JP2508142B2 - 新規フッ素系シクロヘキセニルシクロヘキサン誘導体 - Google Patents

新規フッ素系シクロヘキセニルシクロヘキサン誘導体

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JP2508142B2 JP26453287A JP26453287A JP2508142B2 JP 2508142 B2 JP2508142 B2 JP 2508142B2 JP 26453287 A JP26453287 A JP 26453287A JP 26453287 A JP26453287 A JP 26453287A JP 2508142 B2 JP2508142 B2 JP 2508142B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気光学的表示材料として有用なフッ素系シ
クロヘキセニルシクロヘキサン誘導体に関する。
〔従来の技術〕
液晶表示セルの代表的なものにエム・シャット(M・
Schadt)等〔APPLIED PHYSICS LETTERS 18,127〜128(1
971)〕によって提案された電界効果型セル(フィール
ド・エフェクト・モード・セル)又はジー・エイチ・ハ
イルマイヤー(G・H・Heilmeier)等〔PROCEEDING OF
THE I.E.E.E.56 1162〜1171(1968)〕によって提案さ
れた動的光散型セル(ダイミック・スキャッタリング・
モード・セル)又はジー・エイチ・ハイルマイヤー(G
・H・Heilmeier)等〔APPLIED PHYSICS LETTERS 13,91
(1968)〕あるいはディー・エル・ホワイト(D・L・
White)等〔JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 45,4718(197
4)〕によって提案されたゲスト・ホスト型セルなどが
ある。
これらの液晶表示セルの中で現在主流をなすものは、
電界効果型セルの一種のTN型セルである。このTN型セル
においては、G.BauerによってMol.Cryst.Liq.Cryst.63,
45(1981)に報告されているように、セル外観を損う原
因となるセル表面での干渉縞の発生を防止するために、
セルに充填される液晶材料の屈折率の異方性(Δn)と
セルにおける液晶層の厚さ(d)μmの積を或る特定の
値に設定する必要がある。実用的に使用される液晶表示
セルでは、Δn・dの値が0.5、1.0、1.6又は2.2のいず
れかに設定されている。通常、Δn・dの値を0.5に設
定した場合、視角特性が良くなるという特徴があり、Δ
n・dの値を1.0、1.6又は2.2に設定した場合、正面か
らのコントラストが良くなるという特徴がある。従っ
て、どの方向からも見やすい視角特性を重視する液晶表
示セルの場合は、Δn・dの値を0.5に設定し、特に正
面からのコントラストを重視する液晶表示セルの場合
は、Δn・dの値を1.0、1.6又は2.2に設定するのが普
通である。
一方、実用的に使用されている液晶表示セルにおける
液晶層の厚さは、通常、6〜10μmの限定された範囲で
或る値に設定されるため、Δn・dの値を0.5に設定す
る場合は、Δnの値の小さな液晶材料が必要となり、Δ
n・dの値を1.0、1.6又は2.2に設定する場合は、逆
に、Δnの値の大きな液晶材料が必要となる。このよう
に、液晶表示セルの表示特性に応じてΔnの値が小さい
液晶材料とΔnの値が大きい液晶材料が必要とされる。
一方、実用可能な液晶材料の多くは、通常、室温付近
にネマチック相を有する化合物と室温より高い温度領域
にネマチック相を有する化合物から成る数種又はそれ以
上の成分を混合することによって調製される。現在実用
的に使用される上記の如き混合液晶の多くは、少なくと
も−30℃〜+65℃の全温度範囲に亘ってネマチック相を
有することが要求されているため、室温付近又は室温よ
り高い温度領域にネマチック相を有する化合物が必要と
されている。
また、TN型セルにおいては、混合液晶の誘電率の異方
性(Δε)が正である必要があるため、Δεの値が正の
ネマチック液晶化合物が必要とされている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明が解決しようとする問題点は、Δnの値が小さ
く、Δεの値が正で、室温付近又は室温より高い温度領
域にネマチック相を有する新規な液晶化合物を提供する
ことにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記問題点を解決するために、一般式 〔式中、Rは炭素原子数1〜9の直鎖状アルキル基を表
わし、 を表わし、Xは水素原子又はフッ素原子を表わし、 はトランス(エカトリアル−エカトリアル)配置であ
る。〕 で表わされる化合物を提供する。
本発明に係わる式(I)の化合物は、次の製造方法に
従って製造することができる。
〔上記式(II)〜(XII)におけるR及びXは夫々、式
(I)におけるR及びXと同じ意味をもつ。〕 第1段階−式(II)の化合物を、無水テトラヒドロフ
ラン(以下、THFという。)の如きエーテル系溶媒中
で、金属マグネシウム粉末と20〜30℃で1〜2時間反応
させて式(III)の化合物を製造する。
第2段階−式(III)の化合物の溶液に、式(IV)の
化合物の無水THF溶液を5〜20℃で加えて、更に10〜30
℃で30分間反応させた後、反応生成物を飽和塩化アンモ
ニウム水溶液で分解して式(V)の化合物を製造する。
第3段階−式(V)の化合物を、トルエンの如き水不
溶性不活性溶媒中で、p−トルエンスルホン酸の如き酸
性触媒の存在下に2〜8時間還流温度で反応させる。反
応混合物を冷却した後、有機溶媒層を飽和炭酸ナトリウ
ム水溶液及び飽和食塩水で順次洗浄し、乾燥した後、有
機溶媒を留去する。反応粗生成物をメタノールの如きア
ルコール系溶媒から再結晶させて式(VI)の化合物を製
造する。
第4段階−式(VI)の化合物を、エタノールの如きア
ルコール系溶媒中で、ラネー・ニッケルの如き水素化触
媒を加え、3kg/cm2以下の水素圧下に室温で6〜20時
間、接触還元して、式(VII)の化合物を製造する。
第5段階−式(VII)の化合物を、トルエンの如き不
活性溶媒中で、希硫酸の如き酸性水溶液と4時間還流温
度で反応させる。反応混合物を冷却した後、有機溶媒層
を水洗、乾燥し、この溶液から有機溶媒を留去する。反
応粗生成物をn−ヘキサンから再結晶させて精製して式
(VIII)の化合物を製造する。
第6段階−式(IX)の化合物を、無水ジエチルエーテ
ルの如きエーテル系溶媒中で、リチウムと還流温度で2
〜8時間反応させてリチウム塩とした後、これに式(VI
II)の化合物の無水ジエチルエーテルの如きエーテル系
溶媒の溶液を0〜15℃で加えて、更に5〜20℃で30分間
反応させる。反応混合物に水を加えて加水分解し、反応
生成物をトルエンで抽出し、抽出液を水洗、乾燥後、抽
出液から溶媒を留去して式(X)の化合物を製造する。
第7段階−式(X)の化合物を、n−ヘキサンに溶解
させ、この溶液を、アセトニトリル中でクロロトリメチ
ルシランとヨウ化ナトリウムから調製したヨードトリメ
チルシランのアセトニトリル溶液中に加えて5〜10℃で
30分間反応させた後、この反応混合物に1,8−ジアザ−
ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(以下、DBUとい
う。)の如き塩基を加えて、5〜30℃で5〜20時間反応
させる。反応混合物に水を加えた後、反応生成物をトル
エンで抽出し、抽出液を希塩酸、飽和酸性亜硫酸ナトリ
ウム水溶液、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩
水で順次洗浄し、乾燥した後、この抽出液から溶媒を留
去する。反応粗生成物をトルエンの如き溶媒中で、p−
トルエンスルホン酸の如き酸性触媒の存在下に還流温度
で1〜8時間反応させて、シクロヘキサン環をシス配置
からトランス配置に異性化させることにより、収率よく
式(I−a)及び式(I−b)の化合物の混合物を製造
することができる。反応終了後、トルエン層を飽和炭酸
水素ナトリウム水溶液及び飽和食塩水で順次洗浄し、乾
燥した後、この抽出液からトルエンを留去する。反応粗
生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによって
精製した後、更にエタノールから再結晶させて精製し、
この再結晶された混合物を液体クロマトグラフィーによ
って分離し、分離された化合物を更にエタノールから各
々再結晶させることによって、本発明に係わる式(I−
a)及び式(I−b)の化合物を製造する。
斯くして製造された本発明に係わる式(I)の化合物
の代表的なものの転移温度を第1表に掲げる。
本発明に係わる式(I)の化合物は、正の誘電率の異
方性を有するネマチック液晶化合物であり、従って例え
ば、負の誘電率の異方性を有する他のネマチック液晶化
合物との混合物の状態で動的光散乱型表示セルの材料と
して使用することができ、また正又は負の誘電率の異方
