JPH0830023B2 - 新規なビフェニル化合物、これを含む液晶組成物及び光スイッチング素子 - Google Patents

新規なビフェニル化合物、これを含む液晶組成物及び光スイッチング素子

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JPH0830023B2
JPH0830023B2 JP63120448A JP12044888A JPH0830023B2 JP H0830023 B2 JPH0830023 B2 JP H0830023B2 JP 63120448 A JP63120448 A JP 63120448A JP 12044888 A JP12044888 A JP 12044888A JP H0830023 B2 JPH0830023 B2 JP H0830023B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、安定なサーモトロピックな液晶状態をとり
得、例えば、液晶テレビ等のディスプレイ用、光プリン
ターヘッド、光フーリエ変換素子、ライトバルブ等、液
晶を利用するオプトエレクトロニクス関連素子の素材と
して有用な新規なビフェニル化合物及びこの化合物を含
む液晶組成物、さらにはこの化合物を構成要素とする光
スイッチング素子に関するものである。
(従来の技術) 分子内に不斉炭素を有する液晶化合物は、結晶構造上
カイラルスメクチックC相を取り得、応答速度が速い強
誘電性液晶としての性質を呈する場合があり、最近、高
速応答性を要求される表示装置等の液晶材料として期待
されている。このような材料には、大きな自発分極を有
すること、低粘性を有すること、あるいは室温近傍を含
む広い温度範囲でカイラルスメクチックC相を示すこと
等の物性が要求されるが、現在までのところこれらの物
性を全て十分に満足する材料は見出されていないのが実
情である。
ところで、高速応答性に特に着目した場合には自発分
極が大きい方が好ましく、この点につき本発明者らは、
既に、α位に不斉炭素をもベンゼン環に直結したケトン
基を有する化合物が光等に対して安定であり、エナンチ
オトロピックで液晶状態を取る温度範囲が広く、特に、
この化合物を光学活性とすることにより自発分極が大き
い強誘電性液晶となることを見出している(国際出願番
号JP88/00334)。
一方、低粘性化に着目した場合には、液晶の核の部分
としてビフェニルを用いることが有望であることが知ら
れている。α位に不斉炭素をもち、ビフェニル環に直結
したケトン基を有する化合物として、次式、 (式中のRは炭素数1〜18の直鎖または分枝鎖のアル
キル基を示す)であらわさるビフェニル化合物が提案さ
れている(特開昭60-13729号公報)。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記ビフェニル化合物の合成の実施例
はなく、物性も明らかにされていない。また、式中のR
とビフェニル基との結合が−O−を介しての結合に限定
されているが、一般的に、この結合子を変えることによ
り種々の物性の変化が期待できる。
そこで本発明者らは、上述の如く既にα位に不斉炭素
を有しベンゼン環に直結したケトン基を有する化合物の
不斉炭素に光学活性が付与されると自発分極の大きい化
合物となることを見出していることから、α位に不斉炭
素を有し、かつビフェニル環に直結したケトン基を有す
るビフェニルを核とする強誘電性液晶化合物は高速応答
性を有すると考え鋭意検討をすすめた結果、ケトン基と
直結していないアルキル鎖とビフェニル環との結合子を
変えることにより、新規なビフェニル化合物を提供でき
ることを見出した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたもの
で、本発明の目的は、液晶組成物として有用な新規なビ
フェニル化合物及びこれを含む液晶組成物を提供するこ
とにある。
また、本発明は、その様な新規な化合物あるいはそれ
を含む液晶組成物を用いて高速応答性を有する液晶表示
素子を提供しようとするものである。
(問題を解決するための手段) 本発明は、下記の一般式(I) (式中、Rはアルキル基、Aは単結合,−COO−,−O
CO−,−OCOO−又は−CO−のいずれかを示し、mとnは
いずれも1以上の整数でm<nである)で表される新規
なビフェニル化合物、この化合物を含有する液晶組成物
及びこの化合物を構成要素とする光スイッチング素子か
ら成るものである。
上記式(I)中でRで示されるアルキル基及びnの整
数には特に上限はないが、原材料の入手のし易さなどの
実用的な構造上の見地から、Rとしては炭素数18までの
ものが、またnの数としては16までのものが好ましい。
尚、特には上記式中、CmH2m+1が結合している炭素が
不斉炭素で、この炭素を中心に光学活性が付与される
と、単独あるいは他の化合物との混合により応答速度が
速くて強誘電性液晶となり、好ましいものとなる。
上記式(I)の代表的な化合物の例と、その理化学的
性質を示すと次の通りである。
