JPWO2008090780A1 - 液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Abstract

熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲で液晶相を示し、粘度が小さく、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する液晶性化合物を提供する。適切な光学異方性と誘電率異方性を有し、しきい値電圧が低く、ネマチック相の上限温度が高く、下限温度が低い液晶組成物を提供する。応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、大きなコントラストを有し、広い温度範囲で使用可能である液晶表示素子を提供する。例えば、トランス−4’−[3,5−ジフルオロ−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)フェニル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシルのように、側鎖にトリフルオロプロペニル基またはトリフルオロプロピニル基を有するハロゲノベンゼン誘導体を液晶性化合物とする。この誘導体である化合物を含有する液晶組成物とする。この液晶組成物を用いる液晶表示素子とする。

Description

本発明は液晶表示素子用の材料として有用な新規液晶性化合物およびこの化合物を含有する液晶組成物に関する。詳しくは低い粘性、他の液晶性化合物との良好な相溶性を持ち、加えて適切な大きさの屈折率異方性値および誘電率異方性値を有し、液晶表示素子に使用した場合には急峻な電気光学特性を得ることができる新規液晶性化合物、およびこの化合物を含有する液晶組成物、ならびにこの液晶組成物を含有する液晶表示素子に関する。
液晶表示素子において、液晶の動作モードに基づいた分類は、PC(phase change)、TN(twisted nematic)、STN(super twisted nematic)、BTN(Bistable twisted nematic)、ECB(electrically controlled birefringence)、OCB(opticallycompensated bend)、IPS(in-plane switching)、VA(vertical alignment)などである。素子の駆動方式に基づいた分類は、PM(passive matrix)とAM(active matrix)である。PM(passive matrix)はスタティック(static)とマルチプレックス(multiplex)などに分類され、AMはTFT(thin film transistor)、MIM(metalinsulator metal)などに分類される。
これらの液晶表示素子は、適切な物性を有する液晶組成物を含有する。液晶表示素子の特性を向上させるには、この液晶組成物が適切な物性を有するのが好ましい。液晶組成物の成分である液晶性化合物に必要な一般的物性は、次のとおりである。
(1)化学的に安定であること、および物理的に安定であること、
(2)高い透明点(液晶相−等方相の相転移温度)を有すること、
(3)液晶相(ネマチック相、スメクチック相等)の下限温度、特にネマチック相の下限温度が低いこと、
(4)粘度が小さいこと、
(5)適切な光学異方性を有すること、
(6)適切な誘電率異方性を有すること、
(7)他の液晶性化合物との相溶性に優れること、
である。
(1)のように化学的、物理的に安定な液晶性化合物を含む組成物を表示素子に用いると、電圧保持率を高くすることができる。
また、(2)および(3)のように、高い透明点、あるいは液晶相の低い下限温度を有する液晶性化合物を含む組成物ではネマチック相の温度範囲を広げることが可能となり、幅広い温度領域で表示素子として使用することが可能となる。
さらに、(4)のように粘度の小さい化合物を含む組成物を表示素子として用いると応答速度を向上することができ、(5)のように適切な光学異方性を有する化合物を含む組成物を用いた表示素子の場合は、表示素子のコントラストの向上を図ることができる。
加えて、液晶性化合物が大きな誘電率異方性を有する場合には、この化合物を含む液晶組成物のしきい値電圧を低くすることができ、表示素子の駆動電圧を低くし、消費電力も小さくすることができる。
液晶性化合物は、単一の化合物では発揮することが困難な特性を発現させるために、他の多くの液晶性化合物と混合して調製した組成物として用いることが一般的である。したがって、表示素子に用いる液晶性化合物は、(7)のように、他の液晶性化合物等との相溶性が良好であることが好ましい。
従来、TN、STN、TFTなどの液晶表示素子に好適に用いられることができる液晶性化合物として、側鎖にトリフルオロアルキル基、トリフルオロアルケニル基およびトリフルオロアルキニル基を有する化合物が種々合成されており、そのうちのいくつかは実用的に用いられている。
例えば、特許文献1には側鎖にトリフルオロアルキル基を有する化合物として、式(S−1)の化合物が示されている。しかし、化合物(S−1)はそれを液晶組成物にしたときの誘電率異方性が小さい。
また、特許文献1、2および3には、側鎖にトリフルオロアルケニル基を有する化合物として、式(S−2)〜(S−4)の化合物が示されている。しかし、いずれの化合物もそれを液晶組成物にしたとき、誘電率異方性は十分に大きくない。また、化合物(S−3)は熱や光に対する安定性が十分ではない。さらに化合物(S−4)は、液晶組成物にしたときの透明点が低い。
また、特許文献1には、側鎖にトリフルオロアルキニル基を有する化合物として、式(S−5)の化合物が示されている。しかし、この化合物もそれを液晶組成物にしたときの誘電率異方性は十分に大きくない。
さらに、特許文献4には、スチレン骨格を有する化合物として、式(S−6)の化合物が示されている。しかし、化合物(S−6)は、それを液晶組成物にしたときの誘電率異方性が大きくない。
さらに、特許文献5には、フッ素置換されたスチレン骨格を有する化合物として、式(S−7)の化合物が示されている。しかし、化合物(S−7)は液晶性を示す範囲(メソフェース範囲)が狭く、それを液晶組成物にしたときの透明点が低い。
特許文献6および特許文献7には、トリフルオロベンゼン誘導体として、式(S−8)、(S−9)および(S−10)の化合物が示されている。しかし、いずれの化合物も液晶性を示す範囲(メソフェース範囲)が狭く、それを液晶組成物にしたときの透明点が低く、誘電率異方性が十分に大きくない。
その他、特許文献8〜11および非特許文献1〜6には、トリフルオロアルケニル基またはトリフルオロアルキニル基の構築方法またはそれらを前駆体として利用した反応が記載されている。しかし、いずれも液晶性化合物として利用を目的としたものでは無く、そのような化合物構造および特性の開示も無い。
Figure 2008090780
国際公開第90/013610号パンフレット 特開平7−138196号公報 特開2005−298466号公報 特開平10−95977号公報 国際公開第92/021734号パンフレット 特開平2−233626号公報 国際公開第91/013850号パンフレット 特開昭58−92627号公報 国際公開第2004/058723号パンフレット 特開昭57−54124号公報 国際公開第90/09972号パンフレット Chemistry Letters (2005), 34 (12), 1700-1701 Tetrahedron (2004), 60 (51), 11695-11700 Tetrahedron (2003), 59 (38), 7571-7580 Synthesis (1981), (5), 365-366 Bulletin of the Chemical Society of Japan (1999), 72 (4), 805-819 Bulletin of the Chemical Society of Japan (1989), 62 (4), 1352-1354
本発明の目的の一つは、熱、光などに対する安定性を有し、広い温度範囲で液晶相(ネマチック相またはスメクチック相)を示し、粘度が小さく、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する液晶性化合物を提供することである。
本発明の別の目的は、この液晶性化合物を含有していて、熱、光などに対する安定性を有し、粘度が小さく、適切な光学異方性、および適切な誘電率異方性を有し、しきい値電圧が低く、さらに、ネマチック相の上限温度(ネマチック相−等方相の相転移温度)が高く、ネマチック相の下限温度が低い、液晶組成物を提供することである。
本発明の別の目的は、この液晶組成物を含有していて、応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、大きなコントラストを有し、広い温度範囲で使用可能である、液晶表示素子を提供することである。
本発明者は前記課題を解決するために鋭意検討した結果、側鎖にトリフルオロプロペニル基、またはトリフルオロプロピニル基を有するハロゲノベンゼン誘導体が、大きな誘電率異方性値、低い粘性、高い化学的安定性、広い液晶相温度範囲、および適切な屈折率異方性値を持つこと、特に大きな誘電率異方性値を有することを見出した。さらにこの誘導体である化合物を含有する液晶組成物を用いると、透明点を高くすることができ、急峻な電気光学特性、短い応答時間、広い動作温度範囲および駆動電力が小さい液晶表示素子を作製できることを見出した。従って、この化合物は液晶表示素子、特に現在広く利用されているTN、STN、TFTなどのモードの液晶表示素子に好適であることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
本発明は下記の項1から項31などである。
1. 式(1)で表される化合物。
Figure 2008090780

式中、Rは水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり;
環A1、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CF=CF−、−(CH24−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−CH=CH(CH2−、または−(CH2CH=CH−であり;
およびLは独立して、水素またはハロゲンであり、LおよびLの少なくとも一方はハロゲンであり;
Wは−CH=CH−または−C≡C−であり;
nおよびmは独立して0〜2の整数であり、nとmの和は0〜3の整数である。
2. 環A1、環A2および環A3が独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンである、項1に記載の化合物。
3. Z1、Z2およびZ3が独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、または−CF=CF−である、項2に記載の化合物。
4. 式(1−1)で表される化合物。
Figure 2008090780

式中、Rは水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜11のアルコキシであり;
環A1、環A2および環A3は独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、または−CF=CF−であり;
Wは−CH=CH−または−C≡C−であり;
は水素、フッ素または塩素であり;
nおよびmは独立して0〜2の整数であり、nとmの和は0〜3の整数である。
5. 環A1、環A2および環A3が独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンである、項4に記載の化合物。
6. 環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つが1,3−ジオキサン−2,5−ジイルである、項4に記載の化合物。
7. 環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである、項4に記載の化合物。
8. 環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つがピリミジン−2,5−ジイルである、項4に記載の化合物。
9. Z1、Z2およびZ3が独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−CF2O−、または−CH2O−である、項5に記載の化合物。
10. Z1、Z2およびZ3が単結合である、項5に記載の化合物。
11. 式(1−2)〜(1−10)のいずれか1つで表される化合物。
Figure 2008090780

式中、Raは独立して、水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜11のアルコキシであり;
1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−COO−、または−CF2O−であり;
、X、X、X、XおよびXは独立して水素またはフッ素であり;
Wは独立して−CH=CH−または−C≡C−である。
12. 式(1−2)〜(1−10)において、Z1、Z2およびZ3が単結合である項11に記載の化合物。
13. 式(1−2)〜(1−10)においてXがフッ素であり、X、X、X、XおよびXが水素である項12に記載の化合物。
14. 式(1−2)〜(1−10)においてXおよびXがフッ素であり、X、X、XおよびXが水素である項12に記載の化合物。
15. 式(1−2)〜(1−10)においてXおよびXがフッ素であり、X、X、XおよびXが水素である項12に記載の化合物。
16. 式(1−2)〜(1−10)においてX、XおよびXがフッ素であり、X、XおよびXが水素である項12に記載の化合物。
17. 式(1−2)〜(1−10)において、Wが−CH=CH−である項12に記載の化合物。
18. 項1〜17のいずれか1項に記載の化合物を少なくとも1つ含有する液晶組成物。
19. 式(2)、(3)および(4)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項18に記載の液晶組成物。
Figure 2008090780

式中、Rは独立して、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、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は独立して、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
環B、環Bおよび環Bは独立して、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、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
4およびZ5は独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、または単結合であり;
3およびL4は独立して水素またはフッ素である。
20. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項18に記載の液晶組成物。
Figure 2008090780

式中、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10アルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
環C、環Cおよび環Cは独立して、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、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
6は−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−または単結合であり;
5およびL6は独立して水素またはフッ素であり;
qは0〜2の整数であり、rは0または1である。
21. 式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項18に記載の液晶組成物。
Figure 2008090780

式中、RおよびRは独立して、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、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環Dおよび環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
7およびZ8は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、または単結合であり;
8およびL9は独立して、塩素またはフッ素である。
22. 式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項18に記載の液晶組成物。
Figure 2008090780

式中、RおよびRは独立して、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、そのうちのアルキルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
環E、環Eおよび環Eは独立して、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;
9およびZ10は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合であり、Z11は−COO−、または単結合である。
23. 項20記載の式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項19に記載の液晶組成物。
24. 項22記載の式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項19に記載の液晶組成物。
25. 項22記載の式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項20に記載の液晶組成物。
26. 項22記載の式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、項21に記載の液晶組成物。
27. 少なくとも1つの光学活性化合物をさらに含有する項18〜26のいずれか1項に記載の液晶組成物。
28. 少なくとも1つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤を含有する項18〜27のいずれか1項に記載の液晶組成物。
29. 項18〜28のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
本発明の化合物は、液晶性化合物に必要な一般的物性、熱、光などに対する安定性、小さな粘度、適切な大きさの光学異方性、大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する。本発明の液晶組成物は、これらの化合物の少なくとも一つを含有し、そしてネマチック相の高い上限温度、ネマチック相の低い下限温度、小さな粘度、適切な大きさの光学異方性、および低いしきい値電圧を有する。本発明の液晶表示素子は、この組成物を含有し、そして使用できる広い温度範囲、短い応答時間、小さな消費電力、大きなコントラスト比、および低い駆動電圧を有する。そのため、PCモード、TNモード、STNモード、ECBモード、OCBモード、IPSモード、VAモードなどの表示モードの液晶表示素子に好適に使用することができる。
この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、スメクチック相など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。液晶性化合物、液晶組成物、液晶表示素子をそれぞれ化合物、組成物、素子と略すことがある。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。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、そして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を単に下限温度と略すことがある。式(1)で表わされる化合物を化合物(1)と略すことがある。この略記は式(2)などで表される化合物にも適用することがある。式(1)から式(13)において、六角形で囲んだA1、B1、C1、D1、E1などの記号はそれぞれ環A1、環B1、環C1、環D1、環E1などに対応する。百分率で表した化合物の量は組成物の全質量に基づいた質量百分率(質量%)である。以下に本発明をさらに説明する。
第一に、本発明の化合物(1)をさらに具体的に説明する。以下、本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下説明中では、特に断りのない限り、百分率で表した化合物の量は組成物の全質量に基づいた質量百分率(質量%)を意味する。
〔液晶性化合物(a)〕
本発明の液晶性化合物(a)は、下記式(1)で示される構造を有する(以下、これら化合物を「化合物(1)」ともいう。)。
Figure 2008090780

