DE69423944T2

DE69423944T2 - Silacyclohexanverbindung, Verfahren zu deren Herstellung und diese enthaltende Flüssigkristallzusammensetzung

Info

Publication number: DE69423944T2
Application number: DE69423944T
Authority: DE
Inventors: Tatsushi Kaneko; Takeshi Kinsho; Hideshi Kurihara; Tsutomu Ogihara; Ryuichi Saito; Takaaki Shimizu
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2014-12-08
Also published as: EP0657460B1; US5496501A; EP0657460A1; KR100232043B1; DE69423944D1; KR950017886A

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Silacyclohexanverbindung, ein Verfahren zur Herstellung derselben und eine diese enthaltende Flüssigkristallzusammensetzung sowie ein Flüssigkristallanzeigeelement, welches diese Flüssigkristallzusammensetzung enthält.
Ein Flüssigkristallanzeigeelement nutzt die optische Anisotropie und dielektrische Anisotropie von Flüssigkristallsubstanzen. Anzeigeverfahren schließen den TN-Modus (verdrillter nematischer Modus), den STN-Modus (superverdrillter nematischer Modus), den SBE-Modus (Super-Doppelbrechungsmodus), den DS-Modus (dynamischer Streuungsmodus), den Gast- Wirt-Modus, den DAP-Modus ("Deformation ausgerichteter Phase"-Modus) und den OMI- Modus (optischer Modus-Interferenz-Modus) ein. Die gängigste Anzeigevorrichtung besitzt eine verdrillt-nematische Struktur, basierend auf dem Schadt-Helfrich-Modus.
Die Eigenschaften, die für die in diesen Flüssigkristallanzeigen verwendete Flüssigkristallsubstanz erforderlich sind, unterscheiden sich etwas in Abhängigkeit von dem Anzeigeverfahren. Gleichwohl sind ein breiter Flüssigkristalltemperaturbereich und Stabilität gegenüber Feuchtigkeit, Luft, Licht, Wärme, elektrischen Feldern etc. Eigenschaften, die allgemein bei allen Anzeigeverfahren erforderlich sind. Ferner ist es für das Flüssigkristallmaterial wünschenswert, daß es eine niedrige Viskosität aufweist und ebenfalls eine kurze Adressierzeit, eine niedrige Schwellenspannung und einen hohen Kontrast in der Zelle bzw. den Zellen besitzt.
Derzeit gibt es keine einzige Verbindung, welche alle diese Anfordernisse erfüllt. In der Praxis werden Flüssigkristallmischungen erhalten, indem mehrere bis mehr als zehn Flüssigkristallverbindungen und latente Flüssigkristallverbindungen vermischt werden. Deshalb ist es ebenfalls wichtig, dass sich die Komponenten einer Flüssigkristallzusammensetzung leicht vermischen.
Die Komponenten der oben beschriebenen Flüssigkristallmischung kann in mehrere Kategorien klassifiziert werden, basierend auf ihren Funktionen, wie unten gezeigt:
1) Verbindungen, welche zu einer Senkung der Viskosität und einer Verminderung des Schmelzpunktes der gemischten Flüssigkristallzusammensetzung beitragen;
2) Verbindungen, welche hauptsächlich die elektrooptischen Funktionen der gemischten Flüssigkristallzusammensetzung regulieren;
3) Verbindungen, welche zu einer Erhöhung des Klarpunktes der gemischten Flüssigkristallzusammensetzung beitragen;
4) Verbindungen, welche zu einer Brechungs-Anisotropieregulierung der gemischten Flüssigkristallzusammensetzung beitragen; oder
5) Verbindungen, welche die gefärbte Anzeige und die Orientierung der gemischten Flüssigkristallzusammensetzung regulieren.
Für Verbindungen, welche zu der Kategorie "1) Verbindungen, welche zu einer Senkung der Viskosität und einer Verminderung des Schmelzpunktes der gemischten Flüssigkristallzusammensetzung beitragen" in dieser Klassifizierung gehören, sind Verbindungen mit einer sogenannten EPCH-Struktur bekannt, wie:
(geprüfte japanische Patentveröffentlichung (Tokko) Sho 59-35901; X steht für ein Halogenatom) und
(Tokko Hei 3-46454).
Aus dem Dokument DE-A-40 14 488 sind Organoboranverbindungen als Flüssigkristallanzeigeelemente bekannt, in denen ein substituierter Phenylring an einem Dioxaborinan in einem sechsgliedrigen Ring gebunden ist. In solchen Verbindungen ist der Spacer zwischen dem Bor enthaltenden Pseudo-Hexan und dem Phenylring eine einfache Bindung oder eine Phenylgruppe.