4−ヘキサノイルオキシ−4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニル IR(KBr,cm-1):2910,2840,1745,1675,1600,1225,11901 H-NMR(90MHz):δ0.85〜1.12 6H(m) δ1.22 3H(d,J=7Hz) δ1.20〜2.0 8H(m) δ2.59 2H(t,J=7Hz) δ3.42 1H(m) δ7.19 2H(d,J=9Hz) δ7.62 2H(d,J=9Hz) δ7.65 2H(d,J=9Hz) δ8.02 2H(d,J=9Hz) 4−ノナノイルオキシ4′−(2−メチルブタノイル)
ビフェニル IR(KBr,cm-1):2910,2840,1745,1675,1600,1230,1190,
11501 H-NMR(90MHz):δ0.91 6H(m) δ1.20 3H(d,J=7Hz) δ1.2 〜2.0 14H(m) δ2.59 2H(t,J=7Hz) δ3.42 1H(m) δ7.19 2H(d,J=9Hz) δ7.64 2H(d,J=9Hz) δ7.67 2H(d,J=9Hz) δ8.02 2H(d,J=9Hz) 4−テトラデカノイルオキシ−4′−(2−メチルブタ
ノイル)ビフェニル IR(KBr,cm-1):2910,2840,1745,1675,1600,1225,1190,
11451 H-NMR(90MHz):δ0.87〜1.03 6H(m) δ1.20 3H(d,J=7Hz) δ1.2 〜2.0 24H(m) δ2.59 2H(t,J=7Hz) δ3.42 1H(m) δ7.22 2H(d,J=9Hz) δ7.61 2H(d,J=9Hz) δ7.65 2H(d,J=9Hz) δ8.05 2H(d,J=9Hz) 4−ノナノイルオキシ−4′−(2−メチルオクタノイ
ル)ビフェニル IR(KBr,cm-1):2910,2840,1755,1675,1462,1375,1200,
1140,975,8271 H-NMR(90MHz):δ0.90 6H(m) δ1.21 3H(d,J=6.5Hz) δ1.2〜2.0 22H(m) δ2.58 2H(t,J=7Hz) δ3.48 1H(m) δ7.16 2H(d,J=8.5Hz) δ7.60 2H(d,J=8.5Hz) δ7.62 2H(d,J=8Hz) δ7.99 2H(d,J=8Hz) 4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−メ
チルブタノイル)ビフェニル IR(KBr,cm-1):2910,2840,1750,1675,1600,1275,1220,
11851 H-NMR(90MHz):δ0.94 6H(m) δ1.22 3H(d,J=7Hz) δ1.2 〜2.0 14H(m) δ3.42 1H(m) δ4.28 2H(t,J=7Hz) δ7.28 2H(d,J=9Hz) δ7.62 2H(d,J=9Hz) δ7.64 2H(d,J=9Hz) δ8.09 2H(d,J=9Hz) 4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−メ
チルオクタノイル)ビフェニル IR(KBr,cm-1):2910,2840,1755,1675,1600,1460,1260,
1220,972,950,8201 H-NMR(90MHz):δ0.89 6H(m) δ1.23 3H(d,J=7Hz) δ1.2〜2.0 22H(m) δ3.49 1H(m) δ4.28 2H(t,J=6Hz) δ7.27 2H(d,J=9Hz) δ7.62 2H(d,J=9Hz) δ8.01 2H(d,J=9Hz) 4−ノナノイル−4′−(2−メチルオクタノイル)ビ
フェニル IR(KBr,cm-1):2910,2840,1680,1600,1480,1372,8201 H-NMR(90MHz):δ0.88 6H(m) δ1.21 3H(d,J=7Hz) δ1.2〜2.1 22H(m) δ3.00 2H(t,J=7Hz) δ3.49 1H(m) δ7.69 4H(d,J=8Hz) δ8.05 4H(d,J=8Hz) 尚、上記一般式(I)で示した化合物中のRのアルキ
ル基の炭素鎖の長さは、その化合物が液晶状態を取り得
る温度域に影響を持つものであり、目的によって適宜選
定され得るものである。この化合物は単独で用いること
は勿論、他の液晶材料と混合して用いることができるこ
とはいうまでもない。
先ず、第1番目として、上記一般式(I)の化合物の
うちAが単結合のものは次の一般式(1) (式中のm及びnは前記のものと同じものを示す)で
表される2−アルキル−1−アルカン酸を無機ハロゲン
化物、例えば塩化チオニル、五酸化リン、三酸化リンま
たは塩化ホスホリル等と反応させて酸ハロゲン化物と
し、その酸ハロゲン化物を無水塩化アルミニウムまたは
三フッ化ホウ素酸の触媒の存在下に、4−アルキル−ビ
フェニルとフリーデルクラフツ反応させることにより得
られる。
尚、かかる4−アルキル−ビフェニルは、フリーデル
クラフツ反応を用いてビフェニルをアルキルカルボン酸
によりアシル化し、そのカルボニル基を還元してメチレ
ン基とすることにより得られる。あるいはまた、市販の
4−アルキル−ビフェニルを用いてもよい。
また、上記一般式(1)の2−アルキル−1−アルカ
ン酸を得るには、次の一般式(2)、 (式中のm及びnは前記のものと同じものを示す)で
