JP7210006B2 - Conductive mixed liquid crystal composition - Google Patents

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JP7210006B2 JP2018231791A JP2018231791A JP7210006B2 JP 7210006 B2 JP7210006 B2 JP 7210006B2 JP 2018231791 A JP2018231791 A JP 2018231791A JP 2018231791 A JP2018231791 A JP 2018231791A JP 7210006 B2 JP7210006 B2 JP 7210006B2
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Description

本発明は、導電性混合液晶組成物、それを用いたイオンの輸送方法、導電性混合液晶組成物を含む液晶材料、当該液晶材料を含むイオン輸送層、二次電池、キャパシタに関する。 The present invention relates to a conductive mixed liquid crystal composition, an ion transport method using the same, a liquid crystal material containing the conductive mixed liquid crystal composition, an ion transport layer containing the liquid crystal material, a secondary battery, and a capacitor.

リチウムイオン二次電池は、利便性の向上のため、充電時間の短縮が求められている。近年、イオン伝導性の高い有機材料が注目され、イオン伝導性の高い有機材料は、次世代のリチウムイオン二次電池用電解質として、特に注目されている。 Lithium ion secondary batteries are required to shorten the charging time in order to improve convenience. In recent years, organic materials with high ion conductivity have attracted attention, and organic materials with high ion conductivity have received particular attention as electrolytes for next-generation lithium-ion secondary batteries.

従来のリチウムイオン伝導性のある有機材料のリチウムイオンの輸送機構は、不規則に並んだ分子間で行われるため、リチウムイオン輸送効率に問題があり、充電時間の短縮が要望される中で、更にリチウムイオンの輸送能に優れたものが要望されている。 The transport mechanism of lithium ions in conventional organic materials with lithium ion conductivity is between irregularly arranged molecules, so there is a problem with the transport efficiency of lithium ions. Further, there is a demand for a material having excellent lithium ion transportability.

本発明者は、液晶相としてスメクチック相を有する液晶化合物の液晶状態の分子配向を利用することで、プロトン輸送能、電荷輸送能及び導電性が向上することを見出し、これらの用途に適用可能な液晶化合物を提案している(例えば、特許文献1~4等参照。)。 The inventors of the present invention have found that proton transport ability, charge transport ability, and electrical conductivity are improved by utilizing the molecular orientation of the liquid crystal state of a liquid crystal compound having a smectic phase as the liquid crystal phase, and can be applied to these uses. A liquid crystal compound has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4, etc.).

特開2002-338585号公報JP-A-2002-338585 特開2003-55337号公報JP-A-2003-55337 特開2003-144196号公報JP-A-2003-144196 特開2001-351786号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-351786

本発明者は、更に検討を進めるうち、常温において導電性を示す混合液晶組成物の分子構造設計に成功し、併せてこれを利用したイオンの輸送方法、二次電池やキャパシタへの応用を見出し、本発明を完成するに到った。 In the course of further studies, the present inventor succeeded in designing the molecular structure of a mixed liquid crystal composition that exhibits conductivity at room temperature, and also found a method of transporting ions using this, and an application to secondary batteries and capacitors. , completed the present invention.

従来のリチウムイオン輸送用の液晶化合物は高温(例えば220℃以上)にならないと液晶形成が開始されないため、使用温度範囲に限界があった。イオン輸送速度に悪影響を及ぼすことなく、この使用温度範囲を、特に低温側に拡張することができれば、その工業的価値は極めて高いはずである。 Conventional liquid crystal compounds for transporting lithium ions do not start to form liquid crystals unless the temperature reaches a high temperature (for example, 220° C. or higher), so there is a limit to the operating temperature range. If this working temperature range can be extended, especially to the low temperature side, without adversely affecting the ion transport rate, its industrial value should be extremely high.

従って、本発明の目的は、二次電池の電解質として用いたときに、常温において充電時間の短縮が期待できるイオンの輸送方法を提供することにある。また、本発明は新規な導電性混合液晶組成物、それを用いたイオンの輸送方法、導電性混合液晶組成物を含む液晶材料、当該液晶材料を含むイオン輸送層、二次電池、キャパシタを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for transporting ions, which can be expected to shorten the charging time at room temperature when used as an electrolyte for a secondary battery. The present invention also provides a novel conductive mixed liquid crystal composition, a method for transporting ions using the same, a liquid crystal material containing the conductive mixed liquid crystal composition, an ion transport layer containing the liquid crystal material, a secondary battery, and a capacitor. to do.

本願発明は以下を包含する。
[1] 下記一般式(1)で表される液晶化合物を少なくとも1種含む導電性混合液晶組成物。

Figure 0007210006000001

[式中、
Rは、炭素原子数5以上のアルキル基又はアルコキシ基を示す。
Bは、分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基を示す(前記分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
Aは、π電子が12個以上の共役系を含む、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい有機基を示す。
Lは、炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基を示す(前記炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
nは2を示す。
n個のR、B、A、及びLはそれぞれ同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
Xは、Zn2+を示す。]
[2] 下記一般式(1)で表され、nが1であり、XがLi、Na、及びKからなる群より選択されるイオンである液晶化合物を少なくとも1種、並びに下記一般式(1)で表され、nが2又は3であり、XがMg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+及びAl3+からなる群より選択されるイオンである液晶化合物を少なくとも1種含む導電性混合液晶組成物。
Figure 0007210006000002

[式中、
Rは、炭素原子数5以上のアルキル基又はアルコキシ基を示す。
Bは、分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基を示す(前記分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
Aは、π電子が12個以上の共役系を含む、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい有機基を示す。
Lは、炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基を示す(前記炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
nは1、2、又は3を示す。
nが2又は3のとき、n個のR、B、A、及びLはそれぞれ同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
Xは、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+及びAl3+からなる群より選択されるイオンを示す。]
[3] 一般式(1)におけるRが炭素原子数5以上12以下のアルコキシ基である、[1]又は[2]に記載の導電性混合液晶組成物。
[4] 一般式(1)におけるBが下記一般式(2)で表される、[1]乃至[3]のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。
Figure 0007210006000003

[式中、
R’は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、
0≦p≦6であり、
0≦q≦6であり、
*はAとの結合を示す。]
[5] イオン性液晶化合物のAが、単結合、-CH=CH-、-CH≡CH-、-N=N-、-COO-、又は-CH=N-によって連結されていてもよいベンゼン環、チオフェン環、フラン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ナフタレン環、アントラセン環、キノリン環、カルバゾール環、キナゾリン環、プリン環、インドリジン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、インドール環、又はアクリジン環を表す、[1]乃至[4]のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。
[6] 一般式(1)におけるLが下記一般式(3)で表される、[1]乃至[5]のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。
Figure 0007210006000004

[式中、
mは1以上8以下の整数であり、
*はAとの結合を示す。]
[7] 一般式(1)で表され、Xが、Na、及びKからなる群より選択される少なくとも1種のイオンである液晶化合物、
一般式(1)で表され、Xが、Mg2+、Ca2+、Zn2+及びBa2+からなる群より選択される少なくとも1種のイオンである液晶化合物、並びに
一般式(1)で表され、XがAl3+である液晶化合物
のいずれかと、
一般式(1)で表され、XがLiである液晶化合物と、
を含む、[1]乃至[6]のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。
[8] 一対の電極間に、[1]乃至[7]のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物を挟持すること、及び
前記一対の電極間に電圧を印加すること
を含む、イオンの輸送方法。
[9] 二次電池の充電のための[8]に記載のイオンの輸送方法。
[10] [1]乃至[7]のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物を含む、液晶材料。
[11] [10]に記載の液晶材料を含むイオン輸送層。
[12] [8]に記載のイオンの輸送方法を行う、[11]に記載のイオン輸送層。
[13] 二次電池用である、[10]に記載の液晶材料。
[14] キャパシタの誘電体用である、[10]に記載の液晶材料。
[15] [10]に記載の液晶材料を含む二次電池。
[16] [10]に記載の液晶材料を含むキャパシタ。
[17] [10]に記載の液晶材料の二次電池の製造のための使用。
[18] [10]に記載の液晶材料のキャパシタの製造のための使用。 The present invention includes the following.
[1] A conductive mixed liquid crystal composition containing at least one liquid crystal compound represented by the following general formula (1).
Figure 0007210006000001

