JP5929781B2 - ジフルオロエチレンオキシ化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

ジフルオロエチレンオキシ化合物、液晶組成物および液晶表示素子 Download PDF

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Description

本発明は、ジフルオロエチレンオキシ化合物、液晶組成物および液晶表示素子に関する。さらに詳しくは、ジフルオロエチレンオキシ化合物、前記化合物を含有し、ネマチック相を有する液晶組成物、および前記組成物を含む液晶表示素子に関する。
液晶表示パネル、液晶表示モジュール等に代表される液晶表示素子は、液晶性化合物が有する誘電率異方性、光学異方性等を利用した素子である。この液晶表示素子の動作モードとしては、PC(phase change)モード、TN(twisted nematic)モード、STN(super twisted nematic)モード、BTN(bistable twisted nematic)モード、ECB(electrically controlled birefringence)モード、OCB(optically compensated bend)モード、IPS(in-plane switching)モード、VA(vertical alignment)モード、MVA(multi-domain vertical alignment)モード、PSA(polymer sustained alignment)等の様々なモードが知られている。何れの方式で用いられるかを問わず、何れの液晶物質にも共通の性質として、以下の特性が必要である。
1)水分、空気、熱、光等の外的環境因子に対して安定であること。
2)室温を中心とした広い温度範囲で液晶相を示すこと。
3)低粘度であること。
4)表示素子を駆動させた場合にその駆動電圧を低くなし得ること。
5)最適な誘電率異方性値(△ε)を有すること。
6)最適な光学異方性値(△n)を有すること。
しかしながら、現在のところ単一化合物では上記の特性を全て満たす液晶物質はなく、数種〜二十数種の液晶性化合物を混合した液晶組成物を、液晶表示素子に使用しているのが現状である。
近年、例えば、コントラスト、表示容量、応答時間等の表示性能のより高い液晶表示素子が要求されている。この要求に応えるため、TFT(薄膜トランジスタ)方式に代表されるアクティブマトリクス(AM)方式の液晶表示素子に対する需要が、主にテレビジョンやビューファインダー等の分野で高まっている。
これらの分野における近年の開発傾向として、小型かつ軽量化によって携帯可能としたテレビやノート型パーソナルコンピューターに見られるように、液晶表示素子の小型化や携帯化が中心に進められている。これに伴って使用される液晶材料には、駆動電圧の低いもの、すなわちしきい値電圧の低下を可能とする液晶性化合物、およびこれを含有するしきい値電圧の低い液晶組成物が要求されている。
しきい値電圧(Vth)は、良く知られているように、下記式により示される(H. J. Deuling, et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 27(1975)81)。
Vth=π(K/ε0△ε)1/2
上記式において、Kは液晶材料の弾性定数、ε0は真空中の誘電率である。
上記式から判るように、Vthを低下させるには、△εを大きくするかまたはKを小さくするかの二通りの方法が考えられる。しかしながら、現在の技術では未だ実際に液晶材料の弾性定数Kをコントロールすることは困難であり、通常は△εの大きな液晶材料を用いて、上記要求に対処している。この様な事情から、△εの大きな液晶性化合物の開発が盛んに行われてきた。
TFTにて駆動するTN方式などの液晶表示素子に使用される正のΔεを示す低電圧駆動用の液晶材料の代表として、下記の化合物(A)および(B)が挙げられる(例えば、特許文献1参照)。
Figure 0005929781
式中、Rはアルキルである。
化合物(A)および(B)は、何れも分子末端に3,4,5−トリフルオロフェニル基を有し、低電圧駆動用の液晶材料として期待されている。しかしながらそのΔε[(A):8.3、(B):12.8]の数値は充分とは言えず、これら化合物の使用では、上述の要求を充分満足できる液晶組成物の調製は困難と考えられる。
また、近年、液晶表示素子の最大の問題点である視野角の狭さを克服する方式として、IPSモード、VAモード、MVAモード、OCBモード等の新規な方式が発表されている。これらのモードのうち、特にVAモードおよびMVAモードは、視野角の広さに加え、応答性にも優れており、さらには高コントラストであることから、各ディスプレイメーカーでの開発が盛んである。これらの方式の液晶表示素子に使用される液晶組成物の特徴は、誘電率異方性値が負の液晶組成物である点にある。大きな負の誘電率異方性値を示す化合物として、例えば下記の化合物(C)が報告されている(例えば、非特許文献1参照)。
Figure 0005929781
非特許文献1から、化合物(C)は、誘電率異方性値が△ε=−4.1と負の値を示すものの、その絶対値は小さい。したがって、当該化合物を含有する液晶組成物がVAモードまたはMVAモードの要求を満たすことは、困難と予想される。
以上の説明のように、正または負に大きな誘電率異方性値(Δε)、すなわち大きな誘電率異方性の絶対値(|Δε|)を有する液晶性化合物が待望されている。
特開平2−233626号公報
V. Reiffenrath et al.,Liq. Cryst., 5(1), 159(1989)
本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を解消し、大きな誘電率異方性の絶対値(|Δε|)を示す液晶性化合物を提供すること、前記化合物を含有することにより、種々の表示方式において低電圧駆動を可能とする液晶組成物を提供すること、およびこの液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供することである。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、下記構成を有するジフルオロエチレンオキシ化合物によって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明の構成は、以下のとおりである。
[1]式(1)で表される化合物。
Figure 0005929781
[式(1)において、RaおよびRbは、それぞれ独立に、フッ素、塩素または炭素数1〜10のアルキルであり、前記アルキルにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、ただしRaおよびRbが同一であることはなく;A1、A2、A3、A4およびA5は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの基において、一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF3、−OCHF2または−OCH2Fで置き換えられてもよく;Z1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合または炭素数1〜4のアルキレンであり、前記アルキレンにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;Y1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ独立に、水素、フッ素、塩素、−CF3または−CHF2であり;m、n、qおよびrは、それぞれ独立に、0、1または2であり、m、n、qおよびrの和は、0、1、2、3または4である。]
[2]式(1)において、m、n、qおよびrの和が0、1、2または3である前記[1]に記載の化合物。
[3]後述する式(1−1)〜(1−10)の何れかで表される前記[1]または[2]に記載の化合物。
[4]後述する式(1−1)〜(1−10)において、RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;A1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH2CO−、−COCH2−、−CH2SiH2−、−SiH2CH2−、−(CH22COO−、−OCO(CH22−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH23O−または−O(CH23−である前記[3]に記載の化合物。
[5]後述する式(1−1)〜(1−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;A1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−(CH24−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH23O−または−O(CH23−であり;Y1、Y2、Y3およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素である前記[3]に記載の化合物。
[6]後述する式(1−1)〜(1−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;A1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;Y1およびY2が、共に水素である前記[3]に記載の化合物。
[7]後述する式(1−1)〜(1−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;A1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;Y2およびY4が、共に水素である前記[3]に記載の化合物。
[8]後述する式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)から選択される式で表される前記[3]に記載の化合物。
[後述する式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)において、RaおよびRbは、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニル、炭素数1〜6のアルコキシ、炭素数1〜7のポリフルオロアルキル、または炭素数1〜6のポリフルオロアルコキシであり、ただしRaおよびRbが同一であることはなく;Z1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y11〜Y14、Y21〜Y24、Y31〜Y34、Y41〜Y44およびY51〜Y54は、それぞれ独立に、水素またはフッ素である。]
[9]後述する式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)において、RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニル、−CF3または−OCF3であり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1およびY2が、共に水素であり;Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42、Y51およびY52が、水素である前記[8]に記載の化合物。
[10]後述する式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−2)、式(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−2)、式(1−5−5)〜(1−5−6)、式(1−6−3)、または式(1−6−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、Raが、フッ素、炭素数1〜5のアルキルまたは炭素数2〜5のアルケニルであり;Rbが、フッ素、−CF3または−OCF3であり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1およびY2が、共に水素であり;Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42、Y51およびY52が、水素である前記[8]に記載の化合物。
[11]後述する式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)において、RaおよびRbが、それぞれ独立に、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニルまたは炭素数1〜6のアルコキシであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−または−CH=CH−であり;Y2およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y12、Y14、Y22、Y24、Y32、Y34、Y42、Y44、Y52およびY54が、水素である前記[8]に記載の化合物。
[12]後述する式(1−1−2)、式(1−2−2)、式(1−2−3)、式(1−3−3)〜(1−3−4)、式(1−4−2)〜(1−4−4)、式(1−5−3)〜(1−5−6)、または式(1−6−4)〜(1−6−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、RaおよびRbが、それぞれ独立に、炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニルまたは炭素数1〜4のアルコキシであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−または−CH=CH−であり;Y2およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y12、Y14、Y22、Y24、Y32、Y34、Y42、Y44、Y52およびY54が、水素である前記[8]に記載の化合物。
[13]前記[1]〜[12]の何れか1項に記載の化合物を含有する液晶組成物。
[14]後述する式(2)、式(3)および式(4)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物を更に含有する前記[13]に記載の液晶組成物。
[15]後述する式(5)で表される化合物を更に含有する前記[13]または[14]に記載の液晶組成物。
