JPS6048558B2 - 液晶材料 - Google Patents

液晶材料

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JPS6048558B2
JPS6048558B2 JP52097430A JP9743077A JPS6048558B2 JP S6048558 B2 JPS6048558 B2 JP S6048558B2 JP 52097430 A JP52097430 A JP 52097430A JP 9743077 A JP9743077 A JP 9743077A JP S6048558 B2 JPS6048558 B2 JP S6048558B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶特性を示すエステルに係る。
液晶相はある有機化合物により示され、且つ結晶固相と
完全に無秩序な液相との間に存在する中間相を構成して
おり、該中間相においては、ある長く伸びた分子の配列
が生じている。
2つの広汎な型の液晶相が存在する。
即ち、長く伸びた分子配列が実質的にラメラ(1aMe
llar)型であるスメクチツク中間相と、分子配列が
実質的に直線状てあり即ち分子が該分子の長手軸を平行
にして配列される傾向があるネマチツク中間相とである
。コレステリツク中間相は、ネマチツク中間相のサブク
ラスとして含まれる場合があり且つ別個の中間相として
分類される場合もある。この最後の型即ちコレステリツ
ク中間相は、ネマチツク中間相の直線状の分子秩序の上
に載置された螺旋状に長く伸びた分子秩序を有する。本
発明による液晶材料は一般式 〔式中、Rは■個まで、好ましくは8個までの炭素原子
を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基でありRはまたキラ
ル中心を有してもよく、Xは下記の中から選択される。
〔式中、Aはシアノ基、m個迄、好ましくは8個.迄の
炭素原子を含有し且つキラル中心を有してもよい直鎖又
は分枝鎖のアルキル基、又はアルコキシ基であつたその
場合のアルキル基は上記に定義した通りであり且つYは
ハロゲン(好ましくは塩素)、又は水素である〕。本発
明の液晶材料は、通常液晶の材料を混合した場合に起る
粘度の過度の上昇を生起させることなく、他の液晶材料
のネマチツク液晶範囲を拡大する能力を有する。
上記に示したシクロヘキサンエステルのほぼ全てがこの
特性を有するが、化合物の個々のクラスの特別な特性に
よつてこれらの化合物の使用に最適のタイプの装置が決
定される。
基Aがシアノ基である本発明のシクロヘキサンエステル
は、一般に、高度の正の誘電異方性を有している。
好ましくは、このような材料は上記式(1)を有し、式
(1)においてRは上記と同義であり且つXはとのいず
れかであり、本発明の1態様によれば、ねじれたネマチ
ツクセル又は相変換セル電気光学表示装置はその液晶材
料として上記に定義したシクロヘキサンエステル又は該
材料と他の適当な液晶材料との混合物(溶液)を含有す
る。
好ましくは、ねじれたネマチツクセルは、上記に定義し
たシクロヘキサンエステルを、例えば4−n−ヘプチル
ー4−シアノビフェニル低融点ネマトゲン又は他のシア
ノビフェニルの低融点ネマトゲンと結合した状態で含有
している。
本発明によるシクロヘキサンジエステル、即ち一般式(
1)を有し、該式(1)においてRは上記と同義であり
、Xは〔式中、Yはハロゲン(好ましくは塩素)又は水
素であり、Aはアルキル基又はアルキルオキシ基であつ
て、アルキル基は■個迄、好ましくは8個迄の炭素原子
を含有する直鎖又は分枝鎖アルキル基である〕である物
質は、一般に、個々によつて正又は負の比較的小さい誘