式(1)中、Rは水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜11のアルケニルオキシである。
環A1、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CF=CF−、−(CH24−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−CH=CH(CH22−、または−(CH22CH=CH−である。
およびLは独立して、水素またはハロゲンであり、LおよびLの少なくとも一方はハロゲンである。
Wは−CH=CH−または−C≡C−である。
nおよびmは独立して0〜2の整数であり、nとmの和は0〜3の整数である。
化合物(1)は、上述のように、3位と5位のいずれかの、または全ての水素がハロゲンで置き換えられ、4位の水素がトリフルオロプロペニルまたはトリフルオロプロピニルで置き換えられたベンゼン環を有する。このような構造を有することで、広い温度範囲で液晶相を示し、小さな粘度、適切な光学異方性、適切な誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を示す。特に、ネマチック相の上限温度が高く、誘電率異方性が大きい点で特に優れている。
化合物(1)のR、環A〜環AおよびZ〜Zを適切に選択することによって、光学異方性、誘電率異方性などの物性を任意に調整することが可能である。化合物(1)における好ましいR、環A、環A、環A、Z、Z、およびZとそれらの種類が、化合物(1)の物性に与える効果を以下に説明する。
化合物(1)において、Rが直鎖であるときは液晶相の温度範囲が広くそして粘度が小さい。Rが分岐鎖であるときは他の液晶性化合物との相溶性がよい。Rが光学活性基である化合物は、キラルドーパントとして有用である。この化合物を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。Rが光学活性基でない化合物は組成物の成分として有用である。Rがアルケニルであるとき、好ましい立体配置は二重結合の位置に依存する。好ましい立体配置を有するアルケニル化合物は、高い上限温度または液晶相の広い温度範囲を有する。アルケニルの好ましい立体配置と、上限温度または液晶相の温度範囲との関係について、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。
式(1)中、Rは水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜11のアルケニルオキシである。ここでアルケニルは、アルキルにおいて任意の−(CH−が−CH=CH−などで置き換えられた基であり、一例で示す。CH(CH−において任意の−(CH−を−CH=CH−で置き換えられた基の例は、HC=CH−(CH−、CH−CH=CH−CH−などである。このように「任意の」語は、「区別なく選択された少なくとも一つの」を意味する。化合物の安定性を考慮して、二重結合が隣接したCH=CH−CH=CH−CH−CH−よりも、二重結合が隣接しないCH=CH−CH−CH−CH=CH−の方が好ましい。
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。−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCHおよび−(CHCH=CHCのような奇数位に二重結合をもつアルケニルにおいてはトランス配置が好ましい。−CHCH=CHCH、−(CHCH=CHC、および−(CHCH=CHCHのような偶数位に二重結合をもつアルケニルにおいてはシス配置が好ましい。
式(1)中のRにおけるアルキルの例としては、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021などを挙げることができる。
アルケニルの例としては、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−(CHCH=CHC、−(CHCH=CHなどを挙げることができる。
アルコキシの例としては、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−OC15、−OC17、−OC19などを挙げることができる。
アルケニルオキシの例としては、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、−OCCH=CH、−OCCH=CHCH、−OCCH=CH、−OCCH=CHCH、−OCHCH=CHC、−OCHCH=CHCなどを挙げることができる。
好ましいRの例は、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−CH=CH、−CH=CHCH、−CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−CHCH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、−OCCH=CH、−OCCH=CHCH、−OCCH=CH、および−OCCH=CHCHである。
より好ましいRの例は、−CH、−C、−C、−C、−C11、−CH=CH、−CH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−OCH3、−OC25、−OC37、−OC49、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、および−OCCH=CHCHである。
最も好ましいRの例は、−CH3、−C25、−C37、−C49、−C511、−CH=CH、−CH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−OC、および−OCである。
式(1)中、環A1、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において水素はハロゲンで置き換えられてもよい。
好ましい環A1、環Aおよび環Aの例は、下記の環(15−1)〜(15−36)などである。より好ましい環A1、環Aおよび環Aの例は、環(15−1)、(15−3)、(15−5)、(15−8)、(15−10)、(15−11)、(15−18)、(15−23)、(15−28)、(15−29)、(15−30)、(15−32)、(15−33)、(15−34)、(15−35)、および(15−36)である。
Figure 2008090780
最も好ましい環A1、環A2および環A3の例は、環(15−1)、(15−8)、(15−10)、および(15−11)である。
環(15−1)〜(15−5)および(15−33)〜(15−36)には立体異性体としてトランス体とシス体が存在するが、上限温度を高くできるといった観点からトランス体が好ましい。
環A1、環A2および環A3のいずれかまたは全てが、環(15−5)、(15−10)、(15−11)、(15−16)、(15−18)、(15−30)、または(15−35)であるときは誘電率異方性が大きい。
環A1、環A2および環A3のいずれかまたは全てが、任意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、ピリミジン−2,5−ジイルまたはピリジン−2,5−ジイルであるときは光学異方性が大きい。環A1、環A2および環A3のいずれかまたは全てが、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレンまたは1,3−ジオキサン−2,5−ジイルであるときは光学異方性が小さい。
少なくとも二つの環が1,4−シクロヘキシレンであるときは、上限温度が高く、光学異方性が小さく、そして粘度が小さい。少なくとも一つの環が1,4−フェニレンのときは、光学異方性が比較的大きく、そして配向秩序パラメーター(orientational order parameter)が大きい。少なくとも二つの環が1,4−フェニレンであるときは、光学異方性が大きく、液晶相の温度範囲が広く、そして上限温度が高い。
式(1)中、Z1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CF=CF−、−(CH24−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−CH=CH(CH22−、または−(CH22CH=CH−である。
好ましいZ1、Z2およびZ3は、単結合、−CH2CH2−、−COO−、−OCO−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、および−C≡C−である。
さらに好ましいZ1、Z2およびZ3は、単結合、−CH2CH2−、−COO−、−CH2O−、および−CF2O−である。
最も好ましいZ1、Z2およびZ3は、単結合である。
1、Z2およびZ3のいずれかまたは全てが単結合、−(CH22−、−CH2O−、−OCH2−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CF=CF−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、または−(CH24−であるときは粘度が小さい。結合基のいずれかまたは全てが単結合、−(CH22−、−CF2O−、−OCF2−、または−CH=CH−であるときは粘度がより小さい。結合基のいずれかまたは全てが単結合または−(CH22−であるときは耐熱性または耐光性に優れる。結合基のいずれかまたは全てが−CH=CH−であるときは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。結合基のいずれかまたは全てが−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH=CH(CH22−、または−(CH22CH=CH−のときは光学異方性が大きい。
−CH=CH−のような2重結合の立体配置は、メソフェース範囲を広くし、上限温度を高くできるといった観点からトランス体が好ましい。
式(1)中、LおよびLは独立して、水素またはハロゲンであり、LおよびLの少なくとも一方はハロゲンである。L1およびL2のいずれかまたは全てがハロゲンであることにより誘電率異方性を大きくすることができる。ハロゲンとしてはフッ素、塩素および臭素が上げられるが、誘電率の点でフッ素および塩素が好ましく、安定性の点ではフッ素が好ましい。L1およびL2のいずれかがフッ素である場合は、粘度が上昇することなく、誘電率異方性がより大きく、安定性が高くなるため好ましい。L1およびL2の全てがフッ素である場合は、粘度が上昇することなく、誘電率異方性がさらにより大きく、安定性がより高くなるため、より好ましい。
式(1)中、nおよびmは独立して0〜2の整数であり、nとmの和は0〜3の整数であるが、nとmの和が0または1であるときは粘度が小さく、nとmの和が1または2であるときは上限温度が高い。
以上のように、末端基、環構造および結合基の種類、環の数を適当に選択することにより目的の物性を有する化合物を得ることができる。したがって、化合物(1)はPC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VAなどの素子に用いられる組成物の成分として有用である。
化合物(1)の好ましい例は、下記に示した式(1−1)である。このような構造を有することで、広い温度範囲で液晶相を示し、高い透明点、小さな粘度、大きな光学異方性、大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を示す。
Figure 2008090780