[In the formula,
R represents an alkyl group or an alkoxy group having 5 or more carbon atoms.
B represents a branched alkylene group having 6 or more carbon atoms (the branched alkylene group having 6 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
A represents an organic group containing a conjugated system having 12 or more π electrons and optionally containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom.
L represents a linear alkylene group having 3 or more carbon atoms (the linear alkylene group having 3 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
n indicates 2;
The n R, B, A, and L may be the same or different from each other.
X represents Zn2 + . ]
[2] At least one liquid crystal compound represented by the following general formula (1), wherein n is 1 and X is an ion selected from the group consisting of Li + , Na + , and K + , and the following general A conductive material containing at least one liquid crystal compound represented by the formula (1), wherein n is 2 or 3, and X is an ion selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Al 3+ mixed liquid crystal composition.
Figure 0007210006000002

[In the formula,
R represents an alkyl group or an alkoxy group having 5 or more carbon atoms.
B represents a branched alkylene group having 6 or more carbon atoms (the branched alkylene group having 6 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
A represents an organic group containing a conjugated system having 12 or more π electrons and optionally containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom.
L represents a linear alkylene group having 3 or more carbon atoms (the linear alkylene group having 3 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
n represents 1, 2, or 3;
When n is 2 or 3, n R, B, A and L may be the same or different from each other.
X represents an ion selected from the group consisting of Li + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Al 3+ . ]
[3] The conductive mixed liquid crystal composition according to [1] or [2], wherein R in formula (1) is an alkoxy group having 5 or more and 12 or less carbon atoms.
[4] The conductive mixed liquid crystal composition according to any one of [1] to [3], wherein B in the general formula (1) is represented by the following general formula (2).
Figure 0007210006000003

[In the formula,
R' is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
0≦p≦6,
0≤q≤6,
* indicates a bond with A. ]
[5] A in the ionic liquid crystal compound is benzene optionally linked by a single bond, -CH=CH-, -CH≡CH-, -N=N-, -COO-, or -CH=N- ring, thiophene ring, furan ring, pyridine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, pyrrole ring, oxazole ring, thiazole ring, imidazole ring, naphthalene ring, anthracene ring, quinoline ring, carbazole ring, quinazoline ring, purine ring, indolizine ring , a benzothiophene ring, a benzofuran ring, an indole ring, or an acridine ring, the conductive mixed liquid crystal composition according to any one of [1] to [4].
[6] The conductive mixed liquid crystal composition according to any one of [1] to [5], wherein L in general formula (1) is represented by general formula (3) below.
Figure 0007210006000004

[In the formula,
m is an integer of 1 or more and 8 or less,
* indicates a bond with A. ]
[7] a liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is at least one ion selected from the group consisting of Na + and K + ;
A liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is at least one ion selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ and Ba 2+ ; and a liquid crystal compound represented by the general formula (1), any liquid crystal compound in which X is Al 3+ ;
a liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is Li + ;
The conductive mixed liquid crystal composition according to any one of [1] to [6], comprising:
[8] sandwiching the conductive mixed liquid crystal composition according to any one of [1] to [7] between a pair of electrodes, and applying a voltage between the pair of electrodes, Ion transport method.
[9] The ion transport method according to [8] for charging a secondary battery.
[10] A liquid crystal material comprising the conductive mixed liquid crystal composition according to any one of [1] to [7].
[11] An ion transport layer containing the liquid crystal material according to [10].
[12] The ion transport layer according to [11], wherein the ion transport method according to [8] is performed.
[13] The liquid crystal material according to [10], which is for a secondary battery.
[14] The liquid crystal material according to [10], which is used as a dielectric of a capacitor.
[15] A secondary battery containing the liquid crystal material according to [10].
[16] A capacitor containing the liquid crystal material according to [10].
[17] Use of the liquid crystal material according to [10] for manufacturing a secondary battery.
[18] Use of the liquid crystal material according to [10] for manufacturing a capacitor.

本発明者は前記課題について鋭意検討を行った結果、一般式(1)におけるR-B-基として分岐を有する嵩高い基を選択することにより、各液晶分子間の距離を適当に離し、液晶形成開始温度を低下させるという着想に到達した。また、Xとして特定のイオンを選択することにより、液晶形成開始温度が低下するという驚くべき知見を得た。更に、Xとしてイオン半径が適度に異なるイオンを併用することにより、各液晶分子間の距離を適当に離し、液晶形成開始温度を低下させるという着想にも到達した。イオン半径(ポーリングによるイオン半径(pm))は、それぞれAl3+(50)、Li(60)、Mg2+(65)、Zn2+(74)、Na(95)、Ca2+(99)、K(133)、及びBa2+(135)であるので、これらを利用することが有効であろうという着想にも至った。本発明はこれらの独創的な着想に基づく分子設計により以下のような顕著な効果を奏するものである。 As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that by selecting a bulky group having a branch as the RB- group in the general formula (1), the distance between each liquid crystal molecule is appropriately separated, and the liquid crystal The idea was to lower the onset temperature. In addition, a surprising finding was obtained that the liquid crystal formation initiation temperature is lowered by selecting a specific ion as X. Furthermore, by using ions having appropriately different ionic radii as X together, the inventors have reached the idea of appropriately separating the distances between the liquid crystal molecules and lowering the liquid crystal formation initiation temperature. The ionic radii (poling ionic radii (pm)) are respectively Al 3+ (50), Li + (60), Mg 2+ (65), Zn 2+ (74), Na + (95), Ca 2+ (99), Since they are K + (133) and Ba 2+ (135), it also came to the idea that it would be effective to utilize them. The present invention exhibits the following remarkable effects by molecular design based on these original ideas.

本発明に係るイオンの輸送方法は、液晶相としてスメクチック相を有している導電性混合液晶組成物を用いているので、スメクチック相の液晶状態、又はスメクチック相からの降温過程の相転移で生じる固体状態でイオンの輸送部位を密な状態に重ねることができ、この分子配向を維持したままの状態で電圧を印加することにより、効率的にイオンの輸送を行うことができる。 Since the method of transporting ions according to the present invention uses a conductive mixed liquid crystal composition having a smectic phase as a liquid crystal phase, the liquid crystal state of the smectic phase or the phase transition from the smectic phase during the temperature drop process occurs. The ion transport sites can be densely stacked in a solid state, and ion transport can be efficiently performed by applying a voltage while maintaining this molecular orientation.

従って、本発明の導電性混合液晶組成物を含む液晶材料を用いると、従来より効率的にイオンの輸送を行うことができるので、二次電池の電解質として用いたときに、常温において充電時間の短縮が期待できる。また、キャパシタの誘電体として用いた場合には、薄膜化、積層が容易で、エネルギー密度を上げることができるため、高容量キャパシタの製造が可能になると期待される。 Therefore, when a liquid crystal material containing the conductive mixed liquid crystal composition of the present invention is used, ions can be transported more efficiently than before, so that when used as an electrolyte of a secondary battery, the charging time is shortened at room temperature. Shortening is expected. Moreover, when it is used as a dielectric of a capacitor, it is expected that it will be possible to manufacture a high-capacity capacitor because it can be easily formed into a thin film and laminated, and the energy density can be increased.

混合液晶組成物8(実施例8)の偏光顕微鏡写真である。10 is a polarizing microscope photograph of mixed liquid crystal composition 8 (Example 8). 混合液晶組成物8(実施例8)の各温度におけるイオン輸送性能を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing ion transport performance at each temperature of mixed liquid crystal composition 8 (Example 8). 液晶化合物12(実施例13)の各温度におけるイオン輸送性能を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the ion transport performance of liquid crystal compound 12 (Example 13) at each temperature.