Ferner beschreibt die Patentschrift EP-A-0 355 008 Organosilyl-Alkyl- und -Alkenylverbindungen zur Verwendung als Flüssigkristallanzeigeelement, worin die Alkyl/- Alkenylgruppe an einer aromatischen oder einer heteroaromatischen Gruppe wie 1,4- Phenylen oder Pyrimidin-2,5-diyl gebunden ist. Die aromatische/heteroaromatische Gruppe ist an der Silylgruppe über eine einfache Bindung oder über -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S- CO-, -CH2O-, -OCH2-, C C, CH=CH gebunden.
In den letzten Jahren sind gleichsam mit der Ausbreitung der Anwendungen von Flüssigkristallanzeigen, die für Flüssigkristallmaterialien erforderlichen Charakeristika mehr und mehr fortgeschritten und anspruchsvoll geworden. Insbesondere sind überlegene Charakteristika wie eine niedrigere Steuerspannung und ein verbessertes Leistungsvermögen im Vergleich zu herkömmlichen Flüssigkristallsubstanzen erwünscht.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Von dieser Warte aus ist das Ziel der Erfindung die Bereitstellung einer Silacyclohexanringringe enthaltenden Flüssigkristallverbindung, welche sich vollständig von herkömmlichen Flüssigkristallverbindungen mit der EPCH-Struktur wie oben beschrieben unterscheidet.
Das heißt, die Erfindung ist eine Silacyclohexanverbindung der folgenden allgemeinen Formel (I):
In dieser Formel steht R für eine geradkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1 -10, eine Mono- oder Difluoralkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1-10, eine verzweigtkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 3-8, eine Alkoxyalkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2-7 oder eine Alkenylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2-8.
Die Gruppe
steht für eine trans-1-Silacyclohexylen- oder trans-4-Silacyclohexylengruppe, deren Silicium an der Position 1 oder Position 4 eine Substituentengruppe(n) aus H, F, Cl oder CH&sub3; aufweist.
X bedeutet CN, F, Cl, CF&sub3;, CF&sub2;Cl, CHFCl, OCF&sub3;, OCHF&sub2;, OCF&sub2;Cl, OCHFCl, R- oder OR- Gruppe. Y bedeutet H oder F; Z bedeutet H oder F.
Die Erfindung sieht ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung der Silacyclohexanverbindung der allgemeinen Formel (I) vor, gekennzeichnet durch eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungs-Bildung oder eine Kohlenstoff-Silicium-Bindungs-Bildung zwischen einem organometallischen Reagenz
R-M
und
(M steht für MgP (P steht für ein Halogenatom), ZnP oder Li, und Q steht für ein Halogenatom, oder eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe).
Ferner ist die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung der Silacyclohexanverbindung, wie sie durch die allgemeine Formel (I) angegeben ist, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungs-Bildungsreaktion oder einer Kohlenstoff- Silicium-Bindungs-Bildungsreaktion zwischen einem organometallischen Reagenz
und
(M steht für MgP, ZnP (P steht für ein Halogenatom) oder Li; Q steht für ein Halogenatom, oder eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe; und n um m sind die ganzen Zahlen 0, 1 oder 2, mit n + m = 2).
Ferner ist die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung der Silacyclohexanverbindung, wie sie durch die allgemeine Formel (I) angegeben ist, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungs-Bildungsreaktion zwischen einem organometallischen Reagenz
und
(M steht für MgP (P steht für ein Halogenatom), ZnP oder Li, und Q steht für ein Halogenatom, oder eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe).
Die Erfindung sieht ebenfalls eine Flüssigkristallzusammensetzung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die Silacyclohexanverbindung der allgemeinen Formel (I) enthält, und ein Flüssigkristallanzeigeelement, welches diese Zusammensetzung enthält, vor.

