DE3529988A1 - Trisazofarbstoffe und deren verwendung in fluessigkristallinen materialien - Google Patents
Trisazofarbstoffe und deren verwendung in fluessigkristallinen materialienInfo
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Description
Flüssigkristalline Materialien, welche pleochroitische Farbstoffe enthalten,
finden Verwendung in Displays. Die Grundlagen der erfindungsgemäßen
Verwendung sind bekannt und z. B. in H. Kelker und R. Hatz, Handbook of
Liquid Crystals S. 611 ff (1980), R. J. Cox, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Vol.
55, S. 51 ff (1979), L. Pauls und G. Schwarz, Elektronik 14, S. 66 ff
(1982) beschrieben. Weitere Literaturangaben, welche die erfindungsgemäße
Verwendung detailliert beschreiben, finden sich in den genannten
Veröffentlichungen.
Farbstoffe für Flüssigkristallmischungen müssen mehrere Anforderungen
erfüllen. Siehe z. B. J. Constant et. al., J. Phys. D: Appl. Phys. Vol. 11,
S. 479 ff (1978), F. Jones und T. J. Reeve, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Vol.
60, S. 99 ff (1980), EP 43 904, EP 55 838, EP 65 869. Sie dürfen im
elektrischen Feld nicht ionisieren, müssen einen möglichst hohen molaren
Extinktionskoeffizienten ε und eine gute Löslichkeit in der verwendeten
Flüssigkristallmatrix besitzen, müssen chemisch und insbesondere
photochemisch stabil sein und zur Erzielung eines guten Kontrastes des
"Guest-Host"-Displays einen Ordnungsgrad S möglichst größer 0,75 in der
jeweiligen nematischen Phase aufweisen.
Farbstoffe, die allen diesen Anforderungen gerecht werden, finden sich
überwiegend in der Klasse der Anthrachinone. Siehe z. B. EP-A-56 492,
EP-A-91 225, DE-A-30 28 593, EP-A-54 217 oder DE-A-29 02 177.
Bisher bekannte Azofarbstoffe haben in der Regel den Nachteil, daß die
Lichtstabilität und/oder die Löslichkeit nicht den hohen Anforderungen
entsprechen [siehe z. B. G. W. Gray, Chimia 34, S. 47 ff (1980)].
Symmetrische, dichroitische Trisazofarbstoffe mit hohem Ordnungsgrad sind
bekannt. Siehe z. B. DE-A-31 25 183 oder EP-A-54 837.
Es besteht jedoch nach wie vor ein Bedürfnis, Ordnungsgrad, Löslichkeit
und Lichtechtheit der Farbstoffe, insbesondere in den heutzutage verwendeten
niederviskosen und zunehmend unpolaren Flüssigkristallmischungen, wie
z. B. ZLI 2452, ZLI 2585, ZLI 2806 oder ZLI 2903 der Fa. Merck, zu
verbessern.
Aufgabe der Erfindung war es daher, gelbe und rote Trisazofarbstoffe zu
synthetisieren, die in den handelsüblichen Flüssigkristallmischungen bei
einem hohen Ordnungsgrad eine gute Löslichkeit und Lichtstabilität
aufweisen und die zusammen mit einem blauen Farbstoff die Herstellung einer
schwarzen Flüssigkristallmischung ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit den erfindungsgemäßen Trisazoverbindungen gelöst, die
der allgemeinen Formel I
entsprechen, in der
X und Y unabhängig voneinander für C1- bis C24-Alkyloxy, Phenylmethoxy,
Phenylethoxy, Mono-C1- bis C24-alkylamino, Mono-phenylmethylamino,
Monophenylethylamino, Mono-phenyl-amino, Bis-C1- bis C24-alkylamino, N-C1-
bis -C12-Alkyl-N-phenylmethyl-amino, N-C1- bis -C12-Alkyl-N-phenylethylamino,
N-C1- bis -C12-Alkyl-N-phenylamino, wobei die Phenylgruppen gegebenenfalls
durch C1- bis C12-Alkyl, Cyclohexyl, 4-C1- bis -C12-Alkylcyclohexyl,
C1- bis C24-Alkyloxy, Phenoxy oder C1- bis C24-Alkanoyloxy
substituiert sein können,
R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor und
R7 für Wasserstoff oder Methyl stehen und wobei die Ringe A oder B noch einen annellierten Benzring tragen können.
