DE4104126A1 - Trifluoralkyl- und -alkenylether - Google Patents

Trifluoralkyl- und -alkenylether

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DE4104126A1
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Description

Die Erfindung betrifft Trifluoralkyl- und -alkenylether der Formel I,
worin
n 0 bis 7,
Q -O-, -CH=CH- oder eine Einfachbindung,
r 0, 1, 2, 3, 4 oder 5,
o und s 0, 1 oder 2, wobei (s+o)2
Z eine Einfachbindung, -CH₂CH₂- oder -(CH₂)₄-,
A trans-1,4-Cyclohexylen, unsubstituiertes oder durch 1 oder 2 Fluor substituiertes 1,4-Phenylen
p 1 bis 7, und
m 0 oder 1 ist.
Aus der WO 89 02 884 sind Trifluormethylether der Formel
bekannt.
In der DE-OS 39 09 802 werden schließlich Verbindungen der Formel
beschrieben.
Aus der EP-OS 01 68 683 sind Flüssigkristalle bekannt der folgenden Formeln:
Die Verbindungen der Formel I können als Komponenten flüssigkristalliner Medien verwendet werden, insbesondere für Anzeigen, die auf dem Prinzip der verdrillten Zelle beruhen.
Die bisher für diesen Zweck eingesetzten Substanzen besitzen gewisse Nachteile, beispielsweise zu hohe Schmelzpunkte, zu niedrige Klärpunkte, zu geringe Stabilität gegenüber der Einwirkung von Wärme, Licht oder elektrischen Feldern, einen zu niedrigen elektrischen Widerstand, eine zu hohe Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung, ungünstige elastische und/oder dielektrische Eigenschaften.
Insbesondere bei Anzeigen von Supertwisttyp (STN) mit Verdrillungswinkeln von deutlich mehr als 220°C oder bei Anzeigen mit aktiver Matrix weisen die bisher eingesetzten Materialien Nachteile auf.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neue flüssigkristal­ line Verbindungen aufzufinden, die als Komponenten flüssig­ kristalliner Medien geeignet sind, insbesondere für nemati­ sche Medien mit positiver dielektrischer Anisotropie, und die die Nachteile der bekannten Verbindungen nicht oder nur in geringerem Maße zeigen. Diese Aufgabe wurde durch die Bereitstellung der neuen Verbindungen der Formel I gelöst.
Es wurde gefunden, daß die Verbindungen der Formel I vorzüg­ lich als Komponenten flüssigkristalliner Medien geeignet sind. Insbesondere sind mit ihrer Hilfe flüssigkristalline Medien mit weiten nematischen Bereichen, hervorragender Nematogenität bis zu tiefen Temperaturen, hervorragender chemischer Stabilität, herausragenden elastischen Eigen­ schaften, geringer Temperaturabhängigkeit der Schwellenspan­ nung und/oder kleiner optischer Anisotropie erhältlich. Die neuen Verbindungen zeigen außerdem eine gute Löslichkeit für andere Komponenten derartiger Medien und hohe positive dielektrische Anisotropie bei gleichzeitig günstiger Visko­ sität.
Die Verbindungen der Formel I ermöglichen sowohl STN-Anzei­ gen mit sehr hoher Steilheit der elektrooptischen Kennlinie als auch Anzeigen mit aktiver Matrix mit hervorragender Langzeitstabilität. Die erfindungsgemäßen Verbindungen weisen, im Vergleich zu den nicht fluorhaltigen Verbindun­ gen, sowohl ein höheres Δε als auch ein höheres ε auf. Auf­ grund ihrer besonders günstigen elastischen Eigenschaften eignen sie sich besonders als Komponenten für TFT-Mischun­ gen. Durch geeignete Wahl von r und n lassen sich bei beiden Anzeigetypen die Schwellenspannungen deutlich erniedrigen.
Die Verbindungen der Formel I sind in reinem Zustand farblos und bilden flüssigkristalline Mesophasen in einem für die elektrooptische Verwendung günstig gelegenen Temperaturbe­ reich.
Gegenstand der Erfindung sind somit die Verbindungen der Formel I sowie die Verwendung der Verbindungen der Formel I als Komponenten flüssigkristalliner Medien, flüssigkristal­ line Medien mit einem Gehalt an mindestens einer Verbindung der Formel I und elektrooptische Anzeigen, die derartige Medien enthalten.
Vor- und nachstehend haben n, r, s, o, p, m, Z, A und Q die angegebene Bedeutung, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes vermerkt ist.