[16]後述する式(6)、式(7)、式(8)、式(9)、式(10)および式(11)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物を更に含有する前記[13]〜[15]の何れか1項に記載の液晶組成物。
[17]後述する式(12)、式(13)および式(14)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物を更に含有する前記[13]〜[16]の何れか1項に記載の液晶組成物。
[18]光学活性化合物および重合可能な化合物から選択される少なくとも一つを更に含有する前記[13]〜[17]の何れか1項に記載の液晶組成物。
[19]酸化防止剤および紫外線吸収剤から選択される少なくとも一つを更に含有する前記[13]〜[18]の何れか1項に記載の液晶組成物。
[20]前記[13]〜[19]の何れか1項に記載の液晶組成物を含む液晶表示素子。
本発明によれば、大きな誘電率異方性の絶対値(|Δε|)を示す液晶性化合物、前記化合物を含有することにより、種々の表示方式において低電圧駆動を可能とする液晶組成物、およびこの液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供することができる。
以下、本発明のジフルオロエチレンオキシ化合物、前記化合物を含有し、ネマチック相を有する液晶組成物、および前記組成物を含む液晶表示素子について説明する。
本明細書における用語の使い方は、次のとおりである。
「液晶性化合物」は、ネマチック相またはスメクチック相等の液晶相を有する化合物、および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用な化合物の総称である。
「液晶表示素子」は、液晶表示パネルおよび液晶表示モジュールの総称である。
「液晶表示素子」を「素子」と略すことがある。
ネマチック相の上限温度は、ネマチック相−等方相の相転移温度であり、単に「上限温度」と略すことがある。ネマチック相の下限温度は、ネマチック相−結晶相の相転移温度であり、単に「下限温度」と略すことがある。
式(i)で表される化合物(iは式番号を示す。)を、化合物(i)と略すことがある。各式の説明において、B1およびE1等の記号は、それぞれ環B1および環E1等に対応する。
「Aおよび/またはB」という表現は、「AおよびB」という選択と、「AまたはB」という選択とを任意に行うことができることを意味する。例えば、「Raおよび/またはRbがアルケニルであるとき」とは、「Raがアルケニルであるとき」、「Rbがアルケニルであるとき」、「RaおよびRbがアルケニルであるとき」、を総称している。
各式の説明において、「少なくとも一つの…は…で置き換えられてもよく(い)」の「少なくとも一つの」は、位置だけでなく個数についても任意であることを示す。例えば、「少なくとも一つのAが、B、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現は、任意のAがBで置き換えられる場合、任意のAがCで置き換えられる場合、および任意のAがDで置き換えられる場合に加えて、複数のAがB〜Dの少なくとも2つで置き換えられる場合をも含む。
例えば、「アルキルにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−で置き換えられてもよい」という場合には、無置換のアルキルのほか、アルコキシ、アルコキシアルキル、アルケニル、アルコキシアルケニル、アルケニルオキシアルキルが含まれる。
具体例として、「アルキルにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよい」という句の意味を、C49−において示すと、例えば、C37O−、CH3−O−(CH22−、CH3−O−CH2−O−、H2C=CH−(CH22−、CH3−CH=CH−CH2−、CH2=CH−CH2−O−が挙げられる。
なお、本発明においては、化合物の安定性を考慮して、連続する2つの−CH2−が−O−で置き換えられて、−O−O−等の基になることは好ましくない(例えば、酸素と酸素とが隣接したCH3−O−O−CH2−よりも、酸素と酸素とが隣接しないCH3−O−CH2−O−の方が好ましい。)。また、アルキルにおける末端の−CH2−が−O−で置き換えられることも好ましくない(例えば、HO−CH2−CH2−よりも、CH3−O−CH2−の方が好ましい。)。
各式の説明において、「フルオロアルキル」とは、アルキルの少なくとも一つの水素がフッ素で置き換えられた基であり、「ポリフルオロアルキル」とは、アルキルの少なくとも二つの水素がフッ素で置き換えられた基である。(ポリ)フルオロアルコキシおよび(ポリ)フルオロアルケニルについても、同様である。
〔ジフルオロエチレンオキシ化合物〕
本発明のジフルオロエチレンオキシ化合物は、式(1)で表される。
Figure 0005929781
本発明の化合物(1)は、ジフルオロエチレンオキシ基(−OCH2CF2O−)を連結基として有する二環、三環、四環、五環または六環の化合物である。なお、ナフタレン環等の縮合環は、一環と数える。本発明の化合物(1)は、−A3−OCH2CF2O−を有しており、−A3−CH2CF2O−を有する化合物と比べて、−OCH2−基が電子供与性基として働くため、誘電率異方性の絶対値(|Δε|)が大きくなる傾向にあり、低電圧駆動を実現する液晶性化合物として好ましい。
化合物(1)は、液晶性化合物に必要な一般的物性を有し、熱、光等に対する安定性を有し、粘度が小さく、適切な誘電率異方性、適切な光学異方性、および適切な弾性定数を有する。ここで「適切な」とは、本発明の化合物(1)を含有する液晶組成物の用途(素子の動作モード)に応じて、例えば誘電率異方性、光学異方性および弾性定数の好適範囲が適宜決定されることを意味する。例えば、本発明の化合物(1)は、大きな誘電率異方性、および適切な環構造を選択することで所望の光学異方性を示すことができる。
化合物(1)は、高い透明点および低い結晶化温度を併せ持つことによって液晶相の広い温度範囲を有し、素子が通常使用される条件下において物理的および化学的に安定であり、また他の液晶性化合物との相溶性が良い。化合物(1)を含有する液晶組成物は、素子が通常使用される条件下で安定である。前記液晶組成物を低温で保管しても、化合物(1)が結晶またはスメクチック相として析出することはない。
式(1)の末端基RaおよびRb、A1〜A5、結合基Z1〜Z2およびZ4〜Z5、基Y1〜Y4、ならびに化合物の環の数を適切に選択することによって、化合物(1)の誘電率異方性、光学異方性等の上述の物性を任意に調整することが可能である。したがって、化合物(1)は、PC、TN、STN、BTN、ECB、OCB、IPS、VA、MVA、PSA等の素子に用いられる液晶組成物の成分として有用である。
式(1)において、各記号の意味は以下のとおりである。
〈末端基RaおよびRb〉
RaおよびRbは、それぞれ独立に、フッ素、塩素または炭素数1〜10のアルキルであり、前記アルキルにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。
ただしRaおよびRbが同一であることはない。RaおよびRbが同一でなければ、化合物(1)が液晶相を発現しやすく、液晶組成物に対する化合物(1)の溶解性が高くなる傾向にある。RaおよびRbが同一であって化合物(1)の対称性が高くなると、化合物(1)が液晶相を発現しにくく、液晶組成物に対する化合物(1)の溶解性が低くなる傾向にある。
例えば、RaおよびRbは、それぞれ独立に、 フッ素、塩素(好ましくはフッ素);
炭素数1〜10のアルキル(前記アルキルにおいて、炭素数の上限値は好ましくは7、より好ましくは5であり、炭素数の下限値は好ましくは2である。);または
炭素数2〜10のアルケニル(好ましくは炭素数2〜7、より好ましくは炭素数2〜5のアルケニル)、炭素数1〜9のアルコキシ(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ)、炭素数2〜9のアルコキシアルキル(好ましくは炭素数2〜6、より好ましくは炭素数2〜4のアルコキシアルキル)、炭素数2〜9のアルケニルオキシ(好ましくは炭素数3〜9のアルケニルオキシ)、炭素数1〜10のフルオロアルキル(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜7のポリフルオロアルキル)、炭素数1〜9のフルオロアルコキシ(好ましくは炭素数1〜9、より好ましくは炭素数1〜6のポリフルオロアルコキシ)、炭素数2〜10のフルオロアルケニル(好ましくは炭素数2〜10、より好ましくは炭素数2〜7のポリフルオロアルケニル)等の上記アルキルの置換体;である。
好ましいRaおよびRbは、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルである。
RaおよびRbの基において、分岐状の基(例:分岐状アルキルおよびその上述の置換体)よりも直鎖状の基(例:直鎖状アルキルおよびその上述の置換体)が好ましい。Raおよび/またはRbが直鎖状の基であるときは、化合物(1)の液晶相の温度範囲が広くそして粘度が小さい。RaおよびRbが分岐状の基であるときは、化合物(1)と他の液晶性化合物との相溶性が良い。
また、RaおよびRbが分岐状の基であっても、光学活性基であるときは好ましい。RaおよびRbが光学活性基であるときは、化合物(1)はキラルドーパントとして有用である。化合物(1)を液晶組成物に添加することによって、素子に発生するリバース・ツイスト・ドメイン(Reverse twisted domain)を防止することができる。RaおよびRbがいずれも光学活性基でないときは、化合物(1)は液晶組成物の成分として有用である。
Raおよび/またはRbがアルケニルであるときは、好ましい立体配置は二重結合の位置に依存する。化合物(1)は、好ましい立体配置を有するアルケニル化合物であるときは、高い上限温度または液晶相の広い温度範囲を有する。Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 109およびMol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 327に詳細な説明がある。
アルケニルにおける−CH=CH−の好ましい立体配置は、二重結合の位置に依存する。1−プロペニル、1−ブテニル、1−ペンテニル、1−ヘキセニル、3−ペンテニル、3−ヘキセニル等のアルケニルでは、トランス配置が好ましい。2−ブテニル、2−ペンテニル、2−ヘキセニル等のアルケニルでは、シス配置が好ましい。
具体的なRaまたはRbとしては、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル等のアルキル;メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ等のアルコキシ;メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペントキシメチル等のアルコキシアルキル;ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル等のアルケニル;2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、2−ペンテニルオキシ等のアルケニルオキシ;−CH2F、−CHF2、−CF3、−(CH22F、−CF2CH2F、−CF2CHF2、−CH2CF3、−CF2CF3、−(CH23F、−(CF22CF3、−CF2CHFCF3、−CHFCF2CF3等のフルオロアルキル;−OCF3、−OCHF2、−OCH2F、−OCF2CF3、−OCF2CHF2、−OCF2CH2F、−OCF2CF2CF3、−OCF2CHFCF3、−OCHFCF2CF3等のフルオロアルコキシ;−CH=CHF、−CH=CF2、−CF=CHF、−CH=CHCH2F、−CH=CHCF3、−(CH22CH=CF2等のフルオロアルケニルが挙げられる。
アルキルの中でも、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチルが好ましく;アルコキシの中でも、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシが好ましく;アルコキシアルキルの中でも、メトキシメチル、メトキシエチル、メトキシプロピル、エトキシメチル、エトキシエチル、エトキシプロピル、プロポキシメチル、ブトキシメチル、ペントキシメチルが好ましく;アルケニルの中でも、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニルが好ましく;アルケニルオキシの中でも、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、2−ペンテニルオキシが好ましい。
〈A 1 〜A 5
1、A2、A3、A4およびA5は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの基において、一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF3、−OCHF2または−OCH2Fで置き換えられてもよい。特に、一つ以上の1,4−フェニレンにおいて、一つ以上の水素がフッ素、塩素(好ましくはフッ素)で置き換えられていることが好ましい。
好ましいA1、A2、A3、A4およびA5は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり;より好ましくは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルである。
1〜A5において、芳香環が多いと、化合物(1)の光学異方性値が大きくなる傾向にある。A1〜A5において、脂環が多いと、化合物(1)の光学異方性値が小さくなる傾向にある。A1〜A5が1,4−シクロヘキシレン、シクロヘキセン−1,4−ジイルまたは1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであるときは、化合物(1)の光学異方性値が小さい。A1〜A5が少なくとも一つの水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレンであるときは、化合物(1)の光学異方性値が大きい。
1〜A5の少なくとも二つが1,4−シクロヘキシレンであるときは、化合物(1)の上限温度が高く、光学異方性値が小さく、そして粘度が小さい。A1〜A5の少なくとも一つが1,4−フェニレンであるときは、光学異方性値が比較的大きく、そして配向秩序パラメーター(orientational order parameter)が大きい。
