JP4894226B2

JP4894226B2 - ハイドロキノン骨格を有する含フッ素液晶化合物の製造方法

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Publication number: JP4894226B2
Application number: JP2005316170A
Authority: JP
Inventors: 昌幸岩窪; 佳孝斉藤; 哲生楠本
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007119424A

Description

本発明は電気光学的液晶表示材料として有用な、ハイドロキノン骨格を有する含フッ素液晶性化合物の製造法に関する。

液晶表示素子は、低電圧作動、薄型表示等の優れた特徴から現在広く用いられている。液晶表示素子の表示方式として近年、垂直配向方式、IPS（インプレインスイッチング）等の表示方式が新たに実用化されてきた。垂直配向方式は液晶分子の垂直配向を利用して視野角の改善を図った方式であり、誘電異方性値が負の液晶組成物が使用される。またIPSは、ガラス基板に対して水平方向の横電界を用いて液晶分子をスイッチングさせることで視野角の改善を図った方法であり、誘電異方性値が正又は負の液晶組成物が使用される。このように、視野角改善のために有効な表示方式である垂直配向方式及びIPSには誘電率異方性値が負である液晶化合物ならびに液晶組成物が必要であり、強く要望されるようになってきた。従来、誘電率異方性が負の液晶組成物は、2,3-ジフルオロフェニレン基を有する化合物（特許文献１参照）が主として用いられてきた。しかしながら、この化合物を用いた液晶組成物は誘電率異方性の絶対値が十分大きくない問題を有していた（特許文献２参照）。

一般にフッ素の隣接に酸素原子を配置すると双極子モーメントが増大することが一般に知られている。そのことから2,3-ジフルオロジアルキルハイドロキノンは大きな誘電率異方性を有すると考えられる。この骨格の構築法として、モノアルキルハイドロキノンとハロゲン化アルキルと塩基存在下での反応が知られている（特許文献３参照）。

しかしながら、モノアルキルハイドロキノンの合成は、必ずしも容易ではなく、例えば、L¹及びL²がフッ素原子の場合は、低温でブチルリチウムでフッ素の隣接位をリチオ化し、さらに酸化して水酸基に誘導している（特許文献４参照）。

しかしながら、当該方法ではブチルリチウム等の発火性のある有機金属反応剤を低温使用する必要があり、扱いが困難で冷却設備に費用がかかる等の問題を有していた。さらに、酸化に過酸化水素等の扱いの難しい反応剤を使用する必要があることから、目的物を効率的に製造することは必ずしも容易ではなかった。又、L²が水素原子の場合等、フッ素原子の置換位置によっては、リチオ化が困難であり水酸基の導入も容易ではなかった。

一方、単純な構造を有する4-アルコキシハロゲン化ベンゼンは、アルコキシベンゼンを臭素やヨウ素を用いて直接ハロゲン化し、ハロゲン化ベンゼンと脂肪族アルコールを遷移金属を用いてクロスカップリングさせることにより合成することが可能である（非特許文献１及び２参照）。

しかしながら、複雑な構造を有するハイドロキノン骨格を有する液晶化合物の製造に応用することは、必ずしも容易では無い。以上のように、ハイドロキノン骨格を有する液晶化合物の効率的且つ容易な製造方法の開発が求められていた。

特表平２−５０３４４１号公報（８頁）特開平１０−１７６１６７号公報（１０頁）特許２５６７２８８号公報（５頁）欧州特許出願公開０３６３４５８号明細書ジャーナルオブアメリカンケミカルソサエティ（Journal of the American Chemical Society），１２３巻，ｐ.１０７７０−１０７７１，２００１年．オルガニックレタース（Organic Letters），４巻，ｐ.９７３−９７６，２００１年．

本発明が解決しようとする課題は、ハイドロキノン骨格を有する含フッ素アルコキシベンゼン誘導体の簡便な製造法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、4-アルコキシハロゲン化ベンゼンとアルコールを原料とし、遷移金属を用いてクロスカップリング反応させることにより、ジアルキルハイドロキノンが容易に合成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、一般式(１)

(式中、R¹は、水素原子、炭素数1〜15のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数1〜15のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数2〜15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立してO原子が相互に直接結合しないものとして -O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-又は-OCO-O-により置き換えられても良く、
A¹は、
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -O- 及び又は -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -N- に置き換えられてもよい)
(c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCN又はハロゲンで置換されていても良く、aは0又は1であり、さらにR¹-A¹-は、