性を有する他のネマチック液晶化合物との混合物の状態
で電界効果型表示セルの材料として使用することができ
る。
このように、式(I)の化合物と混合して使用するこ
とのできる好ましい代表例としては、例えば4−置換安
息香酸4′−置換フェニルエステル、4−置換シクロヘ
キサンカルボン酸4′−置換フェニルエステル、4−置
換シクロヘキサンカルボン酸4′−置換ビフェニルエス
テル、4−(4−置換シクロヘキサンカルボニルオキ
シ)安息香酸4′−置換フェニルエステル、4−(4−
置換シクロヘキシル)安息香酸4′−置換フェニルエス
テル、4−(4−置換シクロヘキシル)安息香酸4′−
置換シクロヘキシルエステル、4−置換4′−置換ビフ
ェニル、4−置換フェニル−4′−置換シクロヘキサ
ン、4−置換4′−置換ターフェニル、4−置換ビフェ
ニル4′−置換シクロヘキサン、2−(4−置換フェニ
ル)−5−置換ピリミジンなどを挙げることができる。
式(I−a)の化合物No.3及び式(I−b)の化合物
No.4は、室温でネマチック相を示し、No.3の化合物のΔ
nの値は0.078、Δεの値は5.6であり、No.4の化合物の
Δnの値は0.075、Δεの値は5.6であった。
また、式(I−b)の化合物No.2の50重量%とNo.4の
50重量%から成る混合物は、26℃から73℃の間でネマチ
ック相を示し、過冷却状態の室温で測定したΔnの値は
0.082、Δεの値は4.6であった。
これらの結果から、本発明に係わる式(I)の化合物
は、室温付近の広い温度範囲にネマチック相を有し、Δ
nの値が小さく、しかもΔεとの値が正のネマチック液
晶混合物を調製するのに優れたものであることが理解で
きる。
実施例1 p−ブロモフルオロベンゼン29.2g(0.167モル)を無
水テトラヒドロフラン(以下、THFという。)120mlに溶
解し、この溶液を金属マグネシウム粉末4.46g(0.184グ
ラム原子)に攪拌しながら20〜30℃で滴下した後、更に
室温(25℃)で2時間反応させて、式 で表わされる化合物を得た。
次に、 で表わされる化合物20.0g(0.128モル)を無水THF40ml
に溶解させ、この溶液を上記反応で調整したグリニャー
ル試薬中に攪拌しながら10〜15℃で滴下した後、更に室
温で30分間反応させた。反応終了後、反応混合物を飽和
塩化アンモニウム水溶液中に加えた後、反応生成物をト
ルエンで抽出し、抽出液を水洗、乾燥後、この液から溶
媒を留去して、下記化合物を含む粗生成物36.1gを得
た。
この粗生成物をトルエン250mlに溶解し、この溶液に
p−トルエンスルホン酸・1水和物0.24g(0.0013モ
ル)を加えた後、これらを攪拌しながら還流温度で2時
間脱水反応を行なった。反応混合物を冷却した後、トル
エン層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液及び飽和食塩水
で順次洗浄し、次いで乾燥した後、トルエンを留去し
た。得られた反応生成物をメタノールから再結晶させて
精製し、下記化合物17.0g(0.073モル)を得た。(収率
57%) 次に、この化合物をエタノール170mlに溶解し、この
溶液に触媒量のラネー・ニッケルを加え、加圧下(3.0k
g/m2以下)室温で攪拌して水素化反応を行なった。反応
終了後、反応混合物から触媒を去した後、液からエ
タノールを留去して、下記化合物を含む粗生成物17.2g
を得た。
この粗生成物をトルエン70mlに溶解し、この溶液に10
%硫酸50mlを加えた後、攪拌しながら還流温度で4時間
反応させた。反応終了後、反応混合物を冷却し、トルエ
ン層を水洗、乾燥した後、トルエンを留去した。得られ
た粗生成物をn−ヘキサンから再結晶させて精製し、下
記化合物13.1g(0.0682モル)を得た。(収率93%) 次に、 で表わされる化合物6.5g(0.041モル)を無水ジエチル
エーテル26mlに溶解し、この溶液にリチウム0.57g(0.0
83グラム原子)を加えた後、攪拌しながら還流温度で5
時間反応させた。反応終了後、反応混合物を冷却し、こ
の反応混合物に、前段階で得られた で表わされる化合物7.1g(0.037モル)の無水ジエチル
エーテル溶液20mlを8〜12℃で滴下した後、更に室温で
30分間反応させた。反応混合物を冷水中に加えた後、反
応生成物をトルエンで抽出し、抽出液を水洗、乾燥した
後、溶媒を留去して下記化合物を含む粗生成物11.9gを
得た。
次に、ヨウ化ナトリウム17g(0.110モル)をアセトニ
トリル67mlに溶解し、この溶液にクロロトリメチルシラ