表される2−アルキル−1−アルカノールを酸化剤で酸
化する。光学活性を有する化合物を得るためには、光学
活性を有する2−アルキル−1−アルカノールを用いれ
ばよい。但しこの場合は、ラセミ化を起こさずに酸化で
きる酸化剤を選定する。このような酸化においては、特
に酸性下、過マンガン酸カリウムを用いて行うことが最
も簡便である。
第2番目として、上記一般式(I)のうちAが−COO
−あるいは−OCOO−の化合物は次の様にして得られる。
先ず、上記式(1)の2−アルキル−1−アルカン酸
をヒドロキシビフェニルと縮合してエステル化する。こ
のエステル化反応は、鉱酸触媒の存在下に、60〜120℃
の温度で容易に進行する。この場合、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン等の有機溶媒の存在下、この溶媒の還流下
に反応させると良い。また、前記鉱酸触媒としては、塩
酸、硫酸、塩化チニオンあるいはフッ化ホウ素等を用い
ることができる。
次に、この2−アルキル−1−アルカン酸ビフェニル
エステルを2−アルキル−1−アルカン酸のハロゲン化
物と反応させる。すなわち、上記2−アルキル−1−ア
ルカン酸ビフェニルエステルとこのハロゲン化物とを無
水塩化アルミニウムまたは三フッ化ホウ素等の触媒の存
在下に反応させると、前記ビフェニルエステルのビフェ
ニルの4′位に、2−アルキル−1−アルカン酸ハライ
ドが光学活性を有する場合はラセミ化することなく、2
−アルキルアルカノイルとして付加し、2−アルキル−
1−アルカン酸−4′−(2−アルキルアルカノイル)
ビフェニルが生成する。この場合の2−アルキル−1−
アルカン酸は、上記ハロゲン化に用いた2−アルキル−
1−アルカン酸と同じ化合物を用いても良く、また別の
鎖長の化合物を用いても良いことは言うまでもない。
この反応操作は、上記2−アルキル−1−アルカン酸
ビフェニルエステル及び2−アルキル−1−アルカンハ
ライドをニトロベンゼンまたは塩化メチレン等の有機溶
媒に溶解し、−20〜50℃の温度に保持し、1〜100時間
撹拌すると良い。
この2−アルキル−1−アルカン酸−4′−(2−ア
ルキルアルカノイル)ビフェニルを、アルコール/水等
の溶媒の存在下、炭酸水素ナトリウム又は炭酸水素カリ
ウム等のアルカリを用い、−20〜50℃の温度で加水分解
し、次いで塩酸または硫酸等の無機酸で中和することに
より、次の一般式(3) (式中のm及びnは前記のものと同じものを示す)で
表される4−ヒドロキシ−4′−(2−アルキルアルカ
ノイル)ビフェニル(3)が得られる。
上記式(I)のうちAが−COO−である化合物につい
ては、上記で得られた(3)式の化合物と、アルカン酸
またはその酸ハライドとをエステル化反応することによ
り、またAが−OCOO−である化合物については、上記で
得られた(3)式の化合物とクロロギ酸アルキルとを反
応させることにより、それぞれ得られる。
第3番目として、上記式(I)のうちAが−OCO−で
ある化合物は次の様にして得られる。
先ず、市販の4−ハロビフェニルと塩化アセチルを反
応させて4−アセチル−4′−ハロビフェニルとし、ハ
ロホルム反応により、4′−ハロビフェニル−4−カル
ボン酸とした後、水素化アルミニウムリチウムにより還
元して4′−ハロ−4−ヒドロキシメチルビフェニルと
する。この化合物にアルキルビニルエーテルを反応させ
て、4−(4−ハロフェニル)ベンジル−(1−アルコ
キシ)エチルエーテルとし、グリニャール反応により2
−アルキルアルカン酸クロリドとカップリングさせた
後、酸性条件下で保護基を外すことにより、光学活性を
有する化合物の場合でもラセミ化することなく、次の一
般式(4) (式中のm及びnは前記のものと同じものを示す)で
表される4′−(2−アルキルアルカノイル)−4−ヒ
ドロキシメチルビフェニルを得ることができる。
次に、上記の4′−(2−アルキルアルカノイル)−
4−ヒドロキシメチルビフェニルを過マンガン酸カリウ
ム等の酸化剤によって酸化することにより、光学活性を
有する化合物の場合でもラセミ化することなく、次の一
般式(5) (式中のm及びnは前記のものと同じものを示す)で
表される4′−(2−アルキルアルカノイル)ビフェニ
ル−4−カルボン酸を得ることができる。
しかる後、上記式(5)の化合物とアルカノールのエ
ステル化反応を行うことにより、上記式(I)のうちA
が−OCO−である化合物を得ることができる。
第4番目として、上記式(I)のうちAが−CO−であ
る化合物は次の様にして得られる。
先ず、上記式(1)の2−アルキル−1−アルカン酸
のハロゲン化物をビフェニルと反応させる。すなわち、
ビフェニルとこのハロゲン化物とを無水塩化アルミニウ
ム又はフッ化ホウ素等の触媒の存在下に反応させると、
前記ビフェニルの4位に、2−アルキルアルカン酸ハラ
イドが光学活性を有する場合にはラセミ化することな
く、2−アルキルアルカノイルとして付加し、4−(2
−アルキルアルカノイル)ビフェニルが生成する。
次に、このアルキルアルカノイルビフェニルに、アル
カン酸ハロゲン化物の塩化アルミニウム等のアシル錯体
を反応させて、4−アルカノイル−4′−(2−アルキ