In den Verbindungen der Formel I sind die Alkylgruppen CnH2n+1 vorzugsweise geradkettig. Dementsprechend bedeutet CnH2n+1 vorzugsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pen­ tyl, n-Hexyl oder n-Heptyl. n ist vorzugsweise 1, 2, 3, 4 oder 5, insbesondere bevorzugt 1 falls Q = -O-. Im Falle Q= -CH=CH- ist n vorzugsweise 0. r ist vorzugsweise 3 oder 4. Ferner bevorzugt ist r = 5. Im Falle Q = Einfachbindung ist r vorzugsweise 0.
Verbindungen der Formel I mit verzweigten Alkylgruppen können gelegentlich wegen einer besseren Löslichkeit in den üblichen flüssigkristallinen Basismaterialien von Bedeutung sein, insbesondere aber als chirale Dotierstoffe, wenn sie optisch aktiv sind. Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Bevor­ zugte verzweigte Alkylreste sind Isopropyl, 2-Butyl (= 1-Methylpropyl), Isobutyl (=2-Methyl-propyl), 2-Methyl­ butyl, Isopentyl (= 3-Methylbutyl), 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl oder 2-Heptyl (=1-Methylhexyl).
Besonders bevorzugt sind:
  • - die Verbindungen der Formel Ia, worin r 1, 2, 3, 4 oder 5, s 1 oder 2 und A, Z, o, p und m die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.
  • - die Verbindungen der Formel Ib, worin n 1 bis 7, s 1 oder 2 und A, Z, o, p und m die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.
Vorzugsweise ist hier s=2 und Z=Einfachbindung oder Z ist (CH₂)₂. Wenn s=1, ist A vorzugsweise 1,4-Phenylen.
Die Verbindungen der Formel I werden im übrigen nach an sich bekannten Methoden hergestellt, wie sie in der Literatur (z. B. in den Standardwerken wie Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart) be­ schrieben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.
Die Ausgangsstoffe können gewünschtenfalls auch in situ gebildet werden, derart, daß man sie aus dem Reaktions­ gemisch nicht isoliert, sondern sofort weiter zu den Verbin­ dungen der Formel I umsetzt.
Die Zielprodukte sind nach bekannten Veretherungsmethoden, z. B. durch Umsetzung von 4-substituierten Phenolen mit Hal-(CH₂)n-(CH=CH)m-CF₃, wobei Hal I, Br oder Cl bedeutet, in Aceton und Kaliumcarbonat gegebenenfalls in Gegenwart von katalytischen Mengen Kaliumiodid erhältlich.
Die Veretherung wird vorteilhaft in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels durchgeführt. Gut geeignet sind insbesondere Ether wie Diethylether, Di-n-butylether, THF, Dioxan oder Anisol, Ketone wie Aceton, Butanon oder Cyclohexanon, Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol oder Xylol, Halogen­ kohlenwasserstoffe wie Tetrachlorkohlenstoff, Dichlormethan oder Tetrachlorethylen.
Die Synthese der erfindungsgemäßen Verbindungen ist den folgenden Schemata zu entnehmen:
Schema 1 Schema 2 Schema 3
Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien enthalten vorzugsweise neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Verbindungen als weitere Bestandteile 2 bis 40, insbesondere 4 bis 30 Komponenten. Ganz besonders bevorzugt enthalten diese Medien neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Verbindungen 7 bis 25 Komponenten. Diese weiteren Bestand­ teile werden vorzugsweise ausgewählt aus nematischen oder nematogenen (monotropen oder isotropen) Substanzen, insbe­ sondere Substanzen aus den Klassen der Biphenyle, Ter­ phenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexancar­ bonsäurephenyl- oder cyclohexylester, Phenyl- oder Cyclo­ hexylester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclo­ hexylester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexyl­ phenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure, bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclo­ hexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclo­ hexylcyclohexene, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4′-Bis-cyclo­ hexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cy­ clohexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl-2- biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylphenylethane und Tolane.
Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.
Die wichtigsten als weitere Bestandteile erfindungsgemäßer Medien in Frage kommenden Verbindungen lassen sich durch die Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 charakterisieren:
R′-L-E-R′′ 1
R′-L-COO-E-R′′ 2
R′-L-OOC-E-R′′ 3
R′-L-CH₂CH₂-E-R′′ 4
R′-L-C=C-E-R′′ 5
In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten L und E, die gleich oder verschieden sein können, jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebildeten Gruppe, wobei Phe unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phe­ nylen, Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen, Pyr Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Di­ oxan-2,5-diyl und G 2-(trans-1,4-Cyclohexyl)-ethyl, Pyrimi­ din-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl bedeuten.
