JP5614003B2 - ジフルオロベンゼン誘導体、当該化合物を含有する液晶組成物及び液晶表示素子 - Google Patents
ジフルオロベンゼン誘導体、当該化合物を含有する液晶組成物及び液晶表示素子 Download PDFInfo
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A1、A2、A3及びA4は、それぞれ独立的にトランス−1,4−シクロヘキシレン基、トランス−1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基又は無置換であるか1個以上水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい1,4−フェニレン基を表し、
X1、X2、X3及びX4は、それぞれ独立的に単結合又は酸素原子を表すが、2個以上のX1、X2、X3及びX4が同時に単結合を表すことはなく、
Y1、Y2、Y3及びY4は、単結合、−CH2−、−CF2−又は−C2H4−を表すが、隣り合うX1、X2、X3及びX4が単結合を表す場合には、対応するY1、Y2、Y3及びY4も単結合を表し、
Z1は、単結合、−OCH2−、−CH2O−、−C2H4−、−C4H8−、―COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−を表し、
p、q、r及びsは、0又は1を表すが、p+q+r+sは1又は2を表し、q及びrがともに0を表す場合及びq又はrのいずれかが0を表す場合には、Z1は、単結合、−C2H4−、−C4H8−又は−CF2CF2−を表す。)で表わされるフルオロベンゼン誘導体を提供し、一般式(I)で表される化合物を1種又は2種以上含有することを特徴とする液晶組成物、更に、当該液晶組成物を構成要素とする液晶素子を提供する。
更に、上式中では他の液晶材料との相溶性、Δε、応答速度及び液晶性を改善するには一般式(I-a-a)〜(I-a-d)、(I-b-c)、(I-b-d)、(I-b-i)、(I-b-j) の各化合物が特に好ましく、Δε、応答速度及び液晶性を改善するには一般式(I-b-a)、(I-b-b)、(I-b-e)〜(I-b-h)、(I-b-k)、(I-b-l) の各化合物が特に好ましく、Δε及び液晶性を改善するには一般式(I-c-a)〜(I-c-c)、(I-d-a)〜(I-d-d)、(I-d-i)〜(I-d-l)、(I-e-a)〜(I-e-c)、(I-e-j)〜(I-e-l) の各化合物が特に好ましく、他の液晶材料との相溶性及びΔεを改善するには一般式(I-c-j)〜(I-c-l)、(I-d-m)〜(I-d-p)、(I-e-d)〜(I-e-f)、(I-e-m)〜(I-e-o)、(I-f-d)〜(I-f-f)、(I-f-m)〜(I-f-o)の各化合物が特に好ましく、Δεを改善するには一般式(I-c-g)〜(I-c-i) の各化合物が特に好ましく、液晶性を改善するには一般式(I-c-d)〜(I-c-f)、(I-d-e)〜(I-d-h)、(I-e-g)〜(I-e-i)、(I-e-p)〜(I-e-r)、 (I-f-a)、(I-f-b) の各化合物が特に好ましい。
本発明の液晶組成物において一般式(C)
(実施例1)トランス-1,4-ビス(2,3-ジフルオロ-4-ペンチルオキシフェニルオキシ)メチルシクロヘキサン(I-1)の合成
(以下、ドラフト中で行う。)ジイソプロピルアミン(30.5 g, 0.300 mol)、テトラヒドロフラン(240 ml)を撹拌し、-10℃に冷却した。n-ブチルリチウム(1.6 Mヘキサン溶液、170 ml)を-5℃以下で滴下し(約30分間)、-10℃で30分撹拌した。この反応液に対し、2,3-ジフルオロペンチルオキシベンゼン(40.0 g、0.200 mol)、ホウ酸トリイソプロピル(56.5 g、0.300 mol)、テトラヒドロフラン(100 ml)の混合溶液を0度以下で滴下した(約30分間)。-10℃で1時間撹拌した後、反応液を0度にし、10%塩酸水溶液(500 ml)を加えた(約10分間)。25℃で1時間攪拌した後、有機層を分離し、飽和食塩水で洗條した。この有機層に対し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(160 ml)、30%過酸化水素水溶液(32.8 g)を25℃から35℃の間で温度を保ちながら加えた(約15分間)。33℃で5時間撹拌した後、10%亜硫酸ナトリウム水溶液(350 ml)を35℃以下で滴下した(約10分間)。10%塩酸水溶液(150 ml)を加えて液性を酸性にした後、有機層を分離し、水層からトルエン(350 ml)で抽出した。有機層を集めた後、水(350 ml)、飽和食塩水(350 ml)の順で洗滌し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を留去し、得られた黄色の固体を再結晶(ヘキサン:トルエン=2:1、20 ml)することにより、無色の針状晶(29.25 g)を得た。(収率 68%)
