JP2766076B2 - 液晶性ドリステロール含有オルガノシロキサン - Google Patents

液晶性ドリステロール含有オルガノシロキサン

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶性ドリステリル基含有オルガノシロキ
サン、該化合物の製造法、該化合物を含有する右旋性の
フィルター材料および右旋性の光学素子に関する。
例えばノッチフィルターの場合のように、液晶性材料
の幾つかの光学的使用には、左円偏光ならびに右円偏光
を反射しうるために、右旋性のらせん構造を有するコレ
ステリック相および左旋性のらせん構造を有するコレス
テリック相が必要である。
この場合、左旋性のらせん構造を有するフィルターに
ついては、しばしばコレステリン化合物、即ちステロイ
ド化合物に遡及し、このステロイド化合物はキラリティ
ーとともに十分なメソゲン性、即ち、十分に液晶相を形
成しやすい傾向を伴い、その結果安定な中間相が得られ
る。これには例えば、米国特許第4410570号明細書の記
載から公知のコレステリル基を有する環状オルガノシロ
キサンが適当である。
従来、右旋性のらせん構造を有するフィルターの製造
の場合、非ステロイド分子に遡及されたが、この分子は
多様な欠点を有する。
M.L.Tsai,S.H.Chen,S.D.Jacobs,Appl.Phys.Lett.,54,
2395、1989の記載から、変性されたヒドロキシプロピル
セルロースは不十分な中間相安定性を有し、かつポリ−
ベンジル−グルタメートが長時間安定性にとって低すぎ
る−25℃のガラス転移温度を有することは、公知であ
る。
エステルが右旋性のらせん構造を生じる、唯一公知の
ステロールは、米国特許第3907406号および同第3888892
号明細書に記載された、式1: のコレスト−8(14)−エン−3β−オールであり、以
下簡単にドリステロールと呼ばれる。前記の化合物は、
ドリステロールの脂肪族エステル、ハロゲン誘導体また
は炭酸塩誘導体であり、これらの化合物は一方で僅かな
中間相の幅を有するだけであり、他方では、室温での結
晶状態に基づいて、高められた温度でだけ使用されるこ
とができる。
本発明の課題は、室温で安定なコレステリック相を有
し、右旋性の偏光を選択的に反射することを可能にし、
かつその反射波長が十分に温度に無関係であるような右
旋性のらせん構造を有する液晶性材料を提供することで
あった。さらにこの材料はできるだけ高いらせんねじり
力(helical twisting power)(htp)、即ち、らせん
のねじれ構造を形成しやすい傾向を有すべきであり、そ
の結果、高価なカイラル成分の含量を低く選択すること
ができる。
前述の課題は、本発明により、一般式2: [BopqSiO(4-o-p-q)/2] (2) 〔式中、 RはC1〜C4−アルキル基またはフェニル基を表わ
し、 oは0〜3の値の整数を表わし、 pは0〜3の値の整数および0.8〜2.2の平均値を表わ
し、 qは0〜3の値の整数を表わし、およびo、pおよび
qの合計は最大で3であり、 Bは次の置換基(a)および(b): 置換基(a)−R1−O−A1-COO-dor、 置換基(b)−R1−O−A1−(A2m−COO-A3
(A4n-A5、 (この場合、 R1は式:Cyxの基を表わし、但し、 yは0〜20の値の整数を表わし、 xは2yの値を有するか、または、yが少なくとも2で
ある場合には(2y−2)の値を有していてもよく、 A1、A2、A3およびA4は同一かまたは異なった2結
合性の基、即ち1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシ
レン基、炭素原子1〜10個を有する置換アリーレン基お
よび炭素原子1〜10個を有する置換シクロアルキレン基
を表わし、 A5は同一かまたは異なった、それぞれ炭素原子1〜1
6個を有する飽和またはオレフィン性不飽和アルキル
基、アルコキシ基またはシクロアルキル基;ハロゲン原