R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor und
R7 für Wasserstoff oder Methyl stehen und wobei die Ringe A oder B noch einen annellierten Benzring tragen können.
Die erfindungsgemäßen Farbstoffe sind im Gegensatz zu den in der
DE-A-31 25 183 oder EP-A-54 837 beschriebene Trisazofarbstoffen unsymmetrisch
aufgebaut. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Löslichkeit
und auch der Ordnungsgrad in handelsüblichen Flüssigkristallen gegenüber
den symmetrischen Farbstoffen deutlich verbessert werden. Zudem haben die
Farbstoffe in flüssigkristalliner Lösung eine hervorragende
Lichtstabilität.
Bevorzugte Reste X und Y sind z. B.: Butyloxy, Pentyloxy, Hexyloxy,
Heptyloxy, Octyloxy, Nonyloxy, Dodecyloxy, Phenylmethoxy, 4-(C1- bis -C12-Alkyl)-
phenylmethoxy, 4-Cyclohexyl-phenylmethoxy, 4-(4′-C1- bis -C12-Alkylcyclohexyl)-
phenylmethoxy, 4-(C1- bis -C12-Alkoxy)-phenylmethoxy, 4-(C1-
bis -C24-Alkanoyl)-phenylmethoxy, Butylamino, Pentylamino, Hexylamino,
Heptylamino, Octylamino, Nonylamino, Dodecylamino, Methyl-heptylamino,
Methyl-octylamino, Methylnonylamino, Methyl-dodecylamino, Dioctylamino,
Didodecylamino, Phenylmethylamino, Phenylethylamino 4-(C1- bis -C12-Alkyl)-
phenylmethylamino, 4-Cyclohexyl-phenylmethylamino, 4-(4′-C1 bis -C12-Alkylcyclohexyl)-
phenyl-methylamino, N-Methyl-N-[4-(C1- bis -C12-Akyl)-phenylmethyl]-amino,
N-Methyl-N-(4-cyclohexyl-phenylmethyl)-amino, N-Methyl-
N-[4-(4′-C1- bis -C12-Alkylcyclohexyl)-phenylmethyl]-amino, Phenylamino,
4-(C1- bis C12-Alkyl)-phenylamino, N-Methyl-N-phenylamino oder N-Methyl-N-
[(4-C1- bis -C12-Alkyl)-phenyl]-amino.
Zur Herstellung der Verbindungen der Formel I kann man Verbindungen der
Formel
diazotieren und dann mit Kupplungskomponenten der Formel
zu Verbindungen der Formel II
umsetzen, wobei R Hydroxy oder substituiertes Amino ist.
Für R = OH können die Verbindungen der Formel II nach bekannten Methoden
in die substituierten Hydroxyverbindungen überführt werden.
Die Nitroverbindungen der Formel II können z. B. mit Natriumsulfid zu den
entsprechenden Aminoverbindungen reduziert werden, die dann erneut
diazotiert und mit Kupplungskomponenten der Formel
zu Verbindungen der Formel I umgesetzt werden. Die Überführung der Verbindungen
mit R = OH in die erfindungsgemäßen Verbindungen mit substituiertem
Hydroxy erfolgt wiederum nach bekannten Methoden.
Die Reinigung der Farbstoffe kann durch Chromatographie über Kieselgel mit
z. B. Toluol/Essigester-Gemischen oder Methylenchlorid als Laufmittel
durchgeführt werden. Anschließend werden die Farbstoffe z. B. aus Toluol
umkristallisiert. Die Reinheitskontrolle erfolgt vorzugsweise durch
Dünnschichtchromatographie, HPLC oder Elementaranalyse.
Von besonderer Bedeutung sind Verbindungen der Formel I a
in der
A und R7 die angegebene Bedeutung haben und
X1 substituiertes Hydroxy ist.
