JP2007512236A - アセナフト[1,2−b]キノキサリンのスルホ誘導体、それに基づくリオトロピック液晶および異方性フィルム - Google Patents
アセナフト[1,2−b]キノキサリンのスルホ誘導体、それに基づくリオトロピック液晶および異方性フィルム Download PDFInfo
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Abstract
Description
本願は、2003年11月21日に出願された「Sulfoderivatives of Acenaphtho[1,2-b]quinoxaline, Lyotropic Liquid Crystals and Anisotropic Film on their Base(アセナフト[1,2-b]キノキサリンのスルホ誘導体、それに基づくリオトロピック液晶および異方性フィルム)」と題する米国仮特許出願第60/524,068号の利益および同出願に基づく優先権を主張し、同出願の開示は全て参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は概して有機化学の分野に関し、特に光学異方性コーティングに関する。より具体的には、本発明は、複素環式スルホ誘導体化合物およびその光学異方性コーティングの生産に関する。
Δn=|no−ne|
として知られる、それらの複屈折(double refraction)性によって決まる。媒質中の分子の配向および伝播の方向に依存して、neおよびnoは変化する。例えば、伝播の方向が光学軸または結晶軸と一致する場合は、常偏光(ordinary polarization)が主として観察される。これに対して、光が光学軸に対して直交するか、直角ではない何らかの角度で伝播する場合は、媒質から現われる光は、その異常波成分と正常波成分とに分離、分解されるだろう。
を持つアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を提供する。
のいずれか1つまたは組合せの構造を持つ少なくとも1つのアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を含む、リオトロピック液晶系(system)が提供される。
m+z+n≦10という制約の下で、
nは1〜4の範囲の整数であり、
mは0〜4の範囲の整数であり、
zは0〜6の範囲の整数であり、
XおよびYはCH3、C2H5、OCH3、OC2H5、Cl、Br、OH、OCOCH3、NH2、NHCOCH3、NO2、F、CF3、CN、OCN、SCN、COOH、およびCONH2から個別に選択され、
Mは対イオンであり、そして
jは分子中の対イオン数である]
によって表されるアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を含む。
nは1〜4の範囲の整数であり、
mは0〜4の範囲の整数であり、
zは0〜6の範囲の整数、かつm+z+n≦10であり、
XおよびYはCH3、C2H5、OCH3、OC2H5、Cl、Br、OH、OCOCH3、NH2、NHCOCH3、NO2、F、CF3、CN、OCN、SCN、COOH、およびCONH2からなる群より個別に選択され、
Mは対イオンであり、そして
jは分子中の対イオン数である。
ただし、n=1であり、かつSO3 -が1位を占める場合は、m≠0またはz≠0であるものとする]
のアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を含む。
nは1〜4の範囲の整数であり、
mは0〜4の範囲の整数であり、
zは0〜6の範囲の整数、かつm+z+n≦10であり、
XおよびYはCH3、C2H5、OCH3、OC2H5、Cl、Br、OH、OCOCH3、NH2、NHCOCH3、NO2、F、CF3、CN、OCN、SCN、COOH、およびCONH2からなる群より個別に選択され、
Mは対イオンであり、そして
jは分子中の対イオン数である]
のアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を含むリオトロピック液晶系(system)が提供される。
1.上記一般構造式のモノスルホ誘導体は約0%〜99%の範囲の質量濃度を持ち、より好ましくは、それぞれが、または合計で、約50%〜99%の範囲の質量濃度を持ちうる;
2.上記一般構造式のジスルホ誘導体は、それぞれが、または合計で、約0〜99%の範囲の質量濃度を持ち、より好ましくは、それぞれが、または合計で、約50%〜99%の範囲の質量濃度を持ちうる;
3.上記一般構造式のトリスルホ誘導体は、それぞれが、または合計で、約0〜30%の範囲の質量濃度を持ち、より好ましくは、それぞれが、または合計で、約10%〜20%の範囲の質量濃度を持ちうる;
4.上記一般構造式のテトラスルホ誘導体は、約0〜20%の範囲の質量濃度を持ち、より好ましくは、約5%〜10%の範囲の質量濃度を持ちうる。
nは1〜4の範囲の整数であり、
mは0〜4の範囲の整数であり、
zは0〜6の範囲の整数、かつm+z+n≦10であり、
XおよびYはCH3、C2H5、OCH3、OC2H5、Cl、Br、OH、OCOCH3、NH2、NHCOCH3、NO2、F、CF3、CN、OCN、SCN、COOH、およびCONH2からなる群より個別に選択され、