子、水素原子、ヒドロキシル基、ニトリル基、アクリル
オキシ基、(メト)アクリルオキシ基、(メト)アクリ
ルオキシエチレンオキシ基、(メト)アクリルオキシジ
(エチレンオキシ)基、(メト)アクリルオキシトリ
(エチレンオキシ)基およびアルキル基がそれぞれ炭素
原子1〜8個を有するトリアルキルシロキシ基を表わ
し、 dorは3β位上に結合されたドリステリル基を表わ
し、 mおよびnは0または1を表わす)を意味している〕
で示される単位少なくとも2個から構成されている液晶
性オルガノシロキサンによって解決される。
本発明による液晶性オルガノシロキサンは、公知のド
リステロール誘導体と比較して僅かな結晶化の傾向、コ
レステリック相の安定化および拡大化を示し、かつ室温
でガラス状態で存在する。
コレステリック相はガラス転移温度を上回って配向さ
れた後、急冷によってガラス状態に保存されることがで
き、かつ室温で安定である。公知の右旋性のらせん構造
を有する材料と比較して、本発明による液晶性オルガノ
シロキサンの高いガラス点は、凍結されたコレステリッ
ク相中で室温での高い安定性を生じさせる。
本発明による液晶性オルガノシロキサンは、公知の低
分子ドリステリル化合物よりも明らかに広い中間相を有
する。例えば本発明による液晶性環状オルガノシロキサ
ンの場合、平均値は約g30★130iであり、一方、例えば
ドリステリルプロピオネートはk80.5n★83.5iの値を有
し、かつドリステリルベンゾエートはk111n★140.5iの
値を有する。
本発明による液晶性オルガノシロキサンは、低分子ド
リステリル誘導体よりも明らかに高いhtpを有し、ひい
てはドリステリル基1個につきより良好な旋光性を有
し、従って、同等の光学的作用を達成するために、少な
い量のドリステロール化合物を使用しなければならな
い。米国特許第4410570号明細書に記載された、コレス
テリル基を有する環状オルガノシロキサンは、相応する
低分子コレステリン化合物と比較して、これ以下のhtp
を示す。
有利に液晶性オルガノシロキサンは、ドリステリル基
とともになお、右らせん構造のフィルターの事後のラジ
カル架橋またはイオン架橋を可能にする他のメソゲン性
基を含有する。
本発明による液晶性オルガノシロキサン中のドリステ
リル基の含量およびドリステリル基と他のメソゲン性基
との割合を変化させることによって、選択的に作用する
反射の反射波長は調節されることができる。htp値が大
きいことに基づいて、可視領域での反射を維持するため
には、オルガノシロキサン中に存在する全てのメソゲン
性基に対して、ドリステリル基10〜20モル%の含量が必
要とされるだけであり、その一方相応するコレステリン
含有オルガノシロキサンの場合には、コレステリル基40
〜50モル%が必要とされる。
ドリステリル基は有利に他のメソゲン性基を介してシ
ロキサン骨格に結合されている。“メソゲン性基(meso
gene Gruppen)”の概念は、当業界では十分に知られて
いる。これらは1分子中で液晶性の性質を誘発させるこ
とができるような基である。
メソゲン性基の例は、シクロヘキサンの誘導体、例え
ばシクロヘキシルカルボン酸シクロヘキシルエステル、
シクロヘキシルカルボン酸フェニルエステル、シクロヘ
キシルベンゾール、ジシクロヘキシル誘導体、スチルベ
ンの誘導体、安息香酸フェニルエステルおよびその誘導
体、ステロイド、例えばコレステリン、その誘導体、例
えばコレステリンエステル、コレスタンおよびその誘導
体、ベンジリデンアニリン、アゾベンゾールおよびその
誘導体、アゾキシベンゾールおよびその誘導体、ビフェ
ニルのアルキル誘導体およびアルコキシ誘導体、シッフ
塩基である。
しばしば使用技術的な理由から望まれることは、液晶
中での高い誘電異方性効果を達成するため、メソゲン性
基が極性官能基、例えばニトリル基を含有することであ
る。
基Rは、C1〜C4−アルキル基、例えばメチル基、エ
チル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル
基、イソブチル基、第三ブチル基およびフェニル基、殊
にメチル基である。
置換されたアリーレンおよびシクロアルキレンである
1、A2、A3およびA4の置換基としては、ハロゲン原
子、C1〜C4−アルコキシ基、ニトロ基およびシアノ
基、C1〜C6−アルキル基、カルボキシ−(C1〜C4
アルキル)基およびトリ−(C1〜C4−アルキル)−シ
ロキシ基が有利である。
基A5の例は、アルキル基、例えばメチル基、エチル
基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、
イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペ
ンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、ヘキシル
基、例えばn−ヘキシル基、ヘプチル基、例えばn−ヘ
プチル基、オクチル基、例えばn−オクチル基およびイ
ソオクトル基、例えば2,2,4−トリメチルペンチル基、
ノニル基、例えばn−ノニル基、デシル基、例えばn−
デシル基、ドデシル基、例えばn−ドデシル基、ヘキサ
デシル基、例えばn−ヘキサデシル基;シクロアルキル
基、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シク
ロヘプチル基およびメチルシクロヘキシル基;アルキル
オキシ基、例えばメトキシ基、エトキシ基、n−プロポ
キシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、s−ブト
キシ基およびt−ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキソキ
シ基、オクトキシ基、デコキシ基、ヘキサデコキシ基;
フッ素原子、塩素原子または臭素原子;水素原子;ヒド
ロキシル基及びニトリル基である。
本発明による液晶性オルガノシロキサンは、オルガノ
シロキサンおよび/またはオルガノシロキサンに縮合可
能なオルガノシランと、メソゲン性基を有するアルケン
またはアルキンとを反応させることによって製造される
ことができ、この場合、オルガノシロキサンおよび少な
くともオルガノシランの一部は珪素に直接結合された水
素原子少なくとも1個を有する。
前記の一般式2の液晶性オルガノシロキサンを製造す
る方法の場合には、一般式14: [Rpq+oSiO(4-o-p-q)/2] (14) で示される単位から構成されているオルガノシロキサン
に、一般式(A)および(B): −R2−O−A1-COO-dor (A)、 −R2−O−A1−(A2m−COO-A3−(A4n−A
5 (B)、 〔この場合、 R2は式:Cyxの基を表わし、但し、 xは2y−1または2y−3の値を有し、 R、o、p、q、A1、A2、A3、A4、A5、m、nお
よびdorは請求項1記載の意味を有する〕で示されるメ
ソゲン化合物を添加する。
直接珪素に結合した水素原子を有するオルガノシロキ
サンおよび/またはオルガノシロキサンに縮合可能なオ
ルガノシランと、メソゲン性基を有するアルケンまたは
アルキンとの反応は、自体公知の方法で、例えば溶剤、
例えば炭化水素、エーテル、または金属または触媒とし
ての白金類の化合物とのエステル中で、加水分解するこ
とによって行なわれる。適当な加水分解の方法は、例え
ば欧州特許出願公開第466183号明細書およびJ.Kuepfer,
H.Finkelmann;Makromol.Chem.,Rapid Commun,12.717、1
991に記載されている。
本発明による、一般式4のメソゲン性基中にメタクリ
ルオキシ基および/またはアクリルオキシ基を有するよ
うな液晶性オルガノシロキサンの製造には、欧州特許出
願公開第358208号明細書中に記載された方法が有利であ
る。
有利に加水分解の場合、直接珪素に結合した水素原子
1グラム原子当たり、式3および4の化合物0.1〜10モ
ル、殊に0.5〜2モルが使用される。