A und R7 die angegebene Bedeutung haben und
X1 substituiertes Hydroxy ist.
Bevorzugt für A ist dabei durch monosubstituiertes Amino oder
substituiertes Hydroxy substituiertes Naphthylen oder Chinolylen.
Eine repräsentative Herstellungsmethode für die Farbstoffe der Formel I
ist in dem folgenden Beispiel 1 beschrieben. Die Angaben über Teile und
Prozente beziehen sich, sofern nicht anders vermerkt, auf das Gewicht.
Zu einem Gemisch aus 124 Teilen 4-Amino-4′-nitro-azobenzol und 1000 Teilen
Wasser werden bei 5°C zunächst 150 Teile einer 23%igen Natriumnitritlösung
und dann 50 Teile konz. Salzsäure gegeben. Die Mischung wird anschließend
5 h bei 5°C gerührt, dann mit 5 Teilen Aktivkohle versetzt und
abfiltriert. Das Filtrat wird unter Eiskühlung zu einer Lösung von 54 Teilen
m-Kresol, 20 Teilen Natronlauge und 500 Teilen Wasser gegeben, hierbei
wird der pH-Wert der Lösung durch Zugabe von verdünnter Natronlauge bei
pH 7 gehalten. Die Mischung wird noch 1 h bei Raumtemperatur gerührt, dann
wird der entstandene Farbstoff abgesaugt, mit Wasser gewaschen und getrocknet.
Man erhält 170 Teile (94% d. Th.) Bisazofarbstoff der Formel
Schmp.: 272°C.
Eine Mischung aus 54,2 Teilen dieses Bisazofarbstoffs, 29 Teilen
n-Octylbromid, 20,7 Teilen Kaliumcarbonat und 250 Teilen Dimethylformamid wird
3 h bei 100°C gerührt, der entstandene Niederschlag kalt abgesaugt, mit
wenig Dimethylformamid, dann mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man
erhält 41 Teile (58% d. Th.) des alkylierten Farbstoffs der Formel
Schmp.: 120°C.
35,6 Teile des alkylierten Bisazofarbstoffs werden in einer Mischung aus
400 Teilen Wasser, 250 Teilen Toluol, 31,6 Teilen Natriumsulfid und 11
Teilen Ammoniumchlorid 5 h zum Sieden erhitzt. Anschließend destilliert
man aus dem Gemisch das Toluol ab, setzt 200 Teile Methanol zu, saugt den
Niederschlag ab, wäscht ihn mit Methanol und dann mit Wasser und trocknet
ihn. Man erhält 23 Teile (69% d. Th.) Aminoverbindung der Formel
Schmp.: 182°C.
5,6 Teile der Aminoverbindung werden in 60 Teilen Dimethylformamid gelöst
und unter Eiskühlung zuerst mit 3,8 Teilen einer 23%igen Natriumnitritlösung
und dann mit 3,1 Teilen konz. Salzsäure versetzt. Dann rührt man 5 h
bei 5°C nach und gibt zu der Diazoniumsalzlösung eine Lösung von 2,1 Teilen
Ethyl-α-naphthylamin in 60 Teilen THF. Der entstandene Niederschlag
wird abgesaugt, mit THF gewaschen und dann in eine Mischung von 100 Teilen
Methanol und 100 Teilen konz. Natriumacetatlösung gegeben. Man rührt das
Gemisch noch 1 h bei Raumtemperatur, saugt den ausgefallenen Niederschlag
ab und wäscht ihn mit Wasser. Man erhält 5 Teile (64% d. Th.)
Rohfarbstoff der Formel
Der Farbstoff wird durch Chromatographie über Kieselgel (Fa. Merck,
Kieselgel 60, 0,063 - 0,0200 mm) mit Methylenchlorid als Laufmittel und
anschließende Umkristallisation aus Toluol gereinigt. Schmp.: 167°C.
Analog können auch die in der folgenden Tabelle aufgeführten Farbstoffe
hergestellt werden.
