JP5535578B2 - 不斉炭素原子と酸化還元反応を起こす部位と液晶性置換基とを有する化合物 - Google Patents
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Description
また、コレステリック液晶として広義には、一般的なLCDに利用されるツイスト構造をもつネマチック液晶(カイラルネマチック相)も含まれ、コレステリック液晶を用いた表示材料は、ドキュメント情報の表示や、イメージング情報の表示、更には光を電気的に制御する調光用途に用いられる。
式: λ=P・n
上記式中、Pはピッチ長を表し、nは液晶の平均屈折率を表す。
よって、この現象を利用した素子に好適な、酸化還元反応を起こすカイラルドーパントが望まれた。なお、新規なカイラルドーパントは、構造によっては他の機能を奏する場合があり、例えば紫外線吸収などの機能が挙げられる。
[1] 下記一般式(1)で表される化合物。
〔T1は、炭素数3〜8のアルキル基、又はシアノ基を表す。〕
zが2以上のとき、複数のB'は同一であっても異なっていてもよい。vが2以上のとき、複数のRは同一であっても、異なっていてもよい。
LとL’は同一でも異なってもよいが、wが0の場合には、LとL’は異なる連結基を示す。
このなかでも、Rdはアントラキノン又はアントラキノン誘導体であることが2電子以上の酸化又は還元を起こし、ホスト液晶との相互作用変化が大きくなるという観点から好ましく、またアントラキノン又はアントラキノン誘導体の場合には、一般式(1)で表わされる化合物は、紫外線吸収剤としても用いることができる。
またRdがアントラキノン又はアントラキノン誘導体の場合、一般式(1)中の−(B’)zの結合位置は、該アントラキノン又はアントラキノン誘導体の1位、2位、3位、又は4位であることが好ましく、≡C*-CH2-O-(L)x-(D)w-(L’)n-*1の結合位置が6位の時は、−(B’)zの結合位置は2位または3位であることが好ましい。ただし、−(B’)zがアリールチオ基である場合、−(B’)zの結合位置は1位又は4位が好ましい。
好適には、R1、R2、R3、R4、R5、R6及びR8は、各々独立に、水素原子、アリール基、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、エステル(―CO2−,―OCO−)、アミド(―NHCO−,−CONH−)、アリールチオ基、ハロゲン原子である。
またRdがフェロセン又はフェロセン誘導体の場合、一般式(1)中の−(B’)zの結合位置は、≡C*-CH2-O-(L)x-(D)w-(L’)n-*1の結合位置に対して、同じシクロペンタジエニル環上にあってもよいし、別のシクロペンタジエニル環上にあってもよい。同一環上の場合、*1の結合位置を1位とすると、−(B’)zの結合位置は3位または4位が好ましい。
好適には、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15及びR16は、各々独立に、水素原子、アルキル基、エステル(―CO2−)、アミド(−CONH−)である。
なお、ドーパントが2電子酸化及び2電子還元される化合物の場合には、1電子目の酸化還元電位が上記範囲内にあることを意味し、2電子目の酸化還元電位が上記範囲外であってもよい。
日本学術振興会第142委員会編、液晶デバイスハンドブック、日刊工業新聞社、1989年、第154〜192頁ならびに第715〜722頁に詳しい。
これらの置換基としては、下記の置換基群Vが挙げられる。
ハロゲン原子(例えば塩素、臭素、沃素、フッ素)、メルカプト基、シアノ基、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜10、好ましくは炭素数2〜8、更に好ましくは炭素数2〜5のカルバモイル基(例えばメチルカルバモイル、エチルカルバモイル、モルホリノカロボニル)、炭素数0〜10、好ましくは炭素数2〜8、更に好ましくは炭素数2〜5のスルファモイル基(例えばメチルスルファモイル、エチルスルファモイル、ピペリジノスルファモイル)、ニトロ基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のアルコキシ基(例えばメトキシ、エトキシ、2−メトキシエトキシ、2−フェニルエトキシ)、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12、更に好ましくは炭素数6〜10のアリールオキシ基(例えばフェノキシ、p−メチルフェノキシ、p−クロロフェノキシ、ナフトキシ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシル基(例えばアセチル、ベンゾイル、トリクロロアセチル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシルオキシ基(例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシルアミノ基(