1〜A5が少なくとも一つの水素がハロゲンで置き換えられた1,4−フェニレン、または1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであるときは、誘電率異方性の絶対値が大きい。A1〜A5が2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるときは、誘電率異方性値が負に大きい。A1〜A5が2−(トリフルオロメチル)−3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2−(ジフルオロメチル)−3−フルオロ−1,4−フェニレンであるときは、誘電率異方性値がさらに負に大きい。
1〜A5がシクロヘキセン−1,4−ジイルであるときは、化合物(1)の融点が低い。化合物(1)がシクロヘキセン−1,4−ジイルおよび1,4−フェニレンを共に有するときは、その光学異方性値が大きい。
更に好ましいA1、A2、A3、A4およびA5は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルである。
例えば、誘電率異方性値が正に大きい液晶性化合物を得るには、特に好ましいA1、A2、A3、A4およびA5は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルである。
例えば、誘電率異方性値が負に大きい液晶性化合物を得るには、特に好ましいA1、A2、A3、A4およびA5は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルである。
〈結合基Z 1 、Z 2 、Z 4 およびZ 5
1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合または炭素数1〜4のアルキレンであり、前記アルキレンにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。−CH=CH−等の結合基の二重結合に関する立体配置は、シスよりもトランスが好ましい。
例えば、Z1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合;−(CH22−、−(CH24−等の炭素数1〜4のアルキレン;−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH2CO−、−COCH2−、−CH2SiH2−、−SiH2CH2−、−(CH22COO−、−OCO(CH22−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH23O−または−O(CH23−である。
より好ましくは、単結合;−(CH22−、−(CH24−等の炭素数1〜4のアルキレン;−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CH22COO−、−OCO(CH22−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH23O−または−O(CH23−である。
更に好ましいZ1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合;−(CH22−、−(CH24−等の炭素数1〜4のアルキレン;−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH23O−または−O(CH23−である。
上記結合基が単結合、−(CH22−、−(CH24−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−または−CF=CF−であるときは、化合物(1)の粘度が小さい。上記結合基が単結合、−(CH22−、−CH=CH−または−CF=CF−であるときは、化合物(1)の粘度が更に小さい。上記結合基が−CH=CH−であるときは、化合物(1)の液晶相の温度範囲が広く、そして弾性定数比K33/K11(K33:ベンド弾性定数、K11:スプレイ弾性定数)が大きい。上記結合基が−C≡C−であるときは、化合物(1)の光学異方性値が大きい。
例えば、誘電率異方性値が正に大きい液晶性化合物を得るには、より好ましいZ1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;更に好ましくは単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;特に好ましくは単結合、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−である。
例えば、誘電率異方性値が負に大きい液晶性化合物を得るには、より好ましいZ1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;更に好ましくは単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−または−CH=CH−である。
〈その他〉
1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ独立に、水素、フッ素、塩素、−CF3または−CHF2であり、好ましくは水素またはフッ素である。
例えば、誘電率異方性値が正に大きい液晶性化合物を得るには、より好ましくはY1およびY2が共に水素で、Y3およびY4のうち少なくとも一つがフッ素であり、更に好ましくはY1およびY2が共に水素で、Y3およびY4が共にフッ素である。
例えば、誘電率異方性値が負に大きい液晶性化合物を得るには、より好ましくはY2およびY4が共に水素で、Y1およびY3のうち少なくとも一つがフッ素、−CF3または−CHF2であり、更に好ましくはY2およびY4が共に水素で、Y1およびY3がそれぞれ独立にフッ素、−CF3または−CHF2である。
1またはY3がフッ素、−CF3または−CHF2であるときは、化合物(1)の誘電率異方性の絶対値(|Δε|)が大きい。Y3およびY4が共にフッ素であるときは、化合物(1)の誘電率異方性値が正に大きい。Y1およびY3がそれぞれ独立にフッ素、−CF3または−CHF2であるときは、化合物(1)の誘電率異方性値が負に大きい。
m、n、qおよびrは、それぞれ独立に、0、1または2であり、m、n、qおよびrの和は、0、1、2、3または4であり、好ましくは0,1,2または3である。m、n、qまたはrが2のとき、2つの−Ai−Zi−(iは1、2、4または5である。)は、同じであっても、異なっていてもよい。化合物(1)が二環または三環を有するときは、粘度が小さい。化合物(1)が三環または四環を有するときは、上限温度が高い。
式(1)において、ネマチック相の上限温度ならびに下限温度の観点から、m=n=q=r=0(式(1−1)の化合物)、m=0、n=1、q=r=0(式(1−2)の化合物)、m=n=0、q=1、r=0(式(1−3)の化合物)、m=n=1、q=r=0(式(1−4)の化合物)、m=0、n=q=1、r=0(式(1−5)の化合物)、m=n=0、q=r=1(式(1−6)の化合物)、m=2、n=1、q=r=0(式(1−7)の化合物)、m=n=q=1、r=0(式(1−8)の化合物)、m=0、n=q=r=1(式(1−9)の化合物)、m=n=0、q=1、r=2(式(1−10)の化合物)であることが好ましい。
Figure 0005929781
式(1−1)〜(1−10)において、RaおよびRb、A1、A2、A3、A4およびA5、Z1、Z2、Z4およびZ5、ならびにY1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ式(1)中の同一記号と同義である。
化合物(1)の中でも、ネマチック相の上限温度ならびに下限温度の観点から、式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)から選択される式で表される化合物が特に好ましい。
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
上記各式は、式(1−1)〜(1−10)において、A1〜A5が、それぞれ1,4−シクロヘキシレンまたは式(Ph)で表される基である場合に相当する。
Figure 0005929781
式中、iは1〜5の整数である。
式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)において、各記号の意味は以下のとおりである。
RaおよびRbは、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニル、炭素数1〜6のアルコキシ、炭素数1〜7のポリフルオロアルキル、または炭素数1〜6のポリフルオロアルコキシであり、ただしRaおよびRbが同一であることはなく;Z1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y11〜Y14、Y21〜Y24、Y31〜Y34、Y41〜Y44およびY51〜Y54は、それぞれ独立に、水素またはフッ素である。
誘電率異方性値が正に大きい液晶性化合物を得るには、RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニル、−CF3または−OCF3であり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1およびY2が、共に水素であり;Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42、Y51およびY52が、水素であることが好ましい。
誘電率異方性値が正に大きい液晶性化合物を得るには、式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−2)、式(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−2)、式(1−5−5)〜(1−5−6)、式(1−6−3)、および式(1−6−6)において、Raが、フッ素、炭素数1〜5のアルキルまたは炭素数2〜5のアルケニルであり;Rbが、フッ素、−CF3または−OCF3であり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1およびY2が、共に水素であり;Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42、Y51およびY52が、水素であることが特に好ましい。
誘電率異方性値が正に大きい液晶性化合物を得るには、さらに、Y3およびY4のうち少なくとも一つがフッ素であり;式(Ph)で表される基において、Yi3、Yi4がそれぞれ独立に水素またはフッ素であることが好ましい。
誘電率異方性値が負に大きい液晶性化合物を得るには、RaおよびRbが、それぞれ独立に、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニルまたは炭素数1〜6のアルコキシであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−または−CH=CH−であり;Y2およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y12、Y14、Y22、Y24、Y32、Y34、Y42、Y44、Y52およびY54が、水素であることが好ましい。
誘電率異方性値が負に大きい液晶性化合物を得るには、式(1−1−2)、式(1−2−2)、式(1−2−3)、式(1−3−3)〜(1−3−4)、式(1−4−2)〜(1−4−4)、式(1−5−3)〜(1−5−6)、および式(1−6−4)〜(1−6−6)において、RaおよびRbが、それぞれ独立に、炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニルまたは炭素数1〜4のアルコキシであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−または−CH=CH−であり;Y2およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y12、Y14、Y22、Y24、Y32、Y34、Y42、Y44、Y52およびY54が、水素であることが特に好ましい。
誘電率異方性値が負に大きい液晶性化合物を得るには、さらに、Y1およびY3が、それぞれ独立に水素またはフッ素であり;式(Ph)で表される基において、Yi1、Yi3が共にフッ素であることが好ましい。
〔ジフルオロエチレンオキシ化合物の合成〕
本発明の化合物(1)は、有機合成化学における手法を適切に組み合わせることにより合成することができる。出発物質に目的の末端基、環および結合基を導入する方法は、オーガニックシンセシス(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc)、オーガニック・リアクションズ(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc)、コンプリヘンシブ・オーガニック・シンセシス(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press)、新実験化学講座(丸善)等の成書に記載されている。
式(1)における結合基Z1、Z2、Z4またはZ5を生成する方法の一例に関して、最初にスキームを示し、次に項(I)〜(XI)で各スキームを説明する。他の結合基も、有機合成化学の方法に従って、容易に生成することができる。
このスキームにおいて、MSG1またはMSG2は、少なくとも一つの環を有する1価の有機基である。複数のMSG1またはMSG2が表す有機基は、同一であってもよいし、異なってもよい。化合物(1A)〜(1K)は、化合物(1)に相当する。
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
(I)単結合の生成
アリールホウ酸(21)と公知の方法で合成される化合物(22)とを、炭酸塩水溶液およびテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム等の触媒の存在下で反応させて、化合物(1A)を合成する。
また、公知の方法で合成される化合物(23)にn−ブチルリチウムを、次いで塩化亜鉛を反応させ、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム等の触媒の存在下で化合物(22)を反応させることによっても、化合物(1A)を合成することができる。
(II)−COO−と−OCO−の生成
化合物(23)にn−ブチルリチウムを、続いて二酸化炭素を反応させてカルボン酸(24)を得る。カルボン酸(24)と、公知の方法で合成されるフェノール(25)とを、DDC(1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド)およびDMAP(4−ジメチルアミノピリジン)の存在下で脱水させて、−COO−を有する化合物(1B)を合成する。この方法によって、−OCO−を有する化合物を合成することもできる。