[導電性混合液晶組成物]
本発明は、下記一般式(1)で表される液晶化合物を少なくとも1種含む導電性混合液晶組成物に関する。

Figure 0007210006000005

[式中、
Rは、炭素原子数5以上のアルキル基又はアルコキシ基を示す。
Bは、分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基を示す(前記分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
Aは、π電子が12個以上の共役系を含む、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい有機基を示す。
Lは、炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基を示す(前記炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
nは2を示す。
n個のR、B、A、及びLはそれぞれ同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
Xは、Zn2+を示す。] [Conductive mixed liquid crystal composition]
The present invention relates to a conductive mixed liquid crystal composition containing at least one liquid crystal compound represented by the following general formula (1).
Figure 0007210006000005

[In the formula,
R represents an alkyl group or an alkoxy group having 5 or more carbon atoms.
B represents a branched alkylene group having 6 or more carbon atoms (the branched alkylene group having 6 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
A represents an organic group containing a conjugated system having 12 or more π electrons and optionally containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom.
L represents a linear alkylene group having 3 or more carbon atoms (the linear alkylene group having 3 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
n indicates 2;
The n R, B, A, and L may be the same or different from each other.
X represents Zn2 + . ]

本発明はまた、下記一般式(1)で表され、nが1であり、XがLi、Na、及びKからなる群より選択されるイオンである液晶化合物を少なくとも1種、並びに下記一般式(1)で表され、nが2又は3であり、XがMg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+及びAl3+からなる群より選択されるイオンである液晶化合物を少なくとも1種含む導電性混合液晶組成物に関する。 The present invention also provides at least one liquid crystal compound represented by the following general formula (1), wherein n is 1 and X is an ion selected from the group consisting of Li + , Na + , and K + , and At least one liquid crystal compound represented by the following general formula (1), wherein n is 2 or 3, and X is an ion selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Al 3+ The present invention relates to a conductive mixed liquid crystal composition comprising:

Figure 0007210006000006

[式中、
Rは、炭素原子数5以上のアルキル基又はアルコキシ基を示す。
Bは、分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基を示す(前記分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
Aは、π電子が12個以上の共役系を含む、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい有機基を示す。
Lは、炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基を示す(前記炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
nは1、2、又は3を示す。
nが2又は3のとき、n個のR、B、A、及びLはそれぞれ同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
Xは、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+及びAl3+からなる群より選択されるイオンを示す。]
Figure 0007210006000006

[In the formula,
R represents an alkyl group or an alkoxy group having 5 or more carbon atoms.
B represents a branched alkylene group having 6 or more carbon atoms (the branched alkylene group having 6 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
A represents an organic group containing a conjugated system having 12 or more π electrons and optionally containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom.
L represents a linear alkylene group having 3 or more carbon atoms (the linear alkylene group having 3 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
n represents 1, 2, or 3;
When n is 2 or 3, n R, B, A and L may be the same or different from each other.
X represents an ion selected from the group consisting of Li + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Al 3+ . ]

なお、記載を簡潔にするため、本願明細書において「導電性混合液晶組成物」という用語は、一般式(1)で表される液晶化合物が一種のみで、厳密には混合液晶組成物と言えない場合をも包含するものとして用いられている。 In order to simplify the description, the term “conductive mixed liquid crystal composition” in the specification of the present application refers to only one type of liquid crystal compound represented by general formula (1), and strictly speaking, it can be said to be a mixed liquid crystal composition. It is used to include the case where there is none.

好ましくは、
一般式(1)で表され、Xが、Na、及びKからなる群より選択される少なくとも1種のイオンである液晶化合物、
一般式(1)で表され、Xが、Mg2+、Ca2+、Zn2+及びBa2+からなる群より選択される少なくとも1種のイオンである液晶化合物、並びに
一般式(1)で表され、XがAl3+である液晶化合物
のいずれかと、
一般式(1)で表され、XがLiである液晶化合物と、
を含む、導電性混合液晶組成物である。
Preferably,
a liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is at least one ion selected from the group consisting of Na + and K + ;
A liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is at least one ion selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ and Ba 2+ ; and a liquid crystal compound represented by the general formula (1), any liquid crystal compound in which X is Al 3+ ;
a liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is Li + ;
A conductive mixed liquid crystal composition comprising:

一般式(1)において、Rは、炭素原子数5以上のアルキル基又はアルコキシ基であり、好ましくは炭素原子数5以上12以下のアルコキシ基であり、より好ましくは炭素原子数5以上8以下のアルコキシ基であり、最も好ましくはn-ペントキシ基、n-ヘキトキシ基、n-ヘプトキシ基、又はn-オクトキシ基である。 In general formula (1), R is an alkyl group or an alkoxy group having 5 or more carbon atoms, preferably an alkoxy group having 5 or more and 12 or less carbon atoms, more preferably 5 or more and 8 or less carbon atoms. It is an alkoxy group, most preferably n-pentoxy, n-hexyoxy, n-heptoxy or n-octoxy.

一般式(1)において、Bは、分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基を示す(前記分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。好ましくは、Bは、下記一般式(2)で表される基である。

Figure 0007210006000007

[式中、
R’は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、
0≦p≦6であり、
0≦q≦6であり、
*はAとの結合を示す。] In the general formula (1), B represents a branched alkylene group having 6 or more carbon atoms (the branched alkylene group having 6 or more carbon atoms is bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom. may be used). Preferably, B is a group represented by the following general formula (2).
Figure 0007210006000007

[In the formula,
R' is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
0≦p≦6,
0≤q≤6,
* indicates a bond with A. ]

一般式(2)において、R’は、好ましくはメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であり、より好ましくはメチル基、又はエチル基である。 In general formula (2), R' is preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, or a tert-butyl group, more preferably a methyl group. , or an ethyl group.

一般式(2)において、好ましくは0≦p≦4であり、より好ましくは0≦p≦2であり、最も好ましくはp=2である。
一般式(2)において、好ましくは0≦q≦4であり、より好ましくは0≦q≦2であり、最も好ましくはq=2である。
In general formula (2), preferably 0≤p≤4, more preferably 0≤p≤2, and most preferably p=2.
In general formula (2), preferably 0≤q≤4, more preferably 0≤q≤2, and most preferably q=2.

一般式(1)において、Aは、π電子が12個以上の共役系を含む、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい有機基を示す。
Aは、好ましくは、単結合、-CH=CH-、-CH≡CH-、-N=N-、-COO-、又は-CH=N-によって連結されていてもよいベンゼン環、チオフェン環、フラン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ナフタレン環、アントラセン環、キノリン環、カルバゾール環、キナゾリン環、プリン環、インドリジン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、インドール環、又はアクリジン環を表す。
In general formula (1), A represents an organic group containing a conjugated system having 12 or more π electrons and optionally containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom.
A is preferably a benzene ring or thiophene ring optionally linked by a single bond, -CH=CH-, -CH≡CH-, -N=N-, -COO-, or -CH=N-, furan ring, pyridine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, pyrrole ring, oxazole ring, thiazole ring, imidazole ring, naphthalene ring, anthracene ring, quinoline ring, carbazole ring, quinazoline ring, purine ring, indolizine ring, benzothiophene ring, represents a benzofuran ring, an indole ring, or an acridine ring;

より好ましくは、Aは、下記一般式(1a)~(1d)

Figure 0007210006000008

(式中、tは1又は2の整数を示す。)から選ばれる基であり、最も好ましくは、Aは(1a)で表される基である。 More preferably, A represents the following general formulas (1a) to (1d)
Figure 0007210006000008

(wherein t represents an integer of 1 or 2), and most preferably A is a group represented by (1a).

一般式(1)において、Lは、炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基を示す(前記炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。 In the general formula (1), L represents a linear alkylene group having 3 or more carbon atoms (the linear alkylene group having 3 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom. good).