（nは1又は2を示す。）であっても良く、
Z¹は-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CH₂CH₂-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-CH=CH- 又は単結合を表し、
Xは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、トリフルオロメタンスルホネート、メタンスルホネート、p-トルエンスルホネート、ホウ酸、三フッ化ホウ素、ジアルキルホウ素、トリアルキルシラン、モノ及びジアルコキシシラン、モノ及びジフルオロシランを表し、L¹、L²、L³及びL⁴はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表すが、L¹、L²、L³又はL⁴の少なくとも一つはフッ素原子を表す。)で表される化合物に、一般式(２)

(式中、R²は、水素原子、炭素数1〜15のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数1〜15のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数2〜15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立してO原子が相互に直接結合しないものとして -O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-又は-OCO-O-により置き換えられても良く、
A²は、
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -O- 及び又は -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -N- に置き換えられてもよい)
(c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCN又はハロゲンで置換されていても良く、さらにR²-A²-は、

（nは1又は2を示す。）であっても良く、bは0又は1であり、Z²は-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CH₂CH₂-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-CH=CH- 又は単結合を表す。）で表されるアルコールを縮合反応させることを特徴とする一般式(３)

(式中、R¹、A¹、Z¹、a、L¹、L²、L³、及びL⁴は一般式（１）と同じ意味を表し、R²、ｂ、A²及びZ²は一般式(２)と同じ意味を表す。)で表されるハイドロキノン誘導体の製造方法を提供する。

本願発明の製造方法は、発火性や爆発性を有する扱いの困難な反応試薬を使用せず、反応に低温設備を必要としないため、従来製造が困難であったハイドロキノン骨格を有する含フッ素アルコキシベンゼン誘導体を簡便且つ効率的に製造することが可能である。本願発明の製造方法法により得られた化合物は、液晶表示素子の構成部材として有用である。。

以下に本発明について詳細に説明する。

一般式（１）においてR¹は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル基
又は炭素数1〜12のアルコキシル基を表すことが好ましく、具体的には
−CH₃、−CH₂CH₃、−(CH₂)₂CH₃、−(CH₂)₃CH₃、−(CH₂)₄CH₃、−(CH₂)₅CH₃、−(CH₂)₆CH₃、−(CH₂)₇CH₃、−CH=CH₂、−CH=CHCH₃(E体)、−(CH₂)₂CH=CH₂、−(CH₂)₂CH=CHCH₃(E体)、−(CH₂)₄CH=CH₂、−(CH₂)₄CH=CHCH₃(E体)、−OCH₃、−OCH₂CH₃、−O(CH₂)₂CH₃、−O(CH₂)₃CH₃又は−O(CH₂)₄CH₃を表すことが好ましい。A¹はトランス-1,4-シクロへキシレン基が特に好ましく、Z²は-CH₂O-、-OCH₂-、-CH₂CH₂-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-CH=CH- が好ましい。Xは塩素、臭素及びヨウ素が好ましいが、特にヨウ素が好ましい。

一般式（１）に示す化合物は、一般式（４）で表されるアルコキシベンゼン誘導体

(式中、R¹、A¹、Z¹、a、L¹、L²、L³、及びL⁴は一般式（１）と同じ意味を表す。)を直接ハロゲン化することにより容易に合成が可能である。適当な溶媒、例えばジクロロメタンや1,2-ジクロロエタン中で、適当な触媒、例えば、鉄、塩化銅、臭化銅、臭化亜鉛等のルイス酸、もしくは酢酸、塩酸、硫酸などのプロトン酸存在下で、臭素及びヨウ素と反応させることにより、対応する臭化ベンゼン及びヨウ化ベンゼンを得ることができる。

一般式(２)において、R²は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を表すことが好ましく、具体的には
−CH₃、−CH₂CH₃、−(CH₂)₂CH₃、−(CH₂)₃CH₃、−(CH₂)₄CH₃、−(CH₂)₅CH₃、−(CH₂)₆CH₃、−(CH₂)₇CH₃、−CH=CH₂、−CH=CHCH₃(E体)、−(CH₂)₂CH=CH₂、−(CH₂)₂CH=CHCH₃(E体)、−(CH₂)₄CH=CH₂、−(CH₂)₄CH=CHCH₃(E体)、−OCH₃、−OCH₂CH₃、−O(CH₂)₂CH₃、−O(CH₂)₃CH₃又は−O(CH₂)₄CH₃を表すことが好ましい。A²はトランス-1,4-シクロへキシレン基が好ましく、Z²は-CH₂-、-OCH₂CH₂-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH₂)₃-、-CH=CH-CH₂-、-CH₂-CH=CH- が好ましい。