Mは対イオンであり、そして
jは分子中の対イオン数である]
のスルホ誘導体の混合物、組成物または系(system)を含む光学フィルムが提供される。
もう一つの態様として、本発明は、本明細書に開示するものに相当するLLC系(system)を基板上に成膜することによって異方性フィルムを調製する方法を提供する。
・基板(またはLCDの機能層、または多層構造の層の1つ)上へのこのLLCの成膜;前記LLCは揺変性を持つので、LLCは一定の温度にあり、かつ一定濃度の分散相を持たなければならない;
・成膜したLLCを、系(system)の粘度を低下させる何らかの外的衝撃(これは加熱、剪断による変形などであることができる)により、流動性が増加した状態に変換すること;外的衝撃は、その後の全配向過程中ずっと継続してもよいし、LLCが配向中に粘度の増加した状態に緩和する時間を持たないように必要な持続時間を持っていてもよい;
・LLCへの外的配向作用(これは、機械的に実行することも、他の任意の方法で実行することもできる);この作用の度合いは、LLCの運動単位が必要な配向を受けて、形成しつつある層内で将来の結晶格子の基礎になる構造を形成するように、十分でなければならない;
・形成しつつフィルムの配向領域の、一次外的作用によって達成された低下した粘度を持つ状態から、その系(system)の元のまたはより高い粘度を持つ状態への変換;これは、形成しつつあるフィルム中で構造の非配向化(disorientation)が起こらないような方法で、層の表面に欠陥が出現しないように行なわれる;
・終結操作は、形成しつつあるフィルムから溶媒を除去する工程であり、この間に異方性フィルムが形成される。望ましくは、本発明の異方性フィルムは、少なくとも部分結晶性であるが、その必要があるわけではない。光学異方性フィルムは、結晶格子単位内で、光学軸に1つに沿って約3.1〜3.7Åの範囲の面間隔を示す。原子レベルで距離を決定する標準的な方法には、例えばX線回折があるが、これに限定されるわけではない。
本発明は、構造I〜VIIIのアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を合成する方法を提供する。
アセナフト[1,2-b]キノキサリンのスルホン化によってアセナフト[1,2-b]キノキサリン-2-スルホン酸を合成した。アセナフト[1,2-b]キノキサリン(10g)を10%発煙硫酸(70ml)に投入し、室温で15時間撹拌した。反応マスを水(203ml)で希釈した。最終硫酸濃度は40%だった。沈殿物を濾過し、酢酸(約30ml)で洗浄した。濾過した沈殿物を120℃で風乾した。この方法により、アセナフト[1,2-b]キノキサリン-2-スルホ酸10.1gを得た。
1H NMR(Bruker AMX-400, DMSO-d6, d, ppm); 7.77 (q, 2H, 3 Hz); 7.89 (t, 1H, 8 Hz); 8.1-8.15 (m, 2H); 8.30 (dd, 2H, 7 Hz); 8.58 (s, 1H); 8.66 (s, 1H)。電子エネルギースペクトル(スペクトロメータUV/VIS Ocean PC 2000,水溶液):lmax1=245nmおよびlmax2=320nm。C18H10N2O3Sについての元素分析理論値: C 64.66; H 3.01; N 8.38;実測値: C 64.19; H 2.88; N 8.45。
アセナフト[1,2-b]キノキサリンのスルホン化によってアセナフト[1,2-b]キノキサリン-2,5-ジスルホン酸を合成した。アセナフト[1,2-b]キノキサリン(10g)を10%発煙硫酸(49ml)に投入し、30分間撹拌し、180〜190℃で30時間加熱した。次に、反応混合物を水(95ml)で希釈し、形成された沈殿物を濾過し、酢酸(約30ml)で洗浄した。濾過ケーキを120℃で風乾することにより、アセナフト[1,2-b]キノキサリン-2,5-ジスルホン酸8.2gを得た。
1H NMR (Bruker AMX-400, DMSO-d6, d, ppm): 7.82 (q, 2H, 3 Hz); 8.18 (q, 2H, 3 Hz); 8.24-8.36 (broad s, 2H); 8.62 (s, 4H)。C18H10N2O6S2についての元素分析理論値: C52.17;H2.43;N6.76;実測値:C52.02;H2.35;N6.56。
(3,4-ジアミノベンゼンスルホン酸とアセナフテンキノンとの縮合によって合成されたアセナフト[1,2-b]キノキサリン-9-スルホン酸)
3,4-ジアミノベンゼン-4-スルホン酸(15g)を酢酸(150ml)に懸濁したアセナフテンキノン(15.9g)に加えた。反応混合物を12.5時間還流した。固形物を分離し、酢酸(30ml)で洗浄し、120℃で3時間風乾することにより、所期の化合物(19.2g)を得た。
1H NMR (Bruker AMX-400, DMSO-d6, d, ppm): 7.81 (broad t, 2H); 8.07 (broad s, 2H); 8.14 (d, 2H, 8 Hz); 8.26 (q, 2H); 8.39 (broad s, 1H).