電異方性を有しており、本発明の第2の態様によれば、
ねじれたネマチツクセル又は相変換セル電気光学表示装
置は、その液晶材料として上記と同義のシクロヘキサン
ジエステルを、比較的高度の正の誘電異方性を有する他
の適当な液晶材料との混合物(溶液)状態で含んでいる
好ましくは、ねじれたネマチツクセルは、上記に定義し
たシクロヘキサンエステル又はシクロヘキサンジエステ
ルを、例えば4−n−ヘプチルー4−シアノビフェニル
又は他のアルキルシアノビフェニルの低融点ネマトゲン
と結合した状態で含む。更に、相変換セルは上記のシク
ロヘキサンエステル又はシクロヘキサンジエステルをコ
レステロゲンと結合した状態で含んでもよい。基Aがア
ルキル基又はアルコキシ基である本発明のシクロヘキサ
ンエステルは、通常負の誘電異方性を有している。
好ましくは、このような物質は、本明細書のために、シ
クロヘキサンモノエステルとして示すが、式(1)で示
され、該式(1)においてはRは上記と同義でありXは
(式中、R3はw個迄、好ましくは8個迄の炭素原子を
含む直鎖又は分枝鎖アルキル基)であり、本発明の第3
の態様によれば、ダイナミツクスキヤタリング(Din
amicscattering)セル又はフリードリツ
ヒ(Freedericksz)型セル電気光学表示装
置はその液晶材料として上記のシクロヘキサンモノエス
テル又はこの物質と他の適当な液晶材料との混合物(溶
液)を含む。
本発明のエステルがR又はAとしてキラール分枝鎖アル
キル基を含む場合、形成される液晶相はコレステリツク
であり、この相の公知の螺旋状分子配列を有している。
コレステリツク螺旋のピッチは分子の性質とその内部の
キラール中心の位置とに依存して定まる。このようなエ
ステルは、低.:“濃度で強い正の誘電異方性を有する
ネマチツク混合物への添加物として用いて、ねじれたネ
マチツク表示装置に逆方向にねじれた部分が形成される
ことを防ぐ。このようなエステルは、又、互いの混合物
として及びキラルを有してもよく且つ液晶相を示しても
よい他の適当な物質との混合物として用いてもよく、こ
れはコレステリツクーネマチツク相変換型の表示装置に
おいて使用し得るべく適当なピッチ長さと温度範囲のコ
レステリツク相を示す溶液(好ましくは共融混合物)を
生成するためである。次に本発明を参考としてのみ示し
た下記実施例を参照して詳述する。
これらの実施例は本発明の化合物の製造方法を示し且つ
本発明によるある化合物の物理的特性を示すものである
。実施例において、下記の記号は次の相を示す。
C一結晶SA−スメクチツクACh−コレステリツク N−ネマチツク 1−イントロピツク液 ()一温度の周囲の括弧は、加熱サイクル中に は認
められないが冷却中には発現するモ ノトロピツク転
移を示す。
又、相変換は、例えば結晶→スメクチツクAへの変換の
場合C−SAで表わす。
温度の単位はO℃で表わされている。本発明の化合物は
、ある種のカルボン酸、フェノール及びヒドロキシカル
ボン酸のエステル化に)より製造される。
実施例1 本実施例は下記工程によるトランスー4−アルキルシク
ロヘキサンー1−カルボン酸の製造を示す。
(式中Rは直鎖、分枝鎖又は分枝鎖で且つキラルである
アルキル基である)。
或るアルキルベンゼン、特にn−アルキルベンゼンは商
業的に入手し得るがそうでない場合には段階A1により
ブロモベンゼンより製造しなければならない。
ブロモベンゼンから(+)−2メチルブチルベンゼンを
介してのトランスー4−(+)−(2−メチルブチル)
シクロヘキサンー1−カルホン酸の製造を実施例を参照
して次に説明する。段階A1: (十)−2−メチルブ
チルベンゼンの製造ナトリウムで乾燥させたジエチルエ
ーテル(200m1)中にブロモベンゼン(0.51モ