式中、Rは水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜11のアルコキシであり;
環A1、環A2および環A3が独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、または−CF=CF−であり;
Wは−CH=CH−または−C≡C−であり;
は水素、フッ素または塩素であり;
nおよびmは独立して0〜2の整数であり、nとmの和は0〜3の整数である。
式(1−1)中、Rが水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜11のアルコキシである場合は、安定性の面で好ましく、水素、炭素数1〜12のアルキルの場合は安定性の面でより好ましい。
式(1−1)中、環A1、環A2および環A3のうちいずれかまたは全てが1,4−シクロヘキシレンである化合物は安定性に優れ、幅広い液晶相を有し、透明点が高く、粘度が小さい点で特に好ましい。さらに光学異方性が小さいため、セルギャップが大きい素子に有効である。
式(1−1)中、環A1、環A2および環A3のうちいずれかまたは全てが1,4−フェニレンである化合物は安定性に優れ、透明点が高く、粘度が小さい点で特に好ましい。さらに光学異方性が大きいため、セルギャップが小さい素子に有効である。
式(1−1)中、環A1、環A2および環A3のうちいずれかまたは全てが1,4−シクロヘキセニレンである化合物は幅広い液晶相を有し、透明点が高く、粘度が小さい点で特に好ましい。
式(1−1)中、環A1、環A2および環A3のうち、少なくとも1つが1,3−ジオキサン−2,5−ジイルである化合物は誘電率異方性が大きい点で特に好ましい。
式(1−1)中、環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである化合物は誘電率異方性が大きく、他の液晶性化合物との相溶性に優れる点で特に好ましい。
式(1−1)中、環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つがピリミジン−2,5−ジイルである化合物は光学異方性が大きいため、セルギャップが小さい素子に有効である。
式(1−1)中、環A1、環A2および環A3のうちいずれかまたは全てがフッ素で置換された1,4−フェニレンである化合物は、他の液晶性化合物との相溶性に優れている点で特に好ましい。さらに光学異方性が大きいため、セルギャップが小さい素子に有効である。
化合物(1)のより好ましい例は、下記の化合物(1−2)〜(1−10)である。このような構造を有することで、安定性により優れ、広い温度範囲でより広い液晶相を示し、粘度が大きくなることなく、より高い透明点、適切な光学異方性、より大きな誘電率異方性、および他の液晶性化合物との優れた相溶性を示す。
Figure 2008090780
式中、Rは独立して、水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜11のアルコキシであり;
1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−COO−、または−CF2O−であり;
、X、X、X、XおよびXは独立して水素またはフッ素であり;
Wは独立して−CH=CH−または−C≡C−である。
化合物(1−2)〜(1−10)の中でも、Z1、Z2およびZ3が全て単結合である化合物の安定性、広い温度範囲での液晶相、より高い透明点、大きな誘電率異方性といった面で優れている。
化合物(1−2)〜(1−10)の中でも、Xがフッ素であり、X、X、X、XおよびXが水素である化合物、XおよびXがフッ素であり、X、X、XおよびXが水素である化合物、XおよびXがフッ素であり、X、X、XおよびXが水素である化合物、およびX、XおよびXがフッ素であり、X、XおよびXが水素である化合物は、誘電率異方性が大きく、他の液晶性化合物との相溶性が良いといった面で特に優れている。
化合物(1−2)〜(1−10)の中でも、Wが−CH=CH−である化合物は透明点が高く、他の液晶性化合物との相溶性が良いといった面で特に優れている。
この明細書において構造が明らかにされた化合物(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。出発物に目的の末端基、環構造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)などの成書に記載されている。
<結合基Z、ZまたはZの形成>
結合基Z、ZまたはZを形成する方法の一例を示す。結合基を形成するスキームを以下示す。このスキームにおいて、MSGまたはMSGは1価の有機基である。スキームで用いた複数のMSG(またはMSG)は、同一であってもよいし、または異なってもよい。化合物(1A)〜(1K)は液晶性化合物(1)に相当する。
Figure 2008090780
Figure 2008090780
Figure 2008090780
Figure 2008090780
Figure 2008090780
<2重結合の生成 その1>
一価の有機基MSGを有する有機ハロゲン化合物(a1)とマグネシウムとを反応させ、グリニャール試薬を調製する。この調製したグリニャール試薬と、アルデヒド誘導体(a4)もしくは(a5)とを反応させることにより、対応するアルコール誘導体を合成する。ついで、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒を用いて、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行うことにより、対応する2重結合を有する化合物(1A)もしくは(1B)を合成することができる。
<2重結合の生成 その2>
有機ハロゲン化合物(a1)を、ブチルリチウム、もしくはマグネシウムで処理して得られた化合物を、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)などのホルムアミドと反応させて、アルデヒド(a6)を得る。ついで、得られたアルデヒド(a6)と、ホスホニウム塩(a7)、または(a8)をカリウムt−ブトキシド(t−BuOK)等の塩基で処理して得られるリンイリドとを反応させ、対応する2重結合を有する化合物(1A)、または(1B)を合成することができる。なお、上記反応では、反応条件によってシス体が生成する場合もあるので、トランス体を得る必要がある場合には、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。
<単結合の生成 その1>
有機ハロゲン化合物(a1)とマグネシウムとを反応させ、グリニャール試薬を調製する。この調製したグリニャール試薬と、シクロヘキサノン誘導体(a2)とを反応させることにより、対応するアルコール誘導体を合成する。ついで、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒を用いて、得られたアルコール誘導体の脱水反応を行うことにより、対応する2重結合を有する化合物(a3)を合成する。得られた化合物(a3)をRaney−Niのような触媒の存在下で水素化することにより、化合物(1C)を合成することができる。なお、シクロヘキサノン誘導体(a2)は、例えば、特開昭59−7122号に記載の方法に従い合成することができる。
<単結合の生成 その2>
一価の有機基MSGを有する有機ハロゲン化合物(a9)を、ブチルリチウム、もしくはマグネシウムで処理して得られた化合物を、ホウ酸トリメチルなどのホウ酸エステルと反応させ、塩酸等の酸で加水分解することによりジヒドロキシボラン誘導体(a10)を得る。ついで、得られた(a10)と有機ハロゲン化合物(a1)とを、例えば、炭酸塩水溶液とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh)とからなる触媒の存在下で反応させることにより、化合物(1F)を合成すことができる。
また、有機ハロゲン化合物(a9)にブチルリチウムを反応させ、さらに塩化亜鉛を反応させた後、得られた化合物を、例えば、ビストリフェニルホスフィンジクロロパラジウム(Pd(PPhCl)触媒の存在下で化合物(a1)と反応させることにより、化合物(1F)を合成することもできる。
<−(CH−の生成>
化合物(1A)を炭素担持パラジウム(Pd/C)のような触媒の存在下で水素化することにより、化合物(1D)を合成することができる。
<−(CH−の生成>
化合物(1B)をPd/Cのような触媒の存在下で水素化することにより、化合物(1E)を合成することができる。
<−CHO−または−OCH−の生成>
ジヒドロキシボラン誘導体(a10)を過酸化水素等の酸化剤により酸化し、アルコール誘導体(a11)を得る。別途、アルデヒド誘導体(a6)を水素化ホウ素ナトリウムなどの還元剤で還元して化合物(a12)を得る。得られた化合物(a12)を臭化水素酸等でハロゲン化して有機ハロゲン化合物(a13)を得る。このようにして得られた化合物(a11)と化合物(a13)とを炭酸カリウムなどの存在下反応させることにより化合物(1G)を合成することができる。
<−COO−と−OCO−の生成 >
化合物(a9)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誘導体(a14)を得る。カルボン酸誘導体(a14)と、化合物(a11)と同様の手法で得られるアルコール誘導体(a15)とをDCC(1,3−ジシクロヘキシルカルボジイミド)と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(1H)を合成することができる。この方法によって−OCO−を有する化合物も合成することができる。
<−CF2O−と−OCF2−の生成>
化合物(1H)をローソン試薬のような硫黄化剤で処理して化合物(a16)を得る。化合物(a16)をフッ化水素ピリジン錯体とNBS(N−ブロモスクシンイミド)でフッ素化し、−CF2O−を有する化合物(1I)を合成することができる。M. Kuroboshi et al., Chem. Lett., 1992,827.を参照。化合物(1I)は化合物(a16)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される。W. H. Bunnelle et al., J. Org. Chem. 1990, 55, 768.を参照。この方法によって−OCF2−を有する化合物も合成する。Peer. Kirsch et al., Anbew. 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。
<−C≡C−の生成>
Pd(PhP)Clとハロゲン化銅との触媒存在下、化合物(a9)に2−メチル−3−ブチン−2−オールを反応させたのち、塩基性条件下で脱保護して化合物(a17)を得る。Pd(PhP)Clとハロゲン化銅との触媒存在下、化合物(a17)に化合物(a1)を反応させて、化合物(1J)を合成することができる。
<−CF=CF−の生成>
化合物(a9)を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(a18)を得る。化合物(a1)をブチルリチウムで処理した後、化合物(a18)とを反応させて化合物(1K)を合成することができる。
〔液晶性化合物(a)の製造方法〕
以下、液晶性化合物(a)、すなわち式(1)で示されWが−CH=CH−である液晶性化合物(b6)の製造例を示す。ただし、下記反応経路においてR、環A1、環A2、環A3、Z1、Z2、Z3、L1、L2、n、およびmは前記と同一の意味を示す。
Figure 2008090780
エチルジフェニルホスフィナイト(b1)と1,1,1−トリフルオロ−2−ヨードエタン(b2)を反応させることで、2,2,2−トリフルオロエチルジフェニルホスフィンオキサイド(b3)を得る。別途、化合物(b4)をブチルリチウムでリチオ化し、それとN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を反応させることでアルデヒド誘導体(b5)を得る。化合物(b3)と化合物(b5)をテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の存在下、反応させることで本発明の液晶性化合物(a)の一例であるトリフルオロプロペニル基を有する化合物(b6)を製造することができる。
さらに、液晶性化合物(a)、すなわち式(1)で示され、Wが−C≡C−である液晶性化合物(b9)の製造例を示す。ただし、下記反応経路においてR、環A1、環A2、環A3、Z1、Z2、Z3、L1、L2、n、およびmは前記と同一の意味を示す。
Figure 2008090780
四臭化炭素(CBr)とトリフェニルホスフィン(PhP)によりアルデヒド誘導体(b5)をスチレン誘導体(b7)へ転換する。得られた化合物(b7)をt−BuOK等の塩基により脱臭化水素することで化合物(b8)を得る。ヨウ化銅とフッ化カリウムの存在下、化合物(b8)とトリメチル(トリフルオロメチル)シランとを反応させることで本発明の液晶性化合物(a)の一例であるトリフルオロプロピニル基を有する化合物(b9)を製造することができる。
第二に、本発明の組成物をさらに説明する。この組成物の成分は化合物(1)から選ばれた2種類以上の複数の化合物のみであってもよい。好ましい組成物は化合物(1)から選択された少なくとも一つの化合物を1〜99%の割合で含有する。この組成物は、さらに、化合物(2)〜(13)の群から選択された成分を含有することができる。組成物を調製するときには、化合物(1)の誘電率異方性を考慮して成分を選択する。
誘電率異方性が正に大きい化合物(1)を含有する好ましい組成物は次のとおりである。この好ましい組成物は化合物(2)、(3)および(4)の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する。別の好ましい組成物は、化合物(5)の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する。別の好ましい組成物は、このような二つの群のそれぞれから選択された少なくとも二つの化合物を含有する。これらの組成物は、液晶相の温度範囲、粘度、光学異方性、誘電率異方性、しきい値電圧などを調整する目的で、化合物(11)、(12)および(13)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。これらの組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(6)〜(10)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。これらの組成物は、AM−TN素子、STN素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。
別の好ましい組成物は化合物(11)、(12)および(13)の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する。この組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(2)、(3)および(4)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、AM−TN素子、STN素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。
別の好ましい組成物は化合物(11)、(12)および(13)の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する。この組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(5)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、AM−TN素子、STN素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。
別の好ましい組成物は、化合物(6)〜(10)の群から選択された少なくとも一つの化合物を含有する。この組成物は、化合物(11)、(12)および(13)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、物性をさらに調整する目的で、化合物(2)〜(5)の群から選択された少なくとも一つの化合物をさらに含有してもよい。この組成物は、VA素子などに適合させる目的で、その他の液晶性化合物、添加物などの化合物をさらに含有してもよい。
化合物(2)、(3)および(4)は、誘電率異方性が正に大きいので、AM−TN素子用の組成物に主として用いられる。この組成物において、これらの化合物の割合は1〜99%の範囲である。好ましい割合は10〜97%の範囲である。より好ましい割合は20〜60%の範囲である。この組成物に化合物(11)、(12)または(13)をさらに添加する場合、この化合物の好ましい割合は60%以下である。より好ましい割合は40%以下である。
化合物(5)は、誘電率異方性が正に非常に大きいので、STN素子用の組成物に主として用いられる。この組成物において、これらの化合物の割合は1〜99%の範囲である。好ましい割合は10〜97%の範囲である。より好ましい割合は40〜95%の範囲である。この組成物に化合物(11)、(12)または(13)をさらに添加する場合、この化合物の好ましい割合は60%以下である。より好ましい割合は40%以下である。
化合物(6)〜(10)は、誘電率異方性が負であるので、VA素子用の組成物に主として用いられる。これらの化合物の好ましい割合は80%以下である。より好ましい割合は40〜80%である。この組成物に化合物(11)、(12)または(13)をさらに添加する場合、この化合物の好ましい割合は60%以下である。より好ましい割合は40%以下である。
化合物(11)、(12)および(13)の誘電率異方性は小さい。化合物(11)は粘度または光学異方性を調整する目的で主に使用される。化合物(12)および(13)は上限温度を上げて液晶相の温度範囲を広げる、または光学異方性を調整する目的で使用される。化合物(11)、(12)および(13)の割合を増加させると組成物のしきい値電圧が高くなり、粘度が小さくなる。したがって、組成物のしきい値電圧の要求値を満たすかぎり多くの割合として使用してもよい。
好ましい化合物(2)として化合物(2−1)〜(2−16)が挙げられ、好ましい化合物(3)としては化合物(3−1)〜(3−112)が挙げられ、好ましい化合物(4)としては化合物(4−1)〜(4−52)が挙げられ、好ましい化合物(5)としては化合物(5−1)〜(5−62)が挙げられ、好ましい化合物(6)としては化合物(6−1)〜(6−6)が挙げられ、好ましい化合物(7)としては化合物(7−1)〜(7−16)が挙げられ、好ましい化合物(8)としては化合物(8−1)〜(8−3)が挙げられ、好ましい化合物(9)としては化合物(9−1)〜(9−3)が挙げられ、好ましい化合物(10)としては化合物(10−1)〜(10−3)が挙げられ、好ましい化合物(11)としては化合物(11−1)〜(11−11)が挙げられ、好ましい化合物(12)としては化合物(12−1)〜(12−18)が挙げられ、好ましい化合物(13)としては化合物(13−1)〜(13−6)が挙げられる。
これらの化合物において、R、R、R、R、R、R、M、およびMの記号の意味は、化合物(2)〜(13)におけるこれらの記号の意味と同一である。
Figure 2008090780
Figure 2008090780
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本発明の組成物は公知の方法によって調製される。例えば、成分である化合物を混合し、加熱によって互いに溶解させる。組成物に適当な添加物を加えて組成物の物性を調整してもよい。このような添加物は当業者によく知られている。メロシアニン、スチリル、アゾ、アゾメチン、アゾキシ、キノフタロン、アントラキノン、テトラジンなどの化合物である二色性色素を添加してGH素子用の組成物を調製してもよい。一方、液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を与える目的でキラルドーパントが添加される。キラルドーパントの例は、例えば、下記の光学活性化合物(Op−1)〜(Op−13)である。
Figure 2008090780
キラルドーパントを組成物に添加してねじれのピッチを調整する。TN素子およびTN−TFT素子用の好ましいピッチは40〜200μmの範囲である。STN素子用の好ましいピッチは6〜20μmの範囲である。BTN素子用の好ましいピッチは1.5〜4μmの範囲である。PC素子用の組成物にはキラルドーパントを比較的多量に添加する。ピッチの温度依存性を調整する目的で少なくとも二つのキラルドーパントを添加してもよい。
また本発明に係る液晶組成物には、さらに、消泡剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加物を添加してもよい。
消泡剤を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物の運搬中、あるいは該液晶組成物から液晶表示素子を製造工程中で、発泡を抑制することが可能となる。
紫外線吸収剤、あるいは酸化防止剤を本発明に係る液晶組成物に添加した場合には、液晶組成物や該液晶組成物を含む液晶表示素子の劣化を防止することが可能となる。例えば酸化防止剤は、液晶組成物を加熱したときに比抵抗値の低下を抑制することが可能である。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤、トリアゾール系紫外線吸収剤などを挙げることができる。