ルアルカノイル)ビフェニルを得ることができる。
尚、上記反応で、2−アルキル−1−アルカン酸とア
ルカン酸のアシル化の順序を入れかえても良いことは言
うまでもない。
(実施例) 次に本発明を実施例により説明する。
実施例1 4−ヘキサノイルオキシ−4′−(2−メチルブタノ
イル)ビフェニル (+)−4−ヒドロキシ−4′−(2−メチルブタノ
イル)ビフェニルの合成 フラスコに水1800ml、硫酸255gを加え、これに、
(−)−2−メチルブタノール100g(1.13mol)を懸濁
させた後、23〜25℃に保ちながら、過マンガン酸カリウ
ム278g(1.76mol)を3時間かけて添加し、引き続きこ
の温度で反応させた。反応終了後、この反応液を氷水1
の入った容器に移し、次いで亜硫酸ナトリウム220g
(2.11mol)を加え、濃硫酸30mlを加えてPHを1以下と
した後、ジエチルエーテルで抽出した。この抽出液から
10%の水酸化ナトリウム水溶液で逆抽出した後、この抽
出液に氷水200ml及び濃塩酸370mlを添加し、PHを1以下
とした。この水溶液から塩化メチレンで抽出し、抽出液
を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。これを濃縮し、減
圧蒸留(59.5〜60℃/4〜5mmHg)し、透明な液体である
(+)−2−メチルブタン酸78.0g(収率68%)を得
た。
次に、上記で得られた(+)−2−メチルブタン酸5.
49g、4−ヒドロキシビフェニル8.50g及びトルエン20ml
をフラスコに入れ、さらに撹拌しながら塩化チオニル4.
0ml(55m mol)を加え、70〜80℃の温度に保持して8時
間反応させた。反応終了後、室温まで冷却し、水を加え
て過剰の塩化チオニルを分解した後、水で洗浄し、無水
硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒留去後に、シリカ
ゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、油状の比施光
度▲〔α〕25 D▼(クロロホルム中11.03重量%)が+1
5.1°の(+)−2−メチルブタン酸ビフェニル12.69g
を得た。
フラスコに入れた塩化チオニル11.7g(98.3m mol)を
36〜38℃の温度に保持し、撹拌しながら、これに上記で
得られた(+)−2−メチルブタン酸8.98g(87.3m mo
l)を7分間で滴下した。40分間室温で撹拌、反応させ
た後、80℃の温度で30分間撹拌し、反応させた。次い
で、これを蒸留し、無色透明の(+)−2−メチルブタ
ン酸クロリド6.5g(53.9m mol、収率64%)を得た。
次に、(+)−2−メチルブタン酸クロリド4.0gとニ
トロベンゼン7mlをフラスコに入れ0℃まで冷却して、
撹拌しながら塩化アルミニウム10.74g(80m mol)を加
えた後、さらに、ニトロベンゼンの9mlに(+)−2−
メチルブタン酸−4−ビフェニル4.97g(19.6m mol)を
溶解した液を加え、室温で70時間撹拌した。次に、2規
定の塩酸と氷を加えた後、クロロホルムで抽出した。当
該クロロホルム相を水で洗浄後、無水硫酸マグネシウム
で乾燥し、溶媒を留去した後に、シリカゲルカラムクロ
マトグラフィーで精製し、油状の(+)−2−メチルブ
タン酸−4−(2−メチルブタノイル)ビフェニル3.60
g(収率54%)を得た。この生成物のNMR分析値は次の通
りであった。1 H−NMR(CDCl3中,TMS規準,ppm):8.02(d,2H)、7.63
(d,2H)、7.60(d,2H)、7.20(d,2H)、3.42(m,1
H)、2.67(m,1H)、1.75〜1.95(m,2H)、1.4〜1.75
(m,2H)、1.32(d,3H)、1.20(d,3H)、1.06(t,3
H)、0.96(t,3H) 上記で得られた(+)−2−メチルブタン酸−4−
(2−メチルブタノイル)ビフェニル0.67g、メチルア
ルコール95ml及び水5mlを取り、撹拌しながら炭酸水素
ナトリウム1.14g(13.6m mol)を加え、室温で40時間加
水分解反応を行った。反応終了後、メタノールを留去し
た後、1規定の塩酸を加えてpHを1以下とし、ジクロロ
メタンで抽出した。この液を水で洗浄し、無水硫酸ナト
リウムで乾燥し、溶媒を留去して、シリカゲルカラムク
ロマトグラフィーで精製し、淡黄色結晶の(+)−4−
ヒドロキシ−4−(2−メチルブタノイル)ビフェニル
0.44g(収率88%)を得た。
1H−NMR(CDCl3中,TMS規準,ppm):8.05(d,2H)、
7.65(d,2H)、7.53(d,2H)、7.06(d,2H)、3.50(m,
1H)、2.10〜1.40(m,2H)、1.22(d,3H)、0.96(t,3
H) IR(KBr,cm-1):3300、2930、2910、1650、1590 Mass:254(M+) ▲〔α〕25 D▼(8.6重量%CHCl3中):19.0 4−ヘキサノイルオキシ4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニルの合成 塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックスターラーを
備えた50mlのナス形フラスコに、4−ヒドロキシ−4′
−(2−メチルブタノイル)ビフェニル240.4mg(0.95m
mol)、ヘキサン酸0.15g(1.29m mol)、ジシクロヘキ
シルカルボジイミド0.24g(1.17m mol)、4−ジメチル
アミノピリジン(0.08m mol)及び乾燥ジクロロメタン7
mlをとり、室温で1時間撹拌した。生じた固体を濾過で
除き、溶媒を留去して得られた粗結晶をシリカゲルカラ
ムクロマトグラフィーで精製し、エタノールから再結晶
して白色結晶の4−ヘキサノイルオキシ−4′−(2−
メチルブタノイル)ビフェニル25.5mg(収率8%)を得
た。
液晶性の評価 上記化合物を、ポリイミドを塗布しラビング処理を施
したガラスからなる厚さ4μのセルに注入し、そのセル
をホットステージにて温度制御し、クロスニコルの偏光
顕微鏡にてセル内の化合物の状態を観察した。ホットス
テージ内の温度を1分間に2℃の割合で変化させ、その
化合物の状態の変化を観察したところ、降温過程におい
て57℃で等方性液体からスメクチックA相に、また32℃
で高次の液晶相に、さらに15℃で別の高次の液晶相にか
わり、−27℃まで結晶化は起こらなかった。
実施例2 4−ノナノイルオキシ−4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニル 4−ノナノイルオキシ−4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニルの合成 塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックスターラーを
備えた50mlのナス形フラスコに、実施例1に記載の方法
で得た4−ヒドロキシ−4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニル247.7mg(0.98m mol)、乾燥ピリジン10
ml及びノナン酸クロリド0.5ml(2.50m mol)をとり、室
温で4時間半撹拌した。しかる後、飽和炭酸水素ナトリ
ウム水溶液を加え、エーテルで3回抽出した後、有機層
を合わせ、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次いで無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去して
得られた粗結晶をシリカゲルカラムクロトグラフィーで
精製し、しかる後エタノールから再結晶して白色結晶の
4−ノナノイルオキシ−4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニル160.4mg(収率42%)を得た。
液晶性の評価 上記化合物を実施例1に記載の方法で観察したとこ
ろ、降温過程では65.1℃で等方性液体からスメクチック
A相になり、40℃で結晶化した。また、昇温過程では4
7.8℃で結晶からスメクチックA相になった。
実施例3 4−テトラデカノイルオキシ−4′−(2−メチルブ
タノイル)ビフェニル 4−テトラデカノイルオキシ−4′−(2−メチルブ
タノイル)ビフェニルの合成 塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックスターラーを
備えた50mlのナス形フラスコに、実施例1に記載の方法
で得た4−ヒドロキシ−4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニル229.0mg(0.90m mol)、テトラデカン酸
クロリド0.5ml(1.82m mol)及び乾燥ピリジン6mlをと
り、室温で4時間撹拌した。次いで、飽和炭酸水素ナト
リウム水溶液を加え、エーテルで3回抽出した。その
後、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去して得
られた粗結晶をシリカゲルカラムクロトグラフィーで精
製し、しかる後エタノールから再結晶して白色結晶の4
−テトラデカノイルオキシ−4′−(2−メチルブタノ
イル)ビフェニル292.5mg(収率70%)を得た。
液晶性の評価 上記化合物を実施例1に記載の方法で観察したとこ
ろ、降温過程では66.7℃で等方性液体からスメクチック
A相になり、62℃で結晶化した。また、昇温過程では6
9.4℃で結晶から等方性液体になった。
実施例4 4−ノナノイルオキシ−4′−(2−メチルオクタノ
イル)ビフェニル (+)4−ヒドロ−4′−(2−メチルオクタノイ
ル)ビフェニルの合成 (−)−2−メチルオクタノール21.2g(147m mol)
に水330mlと濃硫酸46.4gの水溶液を加えた後、撹拌し
て、エマルジョンにした。これに、過マンガン酸カリウ
ム63.4g(401m mol)を7時間かけて加えた。次に、こ
の反応液に亜硫酸水素ナトリウム51.5gを加え、しかる
後に氷水70ml及びエーテル200mlを用いて氷水270mlに全
てを移した。二層分離後、水層からエータルで反応生成
物を抽出し、次いで10%水酸化ナトリウム水溶液で抽出
し、氷を加えた後、濃硫酸を加えてpHを1以下とした。