Genaue Beschreibung

Die Erfindung wird unten genau beschrieben. Die neuen Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind Silacyclohexanverbindungen, deren Ringstruktur einen trans-1- oder 4- Silacyclohexanring aufweist, speziell angegeben durch die allgemeinen Formeln (II) oder (III), unten gezeigt:
R steht für die folgenden in (a) bis (e) aufgelisteten Gruppen:
(a) eine geradkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1-10, d. h. eine Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, n-Butyl-, n-Pentyl-, n-Hexyl-, n-Heptyl-, n-Octyl-, n-Nonyl- oder n-Decylgruppe;
(b) eine Mono- oder Difluoralkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1-10, d. h. eine Fluormethyl-, 1-Fluorethyl-, 1-Fluorpropyl-, 1-Fluorbutyl-, 1-Fluorpentyl-, 1-Fluorhexyl-, 1- Fluorheptyl-, 1-Fluoroctyl-, 1-Fluornonyl-, 1-Fluordecyl-, 2-Fluorethyl-, 2-Fluorpropyl-, 2- Fluorbutyl-, 2-Fluorpentyl-, 2-Fluorhexyl-, 2-Fluorheptyl-, 2-Fluoroctyl-, 2-Fluornonyl-, 2- Fluordecyl-, 3-Fluorpropyl-, 3-Fluorbutyl-, 3-Fluorpentyl-, 3-Fluorhexyl-, 3-Fluorheptyl-, 3- Fluoroctyl-, 3-Fluornonyl-, 3-Fluordecyl-, 4-Fluorbutyl-, 4-Fluorpentyl-, 4-Fluorhexyl-, 4- Fluorheptyl-, 4-Fluoroctyl-, 4-Fluornonyl-, 4-Fluordecyl-, 5-Fluorpentyl-, 5-Fluorhexyl-, 5- Fluorheptyl-, 5-Fluoroctyl-, 5-Fluornonyl-, 5-Fluordecyl-, 6-Fluorhexyl-, 6-Fluorheptyl-, 6- Fluoroctyl-, 6-Fluornonyl-, 6-Fluordecyl, 7-Fluorheptyl-, 7-Fluoroctyl-, 7-Fluornonyl-, 7- Fluordecyl-, 8-Fluoroctyl-, 8-Fluornonyl-, 8-Fluordecyl-, 9-Fluornonyl-, 9-Fluordecyl-, 10- Fluordecyl-, Difluormethyl-, 1,1-Difluorethyl-, 1,1-Difluorpropyl-, 1,1-Difluorbutyl-, 1,1- Difluorpentyl-, 1,1-Difluorhexyl-, 1,1-Difluorheptyl-, 1,1-Difluoroctyl-, 1,1 -Difluornonyl-, 1,1-Difluordecyl-, 2,2-Difluorethyl-, 2,2-Difluorpropyl-, 2,2-Difluorbutyl-, 2,2-Difluorpentyl-, 2,2-Difluorhexyl-, 2,2-Difluorheptyl-, 2,2-Difluoroctyl-, 2,2-Difluornonyl-, 2,2-Difluordecyl-, 3,3-Difluorpropyl-, 3,3-Difluorbutyl-, 3,3-Difluorpentyl-, 3,3-Difluorhexyl-, 3,3-Difluorheptyl-, 3,3-Difluoroctyl-, 3,3-Difluornonyl-, 3,3-Difluordecyl-, 4,4-Difluorbutyl-, 4,4-Difluorpentyl-, 4,4-Difluorhexyl-, 4,4-Difluorheptyl-, 4,4-Difluoroctyl-, 4,4-Difluornonyl-, 4,4- Difluordecyl-, 5,5-Difluorpentyl-, 5,5-Difluorhexyl-, 5,5-Difluorheptyl-, 5,5-Difluoroctyl-, 5,5- Difluornonyl-, 5,5-Difluordecyl-, 6,6-Difluorhexyl-, 6,6-Difluorheptyl-, 6,6-Difluoroctyl-, 6,6- Difluornonyl-, 6,6-Difluordecyl-, 7,7-Difluorheptyl-, 7,7-Difluoroctyl-, 7,7-Difluornonyl-, 7,7-Difluordecyl-, 8,8-Difluoroctyl-, 8,8-Difluornonyl-, 8,8-Difluordecyl-, 9,9-Difluornonyl- oder 10,10-Difluordecylgruppe;
(c) eine verzweigtkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffzahl von 3-8, d. h. eine Isopropyl-, sek-Butyl-, Isobutyl-, 1-Methylbutyl-, 2-Methylbutyl-, 3-Methylbutyl-, 1-Methylpentyl-, 2-Methylpentyl-, 3-Methylpentyl-, 1-Ethylpentyl-, 1-Methylhexyl-, 2-Methylhexyl-, 3-Methylhexyl-, 2-Ethylhexyl-, 3-Ethylhexyl-, 1-Methylheptyl-, 2-Methylheptyl- oder 3- Methylheptylgruppe;
(d) eine Alkoxyalkylgruppe mit einer Kohlenstoffzahl von 2-7, d. h. eine Methoxymethyl-, Ethoxymethyl-, Propoxymethyl-, Butoxymethyl-, Pentoxymethyl-, Hexyloxymethyl-, Methoxyethyl-, Ethoxyethyl-, Propoxyethyl-, Butoxyethyl-, Pentoxyethyl-, Methoxypropyl-, Ethoxypropyl-, Propoxypropyl-, Butoxypropyl-, Methoxybutyl-, Ethoxybutyl-, Methoxypentyl- oder Ethoxypentylgruppe;
(e) eine Alkenylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2-8, d. h. eine Vinyl-, 1-Propenyl-, Allyl-, 1-Butenyl-, 3-Butenyl-, Isoprenyl-, 1-Pentenyl-, 3-Pentenyl-, 4-Pentenyl-, Dimethyl allyl-, 1-Hexenyl-, 3-Hexenyl-, 5-Hexenyl-, 1-Heptenyl-, 3-Heptenyl-, 6-Heptenyl- oder 7- Octenylgruppe;
W bedeuten unabhängig voneinander H, F, Cl oder CH&sub3;. X bedeutet eine CN-, F-, Cl-, CF&sub3;-, CF&sub2;Cl-, CHFCl, OCF&sub3;-, OCF&sub2;Cl-, OCHFCl-, OCHF&sub2;, R- oder OR-Gruppe. Y steht für H oder F. Z bedeutet H oder F.
Die Gruppe
steht speziell für die unten gezeigten Gruppen:
Für die Ringstruktur sind Verbindungen der allgemeinen Formel (II) für den praktischen Einsatz wünschenwert.
Für R sind die folgenden in (a) bis (e) aufgelisteten Gruppen für den praktischen Einsatz wünschenswert::
(a) eine geradkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2-7, d. h. eine Ethyl-, n- Propyl-, n-Butyl-, n-Pentyl-, n-Hexyl- oder n-Heptylgruppe;