好ましくは、Lは、下記一般式(3)で表される基である。

Figure 0007210006000009

[式中、
mは1以上8以下の整数であり、
*はAとの結合を示す。]
mは、より好ましくは1以上5以下の整数であり、最も好ましくは1以上3以下の整数である。 Preferably, L is a group represented by the following general formula (3).
Figure 0007210006000009

[In the formula,
m is an integer of 1 or more and 8 or less,
* indicates a bond with A. ]
m is more preferably an integer of 1 or more and 5 or less, and most preferably an integer of 1 or more and 3 or less.

一般式(1)において、nは1、2、又は3を示す。
nが2又は3のとき、n個のR、B、A、及びLはそれぞれ同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
In general formula (1), n represents 1, 2, or 3.
When n is 2 or 3, n R, B, A and L may be the same or different from each other.

[導電性混合液晶組成物の調製]
一般式(1)で表される各種液晶化合物の合成は、後述する合成例に準じて行うことができる。
例えば、下記一般式(3)

Figure 0007210006000010

(式中、R、B、A及びLは前記と同義である。)で表される有機酸化合物を水溶性有機溶媒に溶解した溶液(A液)に、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、亜鉛又はアルミニウムの水酸化物の水溶液(B液)を添加して反応を行うことにより、工業的に有利に製造することができる。 [Preparation of conductive mixed liquid crystal composition]
Various liquid crystal compounds represented by the general formula (1) can be synthesized according to synthesis examples described later.
For example, the following general formula (3)
Figure 0007210006000010

(Wherein, R, B, A and L are as defined above.) Lithium, sodium, potassium, magnesium and calcium are added to a solution (liquid A) of an organic acid compound represented by the formula dissolved in a water-soluble organic solvent. , barium, zinc or aluminum hydroxide (liquid B) is added for reaction, industrially advantageous production is possible.

一般式(3)で表わされる有機酸化合物を溶解する水溶性有機溶媒としては、用いる有機酸化合物の種類等により異なるが、多くの場合は、ジオキサン、テトラヒドロフラン、1,2-ジエトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トリオキサン、テトラヒドロピラン、1,2-ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の1種又は2種以上で用いることができる。 The water-soluble organic solvent for dissolving the organic acid compound represented by the general formula (3) varies depending on the type of the organic acid compound used, but in many cases dioxane, tetrahydrofuran, 1,2-diethoxyethane, and diethylene glycol. One or more of dimethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, trioxane, tetrahydropyran, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol diethyl ether and the like can be used.

A液中の前記一般式(3)で表わされる有機酸化合物の濃度は、該有機酸化合物が溶解できる濃度範囲であれば特に制限されるものではなく、また、用いる有機酸化合物と水溶性有機溶媒の種類にもよるが、通常0.001~1モル/L、好ましくは0.05~0.5モル/Lである。 The concentration of the organic acid compound represented by the general formula (3) in liquid A is not particularly limited as long as it is within a concentration range in which the organic acid compound can be dissolved. Depending on the type of solvent, it is usually 0.001 to 1 mol/L, preferably 0.05 to 0.5 mol/L.

前記リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、亜鉛又はアルミニウムの水酸化物の水溶液は、1種又は2種以上のこれらの水酸化物を水に溶解した水溶液とすることができる。これらの水酸化物水溶液中の濃度は、これらの水酸化物が溶解できる濃度範囲であれば特に制限はないが、通常0.05~0.6モル/L、好ましくは0.1~0.5モル/L、より好ましくは0.2~0.4モル/Lである。 The aqueous solution of hydroxides of lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, barium, zinc or aluminum can be an aqueous solution in which one or more of these hydroxides are dissolved in water. The concentration of these hydroxides in the aqueous solution is not particularly limited as long as it is within the concentration range in which these hydroxides can be dissolved. 5 mol/L, more preferably 0.2 to 0.4 mol/L.

これらの水酸化物を複数、任意の割合で水に溶解した水溶液とし、これを有機酸化合物と反応させることにより、陽イオン種の異なる複数種の液晶化合物の混合物(混合液晶組成物)を容易に調製することができる。 By dissolving a plurality of these hydroxides in water in an arbitrary ratio to form an aqueous solution and reacting this with an organic acid compound, a mixture of a plurality of liquid crystal compounds having different cation species (mixed liquid crystal composition) can be easily produced. can be prepared to

水酸化物水溶液の添加速度は特に制限はないが、反応温度が0~80℃、好ましくは5~30℃の範囲となるように適宜添加速度を調整しながら行うことが好ましい。 The addition rate of the aqueous hydroxide solution is not particularly limited, but it is preferable to adjust the addition rate appropriately so that the reaction temperature is in the range of 0 to 80°C, preferably 5 to 30°C.

所定量の水酸化物水溶液を添加後、必要により熟成反応を行った後、常法により溶媒を除去し、必要により洗浄等の精製を行って、目的とする前記一般式(1)で表わされる液晶化合物を得ることができる。複数種の水酸化物を任意の割合で水に溶解した水溶液を有機酸化合物と反応させた場合には、直ちに混合液晶組成物を得ることができる。 After adding a predetermined amount of the hydroxide aqueous solution, after performing an aging reaction if necessary, the solvent is removed by a conventional method, and if necessary, purification such as washing is performed, and the desired general formula (1) is obtained. A liquid crystal compound can be obtained. When an aqueous solution obtained by dissolving a plurality of kinds of hydroxides in an arbitrary ratio in water is reacted with an organic acid compound, a mixed liquid crystal composition can be obtained immediately.

[導電性混合液晶組成物の用途]
本発明に係る導電性混合液晶組成物は、特定のR、B、A、LとXとを有する液晶化合物の混合物であることから、液晶性を示す温度範囲を拡大し、液晶形成温度を低下させることができる。
[Applications of the conductive mixed liquid crystal composition]
Since the conductive mixed liquid crystal composition according to the present invention is a mixture of liquid crystal compounds having specific R, B, A, L and X, the temperature range exhibiting liquid crystallinity is expanded and the liquid crystal formation temperature is lowered. can be made

本発明はイオンの輸送方法にも関し、導電性混合液晶組成物を用い、常温での液晶状態で電圧を印加することによりイオンの輸送を行うものである。より具体的には、本発明に係るイオンの輸送方法は、一対の電極間に、上記した導電性混合液晶組成物を常温での液晶状態で挟持すること、及び前記一対の電極間に電圧を印加することを含む。 The present invention also relates to a method for transporting ions, in which a conductive mixed liquid crystal composition is used and ions are transported by applying a voltage in a liquid crystal state at room temperature. More specifically, the method for transporting ions according to the present invention includes sandwiching the above-described conductive mixed liquid crystal composition between a pair of electrodes in a liquid crystal state at room temperature, and applying a voltage between the pair of electrodes. including applying.

好ましくは上記イオンの輸送方法は、常温での二次電池の充電のためのイオンの輸送方法である。
本発明によれば、一般式(1)におけるR、B、A、Lとして特定の基を選択し、かつ、Xとして特定のイオンを選択するか、イオン半径が適度に異なるイオンを併用することにより、従来よりも低い液晶形成開始温度を実現することができる。同時に、イオン性液晶化合物中のメソゲン部分が重なり合うことによって、イオンを輸送する役割を担う官能基であるAが空間的に規則正しい位置を占めるため、高いイオン輸送速度を達成することができる。この結果、本発明に係る導電性混合液晶組成物を応用した二次電池では急速充電が常温で可能となるという有利な効果が得られる。
Preferably, the ion transport method is an ion transport method for charging a secondary battery at room temperature.
According to the present invention, specific groups are selected as R, B, A, and L in general formula (1), and specific ions are selected as X, or ions having moderately different ionic radii are used in combination. Therefore, a liquid crystal formation start temperature lower than that in the conventional art can be realized. At the same time, by overlapping the mesogenic moieties in the ionic liquid crystal compound, A, which is the functional group responsible for transporting ions, occupies spatially regular positions, so that a high ion transport rate can be achieved. As a result, the secondary battery to which the conductive mixed liquid crystal composition according to the present invention is applied has the advantageous effect of enabling rapid charging at room temperature.