Vorzugsweise ist einer der Reste L und E Cyc, Phe oder Pyr. E ist vorzugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E ausgewählt sind aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und gleichzeitig eine oder mehrere Kompo­ nenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin einer der Reste L und E ausgewählt ist aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und der andere Rest ausgewählt ist aus der Gruppe -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-, und gegebenenfalls eine oder mehrere Komponen­ ten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E ausgewählt sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.
R′ und R′′ bedeuten in den Verbindungen der Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R′ und R′′ voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl oder Alkenyl ist. In den Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bedeutet R′′ -CN, -CF₃, -OCF₃, F, Cl oder -NCS; R′ hat dabei die bei den Verbindun­ gen der Teilformeln 1a bis 5a angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl. Besonders bevorzugt ist R′′ ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, CF₃ und OCF₃. Aber auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten in den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 sind gebräuchlich. Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich. Alle diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.
Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise neben Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1a, 2a, 3a, 4a und 5a (Gruppe 1) auch Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1b, 2b, 3b, 4b und 5b (Gruppe 2), deren Anteile vorzugsweise wie folgt sind:
Gruppe 1: 20 bis 90%, insbesondere 30 bis 90%,
Gruppe 2: 10 bis 80%, insbesondere 10 bis 50%,
wobei die Sume der Anteile der erfindungsgemäßen Verbindun­ gen und der Verbindungen aus den Gruppen 1 und 2 bis zu 100% ergeben.
Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise 1 bis 40%, insbesondere vorzugsweise 5 bis 30% an erfindungs­ gemäßen Verbindungen. Weiterhin bevorzugt sind Medien enthaltend mehr als 40%, insbesondere 45 bis 90%, an er­ findungsgemäßen Verbindungen. Die Medien enthalten vorzugs­ weise drei, vier oder fünf erfindungsgemäße Verbindungen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Medien erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel werden die Komponenten ineinander gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Durch geeignete Zusätze können die flüssigkristallinen Phasen nach der Erfindung so modifiziert werden, daß sie in allen bisher bekannt gewordenen Arten von Flüssigkristallanzeigeelementen verwendet werden können. Derartige Zusätze sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben (H. Kelker/R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim, 1980). Beispielsweise können pleochroi­ tische Farbstoffe zur Herstellung farbiger Guest-Host- Systeme oder Substanzen zur Veränderung der dielektrischen Anisotropie, der Viskosität und/oder der Orientierung der nematischen Phasen zugesetzt werden.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozent.
Es bedeuten ferner:
C: kristallin, fester Zustand,
S: smektische Phase (der Index bezeichnet den Phasentyp),
N: nematische Phase,
Ch: cholesterische Phase.
Die zwischen zwei Symbolen stehende Zahl gibt die Umwand­ lungstemperatur in Grad Celsius an.
"Übliche Aufarbeitung" bedeutet: man gibt gegebenenfalls Wasser hinzu, extrahiert mit Methylenchlorid, Diethylether oder Toluol, trennt ab, trocknet die organische Phase, dampft ein und reinigt das Produkt durch Destillation unter reduziertem Druck oder Kristallisation und/oder Chromatogra­ phie. Folgende Abkürzungen werden verwendet:
DAST: Diethylaminoschwefeltrifluorid
DCC: Dicyclohexylcarbodiimid
DDQ: Dichloriddicyanobenzochinon
DIBALH: Diisobutylaluminiumhydrid
KOT: Kalium-tertiär-butanolat
THF: Tetrahydrofuran
pTSOH: p-Toluolsulfonsäure
TMEDA: Tetramethylethylendiamin
Beispiel 1
14,5 mg (0,065 mol) 4-(4-Propylcyclohexyl)cyclohexanol werden in 15 ml THF gelöst und nacheinander mit 12,5 g (0,065 mol) Trifluorbutylbromid, 1,2 g Cetyltrimethylammoniumbromid, 5,2 g (0,13 mol) Natronlauge und 0,3 ml Wasser versetzt. Das Gemisch wird über Nacht bei 70°C gerührt. Anschließend läßt man auf Raumtemperatur abkühlen und nimmt das Gemisch in Diethylether auf. Nach üblicher extraktiver Aufarbeitung erhält man den Ether, der chromatographisch über Kieselgel (Hexan: Essigsäureethylester = 9 : 1) gereinigt wird. K 10 SB 47 I.