(III)−CF 2 O−と−OCF 2 −の生成
化合物(1B)をローソン試薬等の硫黄化剤で処理して化合物(26)を得る。化合物(26)をフッ化水素ピリジン錯体およびNBS(N−ブロモスクシンイミド)でフッ素化して、−CF2O−を有する化合物(1C)を合成する。M. Kuroboshi et al., Chem. Lett., 1992,827.を参照。化合物(1C)は、化合物(26)を(ジエチルアミノ)サルファートリフルオリド(DAST)でフッ素化しても合成することができる。W. H. Bunnelle et al., J. Org. Chem. 1990, 55, 768.を参照。この方法によって−OCF2−を有する化合物を合成することもできる。Peer. Kirsch et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1480.に記載の方法によって、これらの結合基を生成させることも可能である。
(IV)−CH=CH−の生成
化合物(23)をn−ブチルリチウムで処理した後、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等のホルムアミドと反応させてアルデヒド(28)を得る。公知の方法で合成されるホスホニウム塩(27)をカリウムtert−ブトキシド等の塩基で処理して発生させたリンイリドを、アルデヒド(28)に反応させて化合物(1D)を合成する。反応条件によってはシス体が生成するので、必要に応じて公知の方法によりシス体をトランス体に異性化する。
(V)−(CH 2 2 −の生成
化合物(1D)をパラジウム炭素等の触媒の存在下で水素化することにより、化合物(1E)を合成する。
(VI)−(CH 2 4 −の生成
ホスホニウム塩(27)の代わりにホスホニウム塩(29)を用い、項(IV)の方法に従って−(CH22−CH=CH−を有する化合物を得る。これを接触水素化して化合物(1F)を合成する。
(VII)−C≡C−の生成
ジクロロパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下で、化合物(23)に2−メチル−3−ブチン−2−オールを反応させた後、塩基性条件下で脱保護して化合物(30)を得る。ジクロロパラジウムとハロゲン化銅との触媒存在下、化合物(30)を化合物(22)と反応させて、化合物(1G)を合成する。
(VIII)−CF=CF−の生成
化合物(23)をn−ブチルリチウムで処理した後、テトラフルオロエチレンを反応させて化合物(31)を得る。化合物(22)をn−ブチルリチウムで処理した後、化合物(31)と反応させて化合物(1H)を合成する。
(IX)−CH 2 O−または−OCH 2 −の生成
化合物(28)を水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤で還元して化合物(32)を得る。これを臭化水素酸等でハロゲン化して化合物(33)を得る。炭酸カリウム等の存在下で、化合物(33)を化合物(25)と反応させて化合物(1J)を合成する。
(X)−(CH 2 3 O−または−O(CH 2 3 −の生成
化合物(32)の代わりに化合物(35)を用いて、項(IX)の方法に従って化合物(1K)を合成する。
(XI)−(CF 2 2 −の生成
J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 5414.に記載された方法に従い、ジケトン(−COCO−)をフッ化水素触媒の存在下、四フッ化硫黄でフッ素化して−(CF22−を有する化合物を得る。
ジフルオロエチレンオキシ基を有する化合物(1)を合成する方法の一例を、下記のスキームに示す。ただし、本発明の化合物(1)の合成方法は、下記のスキームに限定されるわけではない。
Figure 0005929781
化合物(37)〜(41)におけるRaおよびRb、A1〜A5、m、n、qおよびr、Y1〜Y4、ならびにZ1〜Z2およびZ4〜Z5の各記号の定義は、式(1)に記載した各記号の定義と同一である。
例えば、本発明の化合物(1)の合成方法は、
〈1〉塩基(例:水素化ナトリウム、炭酸カリウム)存在下、ブロモジフルオロ酢酸エステル(例:ブロモジフルオロ酢酸エチル)を化合物(37)と反応させて、化合物(38)を合成する第1工程(第1工程は、例えば、窒素雰囲気下、DMF等の非プロトン性極性溶媒中、通常50〜180℃、好ましくは60〜150℃で行う。);
〈2〉エステルをアルコールまで還元させる還元剤(例:水素化アルミニウムリチウム)を化合物(38)に作用させて、化合物(39)を合成する第2工程(第2工程は、例えば、窒素雰囲気下、テトラヒドロフラン等の溶媒中、通常0〜30℃、好ましくは0〜25℃で行う。);
〈3〉塩基(例:ピリジン、DABCO(ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン))存在下、p−トルエンスルホニルクロリドを化合物(39)と反応させて、化合物(40)を合成する第3工程(第3工程は、例えば、窒素雰囲気下、ジクロロメタン等の溶媒中、通常0〜30℃、好ましくは10〜25℃で行う。);および
〈4〉塩基(例:水素化ナトリウム、炭酸カリウム)存在下、化合物(40)と化合物(41)とを反応させて、化合物(1)を合成する第4工程(第4工程は、例えば、窒素雰囲気下、DMF等の非プロトン性極性溶媒中、通常50〜180℃、好ましくは60〜150℃で行う。)有する。
また、化合物(40)等のトシレートではなく、化合物(39)から誘導可能なハロゲン化物を用いても、同様に化合物(1)を合成することが出来る。なお、出発原料である化合物(37)および化合物(41)は、項(I)〜(XI)で説明した方法等の有機合成化学の方法に従って、容易に合成することができる。
〔液晶組成物〕
本発明の液晶組成物は、上述した化合物(1)を成分Aとして含有する。本発明の液晶組成物は、化合物(1)を一種のみ含有してもよく、化合物(1)を二種以上含有してもよい。
本発明の液晶組成物は、しきい値電圧、液晶相の温度範囲、光学異方性、誘電率異方性および粘度等の特性を優良に発現せしめるために、液晶組成物の全質量に対して、成分Aを0.1〜99質量%の割合で含有することが好ましく、より好ましくは1〜99質量%、更に好ましくは2〜98質量%である。
本発明の液晶組成物は、成分Aのみの組成物であってもよいが、種々の特性を発現させるため、以下に説明する成分B、成分C、成分Dおよび成分Eから選択される少なくとも一つの成分を更に含有してもよい。
成分Bは、後述する式(2)〜(4)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物であり;成分Cは、後述する式(5)で表される化合物であり;成分Dは、後述する式(6)〜(11)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物であり;成分Eは、後述する式(12)〜(14)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物である。
なお、式(2)〜(4)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物とは、式(2)で表される化合物、式(3)で表される化合物、および式(4)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物を意味する。他の例においても同様である。
本発明の液晶組成物は、用途に応じて、光学活性化合物および重合可能な化合物から選択される少なくとも一つを更に含有してもよく、酸化防止剤および紫外線吸収剤から選択される少なくとも一つを更に含有してもよい。酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤が挙げられる。紫外線吸収剤としては、例えば、ヒンダートアミン系光安定化剤が挙げられる。
本発明の液晶組成物を構成する各成分は、各元素の同位体元素からなる類縁体であっても、その化学的および物理的特性に大きな差異はない。
〈成分B〉(化合物(2)〜(4))
本発明の液晶組成物は、式(2)〜(4)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物(成分B)を含有してもよい。
Figure 0005929781
式(2)〜(4)において、各記号の意味は以下のとおりである。
1は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよい。
1は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3である。
環B1、環B2および環B3は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。
11およびZ12は、それぞれ独立に、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH2O−または単結合である。
1およびL2は、それぞれ独立に、水素またはフッ素である。
成分Bは、誘電率異方性値が正であり、熱安定性や化学的安定性が非常に優れているので、TFTにて駆動するTN用およびIPS用の液晶組成物を調製する場合に好適に用いられる。
成分Bを用いる場合における成分Bの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、通常1〜99質量%、好ましくは10〜97質量%、より好ましくは40〜95質量%である。また、成分Bとともに成分Eを更に含有させることにより、粘度の調整をすることができる。この場合の成分Eの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、通常1〜99質量%、好ましくは10〜97質量%、より好ましくは30〜95質量%である。
〈成分C〉(化合物(5))
本発明の液晶組成物は、式(5)で表される化合物(成分C)を含有してもよい。
Figure 0005929781
式(5)において、各記号の意味は以下のとおりである。
2は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよい。
2は、−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nである。
環C1、環C2および環C3は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルであり、前記1,4−フェニレンにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。
13は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CH2O−または単結合である。
3およびL4は、それぞれ独立に、水素またはフッ素である。
oは、0、1または2であり、pは、0または1である。oが2のとき、2つの環C2は、同じであっても、異なっていてもよい。
oおよびpの和は、0、1、2または3である。
成分Cは、誘電率異方性値が正で非常に大きいので、STN用、TN用またはIPS用の液晶組成物を調製する場合に主として用いられる。成分Cを含有させることにより、液晶組成物のしきい値電圧を小さくすることができ、また、粘度の調整、光学異方性の調整および液晶相の温度範囲を広げることができる。さらに急峻性の改良にも利用できる。
成分Cを用いる場合における成分Cの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、通常0.1〜99.9質量%、好ましくは10〜97質量%、より好ましくは40〜95質量%である。成分Cの含有量が前記範囲にある液晶組成物は、STN、TN用またはIPS用の液晶組成物として好ましい。また、成分Eを混合することにより、しきい値電圧、液晶相の温度範囲、光学異方性、誘電率異方性および粘度等を調整できる。
〈成分D〉(化合物(6)〜(11))
本発明の液晶組成物は、式(6)〜(11)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物(成分D)を含有してもよい。
Figure 0005929781
式(6)〜(11)において、各記号の意味は以下のとおりである。
3およびR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよい。
環D1、環D2、環D3および環D4は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、6−テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり、前記1,4−フェニレンにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。
14、Z15、Z16およびZ17は、それぞれ独立に、−(CH22−、−COO−、−CH2O−、−OCF2−、−OCF2(CH22−または単結合である。
5およびL6は、それぞれ独立に、フッ素または塩素である。
q、r、s、t、uおよびvは、それぞれ独立に、0または1である。
r、s、tおよびuの和は、1または2である。
成分Dは、VAモ−ドおよびPSAモード等に用いられる、誘電率異方性値が負の液晶組成物を調製する場合に好適に用いられる。また、成分Dを混合することにより、弾性定数をコントロ−ルし、液晶組成物の電圧透過率曲線を制御することが可能となる。
化合物(6)は、二環化合物であるので、主としてしきい値電圧の調整、粘度の調整または光学異方性の調整の効果がある。化合物(7)および化合物(8)は、三環化合物であるので、透明点を高くする、ネマチック相の温度範囲を広くする、しきい値電圧を低くする、光学異方性を大きくする等の効果がある。化合物(9)〜(11)は、しきい値電圧を低くする等の効果がある。
成分Dの含有量を増加させると、液晶組成物のしきい値電圧が低くなるが、粘度が大きくなるので、液晶組成物のしきい値電圧の要求を充たす限り、その含有量を少なくすることが好ましい。しかしながら、成分Dの誘電率異方性の絶対値が5程度であるので、充分な電圧駆動をさせるには、成分Dの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、40質量%以上であることが好ましい。この場合、成分Aの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、2〜40質量%であることが好ましい。