しかる後、この水層からクロロホルムで抽出し、水で洗
浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、濾別後、濾液を濃
縮、減圧蒸留して、無色透明の液体である(+)−2−
メチルオクタン酸16.5g(収率71%)を得た。
次に、上記で得られた(+)−2−メチルオクタン酸
2.02g(12.8m mol)、4−ヒドロキシビフェニル2.02g
(11.9m mol)及びトルエン10mlをフラスコに入れ、さ
らに撹拌しながら塩化チオニル1.0ml(13.7m mol)を加
えて、70〜80℃の温度に保持し、9時間反応させた。反
応終了後、室温まで冷却し、水を加えて過剰の塩化チオ
ニルを分解した後、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウム
で乾燥させた。溶媒留出させた後、シリカゲルカラムク
ロマトグラフィーで精製し、油状の比施光度▲〔α〕25
D▼(クロロホルム中2.6重量%)が+16.3°の(+)−
2−メチルオクタン酸ビフェニル3.43gを得た。
次に、フラスコに入れた塩化チオニル2.38g(19.0m m
ol)を36〜38℃の温度に保持し、撹拌しながら、これに
上記で得られた(+)−2−メチルオクタン酸2.51g(1
5.9m mol)を7分間で滴下した。40分間室温で撹拌、反
応させた後、80℃の温度で30分間撹拌、反応させた。次
に、これを蒸留して無色透明の(+)−2−メチルオク
タン酸クロリド2.81g(15.9m mol、収率100%)を得
た。
次に、この(+)−2−メチルオクタン酸クロリド2.
02g(11.4m mol)とニトロベンゼン3mlをフラスコに入
れ0℃まで冷却して、撹拌しながら無水塩化アルミニウ
ム3.06g(22.9m mol)を加えた後、室温で30分間撹拌し
た。その後、これに、ニトロベンゼン3mlに溶解した
(+)−2−メチルオクタン酸ビフェニル2.89g(7m mo
l)を加えた後、室温で140時間撹拌し、反応させた。反
応終了後、2規定の塩酸と氷を加えた後、クロロホルム
で抽出し、水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥
し、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラ
フィーで精製し、油状の(+)−2−メチルオクタン酸
−4−(2−メチルオクタノイル)ビフェニル1.55g
(収率49%)を得た。
上記で得られた(+)−2−メチルオクタン酸−4−
(2−メチルオクタノイル)ビフェニル0.85g(1.9m mo
l)、メチルアルコール70ml及び水5mlを入れ、撹拌しな
がら炭酸水素ナトリウム0.98g(11.7m mol)を加え、室
温で46時間反応させた。反応終了後、メタノールを留去
した後、1規定の塩酸を加えてpHを1以下とし、ジクロ
ロメタンで抽出した。この液を水で洗浄し、無水硫酸マ
グネシウムで乾燥後、溶媒を留去して、シリカゲルカラ
ムクロマトグラフィーで精製し、以下の理化学的性質を
有する淡黄色結晶の(+)−4−ヒドロキシ−4′−
(2−メチルオクタノイル)ビフェニル0.54g(収率92
%)を得た。
1H−NMR(CDCl3中,TMS規準,ppm):7.98(d,2H)7.6
0(d,2H)、7.50(d,2H)、6.92(d,2H)、6.00(br,1
H)、3.84(m,1H),2.00〜1.15(m,10H)、1.22(d,3
H)、1.0〜0.75(m,3H) IR(neat cm-1):3300、2900、2850、1650、1585 Mass:310(M+) ▲〔α〕25 D▼(3.2重量%CHCl3中):+6.2 4−ノナノイルオキシ−4′−(2−メチルオクタノイ
ル)ビフェニルの合成 塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックスターラーを
備えた50mlのナス形フラスコに、上記で得た4−ヒドロ
キシ−4′−(2−メチルオクタノイル)ビフェニル13
0.0mg(0.42m mol)、乾燥ピリジン5ml及びノナン酸ク
ロリド0.3ml(1.67m mol)をとり、室温で40時間撹拌し
た。次いで、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、エ
ーテルで3回抽出した。その後、無水硫酸マグネシウム
で乾燥後、溶媒を留去して得られた粗結晶をシリカゲル
カラムクロマトグラフィーで精製し、しかる後エタノー
ルから再結晶して白色結晶の4−ノナノイルオキシ−
4′−(2−メチルオクタノイル)ビフェニル77.1mg
(収率41%)を得た。
液晶性の評価 上記化合物を実施例1に記載の方法で観察したとこ
ろ、降温過程では45.8℃で等方性液体から結晶へかわっ
た。また、昇温過程では50.6℃で結晶から等方性液体に
かわった。
実施例5 4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−
メチルブタノイル)ビフェニル 4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−