(b) einige Mono- oder Difluoralkylgruppen mit einer Kohlenstoffanzahl von 1-10, einschließlich 2-Fluorethyl-, 2-Fluorpropyl-, 2-Fluorbutyl-, 2-Fluorpentyl-, 2-Fluorhexyl-, 2-Fluorheptyl-, 4-Fluorbutyl-, 4-Fluorpentyl-, 4-Fluorhexyl-, 4-Fluorheptyl-, 5-Fluorpentyl-, 5- Fluorhexyl-, 5-Fluorheptyl-, 6-Fluorhexyl-, 6-Fluorheptyl-, 7-Fluorheptyl-, 2,2-Difluorethyl-, 2,2-Difluorpropyl-, 2,2-Difluorbutyl-, 2,2-Difluorpentyl-, 2,2-Difluorhexyl-, 2,2-Difluorheptyl-, 4,4-Difluorbutyl-, 4,4-Difluorpentyl-, 4,4-Difluorhexyl-, 4,4-Difluorheptyl-, 5,5- Difluorpentyl-, 5,5-Difluorhexyl-, 5,5-Difluorheptyl-, 6,6-Difluorhexyl-, 6,6-Difluorheptyl- und 7,7-Difluorheptylgruppen;
(c) einige verzweigtkettige Alkylgruppen, einschließlich Isopropyl-, 1-Methylpropyl-, 2- Methylpropyl-, 1-Methylbutyl-, 2-Methylbutyl-, 3-Methylbutyl-, 1-Methylpentyl-, 2-Methylpentyl- und 2-Ethylhexylgruppen;
(d) eine Alkoxyalkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2-6, d. h. eine Methoxymethyl-, Methoxyethyl-, Methoxypropyl-, Methoxypentyl-, Ethoxymethyl-, Ethoxyethyl-, Propoxymethyl- oder Pentoxymethylgruppe;
(e) einige Alkenylgruppen, einschließlich Vinyl-, 1-Propenyl-, 3-Butenyl-, 1-Pentenyl-, 3- Pentenyl-, 4-Pentenyl-, 1-Hexenyl-, 5-Hexenyl-, 6-Heptenyl- und 7-Octenylgruppen;
H, F oder CH&sub3;-Gruppen sind für W beim praktischen Einsatz wünschenswert.
Für den praktischen Einsatz für die Gruppe
wünschenswerte Gruppen sind:
Die Herstellungsverfahren dieser Verbindungen werden als nächstes beschrieben. Diese Verbindungen werden durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildungsreaktionen oder Kohlenstoff-Silicium-Bindungsbildungsreaktionen zwischen einem organometallischen Reagenz und einer Verbindung, welche (eine) eliminierbare Gruppe(n), wie ein Halogenatom, eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe, aufweist, hergestellt. Eine genaue Beschreibung wird unten aufgeführt.
In der Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
R-M
und der Verbindung
(M steht für MgP (P steht für ein Halogenatom), ZnP oder Li, und Q steht für ein Halogenatom, oder eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe), wenn die Gruppe
ist (W bedeutet H, F, Cl oder CH&sub3;), ist Q ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe, beispielsweise. Insbesondere wenn Q ein Cl- oder Br-Atom oder eine OCH&sub3;- oder OCH&sub2;CH&sub3;- Gruppe ist, dann läuft die Kohlenstoff-Silizium-Bindungsbildungsreaktion leicht ab und gibt eine hohe Ausbeute bezüglich des Zielproduktes.
Wenn die Gruppe
ist, wird diese Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildungsreaktion in Gegenwart einer katalytischen Menge an Kupfersalz durchgeführt. In diesem Fall ist Q beispielsweise ein Halogenatom oder eine Sulfonylgruppe. Es ist besonders bevorzugt, wenn Q Br, I oder eine p- Toluolsulfonylgruppe ist, da dann das Zielprodukt mit hoher Ausbeute erhalten werden kann.
Bei der Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
und der Verbindung
wenn n = 2 ist und die Gruppe
ist, dann ist Q zum Beispiel ein Halogenatom oder eine Alkoxygruppe. Insbesondere wenn Q ein Cl- oder Br-Atom oder eine OCH&sub3;- oder OCH&sub2;CH&sub3;-Gruppe ist, dann läuft die Kohlenstoff-Silizium-Bindungsbildungsreaktion leicht ab und führt zu einer hohen Ausbeute.
Wenn n = 2 und die Gruppe
ist, dann ist Q zum Beispiel ein Halogenatom oder eine Sulfonylgruppe. Insbesondere wenn Q Br, I oder eine p-Toluolsulfonylgruppe ist, dann läuft die Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungsbildungsreaktion leicht ab und führt zu einer hohen Ausbeute des Zielproduktes.
Wenn n nicht 2 ist, d. h. im Fall der Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
und der Verbindung
oder im Fall der Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
und der Verbindung
ist, dann ist Q zum Beispiel ein Halogenatom oder eine Sulfonylgruppe. Insbesondere wenn Q Br, I oder eine p-Toluolsulfonylgruppe ist, dann läuft die Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungsbildungsreaktion leicht ab und führt zu einer hohen Ausbeute des Zielproduktes.
Auf der anderen Seite werden bei der Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
und der Verbindung
wenn n nicht 2 ist, d. h. im Fall der Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
und der Verbindung
oder im Fall der Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
und der Verbindung
diese Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildungsreaktionen in Gegenwart einer katalytischen Menge an Kupfersalz durchgeführt.