式(14)のシロキサンとして特に有利であるのは、該
化合物の単位の少なくとも90%までが式5〜10: [(CH32SiO] (5)、 [(CH3)HSiO] (6)、 [H2SiO] (7)、 [H(CH32SiO1/2] (8)、 [(CH33SiO1/2] (9)、 および[HSiO3/2] (10)、 で示されるものから構成されており、かつ1分子当たり
珪素原子2〜100個、殊に1分子当たり珪素原子2〜15
個を含有するようなものである。
本発明によるドリステロール含有オルガノシロキサン
は種々の方法で光学素子の中および偏光性色フィルタ
ー、殊にノッチフィルターとして使用されることができ
る。これらのフィルターは、光の右旋性に偏光された成
分を所定の前記されたスペクトル範囲内で反射すること
を可能にする。
前記の使用には、本発明によるオルガノシロキサン相
互の混合物ならびに本発明によるオルガノシロキサンと
他の液晶性材料との混合物または純粋なドリステロール
含有オルガノシロキサンが使用されてよい。殊にまた、
他の液晶性物質、特にまた左旋性のらせん構造を有する
材料との混合物も使用されてよく、これによって反射波
長の同調は、400nmの右旋性のらせん構造から、赤外の
右旋性のらせん構造を経て、ネマチック相(=エンドレ
スのピッチ)を経て、赤外の左旋性のらせん構造を経
て、400nmの左旋性のらせん構造にまで行なうことがで
きる。
液晶性オルガノシロキサン相互の混合物および他の液
晶性材料との混合物は、同様に本発明の対象である。
本発明による、一般式(A)および(B)のメソゲン
性基中にメタクリルオキシ基および/またはアクリルオ
キシ基を有する液晶性オルガノシロキサンは、三次元に
架橋されてよい。この架橋は有利に遊離基を用いて惹起
され、この遊離基は過酸化物によって、UV光によってま
たはUV光としての高エネルギーの電磁照射によって、ま
たは熱により得られる。しかし、架橋はまた直接珪素原
子に結合された水素原子含有架橋剤を用いて、前記の白
金金属触媒による触媒作用下に惹起されることもでき
る。触媒作用はカチオン性にも、またアニオン性にも行
なわれてよい。特に有利には、UV光による架橋である。
この架橋は欧州特許出願公開第358208号明細書中に記載
されている。
次の例中では、別に記しない限り、 a) 全ての量の記載は重量に対するものであり; b) 全ての圧力は0.10MPa(絶対)であり; c) 全ての温度は20℃であり; d) htp=らせんねじれ力(helical twisting powe
r); e) n★=コレステリック; f) g=ガラス状; g) k=結晶性; h) i=等方性。
例1 a) 4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸ドリステ
リルエステルの製造 コレスタジエン50gを、予め酢酸30mlを添加した無水
酢酸エチルエステル800ml中で溶解し、酸化白金1.5gの
添加後2Lの容積のオートクレーブ中に導入した。50℃お
よび水素圧10atmで水素化を行ない、24時間後に終了し
た。反応の終了後、触媒を濾別し、溶剤を回転除去し、
かつ得られたドリステロールをエタノールから再結晶さ
せた。収量:42.5g(88.5%)。物質の純度を1H-NMR分光
分析法および13C-NMR分光分析法によって保証した。4
−(プロペン−2−オキシ)安息香酸クロリド17gおよ
びドリステロール32gを無水トルオール200ml中で溶解
し、かつ還流しながら15時間加熱した。引続き溶剤を留
去し、残滓をエタノールから再結晶させた;収量:44.9g
(99%)、融点92℃(n★105i)。
b) 加水分解 4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸ドリステリル
エステル1g、4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸−