In Tabelle 1 sind für die Beispiele 1 bis 9 der bei Raumtemperatur in ZLI
2452 der Fa. Merck gemessene Ordnungsgrad S, die in ZLI 2452 ebenfalls bei
Raumtemperatur bestimmte Löslichkeit L, der Schmelzpunkt und das
Absorptionsmaximum in Methylenchlorid zusammengefaßt.
Der Ordnungsgrad S wurde nach der bekannten Gleichung
S =
in handelsüblichen Meßzellen mit homogener Randorientierung
(Polyimid) bestimmt. Das dichroitische Verhältnis CR wurde durch Messung
der Extinktionen E″ (Messung mit parallel zur Vorzugsrichtung der nematischen
Phase polarisiertem Licht) und E┴ (Messung mit senkrecht zur
Vorzugsrichtung der nematischen Phase polarisiertem Licht) nach der Beziehung
CR =
ermittelt, wobei die Farbstoffkonzentration so gewählt wurde,
daß E″ zwischen 1 und 2 lag. Die Messungen wurden an einem Spektralphotometer
der Fa. Beckmann Acta CIII durchgeführt.
In Fig. 1 sind die Extinktionen E″ und E┴ für die Verbindung des
Beispiels 1 in ZLI 2452 dargestellt.
Die Löslichkeit wurde wie folgt bestimmt.
Die Löslichkeit wurde wie folgt bestimmt.
50 mg des jeweiligen Farbstoffs wurde 1 Woche bei Raumtemperatur in 1 ml
Flüssigkristall eingerührt, die gesättigte Lösung vom Rückstand abzentrifugiert
und die Löslichkeit durch Extinktionsvergleich ermittelt.
Die Bestimmung der Lichtstabilität der Farbstoffe im jeweiligen Flüssigkristall
erfolgt durch Schnellbelichtung der Lösung in der Meßzelle im
Suntest (Fa. Hanau) bei 25°C. Die Farbstoffe zeigten, insbesondere bei
Verwendung eines UV-Schutzlackes, eine sehr gute Photostabilität.
Claims (9)
1. Unsymmetrische Trisazoverbindungen der allgemeinen Formel I
in der
X und Y unabhängig voneinander für C1- bis C24-Alkyloxy, Phenylmethoxy,
Phenylethoxy, Mono-C1- bis C24-alkylamino, Mono-phenylmethylamino,
Monophenylethylamino, Mono-phenyl-amino, Bis-C1- bis C24-alkylamino,
N-C1- bis -C12-Alkyl-N-phenylmethyl-amino, N-C1- bis -C12-Alkyl-N-
phenylethylamino, N-C1- bis -C12-Alkyl-N-phenylamino, wobei die
Phenylgruppen gegebenenfalls durch C1- bis C12-Alkyl, Cyclohexyl, 4-C1- bis
-C12-Alkylcyclohexyl, C1- bis C24-Alkyloxy, Phenoxy oder C1- bis C24-
Alkanoyloxy substituiert sein können,
R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor und
R7 für Wasserstoff oder Methyl stehen und wobei die Ringe A oder B noch einen annellierten Benzring tragen können.
R1, R2, R3, R4, R5 und R6 unabhängig voneinander für Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor und
R7 für Wasserstoff oder Methyl stehen und wobei die Ringe A oder B noch einen annellierten Benzring tragen können.
2. Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß A für
steht.
3. Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Y für
substituiertes Amino und X für die im Anspruch 1 genannten substituierten
Hydroxyreste steht.
4. Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Y für
monosubstituiertes Amino und X für disubstituiertes Amino oder
substituiertes Hydroxy stehen.
5. Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß X und
Y unabhängig voneinander substituiertes Hydroxy bedeuten.
6. Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
R1, R2, R3 und R4 Wasserstoff sind.
7. Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
R5 Wasserstoff und R6 Methyl sind.
8. Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1 der Formel
in der
A und R7 die angegebene Bedeutung haben und
X1 substituiertes Hydroxy ist.
A und R7 die angegebene Bedeutung haben und
X1 substituiertes Hydroxy ist.
9. Verwendung der Trisazoverbindungen gemäß Anspruch 1 in flüssigkristallinen
Medien sowie zum Färben von synthetischen Polymeren oder Fasern.
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