ル)を溶解させて成る溶液をナトリウム乾燥エーテル(
50■ι)中のマグネシウム削り屑(0.51g原子)
中に滴下する。
反応を起すべくヨウ素単結晶を加える。ブ冶モベンゼン
を加えることにより反応は持続状態に保たれる。添加の
完了後、溶液を還流下て1時間加熱する。次にグリニヤ
ール試薬の溶液を氷浴で冷却し、エーテル(2m1)中
の塩化第2鉄(0.0025モル)を加える。
次いでナトリウムで乾燥させた次にエーテル(100m
1)に(+)−2−メチルブチルブロマイド(0.54
モル)を溶解させて成る溶液を30分間にわたつて加え
る。この混合物を4翁間25゜Cて攪拌し続ける。次に
この混合物を20%の塩酸水溶液中に注入し0℃に冷却
して、3吟間攪拌する。生成物をエーテル中に抽出し、
抽出物を水で洗浄し乾燥させる(Na。SO。)、エー
テルを蒸発除−去し、油状残渣を蒸留する。沸点120
℃の(+)−2−メチルブチルベンゼンの分画を水銀性
15wrInの圧力て収集する。段階B1:4−(+)
−(2’−メチルブチル)アセトフェノンの製造破砕し
た無水アルミニウムトリクロリド (0.295モル)を乾燥二硫化炭素(80m1)中に
懸濁させる。
アセチルクロリド(0.25モル)と段階A1で製造し
た(+)−2−メチルブチルベンゼン(0.23モル)
を乾燥二硫化炭素(80m1)中に溶く解させて、無水
条件下で上記アルミニウムトリクロリドの懸濁液中に加
える。次にこの混合物を一夜攪拌し続ける。反応混合物
から溶媒を蒸留させて粘性残渣を砕氷上に注入し3紛間
攪拌した。生成物をエーテル中に抽出し水で洗浄し乾燥
させる(Na。SO4)。回転蒸発によりエーテルを除
去し、油状残渣を蒸留する。生成物は水銀柱0.1−の
圧力で95℃で沸騰する。・段陪C1:4 −(+)一
(2’−メチルブチル)安息香酸の製造臭素(156g
)を、水酸化ナトリウム(3.5モル)の水(700m
ι)0’C溶液中に溶解させて得られた次亜臭素酸ナト
リウムの溶液を、ジオキサンク(500m1)中に段階
B1で製造した4 −( + )一(2’−メチルブチ
ル)アセトフェノン(0.2モル)を溶解させてよく攪
拌した溶液中に加える。
添加時を通じて及び添加後1紛間にわたつて、温度を3
5−40’Cに保つ。過剰の次亜臭素酸ナトリウム7を
、メタ重亜硫酸ナトリウムの溶液を加えることにより除
去する。水(3.51))を加えて、反応混台物からブ
ロモホルムを蒸留する。溶液を冷却し、濃塩酸で酸性化
し、沈殿生成物を枦別し水で洗浄する。生成物をエタノ
ール/水から晶出させノる。無色結晶の融点は130℃
である。段階D1:トランスー4−(+)一(2’−メ
チルブチル)シクロヘキサンー1−カルボン酸の製’a
土刀コ′ 4−(+)−(2’−メチルブチル)安息香酸(0.2
モル)を水酸化ナトリウム(0.205モル)の水(1
60m1)溶液中に溶解させて成る溶液に、オートクレ
ーブ(11)中で195℃、水素圧17巾Tmでラネー
ニツケル触媒(10ダ)を存在させて3時間にわたり水
素添加する。
冷却し、触媒を戸別し、枦液をエーテルで洗浄する。水
性層を分離して酸性化する。沈殿した酸をエーテル中に
抽出し、エーテル抽出物を水で洗浄した後乾燥させた(
Na2SO4)。エーテルを留去し、酸をメタノール(
200m1)に溶解させる。溶液を40q)30gとの
チオ尿素で連続的に処理する。チオ尿素での各処理後に
、形成された結晶物質を戸別する。結晶物質を合せて5
%水酸化カリウム水溶液(800mι)中に溶解させる
。この溶液を酸性化して、沈殿した4−トランスー(十
)−(2’−メチルブチル)シクロヘキサンー1−カル
ボン酸をエーテル中に抽出する。エーテル抽出物を水で
洗浄し乾燥させる(Na。SO。)。エーテルを蒸発除
去し、生成物をアセトンから晶出させる。融点は50.