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤の例は、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノンである。
ベンゾエート系紫外線吸収剤の例は、2,4−ジ−t−ブチルフェニル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエートである。
トリアゾール系紫外線吸収剤の例は、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3−(3,4,5,6−テトラヒドロキシフタルイミド−メチル)−5−メチルフェニル]ベンゾトリアゾール、および2−(3−t−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾールである。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、有機硫黄系酸化防止剤などを挙げることができる。
フェノール系酸化防止剤の例は、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−プロピルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ブチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ペンチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ヘキシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ヘプチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−オクチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ノニルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−デシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ウンデシルフェノール、2,
6−ジ−t−ブチル−4−ドデシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−トリデシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−テトラデシルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ペンタデシルフェノール、2,2’−メチレンビス(6−t−ブチルー4−メチルフェノール)、4,4’−ブチリデンビス(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチル−4−(2−オクタデシルオキシカルボニル)エチルフェノール、およびペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]である。
有機硫黄系酸化防止剤の例は、ジラウリル−3,3’−チオプロピオネート、ジミリスチル−3,3’−チオプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、および2−メルカプトベンズイミダゾールである。
紫外線吸収剤、酸化防止剤などに代表される添加物の添加量は、本発明の目的を損なわず、かつ添加物を添加する目的を達成できる量の範囲で添加して用いることができる。
例えば、紫外線吸収剤、あるいは酸化防止剤を添加する場合には、その添加割合は、本発明に係る液晶組成物の全質量に基づいて、通常10ppm〜500ppmの範囲、好ましくは30〜300ppmの範囲、より好ましくは40〜200ppmの範囲である。
〔液晶組成物の製造方法〕
本発明に係る液晶組成物は、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し振とうさせることにより、また固体を含む場合には、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、本発明に係る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可能である。
〔液晶表示素子〕
本発明に係る液晶組成物は、PCモード、TNモード、STNモード、OCBモード等の動作モードを有し、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AM方式、およびPM方式の液晶表示素子は、反射型、透過型、半透過型、いずれの液晶ディスプレイ等にも適用ができる。
また、本発明に係る液晶組成物は、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させたPD(polymer dispersed)素子、例えばPN(polymer network)素子にも使用できる。
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。なお、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。
〔液晶性化合物(a)の実施例〕
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。なお特に断りのない限り、「%」は「質量%」を意味する。
得られた化合物は、1H−NMR分析で得られる核磁気共鳴スペクトル、ガスクロマトグラフィー(GC)分析で得られるガスクロマトグラムなどにより同定したので、まず分析方法について説明をする。
1H−NMR分析:測定装置は、DRX−500(ブルカーバイオスピン(株)社製)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し、室温で、500MHz、積算回数24回の条件で行った。なお、得られた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、mはマルチプレット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。
GC分析:測定装置は、島津製作所製のGC−14B型ガスクロマトグラフを用いた。カラムは、島津製作所製のキャピラリーカラムCBP1−M25−025(長さ25m、内径0.25mm、膜厚0.25μm);固定液相はジメチルポリシロキサン;無極性)を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウムを用い、流量は1ml/分に調整した。試料気化室の温度を300℃、検出器(FID)部分の温度を300℃に設定した。
試料はトルエンに溶解して、1質量%の溶液となるように調製し、得られた溶液1μlを試料気化室に注入した。
記録計としては島津製作所製のC−R6A型Chromatopac、またはその同等品を用いた。得られたガスクロマトグラムには、成分化合物に対応するピークの保持時間およびピークの面積値が示されている。
なお、試料の希釈溶媒としては、例えば、クロロホルム、ヘキサンを用いてもよい。また、カラムとしては、Agilent Technologies Inc.製のキャピラリカラムDB−1(長さ30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)、Agilent Technologies Inc.製のHP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、Restek Corporation製のRtx−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)、SGE International Pty.Ltd製のBP−1(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.25μm)などを用いてもよい。
ガスクロマトグラムにおけるピークの面積比は成分化合物の割合に相当する。一般には、分析サンプルの成分化合物の質量%は、分析サンプルの各ピークの面積%と完全に同一ではないが、本発明において上述したカラムを用いる場合には、実質的に補正係数は1であるので、分析サンプル中の成分化合物の質量%は、分析サンプル中の各ピークの面積%とほぼ対応している。成分の液晶性化合物における補正係数に大きな差異がないからである。ガスクロクロマトグラムにより液晶組成物中の液晶性化合物の組成比をより正確に求めるには、ガスクロマトグラムによる内部標準法を用いる。一定量正確に秤量された各液晶性化合物成分(被検成分)と基準となる液晶性化合物(基準物質)を同時にガスクロ測定して、得られた被検成分のピークと基準物質のピークとの面積比の相対強度をあらかじめ算出する。基準物質に対する各成分のピーク面積の相対強度を用いて補正すると、液晶組成物中の液晶性化合物の組成比をガスクロ分析からより正確に求めることができる。
〔液晶性化合物等の物性値の測定試料〕
液晶性化合物の物性値を測定する試料としては、化合物そのものを試料とする場合、化合物を母液晶と混合して試料とする場合の2種類がある。
化合物を母液晶と混合した試料を用いる後者の場合には、以下の方法で測定を行う。まず、得られた液晶性化合物15質量%と母液晶85質量%とを混合して試料を作製する。そして、得られた試料の測定値から、下記式に示す式に示す外挿法にしたがって、外挿値を計算する。この外挿値をこの化合物の物性値とする。
〈外挿値〉=(100×〈試料の測定値〉−〈母液晶の質量%〉×〈母液晶の測定値〉)/〈液晶性化合物の質量%〉
液晶性化合物と母液晶との割合がこの割合であっても、スメクチック相、または結晶が25℃で析出する場合には、液晶性化合物と母液晶との割合を10質量%:90質量%、5質量%:95質量%、1質量%:99質量%の順に変更をしていき、スメクチック相、または結晶が25℃で析出しなくなった組成で試料の物性値を測定し上記式にしたがって外挿値を求めて、これを液晶性化合物の物性値とする。
測定に用いる母液晶としては様々な種類が存在するが、例えば、母液晶Aの組成(質量%)は以下のとおりである。
母液晶A:
Figure 2008090780
〔液晶性化合物等の物性値の測定方法〕
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た場合は、得られた値を実験データとして記載した。液晶性化合物と母液晶との混合物を試料として用いた場合は、外挿法で得られた値を実験データとして記載した。
相構造および相転移温度(℃):以下(1)、および(2)の方法で測定を行った。
(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)に化合物を置き、3℃/分の速度で加熱しながら相状態とその変化を偏光顕微鏡で観察し、液晶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により求め(on set)、相転移温度を決定した。
以下、結晶はCと表し、さらに結晶の区別がつく場合は、それぞれC1またはC2と表した。また、スメクチック相はS、ネマチック相はNと表した。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SB、またはSAと表した。相転移温度の表記として、例えば、「C 50.0 N 100.0 Iso」とは、結晶からネマチック相への相転移温度(CN)が50.0℃であり、ネマチック相から液体への相転移温度(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(TNI;℃):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(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を観察した。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。以下、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。
低温相溶性:母液晶と液晶性化合物とを、液晶性化合物が、20質量%、15質量%、10質量%、5質量%、3質量%、および1質量%の量となるように混合した試料を作製し、試料をガラス瓶に入れる。このガラス瓶を、−10℃または−20℃のフリーザー中に一定期間保管したあと、結晶もしくはスメクチック相が析出しているかどうか観察をした。
粘度(η;20℃で測定;mPa・s):液晶性化合物と母液晶との混合物をE型回転粘度計を用いて測定した。
光学異方性(屈折率異方性;25℃で測定;Δn):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なった。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料(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(Δn)の値は、Δn=n‖−n⊥の式から計算した。
誘電率異方性(Δε;25℃で測定):2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μm、ツイスト角が80度の液晶セルに試料(液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れた。このセルに20ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。0.5ボルトを印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。
トランス−4’−[3,5−ジフルオロ−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)フェニル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(No.2.23)の合成
Figure 2008090780
第1工程
アルゴン雰囲気の反応器へエチルジフェニルホスフィナイト(b1) 20.0gと1,1,1−トリフルオロ−2−ヨードエタン(b2) 36.5gとを加え、室温で4日間攪拌した。得られた混合物を酢酸エチルを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらにトルエンとヘプタンの混合溶媒(体積比 トルエン:ヘプタン=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、2,2,2−トリフルオロエチルジフェニルホスフィンオキサイド(b3) 12.6gを得た。化合物(b1)からの収率は51.2%であった。
第2工程
窒素雰囲気下の反応器へ、良く乾燥させたマグネシウム 11.5gとTHF 100mlとを加えて、52℃まで加熱した。そこへ、THF 300mlに溶解した1−ブロモ−3,5−ジフルオロベンゼン(T1) 91.3gを、43℃から48℃の温度範囲でゆっくり滴下し、さらに120分攪拌した。続いて、THF 100mlに溶解したトランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−4−オン(T2)100.0gを、35℃から45℃の温度範囲でゆっくり滴下し、さらに30分攪拌した。得られた反応混合物を30℃まで冷却した後、0℃に冷却した1N 塩酸 900mlとトルエン 800mlとが入った容器中に添加して混合した。その後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、2N 水酸化ナトリウム水溶液、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、4−(3,5−ジフルオロフェニル)−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−4−オール(T3) 142.0gを得た。得られた化合物(T3)は黄色固形物であった。
第3工程
化合物(T3) 131.0g、p−トルエンスルホン酸(p−TsOH) 2.6gおよびトルエン 400mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 300mlとトルエン 200mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、2N 水酸化ナトリウム水溶液、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらに酢酸エチルとヘプタンの混合溶媒(体積比 酢酸エチル:ヘプタン=1:3)からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−(3,5−ジフルオロフェニル)−トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−3−エン(T4)87.4gを得た。化合物(T2)からの収率は66.2%であった。
第4工程
化合物(T4) 62.9g、トルエン 180ml、ソルミックスA−11 (日本アルコール販売株式会社製) 180mlおよびラネーニッケル 3.0gを混合し、水素雰囲気下、48時間攪拌した。ラネーニッケルを濾別後、得られた濾液を減圧下、濃縮した。得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4’−(3,5−ジフルオロフェニル)−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(5)40.9gを得た。化合物(T4)からの収率は64.6%であった。
第5工程
窒素雰囲気下、化合物(T4) 9.0gとTHF 60mlを混合し、−65℃まで冷却した。その後、1.6M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 21.1mlを−65℃〜−55℃の温度範囲で滴下し、さらに−70℃で90分攪拌した。続いて、DMF 4.1gを−60〜−52℃の温度範囲で滴下し、さらに−10℃で30分攪拌した。その後、反応液を0℃の冷却した1N 塩酸 100mlとトルエン 200mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し得られた残渣をヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、2,6−ジフルオロ−トランス−4−(トランス−4’−プロピルビシクロヘキシル−4−イル)ベンズアルデヒド(T6)9.5gを得た。化合物(T5)からの収率は87.6%であった。
第6工程
窒素雰囲気下、反応器へモレキュラシーブス4A(MS4A) 61.6gと1.0M テトラブチルアンモニウムフルオリド THF溶液(TBAF) 77.2gとを加え、室温にて20時間攪拌した。その後、化合物(T6) 3.2gおよび化合物(b3)4.4gを溶解したTHF溶液 100mlを20℃から27℃の温度範囲で滴下し、さらに室温にて1時間攪拌した。得られた反応液からMS4Aを濾別し、濾液に水 500mlとトルエン 300mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、淡黄色固体 4.3gを得た。得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、さらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、トランス−4’−[3,5−ジフルオロ−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)フェニル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(No.2.23)1.7gを得た。化合物(T6)からの収率は48.1%であった。
得られた化合物(No. 2.23)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度 :C 106.9 N 170.6 Iso 。
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、トランス−4’−[3,5−ジフルオロ−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)フェニル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.21−7.17(m,1H),6.69(d,2H),6.54−6.47(m,1H),2.43(tt,1H),1.91−1.84(m,4H)、1.78−1.71(m,4H),1.40−1.23(m,4H),1.19−0.95(m,9H),0.89−0.82(m,5H).
液晶性化合物(No. 2.23)の物性
前述した母液晶Aとして記載された5つの化合物を混合し、ネマチック相を有する母液晶Aを調製した。この母液晶iの物性は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=71.7℃;光学異方性(Δn)=0.137;誘電率異方性(Δε)=11.0。
