JP4529053B2 - 新規金属錯体液晶化合物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次元導電体への応用、更に詳しくは電子写真感光体の電荷輸送物質、EL素子材料、イメージスキャナー材料、ホトリソグラフティブ材料、太陽電池材料、非線形光学材料、強磁性材料、ガスセンサー、触媒、配向膜等として有用な新規金属錯体液晶化合物に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に有機金属錯体は、触媒あるいは顔料に有用であることが知られており、この錯体が液晶相を示す時、触媒あるいは顔料等とは異なった新しい物理化学特性を示すことが知られている。
【0003】
またさらに、有機遷移金属錯体液晶は、太田等の報告(第20回液晶討論会講演予稿集P44等)にあるようにサーモクロミズムやエレクトロクロミズムのような多色性、錯体本来が持つ濃厚な有色性を利用した色素液晶への応用、強磁性体等への応用が期待できるものである。
【0004】
有機金属錯体液晶化合物としては、下記文献等で知られている。
【0005】
(1)Mol.Cryst.Liq.Cryst.、43、53(1977)
(2)Mol.Cryst.Liq.Cryst.、84、207(1982)
(3)Khim.Teknol.Krasheniya.Sint.Krasitelei.polim.matter.、
1981、60
(4)Dokl.Akad.Nauk SSSR、276、126(1984)
(5)Mol.Cryst.Liq.Cryst.、123、369(1985)
(6)Izv.Akad.Nauk SSSR、Ser.Khim.、1991、1232
(7)Izv.Akad.Nauk、Ser.Khim.、1988、491
(8)J.Am.Chem.Soc.104、5244、(1982)
(9)J.Mater.Chem.、4、537(1994)
(10)J.Phys.Chem.B、101(45)、9224、(1997)
【0006】
上記文献に記載された液晶相を示す金属錯体液晶化合物を下記に掲げる。
【0007】
【化2】
Figure 0004529053
【0008】
【化3】
Figure 0004529053
【0009】
【化4】
Figure 0004529053
【0010】
【化5】
Figure 0004529053
【0011】
【化6】
Figure 0004529053
【0012】
【化7】
Figure 0004529053
【0013】
【化8】
Figure 0004529053
【0014】
【化9】
Figure 0004529053
【0015】
【化10】
Figure 0004529053
【0016】
【化11】
Figure 0004529053
【0017】
しかしながら、上で示した従来の金属錯体液晶化合物は、それぞれ透明点で容易に熱分解するものが多く、しかも一次元導電性物質として有用なディスコティック カラムナー液晶相を示すものは少ない。そのためにディスコティック液晶を電子写真感光体、EL素子、イメージスキャナー等へ使用することができなかった。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、熱的に安定なディスコティック カラムナー液晶相を有する金属錯体液晶化合物を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、一般式(1)
【0020】
【化12】
Figure 0004529053
【0021】
(式中、Rは炭素原子数4〜20のアルキル基を表わし、Mは遷移金属を表わす。)
で表わされる新規な金属錯体液晶化合物を提供する。
【0022】
中でも、一般式(1)中のMがLuの場合は導電性を有する金属錯体液晶化合物を、MがEuの場合は蛍光特性を有する金属錯体液晶化合物を、MがTbの場合は強磁性を有する金属錯体液晶化合物を提供することができる。
【0023】
さらに、一般式(1)の金属錯体液晶化合物を、必要に応じて他の液晶化合物と併用して、ディスコティック カラムナー液晶組成物として提供することができる。
【0024】
本発明に係わる一般式(1)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。
【0025】
【化13】
Figure 0004529053
【0026】
(上記一般式(2)におけるXは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子を示し、一般式(3)におけるRは、一般式(1)におけるRと同じ意味を持つ)。
【0027】