例えばアセチルアミノ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のスルホニル基(例えばメタンスルホニル、エタンスルホニル、ベンゼンスルホニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のスルフィニル基(例えばメタンスルフィニル、エタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8の置換又は無置換のアミノ基(例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ベンジルアミノ、アニリノ、ジフェニルアミノ、4−メチルフェニルアミノ、4−エチルフェニルアミノ、3−n−プロピルフェニルアミノ、4−n−プロピルフェニルアミノ、3−n−ブチルフェニルアミノ、4−n−ブチルフェニルアミノ、3−n−ペンチルフェニルアミノ、4−n−ペンチルフェニルアミノ、3−トリフルオロメチルフェニルアミノ、4−トリフルオロメチルフェニルアミノ、2−ピリジルアミノ、3−ピリジルアミノ、2−チアゾリルアミノ、2−オキサゾリルアミノ、N,N−メチルフェニルアミノ、N,N−エチルフェニルアミノ)、炭素数0〜15、好ましくは炭素数3〜10、更に好ましくは炭素数3〜6のアンモニウム基(例えばトリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム)、炭素数0〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のヒドラジノ基(例えばトリメチルヒドラジノ基)、炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のウレイド基(例えばウレイド基、N,N−ジメチルウレイド基)、炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のイミド基(例えばスクシンイミド基)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ)、炭素数6〜80、好ましくは炭素数6〜40、更に好ましくは炭素数6〜30のアリールチオ基(例えばフェニルチオ、p−メチルフェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、2−ピリジルチオ、1−ナフチルチオ、2−ナフチルチオ、4−プロピルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−ブチルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−ペンチルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−プロピルフェニル−2−エチニル−4’−ビフェニルチオ)、炭素数1〜80、好ましくは炭素数1〜40、更に好ましくは炭素数1〜30のヘテロアリールチオ基(例えば2−ピリジルチオ、3−ピリジルチオ、4−ピリジルチオ、2−キノリルチオ、2−フリルチオ、2−ピロリルチオ)、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、2−ベンジルオキシカルボニル)、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12、更に好ましくは炭素数6〜10のアリーロキシカルボニル基(例えばフェノキシカルボニル)、炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10の無置換アルキル基(例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、またここでは脂環式炭化水素(シクロヘキサンなど)も含まれる)、炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10の置換アルキル基{例えばヒドロキシメチル、トリフルオロメチル、ベンジル、カルボキシエチル、エトキシカルボニルメチル、アセチルアミノメチル、またここでは炭素数2〜18、好ましくは炭素数3〜10、更に好ましくは炭素数3〜5の不飽和炭化水素基(例えばビニル基、エチニル基1−シクロヘキセニル基、ベンジリジン基、ベンジリデン基)も置換アルキル基に含まれる}、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜15、更に好ましくは炭素数6〜10の置換又は無置換のアリール基(例えばフェニル、ナフチル、p−カルボキシフェニル、p−ニトロフェニル、3,5−ジクロロフェニル、p−シアノフェニル、m−フルオロフェニル、p−トリル、4−プロピルシクロヘキシル−4’−ビフェニル、4−ブチルシクロヘキシル−4’−ビフェニル、4−ペンチルシクロヘキシル−4’−ビフェニル、4−プロピルフェニル−2−エチニル−4’−ビフェニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜10、更に好ましくは炭素数4〜6の置換又は無置換のヘテロアリール基(例えばピリジル、5−メチルピリジル、チエニル、フリル、モルホリノ、テトラヒドロフルフリル)。