ン12g(0.110モル)を滴下して得た溶液中に、前段階で
得た粗生成物のn−ヘキサン溶液35mlを、攪拌下に5〜
10℃で滴下した後、更に同温度で30分間反応させた。反
応混合物にDBU20g(0.130モル)を10〜15℃で滴下した
後、更に室温(25℃)で19時間攪拌した。この反応混合
物に水を加えた後、反応生成物をトルエンで抽出し、抽
出液を希塩酸、飽和酸性亜硫酸ナトリウム水溶液、飽和
炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で順次洗浄し、
次いで乾燥した後、溶媒を留去して、反応粗生成物を得
た。
この反応粗生成物をトルエン50mlに溶解し、この溶液
にp−トルエンスルホン酸・1水和物0.10g(0.00053モ
ル)を加えた後、これらを攪拌しながら還流温度で8時
間異性化反応を行なった。反応混合物を冷却した後、ト
ルエン層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液及び飽和食塩
水で順次洗浄し、次いで乾燥した後、トルエンを留去し
て、反応粗生成物を得た。この反応粗生成物をシリカゲ
ルカラムクロマトグラフィーによって精製した後、エタ
ノールから再結晶させて精製し、下記の2種類の化合物
の混合物6.4g(0.021モル)を得た。(収率57%) この混合物は、54℃から96℃の間でネマチック相を示
した。
この混合物を高速液体クロマトグラフィーによって分
離した後、分離した化合物をエタノールから各々再結晶
させて精製し、下記化合物を各々得た。
実施例2 実施例1と同様にして下記の2種類の化合物の混合物
を得た。(全収率36%) この混合物は19℃〜57℃の間でネマチック相を示し、
室温で測定したΔnの値は0.076、Δεの値は5.3、しき
い値電圧は1.93Vであった。
この混合物を高速液体クロマトグラフィーによって分
離した後、分離した化合物をエタノールから各々再結晶
させて精製し、下記化合物を各々得た。
比較例1 (1−1)混合液晶の調製 母体液晶(A) (式中、シクロヘキサン環はトランス配置をあらわし、
「%」は「重量%」を表わす。)80重量%及び本発明の
一般式(I)の類似構造を有する式(M) で表わされる化合物20重量%からなる混合液晶(A−
M)を調製した。
同様にして、母体液晶(A)80重量%及び実施例1で
得られた第1表中の(No.1) の化合物20重量%からなる混合液晶(A−1)を調製し
た。
さらに同様にして、母体液晶(A)80重量%及び実施
例1で得られた第1表中の(No.2) の化合物20重量%からなる混合液晶(A−2)を調製し
た。
(1−2)対光性試験 オリジナル ハナウ(ORIGINAL HANAU)社製「サンセ
ット アクセラレイテッド エクスポジュアー テーブ
ル ユニット」(SUNTEST Accelerated Exposure Table
Unit) [光源:キセノンランプ1.1KW、光量(明るさ):150Kル
ックス、光量(エネルギー):830W/m2(λ=300〜830n
m)、光源から試料までの距離:230mm、照射時の試料の
環境温度:40℃] を用いて、上記(1−1)で得られた混合液晶(A−
M)、(A−1)及び(A−2)にUV光を照射し、各混
合液晶のN−I点の経時変化を測定した。
測定結果を第2表に示す。
第2表より、本発明の一般式(I)で表わされる化合
物と類似構造を有する式(M)を含有する混合液晶(A
−M)はUV光の照射に伴って、経時的にN−I点が顕著
に低下しているのに対して、本発明の一般式(I)で表
わされる化合物を含有する混合液晶(A−1)及び(A
−2)はUV光を50時間照射した後でも、N−I点転移温
度は照射前とほとんど変化していない。
〔発明の効果〕
本発明に係わる式(I)の化合物は、室温付近又は室
温より高い温度領域にネマチック相を有し、屈折率の異
方性Δnの値が極めて小さく、しかも誘電率の異方性Δ
εの値が正の液晶化合物である。
従って、本発明に係わる式(I)の化合物は、視角特
性に優れた液晶表示セルを作成するための材料として極
めて有用である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 〔式中、Rは炭素原子数1〜9の直鎖状アルキル基を表
    わし、 を表わし、Xは水素原子又はフッ素原子を表わし、 はトランス(エカトリアル−エカトリアル)配置であ
    る。〕 で表わされる化合物。
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