JP4721536B2 - フルオロカルボン酸フェニルエステル化合物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な化合物に関し、詳しくは、低電圧駆動STN液晶組成物及びTFT液晶組成物に有用な性質を与える新規なフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
液晶の電気光学的効果を利用した液晶表示素子の普及につれ、これらの用途に適した特性を有する液晶材料が求められている。液晶表示素子に用いられる液晶材料に要求される特性としては次に示す(1)〜(5)等がある。
【0003】
(1)液晶の物理的、化学的安定性が大きいこと。
(2)室温を含む広い温度範囲で液晶相を示すこと。
(3)広い温度範囲で応答性がよいこと。
(4)駆動回路との整合性がよいこと。
(5)光学的異方性が光学的要請にかなった値であること。
【0004】
このような特性を全て満足する単一の液晶化合物は現在のところ知られておらず、数種類の液晶化合物を混合した液晶組成物として上記の諸物性を満足させようとしているのが現状である。
【0005】
現在、STN型及びTFT型液晶セルは、カラー化、携帯用通信機器用へ向けて開発が進められており、それに伴い、動画対応への高速応答化、低電圧駆動化が求められている。これらの要求に対応するために液晶組成物には、誘電率の異方性(Δε)の大きいこと、屈折率の異方性(Δn)の大きなこと、CN点が低く、NI点が高い、即ち広い範囲で液晶相を示すこと、粘度が小さいことが求められている。
【0006】
しかし、従来知られている誘電率の異方性(Δε)及び/又はNI点を大きくする化合物は、液晶組成物に混合すると粘度を大きく増加させるものであるため、低粘度と高誘電化、高NI点化を満たす液晶組成物が求められている。
【0007】
例えば、特開昭60−112741号公報、特開63−185936号公報等には、ニトロ基を有する多環化合物が提案されているが、いずれも上記要求に対して未だ満足のいく化合物ではなかった。
【0008】
従って、本発明の目的は、液晶組成物に対し、粘度を大きく増加させることなく、高いΔε、広い範囲で液晶相を示す高いNI点を与える新規な液晶材料を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ある種のフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物が、上記の目的を達成するのに有効であることを知見し、本発明に到達した。
【0010】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、下記一般式(I)で表されるフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物を提供するものである。
【化2】
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物について詳述する。
【0012】
本発明の化合物の上記一般式(I)で示されるフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物において、Rで表される炭素数1〜8のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第二ブチル、第三ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、第三アミル、ヘキシル、ヘプチル、イソヘプチル、第三ヘプチル、n−オクチル、イソオクチル、第三オクチル、2−エチルヘキシル等が挙げられ、炭素数1〜8のアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、第二ブトキシ、アミルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ等が挙げられ、炭素数2〜8のアルケニル基としては、ビニル、1−メチルエテニル、2−メチルエテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル等が挙げら、炭素数2〜8のアルキニル基としては、エチニル、2−プロピニル等が挙げられる。Rがアルキル基であるものがNI点が高く好ましい。
【0013】
Xで表されるアルキレン基としては、エチレン、プロピレン、エチリデン、プロピリデン等が、アルケニレン基としては、ビニレン、プロペニレン等が、アルキニレン基としては、エチニレン、プロピニレン等が挙げられる。
【0014】
Cp Hq Fr は、特に、CH2CF3 がNI点が高く好ましい。
【0015】
一般式(I)におけるA及びBは各々独立に水素原子又はフッ素原子を表し、いずれか一方はフッ素原子であるものが誘電率異方性が大きいので好ましい。
【0016】
一般式(I)におけるnは、0〜5を表し、nが1又は2であるものがNI点が高く好ましい。
【0017】
上記一般式(I)で表される本発明のフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物は、より具体的には、下記一般式(II)〜(VII )等が挙げられる。
【0018】
【化3】
【0019】
【化4】
【0020】
【化5】
【0021】
【化6】
【0022】
【化7】
【0023】
【化8】
【0024】