Q ist zum Beispiel ein Halogenatom oder eine Sulfonylgruppe. Es ist besonders bevorzugt, wenn Q Br, I oder eine p-Toluolsulfonylgruppe ist, da dann das Zielprodukt mit einer hohen Ausbeute erhalten werden kann.
Wenn n = 2, d. h. die Reaktion zwischen dem organometallischen Reagenz
und der Verbindung
wird in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators durchgeführt. Palladiumverbindungen und Nickelverbindungen sind für den Katalysator besonders bevorzugt.
Q steht für ein Halogenatom. Cl, Br und I führen alle zu einer hohen Ausbeute den Zielproduktes, wenn ein geeigneter Katalysator gewählt wird.
Die hierin hergestellte Verbindung kann eine Mischung von trans-Isomeren und cis-Isomeren hinsichtlich der Konfiguration des Silacyclohexanrings sein. Wenn dies der Fall ist, wird eine herkömmliche Reinigungsmethode wie die Chromatographie oder Umkristallisation angewandt, um die trans-Isomeren abzutrennen, wodurch die Silacyclohexanverbindung der allgemeinen Formel (I) dieser Erfindung erhalten wird.
Die Silacyclohexanverbindung dieser Erfindung kann mit bekannten Verbindungen gemischt werden, um eine Flüssigkristallverbindung zu erhalten. Die für das Mischen verwendete Verbindung, um die Flüssigkristallverbindung zu erhalten, kann unter den bekannten Verbindungen, die unten gezeigt sind, gewählt werden:
In den obigen Formeln steht (M) und (N) für eines der folgenden:
1) Eine trans-1,4-Cyclohexylengruppe, welche keine Substitution aufweist oder welche eine oder mehrere Substitutionsgruppen, wie F-, Cl-, Br-, CN- oder Alkylgruppen besitzt,
2) eine trans-1,4-Cyclohexylengruppe, in der O oder 5 für eine oder nicht-benachbarte zwei CH&sub2;-Gruppen in dem Cyclohexanring substituiert ist,
3) eine 1,4-Cyclohexenylengruppe,
4) eine 1,4-Phenylengruppe, welche keine Substitution aufweist oder welche eine oder zwei Substitutionsgruppen, wie F-, Cl-, CH&sub3;- oder CN-Gruppen besitzt, oder
5) eine 1,4-Phenylengruppe, in der ein N-Atom für eine oder zwei CH-Gruppen in dem Ring substituiert ist.
Z¹ und Z² steht für -CH&sub2;CH&sub2;-, -CH=CH-, -C C-, -CO&sub2;-, OCO-, -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;- oder eine Einfachbindung.
l, m = 0, 1 oder 2 (worin l + m = 1, 2 oder 3 und n = 0, 1 oder 2).
R steht für Wasserstoff, eine geradkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1 bis 10, eine Mono- oder Difluoralkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1 bis 10, eine verzweigtkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 3 bis 8, eine Alkoxyalkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2 bis 7 oder eine Alkenylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2 bis 8.
X bedeutet CN, F, Cl, CF&sub3;, CF&sub2;Cl, CHFCl, OCF&sub3;, OCHF&sub2;, OCF&sub2;Cl, OCHFCl, R- oder OR- Gruppe. Y bedeutet H oder F. Z bedeutet H oder F.
Bei der obigen Beschreibung kann, wenn l = 2 oder n = 2 ist, (M) heterogene Ringe enthalten, und wenn m = 2 ist, dann kann (N) heterogene Ringe enthalten.
Der Anteil von einem oder mehreren Typen der Silacyclohexanverbindung dieser Erfindung, die in der Flüssigkristallzusammensetzung enthalten ist, beträgt vorzugsweise 1 bis 50 Gew.- %, stärker bevorzugt 5 bis 30 Gew-%. Die Flüssigkristallzusammensetzung kann ebenfalls einen polygenetischen Farbstoff bzw. Farbstoffe enthalten, um das farbige Gast-Wirt-System zu erzeugen, und Additive, um die dielektrische Anisotropie, die Viskosität und die Orientierung der nematischen Phase zu verändern.
Die derart gebildete Flüssigkristallzusammensetzung wird zwischen transparente Platten eingesiegelt, welche Elektroden gewünschter Formen aufweisen, und wird so als Flüssigkristallanzeigeelemente verwendet. Dieses Element kann verschiedene Unterschichten, Deckbezüge zur Orientierungsregulierung, eine oder mehrere Polarisatorplatten, einen oder mehrere Filter und eine oder mehrere Reflektorschichten, soweit erforderlich, aufweisen. Es kann zu einer laminierten Zelle gemacht werden oder mit anderen Anzeigeelementen kombiniert werden. Halbleitersubstrate und Lichtquellen können ebenfalls verwendet werden, um verschiedene Typen von Anzeigen herzustellen.
Für den Modus des Flüssigkristallanzeigeelementes können Verfahren des Stands der Technik im Industriebereich der Flüssigkristallanzeigeelemente gewählt werden, wie das dynamische Streuungs(DSM)-Verfahren, das verdrillte nematische (TN)-Verfahren, das superverdrillte nematische (STN)-Verfahren, das Gas-Wirt (GH)-Verfahren und das Polymerdispersions- Flüssigkristall(PDLC)-Verfahren.