メチルブタノイル)ビフェニルの合成 塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックスターラーを
備えた50mlのナス形フラスコに、実施例1に記載の方法
で得た4−ヒドロキシ−4′−(2−メチルブタノイ
ル)ビフェニル210.1mg(0.83m mol)、乾燥ピリジン5m
l及びクロロギ酸オクチル0.5ml(2.34m mol)をとり、
室温で2時間撹拌した。次いで、飽和炭酸水素ナトリウ
ム水溶液を加えた後、エーテルで3回抽出した。その
後、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去して得
られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで
精製し、しかる後エタノールから再結晶して白色結晶の
4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−メ
チルブタノイル)ビフェニル204.7mg(収率60%)を得
た。
液晶性の評価 上記化合物を実施例1に記載の方法で観察したとこ
ろ、降温過程では41.6℃で等方性液体からスメクチック
A相になり、−6.3℃で結晶化した。また、昇温過程で
は47.3℃で結晶から等方性液体へ変化した。
実施例6 4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−
メチルオクタノイル)ビフェニル 4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−
メチルオクタノイル)ビフェニルの合成 塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックスターラーを
備えた50mlのナス形フラスコに、実施例4の方法で得た
4−ヒドロキシ−4′−(2−メチルオクタノイル)ビ
フェニル132.0mg(0.43m mol)、乾燥ピリジン3ml及び
クロロギ酸オクチル0.2ml(1.02m mol)をとり、室温で
2時間撹拌した。次いで、飽和炭酸水素ナトリウム水溶
液を加え、エーテルで3回抽出した。その後、無水硫酸
マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去して得られた油状物
をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、しか
る後エタノールから再結晶して白色結晶の4−オクチル
オキシカルボニルオキシ−4′−(2−メチルオクタノ
イル)ビフェニル59.1mg(収率30%)を得た。
液晶性の評価 上記化合物を実施例1に記載の方法で観察したとこ
ろ、降温過程では34.8℃で等方性液体から結晶にかわっ
た。また、昇温過程では48.6℃で結晶から等方性液体に
かわった。
実施例7 4−ノナノイル−4′−(2−メチルオクタノイル)
ビフェニル 合成 塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックスターラーを
備えた50mlのナス形フラスコに、実施例4に記載の方法
で得た2−メチルオクタン酸クロリド1.00g(5.67m mo
l)、乾燥ニトロベンゼン2ml及び塩化アルミニウム0.80
g(5.99m mol)をとり、室温で10分間撹拌した。次い
で、これにビフェニル0.90g(5.84m mol)を加え室温で
更に1時間撹拌した。
一方、別に塩化カルシウム乾燥管及びマグネチックス
ターラーを備えた50mlのナス形フラスコにノナン酸クロ
リド2.00g(11.33m mol)及び塩化アルミニウム1.60g
(11.98m mol)をとり、室温で10分間撹拌してアシルア
ルミ錯体を生成させ、これを前記のフラスコに加え、室
温で3日間、次いで50℃で2日間撹拌し続けた。しかる
後、これに1規定の塩酸を加え、エーテルで3回抽出し
た後、有機層を合わせ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液
で2回洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒
を留去して得られた油状物をシリカゲルカラムクロマト
グラフィーで精製し、その後エタノールから再結晶して
淡黄色結晶の4−ノナノイル−4′−(2−メチルオク
タノイル)ビフェニル149.1mg(収率6%)を得た。
液晶性の評価 上記化合物を実施例1に記載の方法で観察したとこ
ろ、降温過程では133℃で等方性液体から結晶へ変化し
た。
実施例8 液晶組成物の作成 実施例5で得られた4−オクチルオキシカルボニルオ
キシ−4′−(2−メチルブタノイル)ビフェニルと、
実施例6で得られた4−オクチルオキシカルボニルオキ
シ−4′−(2−メチルオクタノイル)ビフェニルの等
モル混合物を作成した。その液晶性を実施例1に記載の
方法で測定したところ、昇温過程において、28℃で等方
性液体からスメクチックA相に変わり、−5℃で強誘電
性液晶相へ変化し、−15℃で完全に結晶化した。この様
に、混合によりかなりの低温でも強誘電性液晶相を発現
させることができた。