母液晶A 85質量%と、実施例1で得られたトランス−4’−[3,5−ジフルオロ−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)フェニル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(No.2.23)の15質量%とからなる液晶組成物Bを調製した。得られた液晶組成物Bの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No. 2.23)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=127.0℃;光学異方性(Δn)=0.150;誘電率異方性(Δε)=19.4。
このことから液晶性化合物(No. 2.23)は、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が大きい化合物であることがわかった。
3,5,2’−トリフルオロ−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニル(No.2.47)の合成
Figure 2008090780
第1工程
窒素雰囲気下の反応器へ、良く乾燥させたマグネシウム 12.6gとTHF 100mlとを加えて、48℃まで加熱した。そこへ、THF 500mlに溶解した化合物(T1) 100.0gを、45℃から55℃の温度範囲でゆっくり滴下し、さらに120分攪拌した。別の反応器へ、THF 300mlとホウ酸トリメチル 80.8gとを加え、−70℃で攪拌した。その中へ先に得られたグリニャール試薬のTHF溶液を−70℃から−60℃の温度範囲でゆっくり滴下し、さらに0℃で120分攪拌した。得られた反応混合物を0℃に冷却した1N 塩酸 3000mlと酢酸エチル 3000mlとが入った容器中に注ぎ込み、混合した。その後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、3,5−ジフルオロフェニルボロン酸(T7) 52.5gを得た。得られた化合物(T7)は黄色固形物であった。
第2工程
窒素雰囲気下の反応器へ、良く乾燥させたマグネシウム 20.8gとTHF 200mlとを加えて、55℃まで加熱した。そこへ、THF 400mlに溶解した1−ブロモ−3−フルオロベンゼン(T8) 149.8gを、47℃から58℃の温度範囲でゆっくり滴下し、さらに60分攪拌した。その後、THF 100mlに溶解した4−プロピルシクロヘキサノン(T9)100.0gを、55℃から59℃の温度範囲でゆっくり滴下し、さらに30分攪拌した。得られた反応混合物を30℃まで冷却した後、0℃に冷却した1N 塩酸 2000mlとトルエン 1500mlとが入った容器中に注ぎ込み、混合した。その後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、2N 水酸化ナトリウム水溶液、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、1−(3−フルオロフェニル)−4−プロピルシクロヘキサノール(T10) 171.6gを得た。
第3工程
化合物(T10) 171.6g、p−トルエンスルホン酸(p−TsOH) 2.0gおよびトルエン 800mlを混合し、この混合物を、留出する水を抜きながら2時間加熱還流させた。反応混合物を30℃まで冷却した後、得られた液に水 700mlとトルエン 200mlとを加え、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、2N 水酸化ナトリウム水溶液、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させ、1−フルオロ−3−(4−プロピルシクロヘキサ−1−エニル)ベンゼン(T11)108.0gを得た。化合物(T9)からの収率は69.4%であった。
第4工程
化合物(T11) 108.0g、トルエン 300ml、ソルミックスA−11 300mlおよび5%Pd/C 2.0gを混合し、水素雰囲気下、24時間攪拌した。5%Pd/Cを濾別後、得られた濾液を減圧下、濃縮した。得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、無色透明の液体 106.5gを得た。その液体106.5gと1,2−ジクロロエタン(EDC) 400mlとを混合し、10℃で攪拌した。その中へ塩化アルミニウム 19.3gを加え、60分攪拌した。反応混合液を1N 塩酸 1000mlとEDC 400mlとが入った容器に注ぎ込み、混合した。その後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水、2N 水酸化ナトリウム水溶液、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させ、1−フルオロ−3−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(T12)76.5gを得た。化合物(T11)からの収率は70.3%であった。
第5工程
窒素雰囲気下、化合物(T11) 76.5gとTHF 500mlを混合し、−73℃まで冷却した。その後、1.0M sec−ブチルリチウム,シクロヘキヘキサン, n−ヘキサン溶液 382mlを−73℃〜−65℃の温度範囲で滴下し、さらに−70℃で120分攪拌した。続いて、THF 200mlに溶解したヨウ素 114.6gを−75℃〜−58℃の温度範囲で滴下し、さらに−10℃で60分攪拌した。その後、反応液を0℃に冷却した水 1500mlとトルエン 1000mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、5%チオ硫酸ナトリウム水溶液、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させ、2−フルオロ−1−ヨード−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ベンゼン(T13)63.8gを得た。化合物(T12)からの収率は53.0%であった。
第6工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(T13) 50.0g、炭酸カリウム 39.9g、5%Pd/C 0.6gおよびソルミックスA−11 200mlを加え、63℃で攪拌した。そこへソルミックスA−11 100mlに溶解した化合物(T7)を63℃から73℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、炭酸カリウムおよび5%Pd/Cを濾別し、濾液にトルエン 500mlと水500mlを加え、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、2,3’,5’− トリフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(T14)35.3gを得た。化合物(T13)からの収率は73.6%であった。
得られた化合物(T14)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 60.2 Iso 。
第7工程
窒素雰囲気下、化合物(T14) 15.0gとTHF 100mlを混合し、−65℃まで冷却した。その後、1.6M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 34.5mlを−65℃〜−55℃の温度範囲で滴下し、さらに−65℃で60分攪拌した。続いて、DMF 6.6gを−60〜−55℃の温度範囲で滴下し、さらに0℃で60分攪拌した。得られた反応混合物を0℃に冷却した1N 塩酸 200mlとトルエン 200mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し得られた残渣をヘプタンとTHFの混合溶媒(体積比 ヘプタン:THF=3:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’ −トリフルオロ−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−カルボアルデヒド(T15)10.6gを得た。化合物(T14)からの収率は65.3%であった。
得られた化合物(T15)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 113.7 Iso 。
第8工程
窒素雰囲気下、反応器へモレキュラシーブス4A(MS4A) 112.4gと1.0M テトラブチルアンモニウムフルオリド THF溶液(TBAF) 140mlとを加え、室温にて20時間攪拌した。その後、化合物(T15) 5.1gおよび化合物(b3)6.0gを溶解したTHF溶液 90mlを10℃から17℃の温度範囲で滴下し、さらに室温にて1時間攪拌した。得られた反応混合物からMS4Aを濾別し、濾液に水 500mlとトルエン 500mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’−トリフルオロ−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニル(No.2.47)3.1gを得た。化合物(T15)からの収率は51.6%であった。
得られた化合物(No. 2.47)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 45.8 C 82.3 N 123.8 Iso 。
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,5,2’−トリフルオロ−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.33(t,1H)、7.24(dd,1H),6.17(d,2H)、7.09−7.01(m,2H)6.63−6.56(m,1H),2.53−2.48(m,1H),1.93−1.87(m,4H)、1.54−1.20(m,7H)、1.10−1.01(m,2H),0.90(t,3H).
母液晶A 85質量%と、実施例3で得られた3,5,2’−トリフルオロ−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニル(No.2.47)の15質量%とからなる液晶組成物Cを調製した。得られた液晶組成物Cの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No. 2.47)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=94.4℃;光学異方性(Δn)=0.190;誘電率異方性(Δε)=24.3。
このことから液晶性化合物(No. 2.47)は、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が大きい化合物であることがわかった。
3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.108)の合成
Figure 2008090780
第1工程
窒素雰囲気下、反応器へ4−プロピルフェニルボロン酸(T16) 200.0g、1−ブロモ−3−フルオロベンゼン(T8) 177.8g、炭酸カリウム 281.9g、Pd(PhP)Cl 7.2g、トルエン 600mlおよびソルミックスA−11 600mlを加え、2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 2000mlおよびトルエン1000mlへ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11からの再結晶により精製し、乾燥させ、3−フルオロ−4’−プロピルビフェニル(T17)175.5gを得た。化合物(T8)からの収率は80.3%であった。
第2工程
窒素雰囲気下の反応器へ、化合物(T17)とTHF 1000mlとを加えて、−71℃まで冷却した。そこへ、1.0M sec−ブチルリチウム, シクロヘキサン,n−ヘキサン溶液 1000mlを−71℃から−62℃の温度範囲で滴下し、さらに120分攪拌した。続いてホウ酸トリメチル 127.6gを−70℃から−59℃の温度範囲で滴下し、さらに180分攪拌した。得られた反応混合物を0℃に戻した後、0℃に冷却した1N 塩酸 3000mlと酢酸エチル 3000mlとが入った容器中に注ぎ込み、混合した。その後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、フェニルボロン酸誘導体(T18) 115.9gを得た。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へ1−ブロモ−3,5−ジフルオロベンゼン(T1) 74.8g、炭酸カリウム 107.1g、Pd(PhP)Cl 1.4gおよびソルミックスA−11 400mlを加え、60℃で攪拌した。そこへソルミックスA−11 500mlに溶解した化合物(T18)を63℃から65℃の温度範囲で滴下し、さらに2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、トルエン 1000mlと水1000mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=4:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とヘプタンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’− トリフルオロ−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(T19)72.7gを得た。化合物(T18)からの収率は57.5%であった。
得られた化合物(T19)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 57.7 S 62.4 Iso 。
第4工程
窒素雰囲気下、化合物(T19) 26.1gとTHF 200mlを混合し、−70℃まで冷却した。その後、1.6M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 60mlを−70℃から−63℃の温度範囲で滴下し、さらに−65℃で120分攪拌した。続いてDMF 11.7gを−65〜−55℃の温度範囲で滴下し、さらに0℃で60分攪拌した。その後、0℃に冷却した1N 塩酸 400mlとトルエン 300mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し得られた残渣をヘプタンとTHFの混合溶媒(体積比 ヘプタン:THF=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’− トリフルオロ−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル−4−カルボアルデヒド(T20)19.5gを得た。化合物(T19)からの収率は68.9%であった。
第5工程
窒素雰囲気下、反応器へモレキュラシーブス4A(MS4A) 116.4gと1.0M テトラブチルアンモニウムフルオリド THF溶液(TBAF) 145mlとを加え、室温にて20時間攪拌した。その後、化合物(T20) 5.2gおよび化合物(b3)6.0gを溶解したTHF溶液 90mlを5℃から10℃の温度範囲で滴下し、さらに室温にて1時間攪拌した。得られた反応混合液からMS4Aを濾別し、濾液に水 500mlとトルエン 500mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、続いて、減圧下、溶媒を留去した。得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=4:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11と酢酸エチルの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:酢酸エチル=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.108)3.8gを得た。化合物(T20)からの収率は62.2%であった。
得られた化合物(No. 2.108)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 88.0 S 155.4 Iso 。
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.53(d,2H)、7.50−7.46(m,2H)、7.42−7.40(m,1H)、7.29(d,2H),7.26−7.22(m,3H)、6.66−6.58(m,1H)、2.65(t,2H)、1.73−1.65(m,2H)、0.98(t,3H).
母液晶A 85質量%と、実施例5で得られた3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.108)の15質量%とからなる液晶組成物Dを調製した。得られた液晶組成物Dの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No. 2.108)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=99.7℃;光学異方性(Δn)=0.270;誘電率異方性(Δε)=30.3。
このことから液晶性化合物(No. 2.108)は、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が大きい化合物であることがわかった。
3,2’−ジフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.88)の合成
Figure 2008090780
第1工程
窒素雰囲気下、反応器へフェニルボロン酸誘導体(T18) 22.9g、4−ブロモ−2−フルオロベンズアルデヒド(T21) 15.0g、炭酸カリウム 5.1g、炭酸ナトリウム 11.8g、5%Pd/C 0.3g、トルエン 60mlおよびイソプロピルアルコール(IPA) 60mlを加え、9時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、トルエン 100mlと水100mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をトルエンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにTHFとヘプタンの混合溶媒(体積比 THF:ヘプタン=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,2’− ジフルオロ−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル−4−カルボアルデヒド(T22) 19.9gを得た。化合物(T21)からの収率は80.1%であった。
第2工程
窒素雰囲気下、反応器へモレキュラシーブス4A(MS4A) 22.0gと1.0M テトラブチルアンモニウムフルオリド THF溶液(TBAF) 44.0mlとを加え、室温にて13時間攪拌した。その後、化合物(T22) 5.0gおよび化合物(b3)5.1gを溶解したTHF溶液 50mlを20℃から25℃の温度範囲で滴下し、さらに室温にて1時間攪拌した。得られた反応混合液からMS4Aを濾別し、濾液に水 200mlとトルエン 200mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、続いて、減圧下、溶媒を留去した。得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=4:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とトルエンの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:トルエン=2:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,2’−ジフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.88)1.7gを得た。化合物(T22)からの収率は28.8%であった。
得られた化合物(No. 2.88)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 76.9 S 184.2 Iso 。
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,2’−ジフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.53−7.37(m,8H)、7.32−7.27(m,3H)、6.42−6.35(m,1H)、2.65(t,2H)、1.73−1.66(m,2H)、0.98(t,3H).
母液晶A 85質量%と、実施例7で得られた3,2’−ジフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.88)の15質量%とからなる液晶組成物Eを調製した。得られた液晶組成物Eの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No. 2.88)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=101.7℃;光学異方性(Δn)=0.277;誘電率異方性(Δε)=23.2。