Beispiele

Die Einzelheiten der Erfindung sind untenstehend anhand spezifischer Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Herstellung von trans-4-(2-(3,4-Difluorphenyl)ethyl)-1-n-pentyl-1-silacyclohexan

60 ml einer THF-Lösung von 2,0 M n-Pentylmagnesiumchlorid wurden in eine Mischung aus 27,5 g (100 mMol) 1-Chlor-4-(2-(3,4-difluorphenyl)ethyl)-1-silacyclohexan und 200 ml Tetrahydrofuran (im Folgenden als "THF" bezeichnet) tropfen gelassen. Die Silacyclohexanringe des auf diese Weise erhaltenen Zielprodukts waren eine Mischung aus trans-Isomeren und cis-Isomeren. Nach einer herkömmlichen Nachbehandlung wurden sie mittels Chromatographie unter Erhalt von 21,1 g des trans-Isomers (Ausbeute 68%) getrennt, welches das Zielprodukt war. Diese Verbindung lag in einer flüssigen Form bei Temperaturen von bis zu gar -60ºC vor.
Die folgenden Verbindungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 erhalten.

Beispiel 2

Trans-4-(2-(p-Fluorphenyl)ethyl)-1-n-pentyl-1-silacyclohexan

IR ν max: 2918, 2852, 2098, 1601, 1510, 1223, 887 und 823 cm&supmin;¹
C-I-Übergangstemperatur: -23,7ºC, N-I-Übergangstemperatur: -54ºC.

Beispiel 3

Trans-1-n-Pentyl-4-(2-(p-Trifluormethoxyphenyl)ethyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 4

Herstellung von trans-4-(2-(3,4-Difluorphenyl)ethyl)-1-isopentyl-1-silacyclohexan

65 ml eines Grignard-Reagens (1,0 M THF-Lösung), hergestellt aus 4-Brommethyl-1- isopentyl-1-silacyclohexan, wurden in eine Mischung aus 10,4 g (50,2 mMol) 3,4- Difluorbenzylbromid, 200 mg Kupferiodid (I), 400 mg Triethylphosphit und 100 ml THF tropfen gelassen. Nach einer herkömmlichen Nachbehandlung wurden sie mittels Chromatographie unter Erhalt von 11,7 g des Zielprodukts (75%) getrennt.
Die folgenden Verbindungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 4 erhalten.