4′−フェニルフェニルエステル1.53gおよびペンタメ
チルシクロペンタシロキサン646mgを、無水トルオール2
0ml中で溶解し、ジシクロペンタジエン白金ジクロリド
(塩化メチレン中に1重量%)の溶液0.1mlを添加後1
時間100℃に加温した。50℃に冷却した溶液に4−(プ
ロペン−2−オキシ)安息香酸−(4−メタクリルオキ
シ)フェニルエステル1.45g、ヒドロキノン500ppmおよ
び他の触媒溶液0.1mlを添加し;この溶液を70〜80℃で
半時間撹拌した。反応の終了後、触媒をシリカゲルを充
填した短いカラム(全長=3cm、直径=3cm)上で分離さ
せ、生成物をエタノール中で沈澱させた。456nmの反射
波長(15.7μm-1のhtpに相応する)を有する物質2.8g
(60%)が得られた。物質は27℃でガラス転移温度を有
し、かつ126℃で透明点を有した。
例2 4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸ドリステリル
エステル1g、4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸−
4′−フェニルフェニルエステル1.81gおよびペンタメ
チルシクロペンタシロキサン733mgを、無水トルオール2
0ml中で溶解し、ジシクロペンタジエン白金シクロリド
(塩化メチレン中に1重量%)の溶液0.1mlを添加後1
時間100℃に加温した。50℃に冷却した溶液に4−(プ
ロペン−2−オキシ)安息香酸−(4−メタクリルオキ
シ)フェニルエステル1.65g、ヒドロキノン500ppmおよ
び他の触媒溶液0.1mlを添加し;この溶液を70〜80℃で
半時間撹拌した。反応の終了後、触媒をシリカゲルを充
填した短いカラム(全長=3cm、直径=3cm)上で分離さ
せ、生成物をエタノール中で沈澱させた。500nmの反射
波長(15.1μm-1のhtpに相応する)を有する物質2.4g
(46%)が得られた。物質は31℃でガラス転移温度を有
し、かつ136℃で透明点を有した。
例3 4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸ドリステリル
エステル1g、4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸−
4′−フェニルフェニルエステル2.69gおよびペンタメ
チルシクロペンタシロキサン1gを、無水トルオール20ml
中で溶解し、ジシクロペンタジエン白金ジクロリド(塩
化メチレン中に1重量%)の溶液0.1mlを添加後1時間1
00℃に加温した。50℃に冷却した溶液に4−(プロペン
−2−オキシ)安息香酸−(4−メタクリルオキシ)フ
ェニルエステル2.25g、ヒドロキノン500ppmおよび他の
触媒溶液0.1mlを添加し;この溶液を70〜80℃で半時間
撹拌した。反応の終了後、触媒を、シリカゲルを充填し
た短いカラム(長さ=3cm、直径=3cm)上で分離させ、
生成物をエタノール中で沈澱させた。681nmの反射波長
(15.8μm-1のhtpに相応する)を有する物質3.8g(55
%)が得られた。物質は23℃でガラス転移温度を有し、
かつ122℃で透明点を有した。
例4 a) 2−(プロペン−2−オキシ)−6−ナフタリン
カルボン酸ドリステリルエステル 2−(プロペン−2−オキシ)−6−ナフタリンカル
ボン酸クロリド3.2gおよびドリステロール5gを無水トル
オール40ml中に溶解し、還流しながら6時間加熱した。
粗製生成物を供給し、エタノールから再結晶させた;収
量5.6g(73%)、融点105℃(n★132i)。
b) ヒドロシリル化 2−(プロペン−2−オキシ)ナフタリンカルボン酸
ドリステリルエステル2g、4−(プロペン−2−オキ
シ)安息香酸−4′−フェニルフェニルエステル2.22
g、およびペンタメチルシクロペンタシロキサン1gを、
無水トルオール20ml中で溶解し、ジシクロペンタジエン
白金ジクロリド(塩化メチレン中に1重量%)の溶液0.