酸性プロトンは観察されなかった。
本発明に従って組成物およびフィルムを製造し、それを解析してフィルムの光学的特性を決定した。脱イオン水65gに、アセナフト[1,2-b]キノキサリンのスルホ誘導体の混合物(12g)を撹拌しながら20℃で加えた。次に、25%アンモニア水溶液5.3mlを加え、その混合物を完全に溶解するまで撹拌した。その溶液をロータリーエバポレーターで最初の体積の30%だけ濃縮し、メイヤーロッド#2.5を使って、20℃、線速度15mm・s-1、相対湿度65%でガラス板表面にコーティングした。フィルムを20℃、湿度65%で乾燥した。
Claims (27)
- 構造式が、以下の構造I、IIA〜VIIIからなる群より選択される、請求項1のアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体:
また、構造I、IIA〜VIIIのそれぞれについて、
XおよびYは、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、Cl、Br、OH、OCOCH3、NH2、NHCOCH3、NO2、F、CF3、CN、OCN、SCN、COOH、およびCONH2からなる群より個別に選択され、
Mは対イオンであり、そして
jは分子中の対イオン数である]。 - リオトロピック液晶系(system)を形成することができる、請求項1または2のアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体。
- 光学等方性フィルムまたは光学異方性フィルムを形成することができる、請求項1または2のアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体。
- 前記アセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体の混合物を含む、請求項5のリオトロピック液晶系(system)。
- アセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体の混合物を含み、
請求項5の構造であってn=1のモノスルホ誘導体が、約0質量%〜99質量%の濃度範囲で存在し、
請求項5の構造であってn=2のジスルホ誘導体が、約0質量%〜99質量%の濃度範囲で存在し、
請求項5の構造であってn=3のトリスルホ誘導体が、約0質量%〜30質量%の濃度範囲で存在し、そして
請求項5の構造であってn=4のテトラスルホ誘導体が、約0質量%〜20質量%の濃度範囲で存在する、請求項6のリオトロピック液晶系(system)。 - 水および水と混和できる有機溶媒の混合物に基づく、請求項5のリオトロピック液晶系(system)。
- アセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体の含有量が約3質量%〜60質量%の範囲にある、請求項5のリオトロピック液晶系(system)。
- アセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体の含有量が約7質量%〜30質量%の範囲にある、請求項9のリオトロピック液晶系(system)。
- 約30質量%までの界面活性剤をさらに含む、請求項5〜10のリオトロピック液晶系(system)。
- 約30質量%までの可塑剤をさらに含む、請求項5〜11のリオトロピック液晶系(system)。
- 前記請求項5の少なくとも1つのアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体と共に共通のリオトロピック液晶系(system)を形成することができる少なくとも1つの水溶性有機化合物をさらに含む、請求項5〜12のリオトロピック液晶系(system)。
- 少なくとも2つの異なる置換基Xmおよび/またはYzを持つか少なくとも1種類の置換基を2つの異なる位置に持つ少なくとも2つのスルホ誘導体を含む、請求項6〜13のリオトロピック液晶系(system)。
- 前記アセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体の混合物を含有する、請求項15の光学異方性フィルム。
- 少なくとも1つの追加有機化合物をさらに含む、請求項15または16の光学異方性フィルム。
- 異方性透明フィルムを形成させる方法であって、
超分子のリオトロピック液晶系(system)を作り出すために請求項5のアセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を適切な溶媒に溶解するステップ、
超分子によるリオトロピック液晶の層を基板上に塗布(成膜)するステップ、
塗布した層の粘度を低下させるためにリオトロピック液晶系(system)に外的衝撃を加えるステップ、
超分子を優先配向させるためにリオトロピック液晶系(system)に外的配向作用を加えるステップ、
超分子の優先配向を持つ成膜したリオトロピック液晶系(system)を少なくともその初期粘性値に戻らせるステップ、
前記リオトロピック液晶系(system)を乾燥するステップ、
を含む方法。 - 外的配向作用が液晶の層の塗布と同時に適用される、請求項18の方法。
- 偏光子を水不溶性にするために、乾燥した成膜層をさらに二価または三価金属塩の溶液で処理する、請求項18または19の方法。
- 少なくとも部分結晶性である、請求項15〜17の光学異方性フィルム。
- 面間隔が光学軸の1つに沿っておよそ3.1〜3.7Å程度の範囲にある、請求項21の光学異方性フィルム。
- 少なくとも2つの異なる置換基を持つ少なくとも2つの前記アセナフト[1,2-b]キノキサリンスルホ誘導体を含む、請求項15〜17の異方性フィルム。
- 複屈折性である、請求項21〜23の異方性フィルム。
- 偏光性である、請求項21〜24の異方性フィルム。
- 構造式が、以下の構造I、IIA〜VIIIおよびそれらの任意の組合せからなる群より選択される、請求項5のリオトロピック液晶系(system):
また、構造I、IIA〜VIIIのそれぞれについて、
XおよびYは、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、Cl、Br、OH、OCOCH3、NH2、NHCOCH3、NO2、F、CF3、CN、OCN、SCN、COOH、およびCONH2からなる群より個別に選択され、
Mは対イオンであり、そして
jは分子中の対イオン数である]。 - 構造式が、以下の構造I、IIA〜VIIIおよびそれらの任意の組合せからなる群より選択される、請求項15の光学異方性フィルム:
また、構造I、IIA〜VIIIのそれぞれについて、
XおよびYは、CH3、C2H5、OCH3、OC2H5、Cl、Br、OH、OCOCH3、NH2、NHCOCH3、NO2、F、CF3、CN、OCN、SCN、COOH、およびCONH2からなる群より個別に選択され、
Mは対イオンであり、そして
jは分子中の対イオン数である]。
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