本発明のフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物としては、上記一般式(II)、(III )又は(IV)で表されるものが、液晶相の温度範囲、誘電率の異方性、粘度等の性能がよいので好ましい。上記一般式(I)で示される化合物の中で、特に好ましい例を下記の化合物No.1〜No.7に示す。
【0025】
【化9】
【0026】
【化10】
【0027】
【化11】
【0028】
【化12】
【0029】
【化13】
【0030】
【化14】
【0031】
【化15】
【0032】
また、本発明のフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物において、その製造方法については、特に制限を受けることはなく、従来周知の方法に準じて製造することができる。
【0033】
本発明に係るフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物と混合され、液晶組成物として使用される液晶化合物は、特に制限されることはないが、ビフェニル系、エステル系、アゾキシ系、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル系、フェニルシクロヘキサン系、フェニルピリミジン系、フェニルメタジオキサン系、シアノビフェニル系、シアノターフェニル系、シアノビフェニルシクロヘキサン系、トラン系、エタン系等が挙げられ、これらは一種類又は複数混合して使用される。
【0034】
上記の液晶化合物は、例えば、下記一般式(VIII)のように例示することができる。
【0035】
【化16】
【0036】
上記一般式(VIII)で表される化合物の具体例としては、下記の各化合物等が挙げられる。尚、各化合物におけるY1 、Y2 、Y3 及びYは、上記一般式(VIII)におけるものと同じ意味である。
【0037】
【化17】
【0038】
上記構造式のうち、特に好ましい化合物をより具体的に以下に示す。
【0039】
【化18】
【0040】
本発明のフルオロカルボン酸フェニルエステル化合物の液晶組成物に対する添加量は、該液晶組成物総量に対して、好ましくは0.1〜100重量%、更に好ましくは1〜50重量%である。
【0041】
【実施例】
以下、製造例及び評価例をもって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の製造例及び評価例によって制限を受けるものではない。
【0042】
〔製造例1〕
(化合物No.1の製造)
【0043】
【化19】
【0044】
窒素気流下、4−( 4' −( 4" −ペンチルシクロヘキシル) −シクロヘキシル) −2, 6−ジフルオロフェノール2.3g、 3,3,3−トリフルオロプロピオン酸0.89g、N, N−ジメチルアミノピリジン0.07g、THF20mlの溶液にジシクロヘキシルカルボジイミド1.56gを加え、室温にて2時間反応させた。析出したウレアを濾過し、溶液を濃縮した後、シリカゲルカラム( 展開溶媒トルエン/へキサン) にて行い、晶析を酢酸エチル/メタノール混合溶媒にて行った。収量は2.2gであった。
【0045】
得られた化合物について、IR、 1H−NMR測定により構造を確認した。
・IR測定結果(cm-1)
2960、2920、2912、2846、1778、1520、1400、1265、1200、1103、1041、847
・ 1H−NMR測定結果(ケミカルシフト(ppm);多重度;プロトン数) ( 6.9〜6.8;dd;2h) 、( 3.7〜3.3;q;2h) 、( 2.6〜2.2;br;1h) 、( 2.1〜0.8;m;30h)
【0046】
また、得られた化合物の物性は以下の通りである。
・相転移温度 :CN点;73℃、NI点;190℃(112℃*)
・粘度(20℃):51cp*
・Δε :8.8*
・Δn :0.096*
*:下記評価例からの外挿法により算出した。以下の製造例についても同様である。
【0047】
製造例1と同様にして、化合物No.2及びNo.3を合成した。
【0048】
化合物No.2及びNo.3の物性値は、以下の通りであった。
化合物No.2
・相転移温度 :CN点;88.5℃、NI点;191.8℃(110℃*)
・粘度(20℃):55.8cp*
・Δε :8.9*
・Δn :0.096*
化合物No.3
・相転移温度 :NI点;104.4℃*
・粘度(20℃):50.4cp*
・Δε :9.1*
・Δn :0.089*
【0049】
〔製造例2〕
(化合物No.4の製造)
【0050】
【化20】
【0051】
4−( 2’−( 4”−ペンチルシクロヘキシル) エチル) −2−フルオロフェノール0.5g、3, 3, 3−トリフルオロプロピオン酸0.26g、N, N−ジメチルアミノピリジン0.02g、THF10ml、ジシクロヘキシルカルボジイミド0.424gにて製造例1と同様に行った。収量は0.45gであった。
【0052】
得られた化合物について、IR、 1H−NMR測定により構造を確認した。
・IR測定結果(cm-1)
2960、2916、2850、1770、1512、1381、1261、1204、1130、1092、845、633
・ 1H−NMR測定結果(ケミカルシフト(ppm);多重度;プロトン数)(7.1〜6.9;m;3)、(3.5〜3.3;q;2)、(2.7〜2.5;t;2)、(1.9〜0.8;m;23)