3゜Cである。このクラスのカルボン酸の他のメンバー
も又、類似の方法により製造し得るが、このことは当業
者には極めて明らかてあろう。実施例2 * 下記工程による6−アルキルー2−ナフトールの製造。
式中Rはアルキル基、例えばn−アルキル基である。段
階A2 フリーデルークラフツ アシレーシヨン (Frledel−CraftsAcylatiOn)
による6−アルカノイルー2−メトキシナフタレンの製
造は下記の如く実施し得る。
商業的に入手し得る2−メトキシナフタレン(25.8
q;0.15モル)を、無水アルミニウムトリクロリド
(22y;0.17モル)を乾燥ニトロベンゼン(12
0m1)に溶解させて成る冷溶液に加える。
この攪拌混合物に適当なアルカノイルクロリド(RCO
Cl)(0.17モル)を滴下し、この滴下終了後、混
合物を室温で4時間放置する。この黒色混合物を次に氷
と水と濃塩酸との混合物上に注ぎ、0.5時間攪拌する
。ニトロベンゼン層を分離し無水硫酸マグネシウム上で
乾燥させる。この混合物を次に減圧下で蒸留する。最初
にニトロベンゼンが留去され、次に目的とする生成物が
1wurLHgの圧力、約180〜200’Cて蒸留さ
れる。この生成物は通常冷却により固化する。段階B2
: 6−アルカノイルー2−メトキシナフタレンの6−アル
キルー2−メトキシナフタレンへの変換は、アルプレヒ
ト、グスタフソン及びホルガン(Albrecht)G
ustafsOnandHOrgan)により記載(J
OrgCheml972373335)の標準合成法に
、より実施し得る。
段階C2:6−アルキルー2−ナフトールへの変換。
常時沸騰している46%臭化水素酸水溶液(24mι)
と45%の臭化水素の氷酢酸溶液39TfLιとの混合
物中に6−アルキルー2−メトキシナフタレン(6.5
ダ)を混合したものを還流下で2峙間加熱する。
この溶液を冷却し、多量の水の中へ注入し、沈澱した6
−アルキルー2−ナフトールをポンプで枦過する。生成
物を乾燥し、例えば水性エタノールの如き適当な溶媒か
ら結晶化させる。実施例3 商業的に入手し得る2・6ージヒドロキシナフタレンか
らの下記工程による6−アルコキシー2−ナフトールの
製造。
式中Rはアルキル基、例えば、n−アルキル基 フであ
る。
この工程は、ノイベルト、カルリノ、ドシドツキイ及び
フィシェル(Ne面Ert)CarlinO)D’Sl
dOckyandFishel)(LiquidCry
stalsandOrderedfluids)VOl
2(EditedbyJFJOhnsOnandRSP
Orter)PlenumPress)NY)197よ
P.3O3)により記載の且−キノールのモノアルキレ
ーションに関する方法と類似であるが適当に変更を加え
た方法により実施し得る。
実施例41下記工程による6−シアノー2−ナフトール
の製造。
商業的に入手し得る6−ブロモー2−ナフトー ”ル(
12.2y)とN−メチルー2−ピロリドン(23m1
)とシアン化銅(I)との混合物を2時間にわ ・たり
還流下で加熱し且つ激しく攪拌する。
CaCl2ガードチューブを用いて混合物を大気の湿気
より保護する。冷却後、混合物を、水(200m1)と
濃塩酸(8m1)とに塩化鉄(■)を溶解させた温溶液
(60℃)中に注入し攪拌する(2吟間)。冷却した混
合物をエーテルで2度(2×100m1)振とし、有機
抽出物を合せて水洗する。溶媒を回転蒸発させて淡褐色
の固体を得、これを水とエタノールとの混合物から結晶
化させる(脱色用炭素を使用)。これにより無色結晶が
得られる。融点159−160℃。実施例5 4’−アルキルー4−ヒドロキシビフェニルー4−ヒド
ロキシビフェニルの下記工程による製造式中Rは、アル
キル基、例えばn−アルキル基である。
段階A5: 4−メトキシビフェニルはAIVOgel、.1f)N
grTlansGreenandCO、LOndOn)
3rdediti0nNp670による「Practi