一般式（１）及び一般式（２）の縮合は種々の条件下に行うことが可能であるが、塩基性条件下に実施することが好ましい。又、金属存在下に反応を行うことが好ましく、遷移金属存在下に反応を行うことがより好ましい。用いる遷移金属としては、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)、酢酸パラジウム(II)、塩化パラジウム(II)、パラジウムジアセトナイト(II)、塩化ニッケル(II)、ヨウ化銅(I)、酢酸銅(II)、酸化銅(II)等を用いることができるが、ヨウ化銅(I)、酢酸銅(II)、酸化銅(II)が好ましい。

配位子としては、多くの含窒素化合物、有機リン化合物を用いることができるが、含窒素の２座配位子が好ましく、特に1,10-フェナントロリン、2,2-ビピリジル、4-ジメチルアミノピリジンが好ましい。

塩基としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、炭酸水素ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、カリウム tert-ブトキシド、ナトリウムエトキシド、トリアルキルアミン、ピリジン等を用いることができるが、フッ化セシウム及び炭酸セシウムを用いることが好ましい。

溶媒としては、テトラヒドロフラン（THF）、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチルt-ブチルエーテル等のエーテル系溶媒やヘキサン、ヘプタン、オクタン等の飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン等の芳香族系溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド（DMF）、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒等の非プロトン性溶媒を単独又は混合して用いることができるが、飽和炭化水素及び芳香族系溶媒が好ましく、特にベンゼン、トルエン、キシレンを用いることが好ましい。

反応温度は溶媒の凝固点から還流温度範囲で行うことができるが、50℃から150℃が好ましい。

一般式（３）で表される化合物は多くの化合物を包含するものであるが、好ましい化合物として次に示す化合物を挙げることができる。

特に好ましい化合物として次に示す化合物を挙げることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。化合物の構造は、核磁気共鳴スペクトル(NMR)、質量スペクトル(MS)等により確認した。
（参考例） 2,3-ジフルオロ-4-（トランス‐4-ビニルシクロヘキシルメチルオキシ）ヨードベンゼンの合成

2,3-ジフルオロ-4-トランス‐4-ペンチルシクロヘキシルメチルオキシベンゼン（60 g）、ヨウ素（40 g）、通ヨウ素酸2水和物（8.2 g）を80％酢酸（200 mL）、濃硫酸（10 mL）、1,4-ジクロロエタン（100 mL）の混合溶媒中に溶解し、60℃で３時間攪拌した。室温に放冷後、10％亜硫酸ナトリウムで過剰のヨウ素を還元し、水を加え、トルエンで抽出した。有機層を合わせ、水、飽和炭酸水素ナトリウム溶液、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。再結晶にて精製し、2,3-ジフルオロ-4-（トランス‐4-ビニルシクロヘキシルメチルオキシ）ヨードベンゼン（80 g）を白色粉末として得た。
（実施例） 2,3-ジフルオロ-1-(トランス-4-ペンチルシクロヘキシル)メトキシ-4-(トランス-4-ビニルシクロヘキシル)メトキシベンゼンの合成。

窒素雰囲気下、2,3-ジフルオロ-4-（トランス‐4-ペンチルシクロヘキシルメチルオキシ）ヨードベンゼン（55 g）、トランス-4-ビニルシクロへキシルメタノール（37 g）、ヨウ化銅（4.9 g）、1,10-フェナントロリン1水和物（5.6 g）及び炭酸セシウム（98 g）のトルエン（200 mL）溶液を110℃で25時間攪拌した。室温に放冷後、10％塩酸を加えて、30分攪拌した後、セルロースを用いてろ過した。ろ液の有機層を分取し、水層をトルエンで抽出した。有機層を合わせ、水、飽和炭酸水素ナトリウム溶液、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。
シリカゲルカラムクロマトグラフィー及び再結晶にて精製し、2,3-ジフルオロ-1-(トランス-4-ペンチルシクロヘキシル)メトキシ-4-(トランス-4-ビニルシクロヘキシル)メトキシベンゼン（49 g）を白色粉末として得た。
相転移温度 C 63 N 101 I
MS m/z : 434 (M⁺)
¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃)
δ(ppm): 0.88 (t, J = 6.8 Hz, 3 H), 0.85‐1.35（ｍ, 17 H）, 1.67 2.00 (m, 11 H), 3.77 (t, J = 6.4 Hz, 4 H), 4.90 (d, J = 10.4 Hz, 1 H), 4.98 (d, J = 17.2 Hz, 1 H), 5.78 (ddd, J = 6.6 Hz, 10.4 Hz, 17.2 Hz, 1 H), 6.59 (d, J = 5.6 Hz, 2 H).
本願発明の製造方法は、扱いの困難な反応剤を使用せず、低温反応の設備を要することなく目的物を製造することが可能であった。
（比較例） 2,3-ジフルオロ-1-(トランス-4-ペンチルシクロヘキシル)メトキシ-4-(トランス-4-ビニルシクロヘキシル)メトキシベンゼンの合成。