成分Dを用いる場合における成分Dの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50〜95質量%である。成分Dの含有量が前記範囲にある液晶組成物は、VAモ−ドおよびPSAモード用の液晶組成物として好ましい。成分Dを誘電率異方性値が正の液晶組成物に混合する場合は、その含有量は、液晶組成物の全質量に対して、好ましくは30質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。また、成分Dとともに成分Eを更に含有させることにより、粘度の調整をすることができる。この場合の成分Eの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、通常1〜99質量%、好ましくは2〜99質量%である。
〈成分E〉(化合物(12)〜(14))
本発明の液晶組成物は、式(12)〜(14)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物(成分E)を含有してもよい。
Figure 0005929781
式(12)〜(14)において、各記号の意味は以下のとおりである。
5およびR6は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよい。
環E1、環E2および環E3は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンである。
18およびZ19は、それぞれ独立に、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−または単結合である。
成分Eは、誘電率異方性の絶対値が小さく、中性に近い化合物である。成分Eを用いることにより、しきい値電圧、液晶相の温度範囲、光学異方性、誘電率異方性、粘度等を調整することができる。
化合物(12)は、主として粘度の調整または光学異方性を調整する効果がある。化合物(13)および化合物(14)は、透明点を高くする等のネマチック相の温度範囲を広げる効果、または光学異方性を調整する効果がある。
成分Eの含有量を増加させると、粘度が小さくなるが、液晶組成物のしきい値電圧が高くなるので、液晶組成物のしきい値電圧の要求を充たす限り、その含有量を多くすることが好ましい。
MVA用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合、成分Eの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上である。TN用、STN用またはIPS用の液晶組成物を調製する場合、成分Eの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上である。これらの場合、成分Aの含有量は、液晶組成物の全質量に対して、1〜40質量%であることが好ましい。
以下、上記各式で表される化合物の好適例を記載する。
成分Bのうち、式(2)で表される化合物の好適例として式(2−1)〜(2−16)で表される化合物が挙げられ、式(3)で表される化合物の好適例として式(3−1)〜(3−112)で表される化合物が挙げられ、式(4)で表される化合物の好適例として式(4−1)〜(4−54)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
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Figure 0005929781
Figure 0005929781
式中、R1およびX1は、式(2)〜(4)中のR1およびX1と同義である。
成分Cのうち、式(5)で表される化合物の好適例として、式(5−1)〜(5−64)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
式中、R2およびX2は、式(5)中のR2およびX2と同義である。
成分Dのうち、式(6)〜(11)で表される化合物の好適例として、それぞれ式(6−1)〜(6−6)、式(7−1)〜(7−15)、式(8−1)、式(9−1)〜(9−3)、式(10−1)〜(10−11)、および式(11−1)〜(11−10)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005929781
Figure 0005929781
式中、R3およびR4は、式(6)〜(11)中のR3およびR4と同義である。
成分Eのうち、式(12)〜(14)で表される化合物の好適例として、それぞれ式(12−1)〜(12−11)、式(13−1)〜(13−19)、および式(14−1)〜(14−6)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005929781
Figure 0005929781
式中、R5およびR6は、式(12)〜(14)中のR5およびR6と同義である。
〈光学活性化合物〉
本発明の液晶組成物は、光学活性化合物を一種または二種以上含有してもよい。光学活性化合物として、公知のキラルド−プ剤が挙げられる。このキラルド−プ剤は、液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を調整し、逆ねじれを防ぐといった効果を有する。キラルド−プ剤として、例えば、式(Op−1)〜(Op−13)で表される光学活性化合物が挙げられる。
Figure 0005929781
本発明の液晶組成物に光学活性化合物を添加することにより、ねじれのピッチを調整することができる。ねじれのピッチは、TFT用およびTN用の液晶組成物であれば40〜200μmの範囲に調整することが好ましく;STN用の液晶組成物であれば6〜20μmの範囲に調整することが好ましく;BTN用の液晶組成物であれば1.5〜4μmの範囲に調整することが好ましい。また、ピッチの温度依存性を調整する目的で、二種以上の光学活性化合物を添加してもよい。
〈重合可能な化合物〉
本発明の液晶組成物は、重合可能な化合物を一種または二種以上添加して、PSA用の液晶組成物として使用することもできる。また、重合可能な化合物を添加する場合、重合開始剤を用いることが好ましい。これらの場合、重合可能な化合物の含有量は、液晶組成物の全質量に対して、0.1〜2質量%であることが好ましい。
重合可能な化合物としては、例えば、アクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテル、エポキシ、ビニルケトンおよびオキセタン等の重合可能な基を有する化合物が挙げられる。重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤等の適切な重合開始剤の存在下で、UV照射等により重合する。
重合のための適切な条件、重合開始剤の適切な種類および適切な量は、当業者には既知であり、各文献に記載されている。例えば光重合開始剤であるIrgacure 651(登録商標)、Irgacure 184(登録商標)、またはDarocure 1173(登録商標)(以上、BASF)が、ラジカル重合に対して適切である。
〈その他の成分〉
本発明の液晶組成物は、メロシアニン系、スチリル系、アゾ系、アゾメチン系、アゾキシ系、キノフタロン系、アントラキノン系、テトラジン系等の二色性色素などの染料を添加して、ゲスト・ホスト(GH)型用の液晶組成物として使用することもできる。
〈液晶組成物の調製方法およびその特性〉
本発明の液晶組成物は、例えば、各成分を構成する化合物が液体の場合には、それぞれの化合物を混合することにより、また各成分を構成する化合物のうち一種または二種以上が固体の場合には、それぞれの化合物を混合し、加熱溶解によってお互い液体にしてから振とうさせることにより、調製することができる。また、本発明の液晶組成物は、その他の公知の方法により調製することもできる。
本発明の液晶組成物を調製するときには、例えば、化合物(1)の誘電率異方性を考慮して各成分を選択することもできる。各成分を選択した液晶組成物は、熱、光等に対する安定性を有し、粘度が低く、適切な誘電率異方性、適切な光学異方性、および適切な弾性定数を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度が高く、ネマチック相の下限温度が低い。ここで「適切な」とは、本発明の液晶組成物を含む液晶表示素子の動作モードに応じて、例えば誘電率異方性、光学異方性および弾性定数の好適範囲が適宜決定されることを意味する。
本発明の液晶組成物では、ネマチック相の上限温度を70℃以上とすること、ネマチック相の下限温度を−20℃以下とすることができ、ネマチック相の温度範囲が広い。したがって、本発明の液晶組成物を含む液晶表示素子は、広い温度領域で使用することが可能である。
本発明の液晶組成物では、その組成等を適宜調整することで、光学異方性値(Δn)を、例えば0.10〜0.13の範囲に調整する、あるいは0.05〜0.18の範囲に調整する等、任意の範囲に調整することができる。
本発明の液晶組成物では、その組成等を適宜調整することで、誘電率異方性値(Δε)を、通常−5.0〜−2.0の範囲に、好ましくは−4.5〜−2.5の範囲に調整することができる。前記範囲の誘電率異方性値を有する液晶組成物は、VAモード、IPSモードまたはPSAモードで動作する液晶表示素子に好適に使用することができる。
本発明の液晶組成物では、その組成等を適宜調整することで、誘電率異方性値(Δε)を、通常1〜30の範囲に、好ましくは2〜25の範囲に調整することができる。前記範囲の誘電率異方性値を有する液晶組成物は、TNモード、STNモード、IPSモード、OCBモードで動作する液晶表示素子に好適に使用することができる。
なお、上記物性の測定方法は、実施例に記載したとおりである。
〔液晶表示素子〕
本発明の液晶表示素子は、上述した液晶組成物を含む。本発明の液晶表示素子は、応答時間が速く、消費電力および駆動電圧が小さく、コントラスト比が大きく、広い温度範囲で使用可能であり、よって液晶プロジェクター、液晶テレビ等に用いることができる。
本発明の液晶組成物は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、VAモード、IPSモード、PSAモード等の動作モードを有し、アクティブマトリクス(AM)方式で駆動する液晶表示素子だけでなく;PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード、VAモード、IPSモード等の動作モードを有し、パッシブマトリクス(PM)方式で駆動する液晶表示素子にも使用することができる。これらのAM方式およびPM方式の液晶表示素子は、反射型、透過型および半透過型等、いずれの液晶ディスプレイ等にも適用できる。
本発明の液晶組成物は、複屈折制御のECB(electrically controlled birefringence)モード素子や、導電剤を添加させた液晶組成物を用いたDS(dynamic scattering)モード素子や、液晶組成物をマイクロカプセル化して作製したNCAP(nematic curvilinear aligned phase)素子や、液晶組成物中に三次元の網目状高分子を形成して作成したPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
これらの中でも、本発明の液晶組成物では、上述した特性を有するので、VAモード、IPSモードまたはPSAモード等の負の誘電率異方性値を有する液晶組成物を利用した動作モードで駆動する、AM方式の液晶表示素子に好適に用いることができ、特に、VAモードで駆動するAM方式の液晶表示素子に好適に用いることができる。
なお、TNモード、VAモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して垂直である。一方、IPSモード等で駆動する液晶表示素子においては、電場の方向は、液晶層に対して平行である。
また、VAモードで駆動する液晶表示素子の構造は、K. Ohmuro, S. Kataoka, T. Sasaki and Y. Koike, SID '97 Digest of Technical Papers, 28, 845 (1997)に報告されており、IPSモードで駆動する液晶表示素子の構造は、国際公開91/10936号パンフレット(ファミリー:US5576867)に報告されている。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例によっては制限されない。特に断りのない限り、「%」は「質量%」であることを意味する。
1 H−NMR分析〕
実施例等で得られた液晶性化合物は、1H−NMR分析で得られるスペクトルグラム等により同定した。測定装置として、DRX−500(ブルカーバイオスピン(株)製)を用いた。測定は、実施例等で製造したサンプルを、CDCl3等のサンプルが可溶な重水素化溶媒に溶解させ、室温で、500MHz、積算回数32回の条件で行った。なお、核磁気共鳴スペクトルの説明において、sはシングレット、dはダブレット、tはトリプレット、qはカルテット、quinはクインテット、sexはセクステット、mはマルチプレット、brはブロードであることを意味する。また、化学シフトδ値のゼロ点の基準物質としては、テトラメチルシラン(TMS)を用いた。
〔測定試料〕
実施例等で得られた液晶性化合物の物性値を測定する試料としては、液晶性化合物そのものを試料とする場合、液晶性化合物を母液晶と混合して試料とする場合、の2つの方法を用いた。
液晶性化合物を母液晶と混合してなる試料を用いる後者の場合には、以下の方法で測定を行った。まず、得られた液晶性化合物15%と母液晶85%とを混合して試料を調製した。ただし、液晶性化合物と母液晶との混合割合が前記場合であっても、スメクチック相または結晶が25℃で析出するときは、液晶性化合物と母液晶との混合割合(液晶性化合物:母液晶)を10%:90%、5%:95%、1%:99%の順に変更していき、スメクチック相または結晶が25℃で析出しなくなった混合割合で、試料を調製した。得られた試料の測定値から、下記式に示す外挿法に従って、外挿値を計算した。この外挿値を、得られた液晶性化合物の物性値とした。
Figure 0005929781
〔母液晶〕
母液晶として、誘電率異方性値が正である液晶性化合物のとき、母液晶iを用い、誘電率異方性値が負である液晶性化合物のとき、母液晶iiを用いた。母液晶iおよび母液晶iiの組成は、次のとおりである。
母液晶i:
Figure 0005929781
ネマチック相を有する母液晶iの物性(測定方法は以下に記載した。)は、以下のとおりであった:上限温度(TNI)=71.7℃、粘度(η)=27.0mPa・s、誘電率異方性値(Δε)=11.0、光学異方性値(Δn)=0.137.
母液晶ii:
Figure 0005929781
ネマチック相を有する母液晶iiの物性(測定方法は以下に記載した。)は、以下のとおりであった:上限温度(TNI)=74.6℃、粘度(η)=18.9mPa・s、誘電率異方性値(Δε)=−1.3、光学異方性値(Δn)=0.087.