calOr甲NicChemistry」に記載の硫酸
ジメチルを用いた標準的方法により製造し得る。
段階B5: 4’−アルカノイルー4−メトキシビフェニルの製造は
、反応時間を(4811寺間から)2峙間に短縮し且つ
生成物をニトロベンゼンの蒸気蒸留により分離する点を
除いては、実施例2の段階A2と同様の方法により実施
し得る。
その後固状残渣をメ・タノール又はエタノールから結晶
化する。 ★・段階C5:4’−アルカノイルー4−メ
トキシービフェニルの4’−アルキルー4−メトキシビ
フェニルへの変換は、実施例2の段階B2のAlbre
cht,.GustafsOn及びHOr前n(J.O
rg.Chem.、1972、37、3355)の標準
的方法により行うことができる。
段階D5: 4’−アルキルー4−ヒドロキシビフェニルの変換は実
施例2の段階C2の方法と類似の方法により実施し得る
実施例6 下記工程による、商業的に入手し得る4 ・4’ージヒ
ドロキシビフェニルからの4’−アルコキシー4−ヒド
ロキシビフェニルの製造(式中Rはアルキル基、例えば
n−アルキル基である。
)この工程は、且−キノールのアルモノキレーシヨンに
用いられる方法(Neubert)CarlinO、D
’SOdOckyandFishel、’’Liqui
dCrystalsandOrderedFluids
’’、VOl2、EditedzbyJFJOhnsO
nandRSPOrter)PlenumPress,
,NY、1973、P3O3)と類似であるが適当に変
更を加えた方法により実施し得る。生成物をエタノール
の如き溶媒から結晶させて無色結晶として得る。上記実
施例3参照。
実施例7 下記工程による4’−シアノー4−ヒドロキシビフェニ
ルの製造商業的に入手し得る4’−ブロモー4−ベンゼ
ンスルフォニルオキシビフェニルを、水と溶媒とし.て
のジオキサンとの混合物中で標準的方法により水酸化ナ
トリウムで加水分解する。
エタノールからの生成物の結晶化により得られた無色結
晶は融点166゜Cてある。段階B7: 4’−シアノー4−ヒドロキシビフェニルへの変換は実
施例4の段階A4と同様の方法により実施し得る。
生成物を水とエタノールとの混合物から結晶化する。こ
れにより融点198℃の淡褐色の針状晶が得られる。実
施例8 本発明の化合物のあるものの製造には下式のタイプのヒ
ドロキシエステルの中間製造を必要とする。
式中Yはハロゲン(好ましくは塩素)又は水素で、Aは
アルキル、アルコキシ又はシアノ基である。
これらの化合物の一般的製造法は、2−クロロー4−ヒ
ドロキシ安息香酸、又は4−ヒドロキシ安息香酸の関連
する4−置換フェノール又は6一置換2−ナフトールを
用いてのエステル化を含み、後者の製造法は上記実施例
3、4、5、6及び7に記載されている。上記ヒドロキ
シエステルの製造に必要な残りの物質のうち、4−シア
ノフェノール及び2−クロロー4−ヒドロキシ安息香酸
は商業的に入手し得る。
4−アルキルフェノール類は商業的に入手し得るか、又
はバンデルビーン、ドジユー、グロベン及びボーベン(
VanderVeenNdeNJeu)GrObben
andBOven) (MOlCrystLiqCry
st)1972、17、291)に記載の4−アルキル
アニリンの製造、その後のアミンのジアゾ化及び硫酸ジ
アゾニウムの加水分解法の如き標準的方法により製造さ
れる;4−アルコキシフェノール類はNeubert,
.CarlinO、D’SidOckyandFish
el(LiquidCrystalsandOrder
edFluidsNvOl2(EditedbyJFJ
OhnsOnandRSPOrten)PlenumP
ress..NY)1973、P3O3)(上記実施例
3及び6参照)の方法を用いてP−キノールのモノアル
キレーションにより製造され得る。
下記工程を用いての4−n−ペンチルー2−クロロー4