【0053】
また、得られた化合物の物性は以下の通りである。
・融点 :67.8℃
・相転移温度 :NI点;7.0℃*
・粘度(20℃):33cp*
・Δε :4.24*
・Δn :0.035*
【0054】
〔製造例3〕
(化合物No.5の製造)
【0055】
【化21】
【0056】
4−( 4' −( 4”−プロピルシクロヘキシル) −2’,6’−ジフルオロフェニル) −2, 6−ジフルオロフェノ−ル0.77g、3,3,3−トリフルオロプロピオン酸0.3g、N, N−ジメチルアミノピリジン0.026g、THF10ml、ジシクロヘキシルカルボジイミド0.564gにて製造例1と同様に行った。収量は0.65gであった。
【0057】
得られた化合物について、IR、 1H−NMR測定により構造を確認した。
・IR測定結果(cmー1)
2928、2851、1794、1639、1600、1412、1385、1281、1188、1103、1018、860
・ 1H−NMR測定結果(ケミカルシフト(ppm);多重度;プロトン数)(7.2〜6.9;dd;2)、(6.9〜6.7;dd;2)、(3.3〜3.7;q;2)、(2.6〜2.3;br;1)、(2.0〜0.7;m;16)
【0058】
また、得られた化合物の物性は以下の通りである。
・相転移温度 :CN点;99℃、NI点124℃(52℃*)
・粘度(20℃):62.4cp*
・Δε :12.5*
・Δn :0.096*
【0059】
〔製造例4〕
(化合物No.6の合成)
【0060】
【化22】
【0061】
4−(2’−(4”−(4’’’−ペンチルシクロヘキシル)シクロヘキシル)エチル)−2,6−ジフルオロフェノール2.0g、 3,3,3−トリフルオロプロピオン酸0.72g、N, N−ジメチルアミノピリジン0.062g、THF15mlの溶液にジシクロヘキシルカルボジイミド1.16gを加え、室温にて2時間反応させた。析出したウレアを濾過し、溶液を濃縮した後、シリカゲルカラム( 展開溶媒トルエン/へキサン) にて行い、晶析をヘキサン溶媒にて行った。収量は1.6g(収率62%)であった。
【0062】
得られた化合物について、IR、 1H−NMR測定により構造を確認した。
・IR測定結果(cm-1)
2920、2847、1778、1636、1601、1512、1447、1358、1300、1273、1196、1084、1042
・ 1H−NMR測定結果(ケミカルシフト(ppm);多重度;プロトン数) ( 6.9〜6.7;dd;2h) 、( 4.3〜4.25;q;2h) 、( 2.7〜2.5;q;2h) 、( 2.0〜0.7;m;33h)
【0063】
また、得られた化合物の物性は以下の通りである。
・相転移温度 :CN点;83.5℃、NI点;163.3℃(115℃*)
・粘度(20℃):48cp*
・Δε :2.7*
・Δn :0.096*
【0064】
〔製造例5〕
(化合物No.7の合成)
【0065】
【化23】
【0066】
4−(4’−プロピルシクロヘキシル)−2,6−ジフルオロフェノール2.0g、 3,3,3−トリフルオロプロピオン酸1.1g、N, N−ジメチルアミノピリジン0.09g、THF15mlの溶液にジシクロヘキシルカルボジイミド1.95gを加え、室温にて2時間反応させた。析出したウレアを濾過し、溶液を濃縮した後、シリカゲルカラム( 展開溶媒ヘキサン/酢酸エチル) にて行い、150℃/1.1mmHgで蒸留して晶析をメタノール溶媒にて行った。収量は1.1g(収率38%)であった。
【0067】
得られた化合物について、IR、 1H−NMR測定により構造を確認した。
・IR測定結果(cm-1)
2928、2855、1794、1632、1601、1520、1447、1416、1389、1362、1273、1196、1126、1096、1042
・ 1H−NMR測定結果(ケミカルシフト(ppm);多重度;プロトン数) ( 6.9〜6.7;dd;2h) 、( 4.7〜4.3;q;2h) 、( 2.6〜2.3;br;2h) 、( 2.0〜0.7;m;16h)
【0068】
また、得られた化合物の物性は以下の通りである。
・相転移温度 :NI点;−14℃*
・粘度(20℃):39.6cp*
・Δε :3.7*
・Δn :0.031*
【0069】
〔評価例〕
上記製造例によって得られた化合物No.1、No.2及びNo.3それぞれ10質量部と下記に示した配合の液晶組成物90質量部とを混合し、各種物性を測定した。結果を表1に示す。
【0070】
【化24】
【0071】
【表1】
【0072】
〔参考例〕
液晶組成物は要求される物性を満足するために、以下に示す液晶組成物のように、本発明の化合物を2種以上混合する等の多種の化合物を配合することが一般的に行われる。
【0073】
【化25】
【0074】
上記液晶組成物の物性は以下の通りである。
NI点 :86.7℃
粘度 :32.1cp
Δε :5.29
Δn :0.0883
【0075】
【発明の効果】
本発明は、液晶組成物に用いた場合に優れた物性を示す化合物及び該化合物が配合された液晶組成物を提供する。詳細には、本発明の化合物を用いることによって、粘度を大きく増加させることなく、高いΔεを示す新規な液晶材料を提供でき、特にnが1である化合物は、高いNI点を示し広い範囲で液晶相を示す液晶材料を提供することができる。
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