本発明は導電性混合液晶組成物を含む液晶材料にも関する。本発明に係る導電性混合液晶組成物は、常温で導電性を示し、イオン輸送材料として二次電池の電解質として応用が期待できる液晶材料である。 The present invention also relates to a liquid crystal material comprising a conductive mixed liquid crystal composition. The conductive mixed liquid crystal composition according to the present invention is a liquid crystal material that exhibits conductivity at room temperature and is expected to be applied as an ion transport material and as an electrolyte for secondary batteries.

本発明に係る液晶材料に含めることのできる他の成分としては、液晶温度範囲を広げることを目的として、本発明の効果を損なわない範囲の添加量で本発明に係る導電性混合液晶組成物に含まれる液晶化合物以外の液晶化合物を併用して含有させることができる。 Other components that can be included in the liquid crystal material according to the present invention are added to the conductive mixed liquid crystal composition according to the present invention in an amount within a range that does not impair the effects of the present invention for the purpose of widening the liquid crystal temperature range. A liquid crystal compound other than the liquid crystal compound contained can be used in combination.

本発明に係る導電性混合液晶組成物に含まれる液晶化合物以外の液晶化合物としては、特に制限されるものではないが、例えば、特開2017-105874号公報に開示されている液晶化合物が挙げられる。 The liquid crystal compound other than the liquid crystal compound contained in the conductive mixed liquid crystal composition according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include liquid crystal compounds disclosed in JP-A-2017-105874. .

本発明に係る液晶材料には、更に、他の電解質、有機溶媒等を含有させることができる。 The liquid crystal material according to the present invention can further contain other electrolytes, organic solvents, and the like.

本発明に係る液晶材料は、液晶相としてスメクチック相を有しているので、スメクチック相の液晶状態、又はスメクチック相からの降温過程の相転移で生じる固体状態でイオンの輸送部位を密な状態に重ねることができ、この分子配向を維持したままの状態で、二次電池の電解質としてそのまま用いることにより、効率的にイオンの輸送を行うことが期待できる。 Since the liquid crystal material according to the present invention has a smectic phase as a liquid crystal phase, the ion transport sites are densely packed in the liquid crystal state of the smectic phase or in the solid state caused by the phase transition in the process of cooling from the smectic phase. Efficient ion transport can be expected by stacking and using it as an electrolyte for a secondary battery while maintaining this molecular orientation.

また、本発明に係る液晶材料は、溶媒中のイオン性液晶化合物の濃度を調整し、リオトロピック液晶状態として、このリオトロピック液晶状態で二次電池の電解質として用いることにより、効率的にイオンの輸送を行うことが期待できる。 In addition, the liquid crystal material according to the present invention can efficiently transport ions by adjusting the concentration of the ionic liquid crystal compound in the solvent to form a lyotropic liquid crystal state and using it as the electrolyte of a secondary battery in this lyotropic liquid crystal state. can be expected to do so.

これは、本発明に係るイオン性液晶化合物の混合物をリオトロピック液晶状態で分子鎖の配向をラメラ相配向に制御し、このラメラ相配向において、イオン性液晶化合物のイオン輸送部位が電荷の安定化作用で重なってくるので、規則的に該イオン性液晶化合物が一軸方向に配向し、この液晶状態で電圧を印加することにより、極めて効率よくイオンの輸送を行うことができる。 This is because the mixture of the ionic liquid crystal compounds according to the present invention is controlled in the lyotropic liquid crystal state by controlling the orientation of the molecular chains to the lamellar phase orientation. Therefore, the ionic liquid crystal compound is regularly oriented uniaxially, and by applying a voltage in this liquid crystal state, ions can be transported very efficiently.

前記リオトロピック液晶状態で使用する溶媒としては、二次電池の分野で使われる電解液を用いることができ、該電解液としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、スルホラン等の高誘電率溶媒;1,2-ジメトキシエタン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の低粘度溶媒およびこれらの混合溶媒等が挙げられる。 As the solvent used in the lyotropic liquid crystal state, electrolyte solutions used in the field of secondary batteries can be used. low-viscosity solvents such as 1,2-dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl carbonate, methylethyl carbonate, and diethyl carbonate; and mixed solvents thereof.

従って、本発明に係る液晶材料は、効率的にイオンの輸送を行うことができるので、二次電池の電解質として用いたときに、常温において充電時間の短縮が期待できる。 Therefore, since the liquid crystal material according to the present invention can efficiently transport ions, it can be expected to shorten the charging time at room temperature when used as an electrolyte for a secondary battery.

また、本発明に係る液晶材料の形態は特に制限されないが、例えば二次電池の電解質として用いる場合は、正極及び負極の間にリチウムイオン輸送層として介在させればよい。 The form of the liquid crystal material according to the present invention is not particularly limited. For example, when it is used as an electrolyte for a secondary battery, it may be interposed as a lithium ion transport layer between the positive electrode and the negative electrode.

本発明に係る液晶材料は、スメクチック相からの降温過程の相転移で生じる固体状態で二次電池の電解質として用いる場合は、固体状態の界面に対して、液晶材料を塗布しておくことにより、固体界面でのイオンの移動をスムーズに行うことができる。 When the liquid crystal material according to the present invention is used as an electrolyte for a secondary battery in a solid state that occurs due to a phase transition from the smectic phase during a temperature drop process, the liquid crystal material is applied to the interface in the solid state, Ions can move smoothly at solid interfaces.

このようなイオン輸送層は、上記したような機構によりイオンの輸送を行うことができ、二次電池の電解質用、キャパシタの誘電体用として極めて有用である。 Such an ion transport layer can transport ions by the mechanism described above, and is extremely useful as an electrolyte for secondary batteries and a dielectric for capacitors.

本発明に係る液晶材料を二次電池やキャパシタの製造のための使用すること、本発明に係る液晶材料を電解質に含む二次電池、本発明に係る液晶材料を誘電体に含むキャパシタもまた本発明の範囲に包含されるものである。 The use of the liquid crystal material according to the present invention for manufacturing secondary batteries and capacitors, the secondary battery containing the liquid crystal material according to the present invention as an electrolyte, and the capacitor containing the liquid crystal material according to the present invention as a dielectric are also present. It is included in the scope of the invention.

以下、本発明を例により、詳細に説明するが本発明はこれらの例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

<合成例1 化合物2の合成>

Figure 0007210006000011
<Synthesis Example 1 Synthesis of Compound 2>
Figure 0007210006000011