1mlを添加後1時間100℃に加温した。50℃に冷却した溶
液に4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸−(4−メ
タクリルオキシフェニルエステル2.27g、ヒドロキノン5
00ppmおよび他の触媒溶液0.1mlを添加し;この溶液を70
〜80℃で半時間撹拌した。反応の終了後触媒を、シリカ
ゲルを充填した短いカラム(全長=3cm、直径=3cm)上
で分離させ、生成物をエタノール中で沈澱させた。522n
mの反射波長(13.4μm-1のhtpに相応する)を有する物
質4.9g(65%)が得られた。物質は53℃でガラス転移温
度を有し、かつ147℃で透明点を有した。
例5 例1により製造された、456nmの反射波長を有するド
リステロール含有オルガノシロキサンと、555nmの反射
波長を有する相応するコレステリン含有オルガノシロキ
サンとを所定の重量比で混合した。混合物の重量分およ
び反射波長は次の表にまとめた。
比較例6 メルクーネマテン(Merck-Nematen )ZLI-1565中に
混入し、くさび形のセル中でグランジャン−カノ−転傾
線(Grandjean-Cano-Disklinationslinie)を測定する
ことによって、低分子ドリステロール化合物のhtp値を
測定した。ドリステロールは8〜9μm-1のhtpを有
し、4−(プロペン−2−オキシ)安息香酸ドリステリ
ルエステルは5μm-1のhtpを有した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クロイツァー, フランツ−ハインリヒ ドイツ連邦共和国 D―82152 マルテ ィーンスリート ヨゼフ―ゲルストナー ―シュトラーセ 14 (72)発明者 マウラー, ローベルト ドイツ連邦共和国 D―81371 ミュン ヘン ダンクルシュトラーセ 7 (56)参考文献 特開 昭56−79173(JP,A) 特開 昭57−165480(JP,A) 特開 昭60−252486(JP,A) 米国特許3888892(US,A) Chemical Abstract s,78(1973),97882. Chemical Abstract s,81(1974),105805 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07F 7/08 C09K 19/40 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式2: [BopqSiO(4-o-p-q)/2] (2) 〔式中、 RはC1〜C4−アルキル基またはフェニル基を表わし、 oは0〜3の値の整数を表わし、 pは0〜3の値の整数および0.8〜2.2の平均値を表わ
    し、 qは0〜3の値の整数を表わし、およびo、pおよびq
    の合計は最大で3であり、 Bは次の置換基(a)および(b): 置換基(a)−R1−O−A1-COO-dor、 置換基(b)−R1−O−A1−(A2m−COO-A3−(A
    4n-A5、 (この場合、 R1は式:Cyxの基を表わし、但し、 yは0〜20の値の整数を表わし、 xは2yの値を有するか、または、yが少なくとも2であ
    る場合には(2y−2)の値を有していてもよく、 A1、A2、A3およびA4は同一かまたは異なった2結合
    性の基、即ち1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレ
    ン基、炭素原子1〜10個を有する置換アリーレン基およ
    び炭素原子1〜10個を有する置換シクロアルキレン基を
    表わし、 A5は同一かまたは異なった、それぞれ炭素原子1〜16
    個を有する飽和またはオレフィン性不飽和アルキル基、
    アルコキシ基またはシクロアルキル基;ハロゲン原子、
    水素原子、ヒドロキシル基、ニトリル基、アクリルオキ
    シ基、(メト)アクリルオキシ基、(メト)アクリルオ
    キシエチレンオキシ基、(メト)アクリルオキシジ(エ
    チレンオキシ)基、(メト)アクリルオキシトリ(エチ
    レンオキシ)基およびアルキル基がそれぞれ炭素原子1
    〜8個を有するトリアルキルシロキシ基を表わし、 dorは3β位上に結合されたドリステリル基を表わし、 mおよびnは0または1を表わす)を意味している〕で
    示される単位少なくとも2個から構成されている液晶性
    オルガノシロキサン。
  2. 【請求項2】請求項1記載の液晶オルガノシロキサンを
    製造する方法において、一般式14: [Rpq+oSiO(4-o-p-q)/2] (14) で示される単位から構成されているオルガノシロキサン
    に、一般式(A)および(B): −R2−O−A1-COO-dor (A)、 −R2−O−A1−(A2m−COO-A3−(A4n−A
    5 (B)、 〔この場合、 R2は式:Cyxの基を表わし、但し、 xは2y−1または2y−3の値を有し、 R、o、p、q、A1、A2、A3、A4、A5、m、nお
    よびdorは請求項1記載の意味を有する〕で示されるメ
    ソゲン化合物を添加することを特徴とする、請求項1記
    載の結晶オルガノシロキサンの製造方。
  3. 【請求項3】請求項1記載の液晶性オルガノシロキサン
    を含有する右旋性のフィルター材料。
  4. 【請求項4】請求項1記載の液晶性オルガノシロキサン
    を含有する右旋性の光学素子。
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