Beispiel 5

Trans-4-(2-(4-Chlor-3-fluorphenyl)ethyl)-1-(5-methoxypentyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 6

Trans-4-(2-(p-Ethoxyphenyl)ethyl)-1-(1-pentenyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 7

Herstellung von trans-4-(2-(p-cyanophenyl)ethyl)-1-n-pentyl-1-silacyclohexan

250 ml einer Organozinkverbindung (1,0 M THF-Lösung), hergestellt aus trans-4-(2- Bromethyl)-1-n-pentyl-1-silacyclohexan, wurden in eine Mischung aus 45,5 g (0,25 mMol) p-Brombenzonitril, 500 mg Tetrakis(triphenylphosphin)palladium (0) und 500 ml THF tropfen gelassen. Nach einer herkömmlichen Nachbehandlung wurden sie mittels Chromatographie unter Erhalt von 49,4 g des Zielprodukts (Ausbeute 66%) getrennt.
Die folgenden Verbindungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 7 erhalten.

Beispiel 8

Trans-1-(2-(4-Cyano-3-fluorphenyl)ethyl)-4-n-heptyl-1-methyl-1-silacyclohexan

Beispiel 9

Herstellung von trans-4-(2-Ethoxyphenyl)ethyl)-1-n-pentyl-1-silacyclohexan

Eine katalytische Menge einer THF-Lösung aus Dilithiumtetrachlorcuprat wurde in eine Mischung aus 22,9 g (100 mMol) p-(2-Bromethyl)ethoxybenzol und 100 ml THF tropfen gelassen, und anschließend wurden 90 ml Grignard-Reagens (1,0 M THF-Lösung), hergestellt aus 4-Brom-1-n-pentyl-1-silacyclohexan, in dieses tropfen gelassen. Die Silacyclohexanringe des auf diese Weise erhaltenen Zielprodukts waren eine Mischung aus trans-Isomeren und cis- Isomeren. Nach einer herkömmlichen Nachbehandlung wurden sie mittels Chromatographie unter Erhalt von 25,2 g des Zielprodukts (Ausbeute 88%) getrennt.
IR ν max: 2918, 2852, 2098, 1612, 1512, 1244, 1051, 887 und 822 cm&supmin;¹
C-I-Übergangstemperatur: 0,2ºC
N-I-Übergangstemperatur: -1,7ºC.
Die folgenden Verbindungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 9 erhalten.

Beispiel 10

Trans-4-(2-(p-Difluormethoxyphenyl)ethyl)-1-fluor-1-n-pentyl-1-silacyclohexan

Beispiel 11

Trans-1-n-P entyl-4-(2-(p-trifluormethylphenyl) ethyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 12

Trans-1-n-Pentyl-4-(2-(2,3-difluor-4-ethoxyphenyl)ethyl)-1-silacyclohexan

IR (Flüssigfilm) ν max: 2956, 2920, 2852, 2098, 1639, 1512, 1479, 1292, 1080, 887, 831 und 816 cm&supmin;¹
C-I-Übergangstemperatur: 12,4ºC
N-I-Übergangstemperatur: -17,8ºC.

Beispiel 13

Trans-1-(4-Fluorpentyl)-4-(2-(p-fluorphenyl)ethyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 14

Trans-1-n-Pentyl-4-(2-(p-(3-fluorbutyl)phenyl)ethyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 15

Trans-1-(3-Methoxypropyl)-4-(2-(p-fluorphenyl)ethyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 16