500ml三角フラスコ中で4,4’-ビフェノール11.2g(0.060mol)をDMF50mlに溶解させた。これに炭酸カリウム8.3g(0.060mol)を加え、窒素雰囲気下、室温(25℃)で24時間撹拌した。撹拌後、臭化アルキル(アルキル=n-C15-)16.8g(0.06mol)をゆっくりと加え、80℃、窒素雰囲気下で24時間撹拌した。
反応終了後、反応液を冷却し、ジエチルエーテル300mlを加えた。その後、10%塩酸300mlを加えて抽出し、蒸留水100mlで洗浄した。水層をジエチルエーテルで再抽出し、洗浄した。無水硫酸ナトリウムを加え、一晩脱水させた。
無水硫酸ナトリウムを吸引ろ過により取り除き、ジエチルエーテルを減圧除去した。
n-ヘキサン60mlを加え、50分間超音波洗浄を行い、冷凍庫にて一日冷却し、ろ過により不溶解部を得た。
これらトルエンを100ml加え、超音波洗浄を行い、ろ過により溶解部を得た。トルエンを減圧除去し、目的化合物を得た。
収量:3.7g
理論収量:23.1g
収率:16%
形状:白色固体
分子量:384.6
目的化合物のNMRデータ及びIRデータを下表に示す。
11.2 g (0.060 mol) of 4,4'-biphenol was dissolved in 50 ml of DMF in a 500 ml Erlenmeyer flask. 8.3 g (0.060 mol) of potassium carbonate was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature (25° C.) for 24 hours under a nitrogen atmosphere. After stirring, 16.8 g (0.06 mol) of alkyl bromide 1 (alkyl=nC 7 H 15 —) was slowly added, and the mixture was stirred at 80° C. under a nitrogen atmosphere for 24 hours.
After completion of the reaction, the reaction solution was cooled and 300 ml of diethyl ether was added. After that, 300 ml of 10% hydrochloric acid was added for extraction and washed with 100 ml of distilled water. The aqueous layer was re-extracted with diethyl ether and washed. Anhydrous sodium sulfate was added and dried overnight.
Anhydrous sodium sulfate was removed by suction filtration, and diethyl ether was removed under reduced pressure.
60 ml of n-hexane was added, ultrasonic cleaning was performed for 50 minutes, cooling was performed in a freezer for one day, and an insoluble portion was obtained by filtration.
100 ml of these toluenes were added, ultrasonic cleaning was performed, and a dissolved portion was obtained by filtration. Toluene was removed under reduced pressure to obtain target compound 2 .
Yield: 3.7g
Theoretical yield: 23.1 g
Yield: 16%
Form: White solid Molecular weight: 384.6
NMR data and IR data of target compound 2 are shown in the table below.

Figure 0007210006000012
Figure 0007210006000012

Figure 0007210006000013
Figure 0007210006000013

<合成例2 化合物4の合成>

Figure 0007210006000014
<Synthesis Example 2 Synthesis of Compound 4>
Figure 0007210006000014

100ml三角フラスコに、合成例1で得た化合物2を3.7g(0.0095mol)、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセン(DBU)を5.8g(0.038mol)、3-ブロモプロパンスルホン酸ナトリウムを8.5g(0.038mol)を加え、DMF60ml中に溶解させ、窒素雰囲気下、60℃で48時間攪拌した。
反応終了後、溶媒をエバポレーターで除去し、ジエチルエーテル100mlを加え、超音波洗浄を行い、ろ過により不溶解部を得た。この操作を2回行った。得られた不溶解部に蒸留水と塩酸をそれぞれ10ml加え、1日放置し、ろ過により不溶解部を得た。得られた不溶解部にTHFを100ml加え、30分間撹拌した。撹拌後、ろ過によってろ液を得た。
エバポレーターによって溶媒を減圧除去し、固体を得た。
得られた固体をジオキサン200mlに溶解させ、ろ過によりろ液を得た。
エバポレーターによって溶媒を減圧除去し、目的化合物を得た。
収量:3.4g
理論収量:4.8g
収率:71%
形状:黒灰色固体(少し粘性あり)
分子量:506.7
目的化合物のNMRデータ及びIRデータを下表に示す。
3.7 g (0.0095 mol) of Compound 2 obtained in Synthesis Example 1 and 5.8 g (0.038 mol) of 1,8-diazabicyclo[5,4,0]-7-undecene (DBU) were placed in a 100 ml Erlenmeyer flask. ) and 8.5 g (0.038 mol) of sodium 3-bromopropanesulfonate were added, dissolved in 60 ml of DMF, and stirred at 60° C. for 48 hours under a nitrogen atmosphere.
After completion of the reaction, the solvent was removed by an evaporator, 100 ml of diethyl ether was added, ultrasonic cleaning was performed, and an insoluble portion was obtained by filtration. This operation was performed twice. 10 ml of distilled water and 10 ml of hydrochloric acid were added to the resulting insoluble portion, left to stand for one day, and an insoluble portion was obtained by filtration. 100 ml of THF was added to the obtained insoluble portion and stirred for 30 minutes. After stirring, a filtrate was obtained by filtration.
The solvent was removed under reduced pressure by an evaporator to obtain a solid.
The resulting solid was dissolved in 200 ml of dioxane and filtered to obtain a filtrate.
The solvent was removed under reduced pressure by an evaporator to obtain the target compound 4 .
Yield: 3.4g
Theoretical yield: 4.8g
Yield: 71%
Form: black gray solid (slightly viscous)
Molecular weight: 506.7
NMR data and IR data of target compound 4 are shown in the table below.

Figure 0007210006000015
Figure 0007210006000015

Figure 0007210006000016
Figure 0007210006000016

<合成例3 混合液晶組成物5の合成>

Figure 0007210006000017
<Synthesis Example 3 Synthesis of Mixed Liquid Crystal Composition 5>
Figure 0007210006000017

100ml三角フラスコに化合物を0.1916g(0.0004mol)加え、ジオキサン50mlに溶解させた。
これに、水酸化リチウム一水和物を0.0038g(0.00009mol)、水酸化ナトリウムを0.0034g(0.000085mol)、水酸化カリウムを0.0062g(0.00011mol)、水酸化アルミニウムを0.004g(0.00051mol)、蒸留水10mlに溶解させた水溶液を加え、24時間撹拌した。
撹拌後、500ml三角フラスコに移し替え、エバポレーターによって溶媒を減圧除去した。
ジエチルエーテル100mlを加え、良く振って洗浄した。ろ過を行い、沈殿物を得た。この操作を2回繰返し、目的とする混合液晶組成物を得た。本組成物は実施例7として評価した。
収量:0.130g
理論収量:0.2g
収率:63%
形状:白色粉末固体
分子量:529.7
0.1916 g (0.0004 mol) of compound 4 was added to a 100 ml Erlenmeyer flask and dissolved in 50 ml of dioxane.
To this, 0.0038 g (0.00009 mol) of lithium hydroxide monohydrate, 0.0034 g (0.000085 mol) of sodium hydroxide, 0.0062 g (0.00011 mol) of potassium hydroxide, aluminum hydroxide An aqueous solution of 0.004 g (0.00051 mol) dissolved in 10 ml of distilled water was added and stirred for 24 hours.
After stirring, the mixture was transferred to a 500 ml Erlenmeyer flask, and the solvent was removed under reduced pressure using an evaporator.
100 ml of diethyl ether was added and washed by shaking well. Filtration was performed to obtain a precipitate. This operation was repeated twice to obtain the desired mixed liquid crystal composition 5 . This composition was evaluated as Example 7.
Yield: 0.130 g
Theoretical yield: 0.2g
Yield: 63%
Form: White powder Solid molecular weight: 529.7

合成例4 混合液晶組成物7の合成

Figure 0007210006000018
Synthesis Example 4 Synthesis of Mixed Liquid Crystal Composition 7
Figure 0007210006000018

100ml三角フラスコに、合成例2に準じて得た化合物6を0.305g加え、ジオキサン50mlに溶解させた。
これに撹拌子を入れて撹拌しながら、100mlビーカー中で水酸化リチウム一水和物を0.0082g(0.000192mol)、水酸化ナトリウムを0.0078g(0.000196mol)、水酸化アルミニウムを0.0052g(0.0000663mol)、蒸留水10mlに溶解させた水溶液を少しずつ添加し、約3時間撹拌した。
その後、溶媒を減圧除去し、ジエチルエーテル20mlを加えた。スパチュラを用いてフラスコ内壁の付着物を掻き落とした後、蓋をしてフラスコを軽く振り混ぜた。その後、吸引ろ過を行い、目的とする混合液晶組成物を得た。本組成物は実施例9として評価した。
収量:0.326g
理論収量:0.190g
収率:58.3%
形状:褐色粉末
0.305 g of Compound 6 obtained according to Synthesis Example 2 was added to a 100 ml Erlenmeyer flask and dissolved in 50 ml of dioxane.
0.0082 g (0.000192 mol) of lithium hydroxide monohydrate, 0.0078 g (0.000196 mol) of sodium hydroxide, and 0.000196 mol of aluminum hydroxide are added in a 100 ml beaker while stirring with a stirrer. An aqueous solution of 0.0052 g (0.0000663 mol) dissolved in 10 ml of distilled water was added little by little and stirred for about 3 hours.
The solvent was then removed under reduced pressure and 20 ml of diethyl ether was added. After scraping off deposits on the inner wall of the flask using a spatula, the flask was lightly shaken with the lid closed. After that, suction filtration was performed to obtain the intended mixed liquid crystal composition 7 . This composition was evaluated as Example 9.
Yield: 0.326 g
Theoretical yield: 0.190 g
Yield: 58.3%
Shape: brown powder