窒素雰囲気下、2,3-ジフルオロ-4-トランス‐4-ペンチルシクロヘキシルメチルオキシベンゼン（120 g）のTHF（400 mL）にブチルリチウム（2.67 M、ヘキサン溶液、194 mL）を-50℃で滴下した。同温度で５時間攪拌した後に、同温度でほう酸トリメチル（54 g、0.52 mol）のTHF（100 mL）溶液を滴下した。滴下後、０℃まで２時間かけて昇温し、水（68 mL）を滴下した。30℃に昇温し、30％過酸化水素（68 mL）を加え、同温度で５時間攪拌した。20％亜硫酸ナトリウム水溶液で反応を停止させた。有機層を分離し、水層をトルエンで抽出した。有機層を合わせ、水、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、2,3-ジフルオロ-（4-トランス‐4-ペンチルシクロヘキシルメチルオキシ）フェノール粗生成物（143 g）を得た。
窒素雰囲気下、2,3-ジフルオロ-（4-トランス‐4-ペンチルシクロヘキシルメチルオキシ）フェノール粗生成物（78 g）、メタンスルホン酸トランス-4-ビニルシクロへキシルメチル（55 g）及びリン酸カリウム（69 g）のDMF（250 mL）溶液を90℃で５時間攪拌した。室温に放冷後、水を加え、トルエンで抽出した。有機層を合わせ、水、10％塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム溶液、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。
シリカゲルカラムクロマトグラフィー、及び再結晶にて精製し、2,3-ジフルオロ-1-(トランス-4-ペンチルシクロヘキシル)メトキシ-4-(トランス-4-ビニルシクロヘキシル)メトキシベンゼン（81 g）を白色粉末として得た。

比較例の方法では、発火性で扱いの困難なブチルリチウムを低温で使用しなければならす製造効率が実施例の方法に比べて劣るものであった。又、爆発性の過酸化物も使用する必要があり本願発明の方法よりこの点でも効率が悪かった。

Claims

水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、炭酸水素ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、カリウム tert-ブトキシド又はナトリウムエトキシド存在下、ヨウ化銅(I)、酢酸銅(II)又は酸化銅(II)存在下で、一般式(１)

(式中、R¹は、水素原子、炭素数1〜15のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数1〜15のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数2〜15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立してO原子が相互に直接結合しないものとして -O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-又は-OCO-O-により置き換えられても良く、
A¹は、
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -O- 及び又は -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -N- に置き換えられてもよい)
(c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCN又はハロゲンで置換されていても良く、aは0又は1であり、さらにR¹-A¹-は、

（nは1又は2を示す。）であっても良く、
Z¹は-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CH₂CH₂-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-CH=CH- 又は単結合を表し、
Xは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、トリフルオロメタンスルホネート、メタンスルホネート、p-トルエンスルホネート、ホウ酸、三フッ化ホウ素、ジアルキルホウ素、トリアルキルシラン、モノ及びジアルコキシシラン、モノ及びジフルオロシランを表し、L ¹ 、L ³ 及びL ⁴はそれぞれ独立してフッ素原子又は水素原子を表し、L ² はフッ素原子を表す)で表される化合物に、一般式(２)

(式中、R²は、水素原子、炭素数1〜15のアルキル基、少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数1〜15のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル基又は少なくとも一つのハロゲンにより置換された炭素数2〜15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個又は2個以上のCH₂基はそれぞれ独立してO原子が相互に直接結合しないものとして -O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-又は-OCO-O-により置き換えられても良く、
A²は、
(a) トランス-1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -O- 及び又は -S- に置き換えられてもよい)
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1個のCH₂基又は隣接していない2個以上のCH₂基は -N- に置き換えられてもよい)
(c) 1,4-シクロヘキセニレン、1,4-ビシクロ(2.2.2)オクチレン、ピペリジン-1,4-ジイル、ナフタレン-2,6-ジイル、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル及び1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル
からなる群より選ばれる基であり、上記の基(a)、基(b)、基(c)はCN又はハロゲンで置換されていても良く、さらにR²-A²-は、

（nは1又は2を示す。）であっても良く、bは0又は1であり、Z²は-COO-、-OCO-、-CH₂O-、-OCH₂-、-CH₂CH₂-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH₂)₄-、-CH=CH-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂-CH=CH- 又は単結合を表す。）で表されるアルコールを縮合反応させることを特徴とする一般式(３)

(式中、R¹、A¹、Z¹、a、L¹、L²、L³、及びL⁴は一般式（１）と同じ意味を表し、R²、ｂ、A²及びZ²は一般式(２)と同じ意味を表す。)で表されるハイドロキノン誘導体の製造方法。