第1段階として、一般式(2)で表される4,5−ジクロロフタロニトリル、4,5−ジブロモフタロニトリル、4,5−ジヨウドフタロニトリル等の4,5−ジハロゲン化フタロニトリルと1−アルキルチオールをジメチルスルホキシド(DMSO)等の極性溶媒に加え、窒素雰囲気下、約100°Cで加熱溶解し、これに炭酸カリウム粉末を加え、約100°Cで反応させる。反応混合物を室温まで冷却後クロロホルム、塩化メチレンのような塩素系溶媒で抽出し、抽出液を水洗、乾燥後、抽出液から溶媒を留去する。次に、反応生成物をn−ヘキサン等から再結晶させることにより、一般式(3)の化合物を製造することができる。
【0028】
第2段階として、1−ヘキサノ−ル中に第1段階で製造した一般式(3)の化合物、酢酸ルテチウム(III)四水和物、あるいは酢酸ユウロピウム(III)四水和物、あるいは酢酸テルビウム(III)四水和物と1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]−7−ウンデセン(DBU)を加え還流下で撹拌する。反応混合物を冷却後、生じた反応生成物をろ過しメタノールで洗浄後、担体としてシリカゲル、溶剤としてクロロホルムを使用してカラム精製し、更に担体としてバイオ-ビーズゲルSX−3単独、あるいはバイオ-ビーズゲルSX−1を併用し、溶剤としてTHFを使用してゲルろ過クロマトによる精製を行った後、酢酸エチル等を使用して数回再結晶を行い、本発明に係わる一般式(1)の化合物を製造することができる。
【0029】
【実施例】
以下、実施例で詳しく説明する。なお実施例中、1H−NMRの測定は溶媒としてCDCl3を、基準物質としてTMSを使用し、得られた主なスペクトルのケミカルシフトδ(ppm)を示し、( )内に順に多重度、スピン結合定数、水素数、帰属を示した。
【0030】
また、IR測定はKBr法にて測定を行い、得られた主なスペクトル吸収波数(cm-1)を示し、( )内に帰属を示した。元素分析値の( )内は計算値を表す。
【0031】
また、一般式(1)の化合物の各相への転移温度は温度調節機能付きの偏光顕微鏡(オリンパス BH2)で測定し、結晶構造解析はX線回折測定により行った。
【0032】
なお、相転移温度において、
Kは結晶相、
1は結晶相1,
2は結晶相2、
3Vは合成したままで何ら評価に供していない結晶相、
Mは新規液晶相、
Xは測定装置の限界を越えているため判別できない相、
Dhはディスコティック ヘキサゴナル カラムナー液晶相、
I.L.は等方性液体、
を表わす。
【0033】
(実施例1)
(1)4,5−ビスドデシルチオフタロニトリル(一般式(2)におけるR=C12H25の化合物)の合成
【0034】
100mlの三ツ口フラスコに乾燥したDMSO50ml、1−ドデシルチオール2.47g(12.2mモル)、4,5−ジクロロフタロニトリル1.00g(5.08mモル)とを加え、窒素雰囲気下で撹拌しながら100°Cに加熱し溶解後、炭酸カリウムの乾燥粉末を5分おきに1.40gずつ5回添加した。混合物を100°Cで30分撹拌後、室温まで放冷しクロロホルムで抽出し、抽出液を水洗後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、溶媒を留去した。次に、反応生成物をn−ヘキサンから再結晶して4,5−ビスドデシルチオフタロニトリルの結晶1.89gを得た。収率は71%であった。
【0035】
1H−NMR δ(ppm):0.88(t、J=5.1Hz、6H、CH3)、1.80−1.57(m、40H、CH2)、3.02(t、J=7Hz、4H、−CH2-S−)、7.41−7.26(m、2H、Ph)。
【0036】
IR(cm-1) νmax: 2900(CH2)、2250(CN)。
【0037】
(2)ビス[オクタキス(ドデシルチオ)フタロシアニナート]ルテチウム(III)(一般式(1)におけるR=C12H25、M=Luの化合物)の合成
【0038】
50mlの三ツ口フラスコに1−ヘキサノ−ル10ml、上で得られた4,5−ビスドデシルチオフタロニトリル0.50g(0.95mモル)、酢酸ルテチウム(III)四水和物0.06g(0.13mモル)および、DBU0.07g(0.48mモル)を加え7時間還流下で撹拌した。更に、酢酸ルテチウム(III)四水和物0.12g(0.26mモル)とDBU0.14g(0.96mモル)を2回に分けて添加し22時間還流下で撹拌した。反応混合物を冷却後、生じた反応生成物をろ過しメタノールで洗浄後、担体としてシリカゲル、溶剤としてクロロホルムを使用してカラム精製(Rf=1.00)、更に、担体としてバイオ-ビーズゲルSX−3、溶剤としてTHFを使用してゲルろ過クロマトによる精製後、酢酸エチルを使用して4回再結晶を行い暗緑色固体のビス[オクタキス(ドデシルチオ)フタロシアニナート]ルテチウム(III)0.15gを得た。収率は28%であった。
【0039】
IR(KBr、cm-1) νmax:2930、2850(CH2)、1590(ph)、745(S−CH2