Trans-1-(3-Methylbutyl)-4-(2-(p-fluorphenyl)ethyl)-1-silacyclohexan

Beispiel 17

Trans-1-(4-Pentenyl)-4-(2-(p-fluorphenyl)ethyl)-1-silacyclohexan

Beispiel für eine Flüssigkristallzusammensetzung

Eine Flüssigkristallzusammensetzung, umfassend eine Mischung mit einem Gewichtsverhältnis von 2 : 1 : 1 aus trans-4-(2-(trans-4-(3,4-Difluorphenyl)cyclohexyl)ethyl)-1-n-ethylcyclohexan, Trans-4-(2-(trans-4-(3,4-Difluorphenyl)cyclohexyl)ethyl)-1-n-propylcyclohexan und Trans-4-(2-(trans-4-(3,4-difluorphenyl)cyclohexyl)ethyl)-1-n-pentylcyclohexan, wurde in eine TN-Zelle eingeschlossen. Diese hatte eine Schwellenspannung von 2,46 V und eine Viskosität bei 5ºC von 0,096% Pa·s (96 cp).
Eine Mischung, hergestellt unter Hinzugabe von 20 Gew.-% des in Beispiel 1 erhaltenen trans-4-(2-(3,4-Difluorphenyl)ethyl)-1-n-pentyl-1-silacyclohexan zu dieser Stammkristalllö sung wies eine Schwellenspannung von 2,05 V und eine Viskosität bei 5ºC von 0,050 Pa·s (50 cp) auf.
Wenn die Flüssigkristallverbindungen der Erfindung, die Si als ein ringbildendes Element aufweisen, als Komponenten der Flüssigkristallphase verwendet werden, gibt es die folgenden Vorteile gegenüber Flüssigkristallverbindungen, welche eine herkömmliche EPCH- Struktur besitzen, die ähnliche Kohlenwasserstoffringe umfaßt.
Da bei diesen die nematische Flüssigkristallphase auf niedrige Temperaturen ausgedehnt ist, verbessert sich deren Niedrigtemperaturleistung, d. h. die Viskosität bei niedrigen Temperaturen nimmt ab, die Responsezeit bei niedrigen Temperaturen verbessert sich, die Löslichkeit untereinander bei niedrigen Temperaturen wird verbessert, etc.
Ferner haben Flüssigkristallverbindungen der allgemeinen Formel (I), mit Ausnahme jener, deren Substitutionsgruppen Y und Z H sind und X R oder OR ist, neben den obenerwähnten Vorteilen die Wirkung einer Herabsetzung der Schwellenspannung aufgrund einer größeren dielektrischen Anisotropie.
Die Flüssigkristallverbindung, deren Substitutionsgruppen Y und Z H sind und X R oder OR in der allgemeinen Formel (I) ist, weist eine dielektrische Anisotropie von nahe null auf und sollte daher vorzugsweise für die Flüssigkristallphase für die auf einer dynamischen Streuung (DS) basierende Anzeige oder Deformation einer orientierten Phase (DAP-Modus) verwendet werden. Die von diesen verschiedenen Verbindungen sollten vorzugsweise für die Herstellung der Flüssigkristallphase mit einer hohen positiven, dielektrischen Anisotropie verwendet werden, welche in Anzeigeelementen auf Basis der verdrillten nematischen Zelle oder auf Basis des cholesterisch-nematischen Phasenübergangs verwendet wird.
Von den Silacyclohexanverbindungen der Erfindung zeigen jene, die einen monotropen Phasenübergang oder einen Übergang vom isotropen Flüssigkristall-Typ zeigen, nicht die elektro-optischen Charakteristika von Flüssigkristallen, wenn sie allein verwendet werden. Diese tragen zu einer Verminderung der Viskosität und einer Herabsetzung des Schmelzpunktes bei, wenn sie mit anderen Komponenten in einer Mischung verwendet werden.

Claims

1. Silacyclohexanverbindung der folgenden allgemeinen Formel (I)

In dieser Formel bedeutet R eine linearkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1-10, eine Mono- oder Difluoralkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 1-10, eine verzweigtkettige Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 3-8, eine Alkoxyalkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2-7 oder eine Alkenylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl von 2-8;

bedeutet eine trans-1-Silacyclohexylen- oder eine trans-4-Silacyclohexylengruppe, deren Silicium an Position 1 oder Position 4 Substituentengruppe(n) aus H, F, Cl oder CH&sub3; aufweist; X bedeutet CN, F, Cl, CF&sub3;, CF&sub2;Cl, CHFCl, OCF&sub3;, OCHF&sub2;, OCF&sub2;Cl, OCHFCl, R oder OR-Gruppe; Y bedeutet H oder F; Z bedeutet H oder F.

2. Verfahren zur Herstellung der in Anspruch 1 beschriebenen Silacyclohexanverbindung, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungsbildungsreaktion oder einer Kohlenstoff-Silicium-Bindungsbildungsreaktion zwischen einem organometallischen Reagens

R-M

und einer Verbindung

(M bedeutet MgP (P bedeutet ein Halogenatom), ZnP oder Li, und Q bedeutet ein Halogenatom oder eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe).

3. Verfahren zur Herstellung der in Anspruch 1 beschriebenen Silacyclohexanverbindung, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungsbildungsreaktion oder einer Kohlenstoff-Silicium-Bindungsbildungsreaktion zwischen einem organometallischen Reagens

und einer Verbindung

(M bedeutet MgP (P bedeutet ein Halogenatom), ZnP oder Li; Q bedeutet ein Halogenatom oder eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe; und n und m sind die ganzen Zahlen 0, 1 oder 2, wobei n + m = 2).

4. Verfahren zur Herstellung der in Anspruch 1 beschriebenen Silacyclohexanverbindung, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungsbildungsreaktion zwischen einem organometallischen Reagens

und einer Verbindung

(M bedeutet MgP (P bedeutet ein Halogenatom), ZnP oder Li; 9 bedeutet ein Halogenatom oder eine Alkoxy-, Methansulfonyl-, Benzolsulfonyl- oder p-Toluolsulfonylgruppe, und n und m sind die ganzen Zahlen 0, 1 oder 2, wobei n + m = 2).

5. Flüssigkristallzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie die in Anspruch 1 beschriebene Silacyclohexanverbindung enthält.

6. Flüssigkristallanzeigeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es die in Anspruch 5 beschriebene Flüssigkristallzusammensetzung enthält.