〔測定方法〕
実施例等で得られた液晶性化合物および液晶組成物の物性値の測定は、後述する方法で行った。これら測定方法の多くは、日本電子機械工業会規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。また、測定に用いたTN素子またはVA素子には、TFTを取り付けなかった。
測定値のうち、液晶性化合物そのものを試料として得られた値、および液晶組成物そのものを試料として得られた値の場合は、そのまま記載した。液晶性化合物を母液晶と混合してなる試料の場合は、外挿法で得られた値を記載とした。
〈相構造および転移温度(℃)〉
相構造および転移温度は、下記(1)および(2)の方法で測定した。
(1)偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−52型ホットステージ)に試料を置き、3℃/分の速度で加熱しながら相状態およびその変化を偏光顕微鏡で観察し、相の種類を特定した。
(2)パーキンエルマー社製走査熱量計DSC−7システムまたはDiamond DSCシステムを用いて、3℃/分速度で昇降温し、試料の相変化に伴う、吸熱ピークまたは発熱ピークの開始点を外挿法により求め(on set)、転移温度を決定した。
以下、結晶はCrと表した。結晶の区別がつく場合は、それぞれCr1またはCr2と表した。また、スメクチック相はSm、ネマチック相はNと表した。等方性液体(アイソトロピック)はIsoと表した。スメクチック相の中で、スメクチックB相、またはスメクチックA相の区別がつく場合は、それぞれSmB、またはSmAと表した。転移温度の表記として、例えば、「Cr 50.0 N 100.0 Iso」とは、結晶からネマチック相への転移温度(CN)が50.0℃であり、ネマチック相から等方性液体への転移温度(NI)が100.0℃であることを示す。他の表記も同様である。
〈ネマチック相の上限温度(T NI ;℃)〉
偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレート(メトラー社FP−82型ホットステージ)に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を置き、1℃/分の速度で加熱しながら偏光顕微鏡で観察した。試料の一部がネマチック相から等方性液体に変化したときの温度を、ネマチック相の上限温度とした。上述したように、ネマチック相の上限温度を、単に「上限温度」と略すことがある。
〈ネマチック相の下限温度(T C ;℃)〉
ネマチック相を有する試料を0℃、−10℃、−20℃、−30℃、および−40℃のフリーザー中に10日間保管した後、液晶相を観察した。例えば、試料が−20℃ではネマチック相のままであり、−30℃では結晶またはスメクチック相に変化したとき、TCを≦−20℃と記載した。上述したように、ネマチック相の下限温度を、単に「下限温度」と略すことがある。
〈粘度(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)〉
バルク粘度(η)の測定は、E型回転粘度計を用いた。
〈誘電率異方性(Δε;25℃で測定)〉
誘電率異方性値は、以下の方法によって測定した。
よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16mL)のエタノール(20mL)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させた後、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。
同様の方法で、ガラス基板上にポリイミドの配向膜を形成した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。また、得られたTN素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5V(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性値(Δε)は、Δε=ε‖−ε⊥の式から計算した。
〈光学異方性(Δn;25℃で測定)〉
光学異方性値の測定は、25℃の温度下で、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けたアッベ屈折計により行った。主プリズムの表面を一方向にラビングした後、試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を主プリズムに滴下した。屈折率(n‖)は、偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率(n⊥)は、偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。光学異方性値(Δn)は、Δn=n‖−n⊥の式から計算した。
〈弾性定数(K 11 、K 33 ;25℃で測定)〉
弾性定数の測定には、EC−1型弾性定数測定器((株)東陽テクニカ製)を用いた。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmである垂直配向セルに、試料を入れた。このセルに20ボルトから0ボルトの電圧を印加し、静電容量および印加電圧を測定した。測定した静電容量(C)と印加電圧(V)との値を『液晶デバイスハンドブック』(日刊工業新聞社)の75頁に記載されている式(2.98)および式(2.101)を用いてフィッティングし、式(2.100)から、弾性定数の値を得た。
〔液晶性化合物の実施例〕
液晶性化合物の実施例等を以下に示す。
[実施例1]トランス−4−(2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ)−2,2−ジフルオロエトキシ)−2,3−ジフルオロエトキシベンゼンの合成[化合物(1−3−3−3)]
Figure 0005929781
〈第1工程〉
窒素雰囲気下、15gの4−(4−プロピルシクロヘキシル)フェノール[化合物(r−1)]を200mLのDMFに溶解させ、氷冷下2.75gの水素化ナトリウム(60%)を加え、50℃にて1時間撹拌した。そこへ、50mLのDMFへ溶解させた13.9gのブロモジフルオロ酢酸エチルを加え、加熱還流下2時間撹拌した。反応液を水中へ注ぎ込み、トルエンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=7/3(容量比))により精製し、18.4gの2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ−2,2−ジフルオロ酢酸エチル[化合物(r−2)]を得た。
〈第2工程〉
窒素雰囲気下、50mLのテトラヒドロフラン(THF)へ分散させた0.67gの水素化アルミニウムリチウムへ、氷冷下50mLのTHFへ溶解させた6.0gの化合物(r−2)を滴下し、室温で3時間撹拌した。反応溶液に100mLのトルエンを加え、さらに飽和硫酸ナトリウム水溶液をガム状沈殿物が出来るまで滴下した。有機層とガム状物質とをデカンテーションにて分離し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去し、5.2gの2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ−2,2−ジフルオロエタノール[化合物(r−3)]を得た。
〈第3工程〉
窒素雰囲気下、15mLのジクロロメタンへ溶解させた4.0gの化合物(r−3)へ、氷冷下2.8gのp−トルエンスルホニルクロリドを加え、続いて15mLのジクロロメタンへ溶解させた6.0gのジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)を加え、室温にて終夜撹拌した。氷冷下6M塩酸を滴下し、ジクロロメタンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水および1M塩酸にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)による分取操作で精製し、6.4gの4−メチルベンゼンスルホン酸2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ−2,2−ジフルオロエチル[化合物(r−4)]を得た。
〈第4工程〉
窒素雰囲気下、50mLのDMFへ溶解させた2.1gの4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェノール[化合物(r−5)]へ、1.64gの炭酸カリウム、0.38gのテトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)を加え、そこへ20mLのDMFに溶解させた4.5gの化合物(r−4)を加え、加熱還流下4時間撹拌した。水を滴下して反応を停止し、トルエンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/トルエン=1/1(容量比))による分取操作で精製し、さらにヘプタン/ソルミックス(登録商標)A−11=1/2(容量比)からの再結晶により精製し、1.25gのトランス−4−(2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ)−2,2−ジフルオロエトキシ)−2,3−ジフルオロエトキシベンゼン[化合物(1−3−3−3)]を得た。
1H−NMR(CDCl3 δ[ppm]);7.20(d,2H),7.14(d,2H),6.82(td,1H),6.67(td,1H),4.44(t,2H),4.10(q,2H),2.49(tt,1H),1.92−1.88(m,4H),1.48(t,3H),1.46−1.22(m,7H),1.11−1.05(m,2H),0.95(t,3H).
転移温度は化合物(1−3−3−3)自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性値(Δε)および光学異方性値(Δn)は、化合物(1−3−3−3)を母液晶iiと混合してなる試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした。化合物(1−3−3−3)の物性値は、以下のとおりであった。
転移温度 :Cr 66.4 (SmA 52.6)Iso.
NI=47.9℃,Δε=−6.67,Δn=0.106.
[実施例2]トランス−4−(4−(2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ)−2,2−ジフルオロエトキシ)−2,3−ジフルオロフェニル)−2,3−ジフルオロエトキシベンゼンの合成[化合物(1−5−4−6)]
Figure 0005929781
窒素雰囲気下、50mLのDMFへ溶解させた3.8gの4−(4−エトキシ−2,3−ジフルオロフェニル)−2,3−ジフルオロフェノール[化合物(r−6)]へ、1.4gの炭酸カリウム、および0.33gのTBABを加え、そこへ20mLのDMFへ溶解させた3.8gの化合物(r−4)を加え、加熱還流下10時間撹拌した。水を滴下して反応を停止し、トルエンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/トルエン=1/1(容量比))による分取操作で精製し、さらにヘプタン/ソルミックス(登録商標)A−11=1/1(容量比)からの再結晶により精製し、2.06gのトランス−4−(4−(2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ)−2,2−ジフルオロエトキシ)−2,3−ジフルオロフェニル)−2,3−ジフルオロエトキシベンゼン[化合物(1−5−4−6)]を得た。
1H−NMR(CDCl3 δ[ppm]);7.22(d,2H),7.16(d,2H),7.10−7.03(m,2H),6.95(td,1H),6.83(td,1H),4.55(t,2H),4.20(q,2H),2.49(tt,1H),1.92−1.87(m,4H),1.53(t,3H),1.46−1.22(m,7H),1.12−1.05(m,2H),0.94(t,3H).
転移温度は化合物(1−5−4−6)自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性値(Δε)および光学異方性値(Δn)は、化合物(1−5−4−6)を母液晶iiと混合してなる試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした。化合物(1−5−4−6)の物性値は、以下のとおりであった。
転移温度 :Cr 109.0 N 121.9 Iso.
NI=114.6℃,Δε=−9.49,Δn=0.166.
[実施例3]トランス−4−(2−(4−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)シクロヘキシル)−2,6−ジフルオロフェノキシ)−ジフルオロエトキシ)−3,4,5−トリフルオロベンゼンの合成[化合物(1−4−2−2)]
Figure 0005929781
〈第1工程〉
窒素雰囲気下、200mLのDMFに溶解させた18gの3,4,5−トリフルオロフェノール(r−7)へ、17gの炭酸カリウム、および4.0gのTBABを加え、そこへ50mLのDMFへ溶解させた25.0gのブロモジフルオロ酢酸エチルを加え、90℃で3時間撹拌した。反応液を水中へ注ぎ込み、ジエチルエーテルで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、22.8gの2−(3,4,5−トリフルオロフェノキシ)−2,2−ジフルオロ酢酸エチル[化合物(r−8)]を得た。
〈第2工程〉
窒素雰囲気下、150mLのTHFへ分散させた3.21gの水素化アルミニウムリチウムへ、氷冷下100mLのTHFを溶解させた22.8gの化合物(r−8)を滴下し、室温で3時間撹拌した。反応溶液に200mLのトルエンを加え、さらに飽和硫酸ナトリウム水溶液をガム状沈殿物が出来るまで滴下した。有機層とガム状物質とをデカンテーションにて分離し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去し、14.6gの2−(3,4,5−トリフルオロフェノキシ)−2,2−ジフルオロエタノール[化合物(r−9)]を得た。
〈第3工程〉
窒素雰囲気下、100mLのジクロロメタンへ溶解させた14.6gの化合物(r−9)へ、氷冷下13.4gのp−トルエンスルホニルクロリドを加え、続いて100mLのジクロロメタンへ溶解させた28.7gのDABCOを加え、室温にて終夜撹拌した。氷冷下6M塩酸を滴下し、ジクロロメタンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水、1M塩酸にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)による分取操作で精製し、11.0gの4−メチルベンゼンスルホン酸2−(3,4,5−トリフルオロフェノキシ)−2,2−ジフルオロエチル[化合物(r−10)]を得た。
〈第4工程〉
窒素雰囲気下、50mLのDMFへ溶解させた3.0gの4−(4−(4−プロピルシクロヘキシル)シクロヘキシル)−2,6−ジフルオロフェノール[化合物(r−11)]へ、0.43gの水素化ナトリウム(60%)を加え、50℃にて1時間撹拌した。そこへ20mLのDMFに溶解させた4.09gの化合物(r−10)を加え、加熱還流下6時間撹拌した。水を滴下して反応を停止し、トルエンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/トルエン=4/1(容量比))による分取操作で精製し、さらにヘプタン/ソルミックス(登録商標)A−11=1/3(容量比)からの再結晶により精製し、0.72gのトランス−4−(2−(4−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)シクロヘキシル)−2,6−ジフルオロフェノキシ)−ジフルオロエトキシ)−3,4,5−トリフルオロベンゼン[化合物(1−4−2−2)]を得た。
1H−NMR(CDCl3 δ[ppm]);6.90(dd,2H),6.77(dd,2H),4.44(t,2H),2.38(tt,1H),1.90−1.71(m,8H),1.37−1.27(m,4H),1.15−0.95(m,9H),0.86(q,2H),0.85(t,3H).
転移温度は化合物(1−4−2−2)自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性値(Δε)および光学異方性値(Δn)は、化合物(1−4−2−2)を母液晶iと混合してなる試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした。化合物(1−4−2−2)の物性値は、以下のとおりであった。
転移温度 :Cr1 59.1 Cr2 69.5 N 118.8 Iso.
NI=91.0℃,Δε=16.8,Δn=0.097.
[実施例4]トランス−4−(2−(4−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル)−2−フルオロフェノキシ)−ジフルオロエトキシ)−3,4,5-トリフルオロベンゼンの合成[化合物(1−4−3−2)]
Figure 0005929781
窒素雰囲気下、50mLのDMFへ溶解させた3.0gの4−(4−(4−プロピルシクロヘキシル)フェニル)−2−フルオロフェノール[化合物(r−12)]へ、1.6gの炭酸カリウム、および0.74gのTBABを加え、さらに30mLのDMFに溶解させた3.67gの化合物(r−10)を加え、加熱還流下4時間撹拌した。水を滴下して反応を停止し、トルエンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/トルエン=7/3(容量比))による分取操作で精製し、さらにヘプタン/ソルミックス(登録商標)A−11=1/2(容量比)からの再結晶により精製し、0.88gのトランス−4−(2−(4−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェニル)−2−フルオロフェノキシ)−ジフルオロエトキシ)−3,4,5-トリフルオロベンゼン[化合物(1−4−3−2)]を得た。
1H−NMR(CDCl3 δ[ppm]);7.45(d,2H),7.34(dd,1H),7.28(d,2H),7.30−7.27(m,1H),7.10(t,1H),6.91(dd,2H),4.49(t,2H),2.50(tt,1H),1.93−1.86(m,4H),1.52−1.44(m,2H),1.38−1.28(m,3H),1.24−1.20(m、2H),1.10−1.02(m,2H),0.91(t,3H).