このことから液晶性化合物(No. 2.88)は、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が大きい化合物であることがわかった。
3,5−ジフルオロ−4’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニル(No.1.63)の合成
Figure 2008090780
第1工程
窒素雰囲気下、反応器へ4−プロピルフェニルボロン酸(T16) 100.0g、1−ブロモ−2,3−ジフルオロベンゼン(T23) 98.1g、炭酸カリウム 140.4g、Pd(PhP)Cl 3.6g、トルエン 300mlおよびソルミックスA−11 300mlを加え、2時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 1000mlおよびトルエン500mlへ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させ、3,5−ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル(T24)101.0gを得た。化合物(T23)からの収率は85.6%であった。
第2工程
窒素雰囲気下、化合物(T24) 30.0gとTHF 150mlを混合し、−70℃まで冷却した。その後、1.6M n−ブチルリチウム,n−ヘキサン溶液 84mlを−70℃から−60℃の温度範囲で滴下し、さらに−70℃で120分攪拌した。続いてDMF 14.2gを−70〜−60℃の温度範囲で滴下し、さらに−30℃で60分攪拌した。その後、0℃に冷却した1N 塩酸 300mlとトルエン 200mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し得られた残渣をヘプタンからの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5− ジフルオロ−4’−プロピルビフェニル−4−カルボアルデヒド(T25)31.8gを得た。化合物(T24)からの収率は94.8%であった。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へモレキュラシーブス4A(MS4A) 50.0gと1.0M テトラブチルアンモニウムフルオリド THF溶液(TBAF) 77mlとを加え、室温にて20時間攪拌した。その後、化合物(T25) 5.0gおよび化合物(b3)6.6gを溶解したTHF溶液 50mlを20℃から25℃の温度範囲で滴下し、さらに室温にて1時間攪拌した。得られた反応混合液からMS4Aを濾別し、濾液に水 200mlと酢酸エチル 200mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、続いて、減圧下、溶媒を留去した。得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5−ジフルオロ−4’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニル(No.1.63)3.9gを得た。化合物(T25)からの収率は61.6%であった。
得られた化合物(No. 1.63)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 40.6 Iso 。
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,5−ジフルオロ−4’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.47(d,2H)、7.28−7.22(m,3H)、7.19−7.15(m,2H)、6.61−6.54(m,1H)、2.64(t,2H)、1.72−1.64(m,2H)、0.97(t,3H).
母液晶A 85質量%と、実施例9で得られた3,5−ジフルオロ−4’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)ビフェニル(No.1.63)の15質量%とからなる液晶組成物Fを調製した。得られた液晶組成物Fの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No. 1.63)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=−22.3℃;光学異方性(Δn)=0.157;誘電率異方性(Δε)=21.7。
このことから液晶性化合物(No. 1.63)は、誘電率異方性(Δε)が大きい化合物であることがわかった。
3,5,2’−トリフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.3.13)の合成
Figure 2008090780
第1工程
窒素雰囲気下、反応器へ1−ヨード−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(T26) 50.0g、3−フルオロフェニルボロン酸(T27) 21.5g、炭酸カリウム 58.0g、Pd(PhP)Cl 2.95g、水 200ml、トルエン 200mlおよびソルミックスA−11 200mlを加え、8時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 1000mlおよびトルエン500mlへ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらに酢酸エチルとソルミックスA−11との混合溶媒(体積比 酢酸エチル:ソルミックスA−11=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3−フルオロ−4’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル(T28)37.3gを得た。化合物(T26)からの収率は82.0%であった。
第2工程
窒素雰囲気下、化合物(T28) 37.3gとTHF 500mlを混合し、−70℃まで冷却した。その後、1.02M sec−ブチルリチウム,シクロヘキサン溶液 135mlを−70℃から−60℃の温度範囲で滴下し、さらに−70℃で180分攪拌した。続いてヨウ素 37.8gを溶解したTHF溶液 250mlを−70〜−60℃の温度範囲で滴下し、さらに−30℃で60分攪拌した。その後、0℃に冷却した水 1000mlとトルエン 750mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し得られた残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=3:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらに酢酸エチルとソルミックスA−11との混合溶媒(体積比 酢酸エチル:ソルミックスA−11=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3−フルオロ−4−ヨード−4’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ビフェニル(T29)45.1gを得た。化合物(T28)からの収率は87%であった。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(T29) 30.0g、化合物(T7) 11.6g、炭酸カリウム 27.6g、5%Pd/C 0.28g、水 200ml、トルエン 200mlおよびソルミックスA−11 200mlを加え、11時間加熱還流させた。反応液を25℃まで冷却後、水 1000mlおよびトルエン500mlへ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらに酢酸エチルとソルミックスA−11との混合溶媒(体積比 酢酸エチル:ソルミックスA−11=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(T30)24.9gを得た。化合物(T29)からの収率は86%であった。
第4工程
窒素雰囲気下、化合物(T30) 10.0gとTHF 250mlを混合し、−70℃まで冷却した。その後、1.57M n−ブチルリチウム,ヘキサン溶液 16mlを−70℃から−60℃の温度範囲で滴下し、さらに−70℃で60分攪拌した。続いてDMF 3.4gを溶解したTHF溶液 25mlを−70〜−60℃の温度範囲で滴下し、さらに−60℃で60分攪拌した。その後、0℃に冷却した1N 塩酸 600mlとトルエン 300mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し得られた残渣をトルエンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにトルエンとヘプタンとの混合溶媒(体積比 トルエン:ヘプタン=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル−4−カルボアルデヒド(T31)7.6gを得た。化合物(T30)からの収率は72%であった。
第5工程
窒素雰囲気下、反応器へモレキュラシーブス4A(MS4A) 94.4gと1.0M テトラブチルアンモニウムフルオリド THF溶液(TBAF) 118mlとを加え、室温にて20時間攪拌した。その後、化合物(T31) 5.5gおよび化合物(b3)5.1gを溶解したTHF溶液 200mlを20℃から25℃の温度範囲で滴下し、さらに室温にて1時間攪拌した。得られた反応混合液からMS4Aを濾別し、濾液に水 500mlとトルエン 500mlとを加え混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、水、飽和重曹水、および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、続いて、減圧下、溶媒を留去した。得られた残渣をヘプタンを展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11とヘプタンとの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:ヘプタン=1:1)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.3.13)2.6gを得た。化合物(T31)からの収率は41%であった。
得られた化合物(No. 3.13)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 97.4 N 292.0 Iso 。
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.54(d,2H)、7.50−7.46(m,2H)、7.40(d,1H)、7.32(d,2H)、7.29−7.23(m,3H)、6.66−6.58(m,1H)、2.52(tt,1H)、1.91(t,4H)、1.53−1.46(m,2H)、1.33−1.22(m,9H)、1.09(t,2H)、0.90(t,3H).
母液晶A 85質量%と、実施例11で得られた3,5,2’−トリフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.3.13)の15質量%とからなる液晶組成物Gを調製した。得られた液晶組成物Gの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No. 3.13)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=207.0℃;光学異方性(Δn)=0.270;誘電率異方性(Δε)=17.7。
このことから液晶性化合物(No. 3.13)は、上限温度(TNI)が非常に高く、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が大きい化合物であることがわかった。
3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロピニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.5.47)の合成
Figure 2008090780
第1工程
窒素雰囲気下、反応器へ化合物(T20) 13.0g、トリフェニルホスフィン 23.1gおよびEDC 130mlを加え、0℃で攪拌した。そこへEDC 30mlに溶解した四臭化炭素 14.6gを0℃〜5℃の温度範囲で滴下し、さらに5℃にて60分攪拌した。続いてアセトン 20mlを0℃〜10℃の温度範囲で滴下し、さらに続いて、水 200mlを0℃〜10℃の温度範囲で滴下した。得られた反応液から有機層を分取して、飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンとトルエンとの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=1:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製し、乾燥させ、4−(2,2−ジブロモビニル)−3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(T32)16.9gを得た。化合物(T20)からの収率は90.2%であった。
第2工程
窒素雰囲気下の反応器へ、化合物(T32)16.0g、ヘプタン 20mlおよびトルエン 200mlとを加えて、0℃で攪拌した。そこへ、カリウムt−ブトキシド 3.9gを0℃〜5℃の温度範囲で3回に分けて加え、さらに5℃にて60分攪拌した。得られた反応液を0℃の水 200mlへ注ぎ込み、混合した。その後、静置して、有機層と水層とに分離させ抽出操作を行った。得られた有機層を分取し、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。その後、減圧下、溶媒を留去し、残渣をヘプタンとトルエンとの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=1:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11と酢酸エチルの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:酢酸エチル=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、4−ブロモエチニル−3,5,2’− トリフルオロ−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(T33)11.4gを得た。化合物(T32)からの収率は84.7%であった。
第3工程
窒素雰囲気下、反応器へヨウ化銅(I) 6.0g、フッ化カリウム 1.5gおよびDMF 50mlを加え、室温で攪拌した。そこへトリメチル(トリフルオロメチル)シラン 8.9gを加え、さらに60分攪拌した。続いて、NMP 50mlに溶解した化合物(T33)9.0gを20℃〜25℃の温度範囲で滴下し、さらに室温で20時間攪拌した。得られた反応混合液を、0℃に冷却した水 300mlとトルエン 300mlの混合液へ注ぎ込み、混合した。その後、静置して有機層と水層の2層に分離させて、有機層への抽出操作を行った。得られた有機層を分取して、5%アンモニア水溶液、水、0.5N 塩酸、飽和重曹水および水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた溶液を減圧下、濃縮し、残渣をヘプタンとトルエンの混合溶媒(体積比 ヘプタン:トルエン=4:1)を展開溶媒、シリカゲルを充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーによる分取操作で精製した。さらにソルミックスA−11と酢酸エチルの混合溶媒(体積比 ソルミックスA−11:酢酸エチル=1:2)からの再結晶により精製し、乾燥させ、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロピニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.5.47)0.83gを得た。化合物(T33)からの収率は9.5%であった。
得られた化合物(No. 5.47)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 119.5 S 125.3 Iso 。
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロピニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニルであることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.53(d,2H)、7.50−7.46(m,2H)、7.43−7.40(m,1H)、7.30−7.25(m,4H)、2.65(m,2H)、1.73−1.65(m,2H)、0.98(t,3H).
母液晶A 95質量%と、実施例13で得られた3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロピニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.5.47)の5質量%とからなる液晶組成物Hを調製した。得られた液晶組成物Hの物性値を測定し、測定値を外挿することで液晶性化合物(No. 5.47)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=85.7℃;光学異方性(Δn)=0.277;誘電率異方性(Δε)=31.6。
このことから液晶性化合物(No. 5.47)は、上限温度(TNI)が高く、光学異方性(Δn)が大きく、誘電率異方性(Δε)が大きい化合物であることがわかった。
実施例1、3、5、7、9、11、および13に記載した合成方法と同様の方法により以下に示す化合物(No. 1.1)〜(No. 1.124)、(No. 2.1)〜(No. 2.242)、(No. 3.1)〜(No.3.126)、(No. 4.1〜4.112)、(No. 5.1)〜(No.5.228)、および(No. 6.1)〜(No. 6.126)を合成することができる。付記したデータは前記した手法に従い、求めた値である。相転移温度は化合物自体の測定値である。上限温度(TNI)、誘電率異方性(Δε)、および光学異方性(Δn)は、実施例2、4、6、8、10、12および14に記載したように化合物を母液晶(A)に混合した試料の測定値を、外挿法に従って換算した外挿値である。
なお、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−ペンチル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.110)は化合物(T16)の代わりに4−ペンチルフェニルボロン酸(T34)を出発原料とし、実施例5に示した手法により合成した。
Figure 2008090780
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,5,2’−トリフルオロ−4’’−ペンチル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.2.110)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.53(d,2H)、7.50−7.45(m,2H)、7.42−7.39(m,1H)、7.28(d,2H),7.25−7.22(m,3H)、6.65−6.58(m,1H)、2.66(t,2H)、1.69−1.63(m,2H)、1.40−1.32(m,4H)、0.91(t,3H).
また、3,5,2’,2’’−テトラフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.3.15)は化合物(T26)の代わりに2−フルオロ−1−ヨード−4−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゼン(T35)を出発原料とし、実施例11に示した手法により合成した。
Figure 2008090780
1H−NMR分析の化学シフトδ(ppm)は以下の通りであり、得られた化合物が、3,5,2’,2’’−テトラフルオロ−4’’−(トランス−4−ペンチルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(No.3.15)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDCl3である。
化学シフトδ(ppm);7.50−7.36(m,4H)、7.28−7.23(m,3H)、7.12(d,1H)、7.06(d,1H)、6.64−6.58(m,1H)、2.52(tt,1H)、1.92(t,4H)、1.51−1.43(m,2H)、1.35−1.22(m,9H)、1.11−1.07(m,2H)、0.90(t,3H).