Analog werden die folgenden Trifluoralkylether der Formel
hergestellt:
Beispiel 2
Zu einer Suspension von 0,1 Mol Wittigsalz in 200 ml THF gibt man bei 0-10°C portionsweise 11,5 g Kalium-tert.-buty­ lat. Anschließend leitet man bei gleicher Temperatur so lange Trifluoracetaldehyd-Gas ein, bis sich die orange­ gefärbte Ylid-Suspension entfärbt. Anschließend wird 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, auf Wasser gegossen, neutralisiert, mit Toluol mehrmals extrahiert und der Toluolextrakt nach dem Trocknen eingedampft und über Kiesel­ gel mit Hexan filtriert.
0,065 mol 4-(4-Propylcyclohexyl)cyclohexanol, 15 ml THF, 0,065 mol 1,1,1-Trifluor-4-brom-but-2-en, 1,2 g Cetyltrime­ thylammoniumbromid, 0,13 mol Natronlauge und 0,3 ml Wasser werden analog Beispiel 1 umgesetzt.
Analog werden die folgenden Trifluoralkenylether der Formel
hergestellt:
Beispiel 3
0,1 Mol 4-(4-Pentylcyclohexyl)-phenol, 0,102 Mol Triphenyl­ phosphin und 0,1 Mol Trifluorbutan-4-ol werden in 250 ml Tetrahydrofuran bei Zimmertemperatur tropfenweise mit 0,102 Mol Diethylazodicarboxylat unter Kühlung versetzt. Anschließend wird über Nacht gerührt. Nach dem Eindampfen wird der Rückstand über Kieselgel mit Toluol filtriert.
Analog werden die folgenden Trifluoralkylether der Formel
hergestellt:
Beispiel 4
0,1 Mol 4-(4-Pentylcyclohexyl)-phenol und 0,1 Mol 1,1,1- Trifluor-4-brom-but-2-en werden analog Beispiel 3 umgesetzt.
Analog werden die folgenden Trifluoralkenylether der Formel
hergestellt:

Claims (11)

1. Trifluoralkyl- und -alkenylether worin
n 0 bis 7,
Q -O-, -CH=CH- oder eine Einfachbindung,
r 0, 1, 2, 3, 4 oder 5,
o+s 0, 1 oder 2, wobei (s+o) 2
Z eine Einfachbindung, -(CH₂)₂- oder -(CH₂)₄- und
A trans-1,4-Cyclohexylen unsubstituiertes oder durch 1 oder 2 Fluor substituiertes 1,4- Phenylen,
p 1 bis 7, und
m 0 oder 1 ist.
2. Trifluoralkyl- und Trifluoralkenylether nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Formel Ia, worin r 2, 3, 4 oder 5, s 1 oder 2, m 0 oder 1, und A, Z, o und p die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.
3. Trifluoralkyl- und -alkenylether der Formel Ib, worin n 1 bis 7, s 1 oder 2 und A, Z, o, p und m die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.
4. Trifluoralkyl- und -alkenylether nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß s = 2 und Z eine Einfach­ bindung ist.
5. Trifluoralkyl- und -alkenylether nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß s=1 und A=1,4-Phenylen ist.
6. Trifluoralkyl- und -alkenylether nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Z=Einfachbindung ist.
7. Trifluoralkyl- und -alkenylether nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Z=-(CH₂)₂- ist.
8. Trifluoralkyl- und -alkenylether nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Z=-(CH₂)₄- ist.
9. Verwendung der Verbindungen der Formel I nach Anspruch 1 als Komponenten flüssigkristalliner Medien für elek­ trooptische Anzeigen.
10. Flüssigkristallines Medium für elektrooptische Anzeigen mit mindestens zwei flüssigkristallinen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente eine Verbindung der Formel I nach Anspruch 1 ist.
11. Elektrooptische Anzeige auf der Basis einer Flüssig­ kristallzelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig­ kristallzelle ein Medium nach Anspruch 10 enthält.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4238377B4 (de) * 1992-11-13 2006-07-27 Merck Patent Gmbh Flüssigkristallines Medium
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WO2017220466A1 (de) * 2016-06-22 2017-12-28 Merck Patent Gmbh Fluoralkenyl-verbindungen für flüssigkristalline mischungen

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