転移温度は化合物(1−4−3−2)自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性値(Δε)および光学異方性値(Δn)は、化合物(1−4−3−2)を母液晶iと混合してなる試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした。化合物(1−4−3−2)の物性値は、以下のとおりであった。
転移温度 :Cr1 32.4 Cr2 58.7
SmB 64.9 SmA 89.9 N 131.8 Iso.
NI=108.4℃,Δε=13.5,Δn=0.144.
[実施例5](2−(4−(4−ペンチルフェニル)−2−フルオロフェニルオキシ)−1,1−ジフルオロエトキシ)−4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロベンゼンの合成[化合物(1−5−6−1)]
Figure 0005929781
〈第1工程〉
窒素雰囲気下、100mLのDMFに溶解させた11.93gの4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロフェノール(r−12)へ、1.97gの水素化ナトリウム(60wt%)を加え、室温で1時間撹拌した。そこへ50mLのDMFへ溶解させた10gのブロモジフルオロ酢酸エチルを加え、60℃で2時間撹拌した。反応液を水中へ注ぎ込み、ジエチルエーテルで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサン/トルエン=1/1[容量比])による分取操作で精製し、9.2gの2−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロフェニルオキシ)−2,2−ジフルオロ酢酸エチル[化合物(r−13)]を得た。
〈第2工程〉
窒素雰囲気下、50mLのTHFへ分散させた0.96gの水素化アルミニウムリチウムへ、氷冷下40mLのTHFを溶解させた9.2gの化合物(r−13)を滴下し、室温で3時間撹拌した。反応溶液に70mLのトルエンを加え、さらに飽和硫酸ナトリウム水溶液をガム状沈殿物が出来るまで滴下した。有機層とガム状物質とをデカンテーションにて分離し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去し、7.08gの2−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロフェニルオキシ)−2,2−ジフルオロエタノール[化合物(r−14)]を得た。
〈第3工程〉
窒素雰囲気下、50mLのジクロロメタンへ溶解させた7.08gの化合物(r−14)へ、氷冷下4.19gのp−トルエンスルホニルクロリドを加え、続いて50mLのジクロロメタンへ溶解させた9.86gのDABCOを加え、室温にて終夜撹拌した。氷冷下6M塩酸を滴下し、ジクロロメタンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水、1M塩酸にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)による分取操作で精製し、11.0gの4−メチルベンゼンスルホン酸2−(4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロフェニルオキシ)−2,2−ジフルオロエチル[化合物(r−15)]を得た。
〈第4工程〉
窒素雰囲気下、25mLのDMFへ溶解させた3.0gの4−(4−ペンチルフェニル)−2−フルオロフェノール[化合物(r−16)]へ、1.16gの炭酸カリウムおよび0.27gのTBABを加え、その懸濁液に3.33gの化合物(r−15)を加え、加熱還流下6時間撹拌した。反応液を水に注ぎ反応を停止し、トルエンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/トルエン=7/3(容量比))による分取操作で精製し、さらにヘプタン/ソルミックス(登録商標)A−11=1/3(容量比)からの再結晶により精製し、0.85gの(2−(4−(4−ペンチルフェニル)−2−フルオロフェニルオキシ)1,1−ジフルオロエトキシ)−4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロベンゼン[化合物(1−5−6−1)]を得た。
1H−NMR(CDCl3 δ[ppm]);7.44(dd,2H),7.36(dd,1H),7.34(t、1H),7.30(d、1H),7.25(dd,2H),7.16−7.08(m,5H),4.53(t,2H),2.64(t,2H),1.64(quin,2H),1.37−1.33(m,4H),0.90(t,3H).
転移温度は化合物(1−5−6−1)自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性値(Δε)および光学異方性値(Δn)は、化合物(1−5−6−1)を母液晶iと混合してなる試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした。化合物(1−5−6−1)の物性値は、以下のとおりであった。
転移温度 :Cr 76.5 Iso.
NI=52.4℃,Δε=21.8,Δn=0.164.
[実施例6](2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−2−フルオロフェニルオキシ)−1,1−ジフルオロエトキシ)−4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロベンゼンの合成[化合物(1−5−5−1)]
Figure 0005929781
窒素雰囲気下、50mLのDMFへ溶解させた3.0gの4−(4−プロピルシクロヘキシル−2−フルオロフェノール[化合物(r−17)]へ、1.16gの炭酸カリウム、および0.27gのTBABを加え、さらに25mLのDMFに溶解させた3.33gの化合物(r−15)を加え、加熱還流下6時間撹拌した。反応液を水へ注ぎ込み反応を停止し、トルエンで抽出後有機層を合わせ、有機層を飽和食塩水にて洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧流去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/トルエン=9/1(容量比))による分取操作で精製し、さらにソルミックス(登録商標)A−11からの再結晶により精製し、0.40gの(2−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−2−フルオロフェニルオキシ)−1,1−ジフルオロエトキシ)−4−(3,4,5−トリフルオロフェニル)−3−フルオロベンゼン[化合物(1−5−5−1)]を得た。
1H−NMR(CDCl3 δ[ppm]);7.36(t,1H),7.17−7.07(m,4H),7.00(t,1H),6.98(dd,1H),6.92(dd,1H),4.47(t,2H),2.42(tt,1H),1.88−1.86(m,4H),1.40−1.18(m,7H),1.05−1.02(m,2H),0.90(t,3H).
転移温度は化合物(1−5−5−1)自体の測定値とし、上限温度(TNI)、誘電率異方性値(Δε)および光学異方性値(Δn)は、化合物(1−5−5−1)を母液晶iと混合してなる試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした。化合物(1−5−5−1)の物性値は、以下のとおりであった。
転移温度 :Cr 71.7(N 45.0)Iso.
NI=46.4℃,Δε=19.4,Δn=0.117.
[比較例1]
特開2003−2858号公報に開示の化合物201であるトランス−4−(3−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ)−3,3−ジフルオロプロピル)−2,3−ジフルオロエトキシベンゼン(Ex−1)を合成した。化合物(Ex−1)は、実施例1にて合成した化合物(1−3−3−3)と類似の構造を有しており、これらの誘電率異方性値(Δε)の比較を行うことを目的とする。
Figure 0005929781
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下のとおりであり、得られた化合物が、トランス−4−(3−(4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)フェノキシ)−3,3−ジフルオロプロピル)−2,3−ジフルオロエトキシベンゼン(Ex−1)であることが同定できた。
1H−NMR(CDCl3 δ[ppm]);7.17−7.07(m,4H),6.87(td,1H),6.67(td,1H),4.10(q,2H),2.94(t,2H),2.48−2.38(m,3H),1.86(dd,4H),1.44(t、3H),1.41−1.18(m,7H),1.07−0.97(m,2H),0.90(t,3H).
転移温度は化合物(Ex−1)自体の測定値とし、以下のとおりであった。
転移温度 :Cr 51.2 N 98.1 Iso.
化合物(Ex−1)の誘電率異方性値(Δε)は、化合物(Ex−1)を母液晶iiと混合してなる試料の測定値を、上記外挿法に従って換算した外挿値とした。化合物(Ex−1)のΔεは、−4.88であった。
一方、化合物(1−3−3−3)のΔεは、−6.67であった。したがって、化合物(1−3−3−3)は、化合物(Ex−1)に比べて、誘電率異方性値(Δε)が負に大きく、液晶性化合物として有用であることがわかった。
〔液晶性化合物の例示〕
実施例1〜6に記載された合成方法と同様の方法により、以下に示す、化合物(1−1−1−1)〜(1−1−1−24)、(1−1−2−1)〜(1−1−2−24)、(1−2−1−1)〜(1−2−1−24)、(1−2−2−1)〜(1−2−2−24)、(1−2−3−1)〜(1−2−3−24)、(1−3−1−1)〜(1−3−1−12)、(1−3−2−1)〜(1−3−2−24)、(1−3−3−1)〜(1−3−3−12)、(1−3−4−1)〜(1−3−4−24)、(1−4−1−1)〜(1−4−1−12)、(1−4−2−1)〜(1−4−2−12)、(1−4−3−1)〜(1−4−3−12)、(1−4−4−1)〜(1−4−4−12)、(1−5−1−1)〜(1−5−1−12)、(1−5−2−1)〜(1−5−2−12)、(1−5−3−1)〜(1−5−3−12)、(1−5−4−1)〜(1−5−4−12)、(1−5−5−1)〜(1−5−5−12)、(1−5−6−1)〜(1−5−6−12)、(1−6−1−1)〜(1−6−1−12)、(1−6−2−1)〜(1−6−2−12)、(1−6−3−1)〜(1−6−3−12)、(1−6−4−1)〜(1−6−4−12)、(1−6−5−1)〜(1−6−5−12)、および(1−6−6−1)〜(1−6−6−12)を合成することができる。なお、実施例1〜6で合成した液晶性化合物も例示している。
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
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Figure 0005929781
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Figure 0005929781
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Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
Figure 0005929781
〔液晶組成物の実施例〕
液晶組成物の実施例等を以下に示す。
液晶組成物の成分である各化合物の記号による表記方法を表1に示す。表中、1,4−シクロへキシレンの立体配置は、トランス配置である。各化合物の割合(百分率)は、特に断りのない限り、液晶組成物の全質量に基づいた質量百分率(質量%)である。
なお、各実施例で使用する液晶性化合物の部分に記載した番号は、上述した成分A〜Eの化合物番号に対応している。化合物番号を記載せずに、単に「−」と記載した場合には、この化合物は、これら成分には対応をしていないその他の化合物であることを意味している。
Figure 0005929781
[実施例7]
実施例7の液晶組成物の組成は、以下のとおりであった。
3−HBx1OB(2F,3F)−O2 (1−3−3−3) 3%
3−HBx1OB(2F,3F)B(2F,3F)−O2 (1−5−4−6) 3%
3−HB−O1 (12−5) 15%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 10%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 10%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 11%
3−HHB−1 (13−1) 6%
液晶組成物の物性値は、以下のとおりである。
NI=87.7℃,Δε=−3.6,Δn=0.093,η=39.0mPa・s.
[実施例8]
実施例8の液晶組成物の組成は、以下のとおりであった。
3−HHB(F,F)O1XB(F,F)−F (1−4−2−2) 6%
3−HBB(F)O1XB(F,F)−F (1−4−3−2) 5%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 9%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 16%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−H2BB(F,F)−F (3−27) 10%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
5−HHEBB−F (4−17) 2%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 2%
1O1−HBBH−4 (14−1) 4%
1O1−HBBH−5 (14−1) 4%
液晶組成物の物性値は、以下のとおりである。
NI=101.5℃,Δε=9.4,Δn=0.116,
Vth=1.79V,η=38.3mPa・s.