Figure 2008090780
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〔比較例1〕
比較例としてトリフルオロアルキル基を有するトランス−4’−[ 3,5−ジフルオロ−4−(3,3,3−トリフルオロプロピル)フェニル]−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(S−11)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−11)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 49.6 C 79.7 N 120.9 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−11)の15質量%とからなる液晶組成物Iを調製した。得られた液晶組成物 Iの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−11)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=91.0℃;光学異方性(Δn)=0.090;誘電率異方性(Δε)=13.4。
比較例化合物(S−11)と実施例1および2に示した本発明の液晶性化合物(No.2.23)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.23)の方が液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例2〕
比較例としてパーフルオロプロペニリル基を有するトランス−4’−( 3,5−ジフルオロ−4−ペンタフルオロプロペニルフェニル)−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(S−12)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−12)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 72.6 Sm 97.1 N 155.8 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−12)の15質量%とからなる液晶組成物Jを調製した。得られた液晶組成物 Jの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−12)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=103.0℃;光学異方性(Δn)=0.110;誘電率異方性(Δε)=17.5。
比較例化合物(S−12)と実施例1および2に示した本発明の液晶性化合物(No.2.23)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.23)の方がネマチック相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する優れた化合物であることが分かった。
〔比較例3〕
比較例として特許文献6および7に記載された化合物であるトランス−4’−( 3,4,5−トリフルオロフェニル)−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(S−8)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−8)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 64.3 N 93.9 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−8)の15質量%とからなる液晶組成物Kを調製した。得られた液晶組成物 Kの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−8)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=76.4℃;光学異方性(Δn)=0.079;誘電率異方性(Δε)=11.0。
比較例化合物(S−8)と実施例1および2に示した本発明の液晶性化合物(No.2.23)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.23)の方が液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する優れた化合物であることが分かった。
〔比較例4〕
比較例としてトリフルオロプロペニル基で置換されていないトランス−4’−( 3,5−ジフルオロフェニル)−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(T5)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(T5)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 58.2 N 87.5 Iso。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(T5)の15質量%とからなる液晶組成物Lを調製した。得られた液晶組成物 Lの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(T5)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=69.7℃;光学異方性(Δn)=0.084;誘電率異方性(Δε)=2.90。
比較例化合物(T5)と実施例1および2に示した本発明の液晶性化合物(No.2.23)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.23)の方が液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する優れた化合物であることが分かった。
〔比較例5〕
比較例としてトリフルオロプロペニル基で置換されているが側方位にフッ素が置換されていないトランス−4−プロピル−トランス−4’−[(4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)フェニル)]ビシクロヘキシル(S−13)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−13)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 125.0 N 182.8 Iso。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−13)の15質量%とからなる液晶組成物Mを調製した。得られた液晶組成物 Mの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−13)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
光学異方性(Δn)=0.147;誘電率異方性(Δε)=10.7。
比較例化合物(S−13)と実施例1および2に示した本発明の液晶性化合物(No.2.23)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.23)の方が液晶相の温度範囲が広く、大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例6〕
比較例として特許文献1に記載された化合物(S−1)に酷似した化合物であるトランス−4−プロピル−トランス−4’−[(4−(3,3,3−トリフルオロプロピル)フェニル)]ビシクロヘキシル(S−14)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−14)の相転移温度は以下の通りであり、スメクチックB相を有するのみであった。
相転移温度:C 70.2 S 179.0 Iso。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−14)の15質量%とからなる液晶組成物Nを調製した。得られた液晶組成物 Nの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−14)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=123.7℃;光学異方性(Δn)=0.097;誘電率異方性(Δε)=5.0。
比較例化合物(S−14)と実施例1および2に示した本発明の液晶性化合物(No.2.23)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.23)の方がネマチック相を有している点、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例7〕
比較例として特許文献4に記載された化合物(S−6)に酷似した化合物であるトランス−4’−(4−プロペニルフェニル)−トランス−4−プロピルビシクロヘキシル(S−15)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−15)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 64.0 C 75.0 C 87.3 S 119.2 N 265.4 Iso。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−15)の15質量%とからなる液晶組成物Oを調製した。得られた液晶組成物 Oの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−15)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
光学異方性(Δn)=0.177;誘電率異方性(Δε)=3.6。
比較例化合物(S−15)と実施例1および2に示した本発明の液晶性化合物(No.2.23)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.23)の方がネマチック相の下限温度が低い点、および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例8〕
比較例としてトリフルオロアルキル基で置換されている3,5,2’−トリフルオロ−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)−4−(3,3,3−トリフルオロプロピル)ビフェニル(S−16)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−16)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 73.8 (N 69.7) Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−16)の15質量%とからなる液晶組成物Pを調製した。得られた液晶組成物 Pの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−16)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=57.7℃;光学異方性(Δn)=0.124;誘電率異方性(Δε)=16.9。
比較例化合物(S−16)と実施例3および4に示した本発明の液晶性化合物(No.2.47)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.47)の方が液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例9〕
比較例として特許文献6および7に記載された化合物である3,4,5,2’−テトラフルオロ−4’−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(S−9)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−9)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 62.9 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−9)の15質量%とからなる液晶組成物Qを調製した。得られた液晶組成物 Qの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−9)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=28.4℃;光学異方性(Δn)=0.110;誘電率異方性(Δε)=17.0。
比較例化合物(S−9)と実施例3および4に示した本発明の液晶性化合物(No.2.47)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.47)の方が液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例10〕
比較例としてトリフルオロプロペニル基の置換されていない2,3’,5’−テトラフルオロ−4−(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル(T14)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(T14)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 60.2 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(T14)の15質量%とからなる液晶組成物Rを調製した。得られた液晶組成物 Rの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(T14)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=25.0℃;光学異方性(Δn)=0.124;誘電率異方性(Δε)=6.9。
比較例化合物(T14)と実施例3および4に示した本発明の液晶性化合物(No.2.47)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.47)の方が液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例11〕
比較例としてトリフルオロアルキル基の置換されている化合物である3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロピル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(S−17)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−17)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 79.5 S 125.8 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−17)の15質量%とからなる液晶組成物Sを調製した。得られた液晶組成物 Sの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−17)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=67.0℃;光学異方性(Δn)=0.197;誘電率異方性(Δε)=21.6。
比較例化合物(S−17)と実施例5、6、13および14に示した本発明の液晶性化合物(No.2.108)および(No. 5.47)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.108)および(No. 5.47)の方が、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例12〕
比較例として特許文献6および7に記載された化合物である3,4,5,2’−テトラフルオロ−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(S−18)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−18)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 63.3 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−18)の15質量%とからなる液晶組成物Tを調製した。得られた液晶組成物 Tの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−18)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=37.0℃;光学異方性(Δn)=0.184;誘電率異方性(Δε)=21.7。
比較例化合物(S−18)と実施例5、6、13および14に示した本発明の液晶性化合物(No.2.108)および(No. 5.47)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.108)および(No. 5.47)の方が、液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例13〕
比較例としてトリフルオロプロペニル基、またはトリフルオロプロピニル基で置換されていない3,5,2’−トリフルオロ−4’’−プロピル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(T19)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(T19)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 57.7 S 62.4 Iso 。
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(T19)の15質量%とからなる液晶組成物Uを調製した。得られた液晶組成物 Uの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(T19)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=27.0℃;光学異方性(Δn)=0.197;誘電率異方性(Δε)=9.0。
比較例化合物(T19)と実施例5、6、13および14に示した本発明の液晶性化合物(No.2.108)および(No. 5.47)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.108)および(No. 5.47)の方が、液晶相の温度範囲が広く、高い透明点、大きな光学異方性および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例14〕
比較例としてトリフルオロプロペニル基で置換されているが側方位にフッ素が置換されていない化合物である2’−フルオロ−4’’−プロピル−4−(3,3,3−トリフルオロプロペニル)−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(S−19)を合成した。
Figure 2008090780
得られた比較例化合物(S−19)の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 102.9 S 129.8 S 218.8 Iso 。