<合成例5 混合液晶組成物8の合成>

Figure 0007210006000019
<Synthesis Example 5 Synthesis of Mixed Liquid Crystal Composition 8>
Figure 0007210006000019

100ml三角フラスコに、合成例2に準じて得た化合物6を0.302g加え、ジオキサン50mlに溶解させた。
これに撹拌子を入れて撹拌しながら、100mlビーカー中で水酸化リチウム一水和物を0.0122g(0.000291mol)、水酸化アルミニウムを0.00750g(0.0000962mol)、蒸留水10mlに溶解させた水溶液を少しずつ添加し、約3時間撹拌した。
その後、溶媒を減圧除去し、ジエチルエーテル20mlを加えた。スパチュラを用いてフラスコ内壁の付着物を掻き落とした後、蓋をしてフラスコを軽く振り混ぜた。その後、吸引ろ過を行い、目的とする混合液晶組成物を得た。本組成物は実施例8として評価した。
収量:0.315g
理論収量:0.076g
収率:24.1%
形状:褐色粉末
0.302 g of Compound 6 obtained according to Synthesis Example 2 was added to a 100 ml Erlenmeyer flask and dissolved in 50 ml of dioxane.
Dissolve 0.0122 g (0.000291 mol) of lithium hydroxide monohydrate, 0.00750 g (0.0000962 mol) of aluminum hydroxide, and 10 ml of distilled water in a 100 ml beaker while stirring with a stirrer. The resulting aqueous solution was added portionwise and stirred for about 3 hours.
The solvent was then removed under reduced pressure and 20 ml of diethyl ether was added. After scraping off deposits on the inner wall of the flask using a spatula, the flask was lightly shaken with the lid closed. After that, suction filtration was performed to obtain the intended mixed liquid crystal composition 8 . This composition was evaluated as Example 8.
Yield: 0.315g
Theoretical yield: 0.076g
Yield: 24.1%
Shape: brown powder

<合成例6 液晶化合物12の合成>

Figure 0007210006000020
<Synthesis Example 6 Synthesis of Liquid Crystal Compound 12>
Figure 0007210006000020

100ml三角フラスコに化合物11を0.247g(0.0005mol)加え、ジオキサン50mlに溶解させた。
これに、水酸化亜鉛を0.025g(0.00025mol)、蒸留水10mlに溶解させた水溶液を加え、24時間撹拌した。
撹拌後、エバポレーターによって溶媒を減圧除去し、目的とする液晶化合物12を得た。本化合物は実施例13として評価した。
収量:0.212g
理論収量:0.247g
収率:85.8%
形状:黄色固体
分子量:492.5
0.247 g (0.0005 mol) of compound 11 was added to a 100 ml Erlenmeyer flask and dissolved in 50 ml of dioxane.
An aqueous solution prepared by dissolving 0.025 g (0.00025 mol) of zinc hydroxide in 10 ml of distilled water was added thereto and stirred for 24 hours.
After stirring, the solvent was removed under reduced pressure by an evaporator to obtain the target liquid crystal compound 12 . This compound was evaluated as Example 13.
Yield: 0.212 g
Theoretical yield: 0.247 g
Yield: 85.8%
Form: Yellow solid Molecular weight: 492.5

<合成例7 液晶組成物15+16の合成>

Figure 0007210006000021

0.0002molの化合物13と0.0002molの化合物14とを50mlのジオキサンに溶解させ、溶液Aとした。0.0002molの水酸化亜鉛を10mlの蒸留水に溶解させ、溶液Bとした。溶液Bを溶液Aに加え、24時間撹拌した。
撹拌後、エバポレーターによって溶媒を完全に減圧除去し、目的とする液晶組成物1516を得た。本組成物は実施例15として評価した。
収量:0.10g
収率:44% <Synthesis Example 7 Synthesis of Liquid Crystal Compositions 15+16>
Figure 0007210006000021

A solution A was obtained by dissolving 0.0002 mol of compound 13 and 0.0002 mol of compound 14 in 50 ml of dioxane. A solution B was obtained by dissolving 0.0002 mol of zinc hydroxide in 10 ml of distilled water. Solution B was added to solution A and stirred for 24 hours.
After stirring, the solvent was completely removed under reduced pressure by an evaporator to obtain the target liquid crystal composition 15 + 16 . This composition was evaluated as Example 15.
Yield: 0.10 g
Yield: 44%

<イオン輸送の評価>
上記合成例に準じて下記表1に示す種々の混合液晶組成物を調製し、イオン輸送性能を評価した。
ITO電極を備えたセル(電極面積:0.16cm、電極間距離:70μm、ギャップ:50μm EHC社製)に試料20mgを圧入した。
次いで、10Vの電圧を印加し、除々に加温し、各温度毎の電流値を測定した。常温(30℃)における電流値を下記表1に併せて示す。
<Evaluation of ion transport>
Various mixed liquid crystal compositions shown in Table 1 below were prepared according to the above synthesis examples, and their ion transport performance was evaluated.
20 mg of a sample was pressed into a cell provided with ITO electrodes (electrode area: 0.16 cm 2 , distance between electrodes: 70 μm, gap: 50 μm, manufactured by EHC).
Next, a voltage of 10 V was applied, the temperature was gradually increased, and the current value was measured at each temperature. Current values at room temperature (30° C.) are also shown in Table 1 below.

Figure 0007210006000022
Figure 0007210006000022

混合液晶組成物8(実施例8)の偏光顕微鏡写真を図1に示す。120℃においてはもちろんのこと、常温(30℃)においても液晶を形成していることがわかる。
混合液晶組成物8(実施例8)の各温度におけるイオン輸送性能を図2に示した。従来の液晶化合物と比較して、イオン輸送性能のピークが低温側にシフトし、その結果、常温での導電性が実現されていることがわかる。
A polarizing microscope photograph of mixed liquid crystal composition 8 (Example 8) is shown in FIG. It can be seen that liquid crystal is formed not only at 120° C. but also at room temperature (30° C.).
FIG. 2 shows the ion transport performance of the mixed liquid crystal composition 8 (Example 8) at each temperature. Compared to conventional liquid crystal compounds, the peak of ion transport performance shifts to the low temperature side, and as a result, conductivity at room temperature is realized.

液晶化合物12(実施例13)の各温度におけるイオン輸送性能を図3に示した。従来の液晶化合物と比較して、イオン輸送性能のピークが低温側にシフトし、その結果、常温での導電性が実現されていることがわかる。 FIG. 3 shows the ion transport performance of the liquid crystal compound 12 (Example 13) at each temperature. Compared to conventional liquid crystal compounds, the peak of ion transport performance shifts to the low temperature side, and as a result, conductivity at room temperature is realized.

従って、本発明のイオン性液晶化合物又はその混合物を含む液晶材料を用いると、従来より低温であっても効率的にイオンの輸送を行うことができるので、二次電池の電解質として用いたときには、充電時間の短縮が期待できる。また、キャパシタの誘電体として用いた場合には、薄膜化、積層が容易で、エネルギー密度を上げることができるため、高容量キャパシタの製造が可能になる。 Therefore, when the liquid crystal material containing the ionic liquid crystal compound of the present invention or a mixture thereof is used, ions can be efficiently transported even at a lower temperature than before. Shortening of charging time can be expected. Moreover, when it is used as a dielectric of a capacitor, it can be easily formed into a thin film and laminated, and the energy density can be increased, so that a high capacity capacitor can be manufactured.