また、実施例8の液晶組成物100質量部に光学活性化合物(Op−5)(本化合物は、発明を実施するための形態に例示したものである。)を0.25質量部添加したときのピッチは、61.4μmであった。
〔液晶組成物の使用例〕
液晶組成物の組成として、以下の使用例を挙げることができる。
[使用例1]
3−HBx1OB(2F,3F)B(2F,3F)−O2 (1−5−4−6) 4%
3−BBBx1OB(2F,3F)−O2 (1−6−6−7) 4%
3−HB−O1 (12−5) 15%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 10%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 12%
6−HEB(2F,3F)−O2 (6−6) 5%
[使用例2]
3−BBBx1OB(2F,3F)−O2 (1−6−6−7) 4%
3−HBBx1OB(2F,3F)−O2 (1−6−5−6) 4%
3−HB−O1 (12−5) 15%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 7%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
3−HHB−1 (13−1) 6%
[使用例3]
3−HBx1OB(2F,3F)−O2 (1−3−3−3) 3%
3−HBBx1OB(2F,3F)−O2 (1−6−5−6) 3%
3−HB−O1 (12−5) 15%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 9%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
6−HEB(2F,3F)−O2 (6−6) 6%
[使用例4]
3−HHB(F,F)O1XB(F,F)−F (1−4−2−2) 5%
5−HBB(F)O1XB(F,F)−CF3 (1−4−3−3) 5%
5−HB−CL (2−2) 16%
3−HH−4 (12−1) 12%
3−HH−5 (12−1) 4%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−CL (3−1) 3%
4−HHB−CL (3−1) 4%
3−HHB(F)−F (3−2) 10%
5−HHB(F)−F (3−2) 8%
7−HHB(F)−F (3−2) 8%
5−HBB(F)−F (3−23) 4%
1O1−HBBH−5 (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 2%
4−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
[使用例5]
3−HBB(F)O1XB(F,F)−F (1−4−3−2) 5%
3−B(F,F)B(F)O1XB(F)B(F,F)−F (1−5−6−4) 5%
5−HB−F (2−2) 12%
6−HB−F (2−2) 9%
7−HB−F (2−2) 7%
2−HHB−OCF3 (3−1) 7%
3−HHB−OCF3 (3−1) 7%
4−HHB−OCF3 (3−1) 7%
5−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−HH2B−OCF3 (3−4) 4%
3−HHB(F,F)−OCHF2 (3−3) 4%
3−HHB(F,F)−OCF3 (3−3) 5%
3−HH2B(F)−F (3−5) 3%
3−HBB(F)−F (3−23) 7%
5−HBB(F)−F (3−23) 7%
5−HBBH−3 (14−1) 3%
3−HB(F)BH−3 (14−2) 3%
[使用例6]
5−HBB(F)O1XB(F,F)−CF3 (1−4−3−3) 4%
3−B(F,F)B(F)O1XB(F)B(F,F)−F (1−5−6−4) 4%
5−HB−CL (2−2) 8%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−HHB−1 (13−1) 2%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 8%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
[使用例7]
3−HBB(F)O1XB(F,F)−F (1−4−3−2) 5%
3−HHB(F)O1XB(F,F)−F (1−4−2−5) 5%
3−HB−CL (2−2) 3%
5−HB−CL (2−2) 4%
3−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−H2HB−OCF3 (3−13) 5%
5−H4HB−OCF3 (3−19) 15%
V−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−HHB(F)−F (3−2) 5%
5−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 10%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
5−H4HB(F,F)−F (3−21) 5%
2−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
[使用例8]
3−HHB(F)O1XB(F,F)−F (1−4−2−5) 5%
3−HBB(F)O1XB(F)−F (1−4−3−4) 5%
5−HB−CL (2−2) 7%
7−HB(F,F)−F (2−4) 3%
3−HH−4 (12−1) 10%
3−HH−5 (12−1) 5%
3−HB−O2 (12−5) 15%
3−HHB−1 (13−1) 8%
3−HHB−O1 (13−1) 5%
2−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 6%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
本発明の化合物は、大きな誘電率異方性の絶対値(|Δε|)を示す液晶性化合物であり、前記化合物を含有することにより、種々の表示方式において低電圧駆動を可能とする液晶組成物、およびこの液晶組成物を用いた液晶表示素子を提供することができる。

Claims (20)

  1. 式(1)で表される化合物。
    Figure 0005929781
    [式(1)において、
    RaおよびRbは、それぞれ独立に、フッ素、塩素または炭素数1〜10のアルキルであり、前記アルキルにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、ただしRaおよびRbが同一であることはなく;
    1、A2、A3、A4およびA5は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの基において、一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF3、−OCHF2または−OCH2Fで置き換えられてもよく;
    1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合または炭素数1〜4のアルキレンであり、前記アルキレンにおいて、少なくとも一つの−CH2−は−O−、−S−、−CO−または−SiH2−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−(CH22−は−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられてもよく、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
    1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ独立に、水素、フッ素、塩素、−CF3または−CHF2であり;
    m、n、qおよびrは、それぞれ独立に、0、1または2であり、
    m、n、qおよびrの和は、0、1、2、3または4である。]
  2. 式(1)において、m、n、qおよびrの和が0、1、2または3である、請求項1に記載の化合物。
  3. 式(1−1)〜(1−10)の何れかで表される請求項1または2に記載の化合物。
    Figure 0005929781
    [式(1−1)〜(1−10)において、RaおよびRb、A1、A2、A3、A4およびA5、Z1、Z2、Z4およびZ5、ならびにY1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ式(1)中の同一記号と同義である。]
  4. 式(1−1)〜(1−10)において、
    RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;
    1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、シクロヘキセン−1,4−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、またはナフタレン−2,6−ジイルであり;
    1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH2CO−、−COCH2−、−CH2SiH2−、−SiH2CH2−、−(CH22COO−、−OCO(CH22−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH23O−または−O(CH23−である
    請求項3に記載の化合物。
  5. 式(1−1)〜(1−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、
    RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;
    1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルであり;
    1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−(CH24−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−(CH23O−または−O(CH23−であり;
    1、Y2、Y3およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素である
    請求項3に記載の化合物。
  6. 式(1−1)〜(1−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、
    RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;
    1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルであり;
    1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;
    1およびY2が、共に水素である
    請求項3に記載の化合物。
  7. 式(1−1)〜(1−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、
    RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数3〜9のアルケニルオキシ、炭素数1〜10のポリフルオロアルキル、炭素数1〜9のポリフルオロアルコキシ、または炭素数2〜10のポリフルオロアルケニルであり;
    1、A2、A3、A4およびA5が、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、またはシクロヘキセン−1,4−ジイルであり;
    1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−であり;
    2およびY4が、共に水素である
    請求項3に記載の化合物。
  8. 式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)から選択される式で表される請求項3に記載の化合物。
    Figure 0005929781
    Figure 0005929781
    Figure 0005929781
    [式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)において、
    RaおよびRbは、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニル、炭素数1〜6のアルコキシ、炭素数1〜7のポリフルオロアルキル、または炭素数1〜6のポリフルオロアルコキシであり、ただしRaおよびRbが同一であることはなく;
    1、Z2、Z4およびZ5は、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;
    1、Y2、Y3およびY4は、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;
    11〜Y14、Y21〜Y24、Y31〜Y34、Y41〜Y44およびY51〜Y54は、それぞれ独立に、水素またはフッ素である。]
  9. 式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)において、
    RaおよびRbが、それぞれ独立に、フッ素、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニル、−CF3または−OCF3であり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1およびY2が、共に水素であり;Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42、Y51およびY52が、水素である
    請求項8に記載の化合物。
  10. 式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−2)、式(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−2)、式(1−5−5)〜(1−5−6)、式(1−6−3)、または式(1−6−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、
    Raが、フッ素、炭素数1〜5のアルキルまたは炭素数2〜5のアルケニルであり;Rbが、フッ素、−CF3または−OCF3であり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−CF2O−、−OCF2−または−CH=CH−であり;Y1およびY2が、共に水素であり;Y11、Y12、Y21、Y22、Y31、Y32、Y41、Y42、Y51およびY52が、水素である
    請求項8に記載の化合物。
  11. 式(1−1−1)〜(1−1−2)、式(1−2−1)〜(1−2−3)、式(1−3−1)〜(1−3−4)、式(1−4−1)〜(1−4−4)、式(1−5−1)〜(1−5−6)、および式(1−6−1)〜(1−6−6)において、
    RaおよびRbが、それぞれ独立に、炭素数1〜7のアルキル、炭素数2〜7のアルケニルまたは炭素数1〜6のアルコキシであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−または−CH=CH−であり;Y2およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y12、Y14、Y22、Y24、Y32、Y34、Y42、Y44、Y52およびY54が、水素である
    請求項8に記載の化合物。
  12. 式(1−1−2)、式(1−2−2)、式(1−2−3)、式(1−3−3)〜(1−3−4)、式(1−4−2)〜(1−4−4)、式(1−5−3)〜(1−5−6)、または式(1−6−4)〜(1−6−6)の何れかで表される化合物であり、これらの式中、
    RaおよびRbが、それぞれ独立に、炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニルまたは炭素数1〜4のアルコキシであり;Z1、Z2、Z4およびZ5が、それぞれ独立に、単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−または−CH=CH−であり;Y2およびY4が、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;Y12、Y14、Y22、Y24、Y32、Y34、Y42、Y44、Y52およびY54が、水素である
    請求項8に記載の化合物。
  13. 請求項1〜12の何れか1項に記載の化合物を含有する液晶組成物。
  14. 式(2)、式(3)および式(4)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物を更に含有する請求項13に記載の液晶組成物。
    Figure 0005929781
    [式(2)〜(4)において、
    1は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    1は、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
    環B1、環B2および環B3は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは3,5−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    11およびZ12は、それぞれ独立に、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CH2O−または単結合であり;
    1およびL2は、それぞれ独立に、水素またはフッ素である。]
  15. 式(5)で表される化合物を更に含有する請求項13または14に記載の液晶組成物。
    Figure 0005929781
    [式(5)において、
    2は、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    2は、−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環C1、環C2および環C3は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルであり、前記1,4−フェニレンにおいて、少なくとも一つの水素がフッ素で置き換えられてもよく;
    13は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CH2O−または単結合であり;
    3およびL4は、それぞれ独立に、水素またはフッ素であり;
    oは、0、1または2であり、pは、0または1であり、
    oおよびpの和は、0、1、2または3である。]
  16. 式(6)、式(7)、式(8)、式(9)、式(10)および式(11)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物を更に含有する請求項13〜15の何れか1項に記載の液晶組成物。
    Figure 0005929781
    [式(6)〜(11)において、
    3およびR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環D1、環D2、環D3および環D4は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、6−テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり、前記1,4−フェニレンにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく;
    14、Z15、Z16およびZ17は、それぞれ独立に、−(CH22−、−COO−、−CH2O−、−OCF2−、−OCF2(CH22−または単結合であり;
    5およびL6は、それぞれ独立に、フッ素または塩素であり;
    q、r、s、t、uおよびvは、それぞれ独立に、0または1であり、
    r、s、tおよびuの和は、1または2である。]
  17. 式(12)、式(13)および式(14)で表される化合物から選択される少なくとも一つの化合物を更に含有する請求項13〜16の何れか1項に記載の液晶組成物。
    Figure 0005929781
    [式(12)〜(14)において、
    5およびR6は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、前記アルキルおよびアルケニルにおいて、少なくとも一つの水素はフッ素で置き換えられてもよく、少なくとも一つの−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環E1、環E2および環E3は、それぞれ独立に、1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2,5−ジフルオロ1,4−フェニレンであり;
    18およびZ19は、それぞれ独立に、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−または単結合である。]
  18. 光学活性化合物および重合可能な化合物から選択される少なくとも一つを更に含有する請求項13〜17の何れか1項に記載の液晶組成物。
  19. 酸化防止剤および紫外線吸収剤から選択される少なくとも一つを更に含有する請求項13〜18の何れか1項に記載の液晶組成物。
  20. 請求項13〜19の何れか1項に記載の液晶組成物を含む液晶表示素子。
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