−(6’−n−ペンチルー2’−ナフトイルオキシ)ベ
ンゾエートの製造は代衷的反応として記載したものであ
り、いずれの反応物も下記に述べる適当な等価物により
置き換え得る。
段階A8 4−n−ペンチル2−クロロー4−ヒドロキシベンゾエ
ートの製造はローランス(Bwrance)(Tetr
ahedrOnbtt,l97l,3453)により記
載の標準的エステル化方法で実施し得、この方法におい
ては、反応物(同モル量の2−クロロー4−ヒドロキシ
安息香酸及び4−n−ペンチルフェノー本ル)とトルエ
ンに溶解させて、触媒としての硫酸及び硼酸と共にデイ
ーン及びスターク(DeanandStark)装置内
て置換する。
エタノールからの結晶化により得られる生成物の融点は
150−151゜Cである。実施例9 本発明による液晶エステルの製造 下記工程による6−シアノー2−ナフチルトランスー4
−n−ペンチルシクロヘキサンー1−カルボキシレート
の製造:トランスー4−n−ペンチルシクロヘキサンー
1−カルボン酸クロリドは、トランスー4−n−ペンチ
ルシロヘキサンー1−カルボン酸(0.01モル)を過
剰のチオニルクロリド中に溶解させて成る溶液を2時間
加熱することにより製造される(段階A9)。
過剰のチオニルクロリドを除去することにより、酸クロ
リドの残渣が得られ、これを乾燥ピリジン(40m1)
と混合してO〜5゜Cに冷却する。上記実施例4で製造
した6−シアノー2ーナフトール(0.012モル)を
次に加え、溶液を室温て201寺間攪拌する。この間、
反応混合物を塩化カルシウムガードチューブで大気の湿
気より保護Kしておく。次にピリジンを回転蒸発により
除去する。残留固体を、溶出剤としてクロロホルム又は
クロロホルムニヘキサン(2:1)混合物を用いて、シ
リカゲル上でのカラムクロマトグラフィにより精製する
。精製エーテルを分離し、一定転移温度が得られるまで
ヘキサン又はメタノールから結晶化させる。結晶−ネマ
チツク語晶(C一N);86.5結C:ネマチツク液晶
−イツトロピック液(N−1)、168.3チC.4−
n−ヘキサン2−クロロー4−ヒドロキシベンゾエート
(実施例8の記載により製造)に置き換えて上記工程
を繰返し、エステルを製造した。
このエステルは次の物理的特性を有する。C−N,48
゜C;N−1..131をC(下記表3参照)。同様の
工程を段階蛤の出発物質と、トランスー4 −(2 −
メチルブチル)シクロヘキサンー1−カルボン酸(アル
キル側鎖にキラル中心を有する)を用い、又段階B9に
おいて4゛−シアノー4ーヒドロキシビフエ1ル(実施
例7で製造)で置き換えて、実施し次のエステルを得た
このエステルは次の物理的特性を有する。
(C−SA)、77.6゜C;(SA−Ch)、138
゜C:Ch−I)190.4℃。実施例10 本発明による更に別の化合物を上記の合成方v、により
製造し、それらの式及び物理的特性を下訃第1〜6表に
示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、R^1は7個迄の炭素原子を有する直鎖アルキ
    ル基であり、Xは、▲数式、化学式、表等があります▼
    、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼▲数式、化学式、表等があります▼ 又は ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R^2は8個迄の炭素原子を有する直鎖アルキ
    ル基である)のいずれかであり、ただしXが ▲数式、化学式、表等があります▼の場合R^1はCH
    _3CH_2CH(CH_3)CH_2−であり得る〕
    で表わされる、トランス−4−シクロヘキサン−1−カ
    ルボン酸エステルから成る液晶材料。
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