T1として好ましくは、炭素数1〜30、より好ましくは炭素数3〜20、更に好ましくは炭素数3〜10のアルキル基(例えば、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、ヒドロキシメチル、トリフルオロメチル、ベンジル、カルボキシエチル、エトキシカルボニルメチル、アセチルアミノメチル、またここでは炭素数2〜18、好ましくは炭素数3〜10の不飽和炭化水素基(例えばビニル基、エチニル基1−シクロヘキセニル基、ベンジリジン基、ベンジリデン基)も置換アルキル基に含まれる)をあげることができる);炭素数1〜30、より好ましくは炭素数3〜20、更に好ましくは炭素数3〜10のアルコキシ基(例えば、n−プロピルオキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシロキシ基をあげることができる);ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子)である。
T1で表されるアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基及びアシルオキシ基の置換基としては、置換基群Vのうち、ハロゲン原子(特に塩素原子、フッ素原子)、シアノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基又はアシル基であることが好ましい。
T1は、D2のいずれの部位に結合してもよいが、D2の4位(パラ位)に結合することが好ましい。
一般式(2)中、mは1〜3の整数を表し、好ましくは1又は2である。mが2又は3を表す場合、複数のD1はそれぞれ同一であっても、異なっていてもよく、複数のL1はそれぞれ同一であっても、異なっていてもよい。
一般式(2)中、kは1又は2である。kが2の場合、複数のD2はそれぞれ同一であっても、異なっていてもよい。
一般式(2)中、fは0〜2の整数であり、0又は1が好ましい。fが2以上の場合、複数のL1はそれぞれ異なる連結基を表す。
(I)e=1、f=0、m=1、k=1
(II)e=1、f=1、m=1、k=1
(III)e=1、f=0、m=2、k=1
(IV)e=2、f=1、m=1、k=1
(V)e=1、f=1、m=1、k=2
(VI)e=1、f=1、m=2、k=1
(VII)e=2、f=1、m=1、k=2
一般式(2)中、L3は2価の連結基を表す。好ましくは、エーテル基、エステル基(−COO−,−OCO−)、カルボニル基である。
一般式(2)中、iは1〜20の整数を表し、好ましくは1〜11である。
一般式(2)中、tは0〜4を表し、好ましくは1〜3である。tが2以上の場合、複数の((CH2)i−L3)は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、iは同数であっても、異なる数であってもよい。
一般式(1)におけるzは、0〜3の整数を表し、好ましくは0〜2の整数であり、より好ましくは0又は1であり、更に好ましくは1である。
一般式(1)におけるnは、0又は1を表す。
一般式(1)におけるwは、0又は1を表す。
一般式(1)におけるvは0〜5の整数を表し、好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0〜2の整数である。
本発明にかかる化合物は、以下のように合成することができる。
以下のスキームにしたがって、化合物(3)を合成した。
(s)−(+)−フェニルエタン−1,2−ジオール(東京化成製)(11.1g)、ジメチルアミノピリジン(和光純薬製)(10.2g)、t−ブチルジメチルシリルクロリド(東京化成製)(13.3g)の塩化メチレン溶液(200ml)に、氷冷下、トリエチルアミン(8.9g)を滴下し、室温で1時間攪拌した。更に加熱還流下、3時間攪拌した後、反応液を酢酸エチル/1N塩酸水に注加し、有機層を1N塩酸水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて濃縮した。濃縮残さをシリカゲルカラムクロマト精製(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/7)することにより化合物3a(15.4g)を得た。
化合物3a(12.0g)、trans−4−ペンチルシクロヘキシル安息香酸(13.0g)およびジメチルアミノピリジン(3.5g)の塩化メチレン溶液(400ml)に、ジシクロヘキシルカルボジイミド(11.8g)の塩化メチレン溶液(30ml)を滴下し、加熱還流下で2時間撹拌した。反応液を酢酸エチル/1N塩酸水に注加し、濾過後、有機層を1N塩酸水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて濃縮することで、化合物3bの粗生成物を得た。