(実施例1-2)トランス-1,4-ビス(2,3-ジフルオロ-4-ペンチルオキシフェニルオキシ)メチルシクロヘキサン(I-1)
(以下、ドラフト中で行う。) 2,3-ジフルオロペンチルオキシフェノール(29.03 g、0.134 mol)、トリフェニルホスフィン(35.31 g、0.134 mol)、トランス-1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン (9.22 g、0.064 mol)、テトラヒドロフラン(200 ml)の混合溶液を撹拌し、5℃に冷却した。この混合溶液にアゾジカルボン酸ジイソプロピルエステル(25.94 g, 0.128 mol)を5℃から15℃の間で滴下した(約20分間)。25℃で2時間撹拌した後、水(0.5 ml)を加えて反応を停止させた。溶媒を留去し、メタノール(180 ml)、水(90 ml)を加えて25℃で1時間懸濁撹拌した後、固体を濾別し、更に固体を-20℃に冷却したメタノール(180 ml)で洗滌した。得られた固体を減圧下乾燥した後、カラム(シリカゲル/ヘキサン+トルエン)を用いて精製し、再結晶(アセトン+メタノール)することにより、無色の針状晶(30.93 g)を得た。(収率 90%)
1H-NMR (400MHz, CDCl3) σ(ppm) 0.93 (t, 6H), 1.10-1.15 (m, 4H), 1.35-1.47 (m, 8H), 1.75-1.82 (m, 6H), 1.98 (d, J = 6.8 Hz, 4H), 3.79 (d, J = 6.4 Hz, 4H), 3.97 (t, 4H), 6.61 (m, 4H)
相転移温度(℃) Cr 73 Iso
(実施例2) 液晶組成物の調製(1)
以下の組成からなるホスト液晶組成物(H)
誘電率異方性(Δε): 0.04
屈折率異方性(Δn): 0.098
粘度(η20): 15.5 mPa・s
このホスト液晶(H)95%と実施例1で得られた(I-1)5%からなる液晶組成物(M-1)を調製した。この組成物の物性値は以下の通りである。
誘電率異方性(Δε): −0.28
屈折率異方性(Δn): 0.099
粘度(η20): 16.5 mPa・s
また、この結果より算出された、(I-1)の物性値(外挿値)は以下の通りである。
誘電率異方性(Δε): −5.99
粘度(η20): 34.1 mPa・s
本発明の化合物(I-1)を含有する液晶組成物(M-1)は、母体液晶(H)に比べ、誘電率異方性(Δε)は大きく減少して負の値となった。また、ここから算出された(I-1)の誘電率異方性(Δε)の外挿値は、極めて絶対値の大きい負の値であった。更に、(M-1)の粘度を測定したところ、ホスト液晶組成物(H)の粘度と比較してほとんど上昇は見られなかった。これらのことから、本発明の化合物(I-1)は応答速度の面から優れた液晶表示材料として使用可能である。
実施例1で調製したホスト液晶(H)に化合物(I-1)と類似の構造を有するが、2,3-ジフルオロフェニレン基を一つのみ分子構造中に有する化合物(J-1)
誘電率異方性(Δε): −0.15
屈折率異方性(Δn): 0.098
粘度(η20): 16.3 mPa・s
また、この結果より算出された、(J-1)の物性値(外挿値)は以下の通りである。
粘度(η20): 38.0 mPa・s
化合物(J-1)は、実施例1記載の(I-1)と比べ、誘電率異方性の絶対値が著しく小さく、粘度が大きいことがわかる。
(実施例3)トランス-1,4-ビス(2,3-ジフルオロ-4-エトキシフェニルオキシ)メチルシクロヘキサン(I-2)の合成
1H-NMR (400MHz, CDCl3) σ(ppm) 1.08-1.18 (m, 4H), 1.41 (t, 6H), 1.76-1.87 (m, 2H), 1.97 (m, 4H), 3.79 (d, J = 6.4 Hz, 4H), 4.06 (q, 4H), 6.62 (m, 4H)
相転移温度(℃) Cr 129 I
(実施例4) 液晶組成物の調製(3)
実施例2で調製したホスト液晶(H)に化合物(I-2)
誘電率異方性(Δε): −0.05
屈折率異方性(Δn): 0.099
粘度(η20): 15.6 mPa・s
また、この結果より算出された、(I-2)の物性値(外挿値)は以下の通りである。
誘電率異方性(Δε): −7.09
粘度(η20): 27.0 mPa・s