【0040】
元素分析値(%)C:69.82(69.78)、H:9.73(9.52)、N:5.08(5.09)
【0041】
相転移温度(°C):
【0042】
【数1】
Figure 0004529053
【0043】
(実施例2)
(1)ビス[オクタキス(ドデシルチオ)フタロシアニナート]ユーロピウム(III)(一般式(1)におけるR=C12H25、M=Euの化合物)の合成
【0044】
50mlの三ツ口フラスコに1−ヘキサノ−ル10ml、実施例1で得られた4,5−ビスドデシルチオフタロニトリル0.90g(1.70mモル)、酢酸ユウロピウム(III)四水和物0.09g(0.23mモル)および、DBU0.13g(0.85mモル)を加え28時間還流下で撹拌した。更に酢酸ユウロピウム(III)四水和物0.09g(0.23mモル)とDBU0.13g(0.85mモル)を添加し16時間還流下で撹拌した。反応混合物を冷却後、生じた反応生成物をろ過しメタノールで洗浄後、担体としてシリカゲル、溶剤としてクロロホルムを使用してカラム精製(Rf=1.00)、更に、担体としてバイオ-ビーズゲルSX−3とSX−1、溶剤としてTHFを使用してゲルろ過クロマトによる精製後、酢酸エチルを使用して2回再結晶を行い暗緑色固体のビス[オクタキス(ドデシルチオ)フタロシアニナート]ユーロピウム(III)0.41gを得た。収率は44%であった。
【0045】
IR(KBr、cm-1) νmax:2930、2855(CH2)、1590(ph)、750(S−CH2
元素分析値(%)C:70.34(70.15)、H:9.80(9.57)、N:5.03(5.11)
【0046】
相転移温度(°C):
【0047】
【数2】
Figure 0004529053
【0048】
(実施例3)
(1)ビス[オクタキス(ドデシルチオ)フタロシアニナート]テルビウム(III)(一般式(1)におけるR=C12H25、M=Tbの化合物)の合成
【0049】
50mlの三ツ口フラスコに1−ヘキサノ−ル10ml、実施例1で得られた4,5−ビスドデシルチオフタロニトリル0.78g(1.48mモル)、酢酸テルビウム(III)四水和物0.08g(0.20mモル)および、DBU0.11g(0.74mモル)を加え16.5時間還流下で撹拌した。更に酢酸テルビウム(111)四水和物0.08g(0.20mモル)とDBU0.11g(0.74mモル)を添加し5時間環流下で撹拌した。反応混合物を冷却後、生じた反応生成物をろ過しメタノールで洗浄後、担体としてシリカゲル、溶剤としてクロロホルムを使用してカラム精製(Rf=1.00)、担体としてバイオ-ビーズゲルSX−3、溶剤としてTHFを使用してゲルろ過クロマトによる精製後、酢酸エチルを使用して4回再結晶を行い暗緑色固体のビス[オクタキス(ドデシルチオ)フタロシアニナート]テルビウム(III)0.34gを得た。収率は42%であった。
【0050】
IR(KBr、cm-1) νmax:2925、2860(CH2)、1590(ph)、750(S−CH2
元素分析値(%)C:69.89(70.04)、H:9.77(9.55)、N:5.13(5.11)
【0051】
相転移温度(°C):
【0052】
【数3】
Figure 0004529053
【0053】
(実施例4〜14)
一般式(1)における炭素原子数、中心金属Mをそれぞれ変え、実施例1〜3に準じて合成した結果を表1、2、3に示す。
【0054】
【表1】
Figure 0004529053
【0055】
【表2】
Figure 0004529053
【0056】
【表3】
Figure 0004529053
【0057】
以上、実施例に示したように本発明の金属錯体液晶化合物は、透明点(I.L.)でも安定であり、更にディスコティック カラムナー液晶相を有する金属錯体であることがわかる。
【0058】
【発明の効果】
本発明の金属錯体液晶化合物は、ディスコティック カラムナー液晶相を有する熱的に安定な化合物であることから、一次元導電性物質として有用であり、電子写真感光体の電荷輸送物質、EL素子材料、イメージスキャナー材料等として有用である。更に有機遷移金属錯体液晶であることから、サーモクロミズムやエレクトロクロミズムのような変色性、錯体本来がもつ濃厚な有色性を利用した色素液晶への応用、強磁性体への応用などが期待できる。

Claims (2)

  1. 一般式(1)
    Figure 0004529053
    (式中、Rは炭素原子数4〜20のアルキル基を表わし、MはLu、Eu又はTbを表わす。)で表わされることを特徴とする金属錯体液晶化合物。
  2. 請求項1記載の金属錯体液晶化合物を含有することを特徴とするディスコティック カラムナー液晶組成物。
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