einem breiten Temperaturbereich des Bestehens dieser Phase und einer geringen Wärme des Übergangs von der kristallinen Phase in die flüssigkristalline Phase zu entwickeln sowie eine flüssigkristallinen Zusammensetzung für elektrooptische Anlagen zur Wiedergabe von Informationen zu entwickeln, die durch eine niedrige Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase und durch einen breiten Temperaturbereich des Bestehens dieser Phase gekennzeichnet wird.

Diese Aufgabe wird wie aus den vorstehenden Ansprüchen ersichtlich gelöst.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen haben niedrige Temperaturwerte der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase (von 42 bis 50°C), eine geringe Wärme des Überganges von der kristallinen Phase zur flüssigkristallinen Phase (Δ H=2,7 bis 3,2 kcal/Mol) und einen breiten Temperaturbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase (140°C).

Das ermöglicht, die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Verbindungen erfolgreich als Komponenten einer flüssigkristallinen Zusammensetzung zu verwenden, die für elektrooptische Anlagen zur Wiedergabe von Informationen gedacht ist.

Im Unterschied zu den bekannten Zusammensetzungen dieses Typs wird eine Zusammensetzung auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Verbindungen durch eine Zusammensetzung mit wenigen Komponenten gekennzeichnet. Sie weist eine niedrige Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen (nematischen) Phase (beispielsweise unter minus 12°C) bei einem breiten Temperaturbereich des Bestehens dieser Phase (von 90 bis 100°C) auf. Die erfindungsgemäße flüssigkristalline Zusammensetzung ist außerdem durch eine geringe Grenzspannung (von 1,1 bis 1,2 V) sowie durch eine geringe Dauer der Ein- und Ausschaltung (beispielsweise 45 bzw. 65 ms) gekennzeichnet.

Es wird nicht empfohlen, eine flüssigkristalline Zusammensetzung mit einem Gehalt an 4-n-Pentyl-4′-cyandiphenyl von weniger als 6 Gewichtsanteilen zu verwenden, weil die Erhöhung des Gehaltes der zweiten Komponente zur Steigerung der Temperatur der Entstehung der flüssigkristallinen Phase und zur Verschlechterung der elektrooptischen Kenndaten der jeweiligen flüssigkristallinen Zusammensetzung (Vergrößerung der Dauer der Ein- und Ausschaltung) führen kann.

Es ist ebenfalls unzweckmäßig, eine flüssigkristalline Zusammensetzung mit einem Gehalt an 4-n-Pentyl-4′-cyandiphenyl von über 8 Gewichtsanteilen zu verwenden, weil die Verringerung des Gehaltes an der zweiten Komponente zur Senkung der oberen Temperaturgrenze des Bestehens der flüssigkristallinen Phase führt.

Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Verbindungen werden in an sich bekannter Weise, und zwar durch Umsetzung von trans-4-n-Alkyl-cyclohex-2-encarbonsäurechloriden mit 4-Hydroxy-4′-cyandiphenyl in Gegenwart von Pyridin hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung der flüssigkristallinen Verbindungen besteht darin, daß man ein Gemisch von 0,3 Mol trans-4-n-Alkyl-cyclohex-2-encarbonsäure (worin Alkyl -CH₃-C₇H₁₅ mit geradkettiger Struktur ist), 0,4 Mol Thionylchlorid, 0,5 Mol Pyridin in wasserfreiem Diethylether innerhalb von 1,5 Stunden vermischt. Dann setzt man dem Gemisch 0,3 Mol 3-Hydroxy-4′-cyandiphenyl und 0,5 Mol Pyridin hinzu. Das Gemisch läßt man bei Raumtemperatur etwa 12 Stunden stehen. Danach wird die Esterlösung des Endproduktes mit Wasser gewaschen, mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Der nach dem Destillieren des Lösungsmittels angefallene Rückstand wird aus dem Gemisch von Methylalkohol mit Benzol umkristallisiert. Die Ausbeute an Endprodukt beträgt 50 bis 60%, bezogen auf die Menge der eingesetzten Säure.

Die synthetisierten Verbindungen stellen bei Raumtemperatur weiße geruchlose Stoffe dar.

Die Brutto-Formeln der hergestellten Verbindungen wurden durch Ergebnisse der Elementaranalyse (Tabelle 1) sowie durch Angaben der IR- und PMR-Spektren bekräftigt.

Die intensiven Absorptionsbanden 1725, 2230 cm^-1 in den IR-Spektren entsprechen den Valenzschwankungen des Carbonyls der Estergruppe und den Valenzschwankungen der Nitrilgruppe. Signale im Bereich von 7,83 bis 7,00, 5,7, 3,17 ppm in den PMR-Spektren gehören den Protonen der aromatischen Ringe, den Protonen bei Doppelbindung und einem Proton, das am ersten Kohlenstoffatom des Cyclohexenringes liegt.

Die Temperatur und die Wärme der Phasenübergänge ermittelte mit mit Hilfe eines Abtastkalorimeters "Perkin-Elmer DSC-2". Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist, werden die erfindungsgemäßen Verbindungen durch niedrige Temperaturwerte der Entstehung der flüssigkristallinen Phase (beispielsweise 42,5°C), durch einen breiten Temperaturbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase (140°C) und durch eine geringe Wärme des Überganges von der kristallinen Phase zur flüssigkristallinen Phase (beispielsweise 2,7 kcal/Mol) gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße flüssigkristallinen Zusammensetzungen werden durch Vermischen von 4-n-Pentyl-4′-Cyandiphenyl und einem 4-(4′-cyandiphenyl)ester der trans-4″-n-Alkyl-cyclohex- 2-encarbonsäure mit anschließender Erwärmung der Komponenten des Gemisches bis zur Entstehung einer isotropen Schmelze sowie durch sorgfältiges Vermischen der Schmelze und durch Abkühlung der genannten Schmelze bis auf Raumtemperatur hergestellt.

Die elektrooptischen Kenndaten der erfindungsgemäßen Gemische ermittelte man bei Raumtemperatur durch Messung der Intensität des Lichtes, das durch eine flüssigkristalline Zelle geht, die zwischen gekreuzten Polaroiden angebracht wird. Die Spaltgröße zwischen den Elektroden der flüssigkristallinen Zelle betrug 12 µm. Der Zelle wurden elektrische Impulse rechteckiger Form mit einer Folgefrequenz von 32 Hz zugeführt. Die Arbeitsspannung betrug 3 V.

Nachstehend, in Tabelle 2, sind Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen Gemsiche, ihre elektrooptischen Kenndaten (einschließlich Ein- und Ausschaltdauer, Grenzspannung) sowie der Temperaturbereich des Bestehens der flüssigkristallinen (nematischen) Phase angeführt.

Tabelle 2

Wie aus Tabelle 2 zu ersehen ist, wird die erfindungsgemäße flüssigkristalline Zweikomponenten-Zusammensetzung durch einen breiten Temperaturbereich des Bestehens der flüssigkristallinen Phase gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen und Zusammensetzungen können in Elektronenuhren, in Mikrokalkulatoren, Digital-Schautafeln und in anderen elektrooptischen Anlagen zur Wiedergabe von Informationen Anwendung finden.

Claims

1. 4-(4′-Cyandiphenyl)ester der trans- 4″-n-Alkyl-cyclohex-2-encarbonsäuren der allgemeinen Formel in der R eine n-Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeutet.

2. Flüssigkristalline Zusammensetzungen, enthaltend 2 bis 4 Gewichtsanteile einer Verbindung nach Anspruch 1 und 2 bis 8 Gewichtsanteile 4-n-Pentyl-4′-cyandiphenyl.