実施例9 液晶組成物の作成 実施例5で得られた4−オクチルオキシカルボニルオ
キシ−4′−(2−メチルブタノイル)ビフェニルと、
公知の化合物であり強誘電性ではないがスメクチックC
相を示すことが分かっている4−オクチルオキシフェニ
ル−4−オクチルオキシ安息香酸エステルとを比を変え
て混合し、相図を作成した。これを第1図に示す。図
中、横軸は化合物のモル比率、縦軸は相転移温度を示
す。また、図中の○印は降温時の相転移温度、●印は昇
温時結晶が融解する温度をそれぞれ示す。
第1図より明らかなように、4−オクチルオキシカル
ボニルオキシ−4′−(2−メチルブタノイル)ビフェ
ニルを50モル%程度混合することにより、室温付近でス
メクチックC相を示す液晶組成物が作成できた。
4−オクチルオキシカルボニルオキシ−4′−(2−
メチルブタノイル)ビフェニルのアルキル鎖とビフェニ
ルとの結合子をエーテル結合に変換した、前述の4−オ
クチルオキシ−4′−(2−メチルブタノイル)ビフェ
ニル(特開昭60-13729号公報)と4−オクチルオキシフ
ェニル−4−オクチルオキシ安息香酸とを比を変えて混
合した結果を比較のため第2図に示す。図中、横軸、縦
軸、○印及び●印の意味は第1図と同じである。
この場合は、4−オクチルオキシ−4′−(2−メチ
ルブタノイル)ビフェニルを50モル%混合すると、スメ
クチックC相を示さなくなっていることが分る。従っ
て、本発明の化合物は、よりスメクチックC相が安定な
好ましい液晶組成物をつくることが分かる。
実施例10 光スイッチング素子の作成 実施例9で得られた4−オクチルオキシカルボニルオ
キシ−4′−(2−メチルブタノイル)ビフェニルを50
モル%と、4−オクチルオキシフェニル−4−オクチル
オキシ安息香酸エステル50モル%とを混合した液晶組成
物を、ポリイミドを塗布しラビング処理を施した透明電
極付ガラス板からなる厚さ5μmのセルに注入し、等方
性液体の状態からゆるやかに降温し、スメクチックA相
を配向させた。さらに温度を下げ、スメクチックC相の
状態にし、そのセルをクロスニコルの偏光顕微鏡で観察
しながらセルに電界を印加すると、明瞭なスイッチング
動作が観測された。
上記セルに、24℃で66Vppの矩形波を印加し、透過光
量をフォトダイオードで測定し、光スイッチング動作を
検出したところ、その応答速度は31μsecと高速であっ
た。
(発明の効果) 本発明の化合物は、安定なサーモトロピックの液晶状
態を取り得、自発分極が大きくて応答速度が速い強誘電
性液晶となる等、オプトエレクトロニクス関連素子の素
材として極めて優れた効果を奏するものである。
従って本発明は、例えば、液晶テレビ等のディスプレ
イ用、光プリンターヘッド、光フーリエ変換素子、ライ
トバルブ等、液晶やエレクトロケミクロミズムを利用す
るオプトエレクトロニクス関連素子の素材として有用な
液晶材料といえる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例5で得られた4−オクチルオキシカル
ボニルオキシ−4′−(2−メチルブタノイル)ビフェ
ニルと、公知化合物4−オクチルオキシフェニル−4−
オクチルオキシ安息香酸エステルとを比を変えて混合し
た時の相図、 第2図は、特開昭60-13729号公報記載の4−オクチルオ
キシ−4′−(2−メチルブタノイル)ビフェニルと、
公知化合物4−オクチルオキシフェニル−4−オクチル
オキシ安息香酸エステルとを比を変えて混合した時の相
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09K 19/12 9279−4H G02F 1/13 500 (72)発明者 福政 充睦 埼玉県戸田市新曽南3丁目17番35号 日本 鉱業株式会社内 (72)発明者 白鳥 伸之 埼玉県戸田市新曽南3丁目17番35号 日本 鉱業株式会社内 (72)発明者 横山 明久 埼玉県戸田市新曽南3丁目17番35号 日本 鉱業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の一般式(I) (式中、Rはアルキル基、Aは単結合,−COO−,−OCO
    −,−OCOO−又は−CO−のいずれかを示し、mとnはい
    ずれも1以上の整数でm<nである)で表される新規な
    ビフェニル化合物。
  2. 【請求項2】請求項1記載の一般式(I)で表される化
    合物のmの値が1である新規なビフェニル化合物。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の一般式(I)で表さ
    れるビフェニル化合物を含有することを特徴とする液晶
    組成物。
  4. 【請求項4】請求項1又は2記載の一般式(I)であら
    わされるビフェニル化合物の少なくとも1種を構成要素
    とすることを特徴とする光スイッチング素子。
JP63120448A 1988-05-19 1988-05-19 新規なビフェニル化合物、これを含む液晶組成物及び光スイッチング素子 Expired - Lifetime JPH0830023B2 (ja)

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