化合物3c(0.5g)、アントラキノン−2−カルボン酸(東京化成製)(0.34g)およびジメチルアミノピリジン(97mg)の塩化メチレン溶液(20ml)に、ジシクロヘキシルカルボジイミド(0.32g)の塩化メチレン溶液(5ml)を滴下し、加熱還流下で2時間撹拌した。反応液を酢酸エチル/1N塩酸水に注加し、濾過後、有機層を1N塩酸水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧にて濃縮した。
濃縮残さをシリカゲルカラムクロマト精製(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/4)し、得られた粗結晶をイソプロピルアルコールから再結晶することにより化合物(3)(0.62g)を得た。
化合物(3)の同定は元素分析、NMRおよびMASSスペクトルにより行った。外観は薄黄色〜白色固体であった。
δ:0.82−0.94(3H,t)、0.94−1.14(2H,m)、1.15−1.51(11H,m)、1.78−1.92(4H,d)、2.42−2.56(1H,ddd)、4.705(1H,dd)、4.775(1H,dd)、6.48(1H,dd)、7.23(2H,d)、7.34−7.48(3H,m)、7.53−7.59(2H,m)、7.81−7.88(1H,m)、7.84(1H,d)、7.91(2H,d)、8.30−8.39(2H,m)、8.39(1H,d)、8.47(1H,dd)、9.01(1H,sd)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.89(3H,t)、0.93−1.13(2H,m)、1.15−1.52(7H,m)、1.80−1.91(4H,d)、2.50(1H,ddd)、4.705(1H,dd)、4.775(1H,dd)、6.48(1H,dd)、7.23(2H,d)、7.35−7.47(3H,m)、7.53−7.59(2H,m)、7.82−7.88(2H,m)、7.92(2H,d)、8.31−8.39(2H,m)、8.39(1H,d)、8.47(1H,dd)、9.01(1H,sd)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.90(3H,t)、0.94−1.13(2H,m)、1.13−1.52(9H,m)、1.80−1.91(4H,d)、2.49(1H,ddd)、4.705(1H,dd)、4.775(1H,dd)、6.48(1H,dd)、7.23(2H,d)、7.35−7.48(3H,m)、7.53−7.59(2H,m)、7.81−7.88(2H,m)、7.91(2H,d)、8.30−8.39(2H,m)、8.39(1H,d)、8.47(1H,dd)、9.01(1H,sd)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.72−1.43(21H,m)、1.52−1.80(7H,m)、1.85−2.00(2H,m)、2.21(1H,ddd)、4.475(1H,dd)、4.54(1H,dd)、6.33(1H,dd)、7.35−7.45(3H,m)、7.47−7.53(2H,m)、7.82−7.89(2H,m)、8.32−8.39(2H,m)、8.41(1H,d)、8.47(1H,dd)、9.00(1H,sd)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.82−0.94(3H,t)、0.94−1.14(2H,m)、1.15−1.53(11H,m)、1.80−1.92(4H,d)、2.50(1H,ddd)、4.67(1H,dd)、4.76(1H,dd)、6.41(1H,dd)、7.26(2H,d)、7.33−7.46(5H,m)、7.50−7.57(2H,m)、7.83−7.90(2H,m)、7.92(2H,d)、8.22(2H,d)、8.33−8.43(2H,m)、8.48(1H,d)、8.59(1H,dd)、9.13(1H,sd)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.73−1.45(21H,m)、1.50−1.82(7H,m)、1.86−2.01(2H,m)、2.21(1H,ddd)、4.405(1H,dd)、4.55(1H,dd)、6.27(1H,dd)、7.32−7.50(7H,m)、7.83−7.91(2H,m)、8.21(2H,d)、8.33−8.42(2H,m)、8.48(1H,d)、8.59(1H,dd)、9.14(1H,sd)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.82−0.93(3H,t)、0.93−1.13(2H,m)、1.15−1.61(11H,m)、1.78−1.90(4H,d)、2.40−2.54(1H,ddd)、4.04(5H,s)、4.37−4.42(2H,dd)、4.54−4.62(1