本発明の化合物(I-2)を含有する液晶組成物(M-3)は、母体液晶(H)に比べ、誘電率異方性(Δε)は減少して負の値となった。このことから、本発明の化合物は(I-2)は、誘電率異方性が負であり、その絶対値が極めて大きいことがわかる。
実施例1で調製したホスト液晶(H)に化合物(I-2)と類似の構造を有するが、2,3,2',3'-テトラフルオロビフェニレン基を分子構造中に有する化合物(J-2)
誘電率異方性(Δε): −0.28
屈折率異方性(Δn): 0.101
粘度(η20): 16.8 mPa・s
また、この結果より算出された、(J-2)の物性値(外挿値)は以下の通りである。
粘度(η20): 43.5 mPa・s
化合物(J-2)は、実施例1記載の(I-2)と比べ、誘電率異方性の絶対値が小さく、粘度が著しく大きいことがわかる。
実施例1で調製したホスト液晶(H)に化合物(I-2)と類似の構造を有するが、エチレン基を分子構造中に有する化合物(J-3)
誘電率異方性(Δε): −0.29
屈折率異方性(Δn): 0.100
粘度(η20): 16.7 mPa・s
また、この結果より算出された、(J-2)の物性値(外挿値)は以下の通りである。
誘電率異方性(Δε): −6.48
粘度(η20): 39.5 mPa・s
化合物(J-2)は、実施例1記載の(I-2)と比べ、誘電率異方性の絶対値が小さく、粘度が大きいことがわかる。また、ネマチック相上限温度が著しく低下していることが分かる。
(実施例5) 1,4-ビス{(2,3-ジフルオロ-4-プロピルオキシフェニルオキシ)ジフルオロメチル}ベンゼン(I-3)の合成
(実施例6) 1-{2,3-ジフルオロ-4-(トランス-4-プロピルシクロヘキシルジフルオロメトキシ)フェニルオキシ}-2-{(2,3-ジフルオロ-4-エトキシフェニルオキシ)エタン(I-4)の合成
(実施例7) 1-[2,3-ジフルオロ-4-{2-(4-プロピルフェニル)エチル}フェニルオキシ]-2-(2,3-ジフルオロ-4-エトキシフェニルオキシ)ブタン(I-5)の合成
Claims (8)
- 一般式(I)
A1、A2、A3及びA4は、それぞれ独立的にトランス−1,4−シクロヘキシレン基、トランス−1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基又は無置換であるか1個以上水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい1,4−フェニレン基を表し、
X 1 及びX4は、それぞれ独立的に単結合又は酸素原子を表し、
X 2 及びX 3 が、酸素原子を表し、
Y1、Y2、Y3及びY4は、単結合、−CH2−、−CF2−又は−C2H4−を表すが、隣り合うX1、X2、X3及びX4が単結合を表す場合には、対応するY1、Y2、Y3及びY4も単結合を表し、
Z1は、単結合、−OCH2−、−CH2O−、−C2H4−、−C4H8−、―COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CF2O−、−OCF2−、−CF2CF2−又は−C≡C−を表し、
p、q、r及びsは、0又は1を表すが、p+q+r+sは1又は2を表し、且つq+rが1又は2を表し、q又はrのいずれかが0を表す場合には、Z1は、単結合、−C2H4−、−C4H8−又は−CF2CF2−を表す。)で表わされるフルオロベンゼン誘導体。 - 一般式(I)において、A1、A2、A3及びA4が、それぞれ独立的にトランス−1,4−シクロヘキシレン基又は無置換であるか1個以上水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい1,4−フェニレン基を表す請求項1記載のフルオロベンゼン誘導体。
- 一般式(I)において、X1、X2、X3及びX4が、酸素原子を表す請求項1又は2記載のフルオロベンゼン誘導体。
- q+rが1を表す請求項1〜3のいずれかに記載のフルオロベンゼン誘導体。
- Z1が、単結合、−C2H4−、−CF2O−又は−OCF2−を表す請求項1〜4のいずれかに記載のフルオロベンゼン誘導体。
- R1及びR2が、それぞれ独立的に炭素数1〜8のアルキル基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数1〜6のアルコキシル基又は炭素数2〜8のアルケニルオキシ基を表す請求項1〜4のいずれかに記載のフルオロベンゼン誘導体。
- 請求項1〜6記載の一般式(I)で表される化合物を1種又は2種以上含有することを特徴とする液晶組成物。
- 請求項7記載の液晶組成物を構成要素とする液晶素子。
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