Claims (18)

下記一般式(1)で表される液晶化合物を少なくとも1種含む導電性混合液晶組成物。
Figure 0007210006000023

[式中、
Rは、炭素原子数5以上のアルキル基又はアルコキシ基を示す。
Bは、分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基を示す(前記分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
Aは、π電子が12個以上の共役系を含む、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい有機基を示す。
Lは、炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基を示す(前記炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
nは2を示す。
n個のR、B、A、及びLはそれぞれ同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
Xは、Zn2+を示す。]
A conductive mixed liquid crystal composition containing at least one liquid crystal compound represented by the following general formula (1).
Figure 0007210006000023

[In the formula,
R represents an alkyl group or an alkoxy group having 5 or more carbon atoms.
B represents a branched alkylene group having 6 or more carbon atoms (the branched alkylene group having 6 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
A represents an organic group containing a conjugated system having 12 or more π electrons and optionally containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom.
L represents a linear alkylene group having 3 or more carbon atoms (the linear alkylene group having 3 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
n indicates 2;
The n R, B, A, and L may be the same or different from each other.
X represents Zn2 + . ]
下記一般式(1)で表され、nが1であり、XがLi、Na、及びKからなる群より選択されるイオンである液晶化合物を少なくとも1種、並びに下記一般式(1)で表され、nが2又は3であり、XがMg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+及びAl3+からなる群より選択されるイオンである液晶化合物を少なくとも1種含む導電性混合液晶組成物。
Figure 0007210006000024

[式中、
Rは、炭素原子数5以上のアルキル基又はアルコキシ基を示す。
Bは、分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基を示す(前記分岐を有する炭素原子数6以上のアルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
Aは、π電子が12個以上の共役系を含む、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含んでもよい有機基を示す。
Lは、炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基を示す(前記炭素原子数3以上の直鎖アルキレン基は、酸素原子又は硫黄原子を介してAと結合してもよい)。
nは1、2、又は3を示す。
nが2又は3のとき、n個のR、B、A、及びLはそれぞれ同一であってもよく、相互に異なっていてもよい。
Xは、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+及びAl3+からなる群より選択されるイオンを示す。]
At least one liquid crystal compound represented by the following general formula (1), wherein n is 1 and X is an ion selected from the group consisting of Li + , Na + , and K + , and the following general formula (1 ), n is 2 or 3, and X is an ion selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Al 3+ . Composition.
Figure 0007210006000024

[In the formula,
R represents an alkyl group or an alkoxy group having 5 or more carbon atoms.
B represents a branched alkylene group having 6 or more carbon atoms (the branched alkylene group having 6 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
A represents an organic group containing a conjugated system having 12 or more π electrons and optionally containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom.
L represents a linear alkylene group having 3 or more carbon atoms (the linear alkylene group having 3 or more carbon atoms may be bonded to A via an oxygen atom or a sulfur atom).
n represents 1, 2, or 3;
When n is 2 or 3, n R, B, A and L may be the same or different from each other.
X represents an ion selected from the group consisting of Li + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ and Al 3+ . ]
一般式(1)におけるRが炭素原子数5以上12以下のアルコキシ基である、請求項1又は2に記載の導電性混合液晶組成物。 3. The conductive mixed liquid crystal composition according to claim 1, wherein R in general formula (1) is an alkoxy group having 5 to 12 carbon atoms. 一般式(1)におけるBが下記一般式(2)で表される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。
Figure 0007210006000025

[式中、
R’は炭素原子数1以上6以下のアルキル基であり、
0≦p≦6であり、
0≦q≦6であり、
*はAとの結合を示す。]
4. The conductive mixed liquid crystal composition according to claim 1, wherein B in general formula (1) is represented by general formula (2) below.
Figure 0007210006000025

[In the formula,
R' is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
0≦p≦6,
0≤q≤6,
* indicates a bond with A. ]
イオン性液晶化合物のAが、単結合、-CH=CH-、-CH≡CH-、-N=N-、-COO-、又は-CH=N-によって連結されていてもよいベンゼン環、チオフェン環、フラン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ナフタレン環、アントラセン環、キノリン環、カルバゾール環、キナゾリン環、プリン環、インドリジン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、インドール環、又はアクリジン環を表す、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。 A of the ionic liquid crystal compound is a single bond, -CH=CH-, -CH≡CH-, -N=N-, -COO-, or -CH=N-, a benzene ring optionally linked by a thiophene ring, furan ring, pyridine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, pyrrole ring, oxazole ring, thiazole ring, imidazole ring, naphthalene ring, anthracene ring, quinoline ring, carbazole ring, quinazoline ring, purine ring, indolizine ring, benzothiophene 5. The conductive mixed liquid crystal composition according to any one of claims 1 to 4, representing a ring, a benzofuran ring, an indole ring, or an acridine ring. 一般式(1)におけるLが下記一般式(3)で表される、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。
Figure 0007210006000026

[式中、
mは1以上8以下の整数であり、
*はAとの結合を示す。]
6. The conductive mixed liquid crystal composition according to claim 1, wherein L in general formula (1) is represented by general formula (3) below.
Figure 0007210006000026

[In the formula,
m is an integer of 1 or more and 8 or less,
* indicates a bond with A. ]
一般式(1)で表され、Xが、Na、及びKからなる群より選択される少なくとも1種のイオンである液晶化合物、
一般式(1)で表され、Xが、Mg2+、Ca2+、Zn2+及びBa2+からなる群より選択される少なくとも1種のイオンである液晶化合物、並びに
一般式(1)で表され、XがAl3+である液晶化合物
のいずれかと、
一般式(1)で表され、XがLiである液晶化合物と、
を含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物。
a liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is at least one ion selected from the group consisting of Na + and K + ;
A liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is at least one ion selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ and Ba 2+ ; and a liquid crystal compound represented by the general formula (1), any liquid crystal compound in which X is Al 3+ ;
a liquid crystal compound represented by the general formula (1), wherein X is Li + ;
The conductive mixed liquid crystal composition according to any one of claims 1 to 6, comprising
一対の電極間に、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物を挟持すること、及び
前記一対の電極間に電圧を印加すること
を含む、イオンの輸送方法。
A method for transporting ions, comprising sandwiching the conductive mixed liquid crystal composition according to claim 1 between a pair of electrodes, and applying a voltage between the pair of electrodes.
二次電池の充電のための請求項8に記載のイオンの輸送方法。 9. A method for transporting ions according to claim 8 for charging a secondary battery. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の導電性混合液晶組成物を含む、液晶材料。 A liquid crystal material comprising the conductive mixed liquid crystal composition according to claim 1 . 請求項10に記載の液晶材料を含むイオン輸送層。 An ion transport layer comprising the liquid crystal material according to claim 10 . 請求項8に記載のイオンの輸送方法を行う、請求項11に記載のイオン輸送層。 12. The ion transport layer according to claim 11, wherein the ion transport method according to claim 8 is performed. 二次電池用である、請求項10に記載の液晶材料。 11. The liquid crystal material according to claim 10, which is for a secondary battery. キャパシタの誘電体用である、請求項10に記載の液晶材料。 11. The liquid crystal material according to claim 10, for use as a capacitor dielectric. 請求項10に記載の液晶材料を含む二次電池。 A secondary battery comprising the liquid crystal material according to claim 10 . 請求項10に記載の液晶材料を含むキャパシタ。 A capacitor comprising the liquid crystal material according to claim 10 . 請求項10に記載の液晶材料の二次電池の製造のための使用。 Use of the liquid crystal material according to claim 10 for manufacturing secondary batteries. 請求項10に記載の液晶材料のキャパシタの製造のための使用。 Use of the liquid crystal material according to claim 10 for manufacturing capacitors.
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