H,dd)、4.68−4.78(1H,dd)、4.82−4.87(2H,ddd)、6.26−6.32(1H,dd)、7.21−7.29(2H,d)、7.32−7.46(3H,m)、7.50−7.57(2H,d)、7.92−7.98(2H,d)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.82−0.94(3H,t)、0.94−1.14(2H,m)、1.15−1.57(11H,m)、1.80−1.94(4H,d)、2.42−2.56(1H,ddd)、4.30(5H,s)、4.51(2H,dd)、4.60−4.78(2H,m)、4.96(2H,ddd)、6.35−6.42(1H,dd)、7.20−7.30(5H,dd)、7.32−7.45(3H,m)、7.48−7.57(2H,d)、7.86−7.98(2H,d)、8.15−8.21(2H,d)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.82−0.94(3H,t)、0.94−1.14(2H,m)、1.15−1.53(9H,m)、1.80−1.92(4H,d)、2.50(1H,ddd)、4.67(1H,dd)、4.76(1H,dd)、6.41(1H,dd)、7.26(2H,d)、7.33−7.46(5H,m)、7.50−7.57(2H,m)、7.83−7.90(2H,m)、7.92(2H,d)、8.22(2H,d)、8.33−8.43(2H,m)、8.48(1H,d)、8.59(1H,dd)、9.13(1H,sd)
1H−NMR(CDCl3)
δ:0.90(3H,t)、0.93−1.12(2H,m)、1.13−1.53(17H,m)、1.80−1.91(4H,d)、2.49(1H,ddd)、4.705(1H,dd)、4.775(1H,dd)、6.48(1H,dd)、7.23(2H,d)、7.35−7.47(3H,m)、7.53−7.59(2H,m)、7.81−7.88(2H,m)、7.91(2H,d)、8.30−8.39(2H,m)、8.39(1H,d)、8.47(1H,dd)、9.01(1H,sd)
(酸化還元電位測定)
上記具体例化合物1mM、支持電解質としてテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェイト0.1MのNMP溶液を5分間Arバブリングをおこなった後、ポテンシオスタット(BAS製660C)にて、サイクリックボルタンメトリー測定をおこなった。作用極Pt、対極Pt、参照電極SCEを用いたときの酸化還元電位1及び2の結果を下記表に示す。
(ねじれ力(HTP値)測定)
本発明の具体例化合物(2mg)をホスト液晶ZLI−2806(98mg)(Merck社製)と混合し、160℃のホットプレート上で2時間加熱したあと、室温にまで冷却させ、1晩放置してカイラルネマチック液晶組成物を作製した。
得られた液晶組成物をくさび形液晶セル(Gap1.1mm、EHC社製)に注入し、偏光顕微鏡にて観察し、ピッチ長を測定し、HTP値(Helical Twisting Power)を算出した。結果を下記表2に示す。
なお、HTP値は、下記式によって算出される、カイラル剤のホスト液晶に対するねじれ力(旋回能)を表す。
(P:ピッチ長、C:カイラル剤の含率)
(極大吸収波長、及びモル吸収係数測定)
本発明の具体例化合物2.5mgをクロロホルム25mlに溶解して試料溶液を調製した。
試料溶液はそれぞれ1cm石英セルにて島津製作所製分光光度計UV−2400(商品名)を用いてUVスペクトルを測定した。得られたスペクトルチャートから極大吸収波長と、モル吸収係数を求めた。結果を下記表3に示す。
Claims (3)
- 下記一般式(1)で表される化合物。
〔一般式(1)中、*は不斉炭素原子を表し、L及びL’は各々独立にエーテル基、エステル基(−COO−,−OCO−)、又はカルボニル基を表し、Rdは酸化還元反応を起こす部位としてフェロセン又はアントラキノンを表し、B及びB’は各々独立に液晶性置換基として下記一般式で表される置換基を表し、Dはアリーレン基、ヘテロアリーレン基又は2価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Rは置換基を表し、xは0又は1を表し、zは0〜3の整数を表し、wは0又は1を表し、nは、0又は1を表し、vは0〜5の整数を表す。zが2以上のとき、複数のB'は同一であっても異なっていてもよい。vが2以上のとき、複数のRは同一であっても、異なっていてもよい。〕
〔T1は、炭素数3〜8のアルキル基、又はシアノ基を表す。〕 - 前記一般式(1)における液晶性置換基B及びB’が、各々独立に下記置換基である請求項1に記載の化合物。
- 前記一般式(1)における酸化還元反応を起こす部位Rdの酸化還元電位が、参照電極SCEに対して−2.5V〜+2.5Vである請求項1又は請求項2に記載の化合物。
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