母液晶A 95質量%と、比較例化合物(S−19)の5質量%とからなる液晶組成物Vを調製した。得られた液晶組成物 Vの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−19)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
上限温度(TNI)=117.7℃;光学異方性(Δn)=0.277;誘電率異方性(Δε)=15.9。
比較例化合物(S−19)と実施例5、6、7および8に示した本発明の液晶性化合物(No.2.108)、および液晶性化合物(No.2.88)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.108)および液晶性化合物(No.2.88)の方が、液晶相の下限温度が低い点、および大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
〔比較例15〕
比較例としてプロペニル基で置換されている化合物である3,5,2’−トリフルオロ−4’’−ペンチル−4−プロペニル−[1,1’;4’,1’’]ターフェニル(S−20)を合成した。
Figure 2008090780
母液晶A 85質量%と、比較例化合物(S−20)の15質量%とからなる液晶組成物Wを調製した。得られた液晶組成物 Wの物性値を測定し、測定値を外挿することで比較例化合物(S−20)の物性の外挿値を算出した。その値は以下のとおりであった。
誘電率異方性(Δε)=7.6。
比較例化合物(S−20)と実施例15に示した本発明の液晶性化合物(No.2.110)とを比較すると、液晶性化合物(No.2.110)の方が、大きな誘電率異方性を有する点で優れていることが分かった。
低温相溶性を確認するために、母液晶Aと液晶性化合物(No.2.88)を、液晶性化合物(No.2.88)が、15質量%、10質量%、5質量%、および3質量%の量となるように混合した試料を作製し、試料をガラス瓶に入れた。このガラス瓶を、−20℃のフリーザー中に30日間保管したあと、結晶もしくはスメクチック相が析出しているかどうか観察をした。その結果、15質量%で混合した試料は結晶が析出していたが、10質量%で混合した試料はネマチック相のままであり、結晶は析出していなかった。
低温相溶性を確認するために、母液晶Aと液晶性化合物(No.2.108)を、液晶性化合物(No.2.108)が、15質量%、10質量%、5質量%、および3質量%の量となるように混合した試料を作製し、試料をガラス瓶に入れた。このガラス瓶を、−20℃のフリーザー中に30日間保管したあと、結晶もしくはスメクチック相が析出しているかどうか観察をした。その結果、15質量%で混合した試料はネマチック相のままであり、結晶は析出していなかった。
〔比較例16〕
低温相溶性を確認するために、母液晶Aと比較例化合物(S−19)を、比較例化合物(S−19)が、15質量%、10質量%、5質量%、および3質量%の量となるように混合した試料を作製し、試料をガラス瓶に入れた。このガラス瓶を、−20℃のフリーザー中に30日間保管したあと、結晶もしくはスメクチック相が析出しているかどうか観察をした。その結果、5質量%で混合した試料は結晶が析出していたが、3質量%で混合した試料はネマチック相のままであり、結晶は析出していなかった。
比較例化合物(S−19)と実施例16,および17に示した本発明の液晶性化合物(No.2.88)、および液晶性化合物(No.108)を比較すると、液晶性化合物(No.2.88)、および液晶性化合物(No.108)の方が低温相溶性の面で優れていることが分かった。
さらに本発明の代表的な組成物を組成物例1〜14にまとめた。最初に、組成物の成分である化合物とその量(質量%)を示した。化合物は表1の取り決めに従い、左末端基、結合基、環構造、および右末端基の記号によって表示した。1,4−シクロヘキシレンおよび1,3−ジオキサン−2,5−ジイルの立体配置はトランスである。末端基の記号がない場合は、末端基が水素であることを意味する。次に組成物の物性値を示した。ここでの物性値は測定値そのままの値である。
Figure 2008090780
特性値の測定は下記の方法にしたがって行うことができる。それらの多くは、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。測定に用いたTN素子には、TFTを取り付けなかった。
ネマチック相の上限温度(NI;℃):偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱した。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測定した。ネマチック相の上限温度を「上限温度」と略すことがある。
ネマチック相の下限温度(TC;℃):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日間保管したあと、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℃と記載する。ネマチック相の下限温度を「下限温度」と略すことがある。
粘度(η;20℃で測定;mPa・s):測定にはE型回転粘度計を用いた。
回転粘度(γ1;25℃で測定;mPa・s):
1)誘電率異方性が正である試料:測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。ツイスト角が0°であり、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が5μmであるTN素子に試料を入れた。TN素子に16ボルトから19.5ボルトの範囲で0.5ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算で必要な誘電率異方性の値は、この回転粘度の測定で使用した素子にて、下記の誘電率異方性の測定方法で求めた。
2)誘電率異方性が負である試料:測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37 (1995) に記載された方法に従った。2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)が20μmのVA素子に試料を入れた。この素子に30ボルトから50ボルトの範囲で1ボルト毎に段階的に印加した。0.2秒の無印加のあと、ただ1つの矩形波(矩形パルス;0.2秒)と無印加(2秒)の条件で印加を繰り返した。この印加によって発生した過渡電流(transient current)のピーク電流(peak current)とピーク時間(peak time)を測定した。これらの測定値とM. Imaiらの論文、40頁の計算式(8)とから回転粘度の値を得た。この計算に必要な誘電率異方性は、下記の誘電率異方性で測定した値を用いた。
光学異方性(屈折率異方性;Δn;25℃で測定):測定は、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なった。主プリズムの表面を一方向にラビング(rubbing)したあと、試料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。光学異方性の値は、Δn=n‖−n⊥、の式から計算した。試料が組成物のときはこの方法によって光学異方性を測定した。試料が化合物のときは、化合物を適切な組成物に混合したあと光学異方性を測定した。化合物の光学異方性は外挿値である。
誘電率異方性(Δε;25℃で測定):試料が化合物のときは、化合物を適切な組成物に混合したあと誘電率異方性を測定した。化合物の誘電率異方性は外挿値である。
1)誘電率異方性が正である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μm、ツイスト角が80度の液晶セルに試料を入れた。このセルに20ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。0.5ボルトを印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。
2)誘電率異方性が負である組成物:ホメオトロピック配向に処理した液晶セルに試料を入れ、0.5ボルトを印加して誘電率(ε‖)を測定した。ホモジニアス配向に処理した液晶セルに試料を入れ、0.5ボルトを印加して誘電率(ε⊥)を測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から計算した。
しきい値電圧(Vth;25℃で測定;V):試料が化合物のときは、化合物を適切な組成物に混合したあとしきい値電圧を測定した。化合物のしきい値電圧は外挿値である。1)誘電率異方性が正である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が(0.5/Δn)μmであり、ツイスト角が80度である、ノーマリーホワイトモード(normally white mode)の液晶表示素子に試料を入れた。Δnは上記の方法で測定した光学異方性の値である。この素子に周波数が32Hzである矩形波を印加した。矩形波の電圧を上昇させ、素子を通過する光の透過率が90%になったときの電圧の値を測定した。
2)誘電率異方性が負である組成物:2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μmであり、ホメオトロピック配向に処理したノーマリーブラックモード(normally black mode)の液晶表示素子に試料を入れた。この素子に周波数が32Hzである矩形波を印加した。矩形波の電圧を上昇させ、素子を通過する光の透過率10%になったときの電圧の値を測定した。
電圧保持率(VHR;25℃で測定;%):測定に用いたTN素子はポリイミド配向膜を有し、そして2枚のガラス基板の間隔(セルギャップ)は6μmである。この素子は試料を入れたあと紫外線によって重合する接着剤で密閉した。このTN素子にパルス電圧(5Vで60マイクロ秒)を印加して充電した。減衰する電圧を高速電圧計で16.7ミリ秒のあいだ測定し、単位周期における電圧曲線と横軸との間の面積Aを求めた。面積Bは減衰しなかったときの面積である。電圧保持率は面積Bに対する面積Aの百分率である。
らせんピッチ(20℃で測定;μm):らせんピッチの測定には、カノのくさび型セル法を用いた。カノのくさび型セルに試料を注入し、セルから観察されるディスクリネーションラインの間隔(a;単位はμm)を測定した。らせんピッチ(P)は、式P=2・a・tanθから算出した。θは、くさび型セルにおける2枚のガラス板の間の角度である。
成分または液晶性化合物の割合(百分率)は、液晶性化合物の全質量に基づいた質量百分率(質量%)である。組成物は、液晶性化合物などの成分の質量を測定してから混合することによって調製される。したがって、成分の質量%を算出するのは容易である。
[組成例1]
3−HHB(F,F)−VCF3 5%
3−HB(F)B(F,F)−VCF3 5%
2−BEB(F)−C 5%
3−BEB(F)−C 4%
4−BEB(F)−C 12%
1V2−BEB(F,F)−C 13%
3−HB−O2 7%
3−HH−4 3%
3−HHB−F 3%
3−HHB−1 4%
3−HHB−O1 4%
3−HBEB−F 4%
3−HHEB−F 7%
5−HHEB−F 7%
3−H2BTB−2 4%
3−H2BTB−3 4%
3−H2BTB−4 4%
3−HB(F)TB−2 5%
NI=92.9℃;Δn=0.149;Δε=28.1;Vth=1.09V.
[組成例2]
3−BB(F)B(F,F)−VCF3 4%
5−BB(F)B(F,F)−VCF3 4%
2−HB−C 5%
3−HB−C 12%
3−HB−O2 15%
2−BTB−1 3%
3−HHB−F 4%
3−HHB−1 8%
3−HHB−O1 5%
3−HHB−3 6%
3−HHEB−F 4%
5−HHEB−F 4%
2−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F)−F 7%
5−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F,F)−F 5%
NI=96.8℃;Δn=0.113;Δε=6.9;Vth=2.14V.
[組成例3]
3−BB(F)B(F,F)−TCF3 3%
5−BB(F)B(F,F)−TCF3 5%
3−BEB(F)−C 8%
3−HB−C 8%
V−HB−C 8%
1V−HB−C 8%
3−HB−O2 3%
3−HH−2V 13%
3−HH−2V1 7%
V2−HHB−1 8%
3−HHB−1 5%
3−HHEB−F 7%
3−H2BTB−2 6%
3−H2BTB−3 6%
3−H2BTB−4 5%
NI=93.8℃;Δn=0.146;Δε=10.7;Vth=1.68V.
[組成例4]
3−B(F)B(F)B(F,F)−VCF3 6%
5−BEB(F)−C 5%
V−HB−C 11%
5−PyB−C 6%
4−BB−3 6%
3−HH−2V 10%
5−HH−V 11%
V−HHB−1 7%
V2−HHB−1 14%
3−HHB−1 9%
1V2−HBB−2 10%
3−HHEBH−3 5%
[組成例5]
3−BB(F,F)B(F,F)−VCF3 4%
3−B(F)B(F,F)B(F,F)−VCF3 4%
1V2−BEB(F,F)−C 6%
3−HB−C 18%
2−BTB−1 10%
5−HH−VFF 22%
3−HHB−1 4%
VFF−HHB−1 8%
VFF2−HHB−1 11%
3−H2BTB−2 5%
3−H2BTB−3 4%
3−H2BTB−4 4%
[組成例6]
3−HB(F)B(F,F)−VCF3 4%
3−BB(F)B(F,F)−VCF3 4%
5−HB−CL 16%
3−HH−4 12%
3−HH−5 4%
3−HHB−F 4%
3−HHB−CL 3%
4−HHB−CL 4%
3−HHB(F)−F 7%
4−HHB(F)−F 7%
5−HHB(F)−F 7%
7−HHB(F)−F 7%
5−HBB(F)−F 4%
1O1−HBBH−5 3%
3−HHBB(F,F)−F 2%
4−HHBB(F,F)−F 3%
5−HHBB(F,F)−F 3%
3−HH2BB(F,F)−F 3%
4−HH2BB(F,F)−F 3%
NI=114.3℃;Δn=0.103;Δε=5.4;Vth=2.19V.
組成例6の組成物100質量部に光学活性化合物(Op−05)を0.25質量部添加したときのピッチは60.5μmであった。
[組成例7]
3−HB(F,F)−VCF3 8%
3−BB(F,F)−VCF3 7%
3−HHB(F,F)−F 9%
3−H2HB(F,F)−F 8%
4−H2HB(F,F)−F 8%
5−H2HB(F,F)−F 8%
3−HBB(F,F)−F 16%
5−HBB(F,F)−F 15%
3−H2BB(F,F)−F 5%
5−HHBB(F,F)−F 3%
5−HHEBB−F 3%
3−HH2BB(F,F)−F 2%
1O1−HBBH−4 4%
1O1−HBBH−5 4%
[組成例8]
3−HHB(F,F)−TCF3 5%
3−HB(F)B(F,F)−TCF3 5%
5−HB−F 12%
6−HB−F 9%
7−HB−F 7%
2−HHB−OCF3 7%
3−HHB−OCF3 7%
4−HHB−OCF3 7%
5−HHB−OCF3 5%
3−HH2B−OCF3 4%
5−HH2B−OCF3 4%
3−HHB(F,F)−OCF2H 4%
3−HHB(F,F)−OCF3 5%
3−HH2B(F)−F 3%
3−HBB(F)−F 5%
5−HBB(F)−F 5%
5−HBBH−3 3%
3−HB(F)BH−3 3%
[組成例9]
3−BB(F,F)2B(F,F)−VCF3 15%
5−HB−CL 11%
3−HH−4 8%
3−HHB−1 5%
3−HHB(F,F)−F 8%
3−HBB(F,F)−F 10%
5−HBB(F,F)−F 10%
3−HHEB(F,F)−F 10%
4−HHEB(F,F)−F 3%
5−HHEB(F,F)−F 3%
2−HBEB(F,F)−F 3%
3−HBEB(F,F)−F 5%
5−HBEB(F,F)−F 3%
3−HHBB(F,F)−F 6%
[組成例10]
3−BB(F,F)XB(F,F)−VCF3 15%
3−HB−CL 6%
5−HB−CL 4%
3−HHB−OCF3 5%
3−H2HB−OCF3 5%
5−H4HB−OCF3 5%
V−HHB(F)−F 5%
3−HHB(F)−F 5%
5−HHB(F)−F 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 10%
5−H2HB(F,F)−F 5%
5−H4HB(F,F)−F 7%
2−H2BB(F)−F 5%
3−H2BB(F)−F 5%
3−HBEB(F,F)−F 5%
[組成例11]
3−BB(F,F)EB(F,F)−VCF3 10%
5−HB−CL 17%
7−HB(F,F)−F 3%
3−HH−4 10%
3−HH−5 5%
3−HB−O2 6%
3−HHB−1 8%
3−HHB−O1 5%
2−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F)−F 7%
5−HHB(F)−F 7%
3−HHB(F,F)−F 5%
3−H2HB(F,F)−F 5%
4−H2HB(F,F)−F 5%
[組成例12]
5−HBB(F)B(F,F)−VCF3 4%
5−BB(F)B(F)B(F,F)−VCF3 4%
5−HB−CL 3%
7−HB(F)−F 7%
3−HH−4 9%
3−HH−EMe 15%
3−HHEB−F 8%
5−HHEB−F 8%
3−HHEB(F,F)−F 10%
4−HHEB(F,F)−F 5%
4−HGB(F,F)−F 5%
5−HGB(F,F)−F 6%
2−H2GB(F,F)−F 4%
3−H2GB(F,F)−F 5%
5−GHB(F,F)−F 7%
[組成例13]
3−HB(F,F)−VCF3 5%
3−HB(F)B(F,F)−VCF3 5%
5−HBB(F)B(F,F)−VCF3 5%
3−HH−4 8%
3−HHB−1 6%
3−HHB(F,F)−F 10%
3−H2HB(F,F)−F 9%
3−HBB(F,F)−F 15%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F 20%
1O1−HBBH−5 7%
2−HHBB(F,F)−F 3%
3−HHBB(F,F)−F 3%
3−HH2BB(F,F)−F 4%
[組成例14]
3−BB(F)B(F,F)−VCF3 4%
5−BB(F)B(F,F)−TCF3 4%
5−HB−CL 13%
3−HB−O2 10%
3−PyB(F)−F 8%
5−PyB(F)−F 10%
3−HBB(F,F)−F 7%
3−PyBB−F 8%
4−PyBB−F 8%
5−PyBB−F 8%
5−HBB(F)B−2 10%
5−HBB(F)B−3 10%
光などに対する安定性を有し、広い温度範囲で液晶相を示し、粘度が小さく、適切な光学異方性、大きな誘電率異方性、他の液晶性化合物との優れた相溶性を有する液晶性化合物を得られたので、この化合物を含有する液晶組成物を用いることによって、応答時間が短く、消費電力および駆動電圧が小さく、大きなコントラストを有し、広い温度範囲で使用可能である、液晶表示素子に利用できる。

Claims (29)

  1. 式(1)で表される化合物。
    Figure 2008090780

    式中、Rは水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、炭素数1〜11のアルコキシ、または炭素数2〜11のアルケニルオキシであり;
    環A1、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイルであり、これらの環において水素はハロゲンで置き換えられてもよく;
    1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、−CF=CF−、−(CH24−、−(CH22CF2O−、−OCF2(CH22−、−CH=CH(CH2−、または−(CH2CH=CH−であり;
    およびLは独立して、水素またはハロゲンであり、LおよびLの少なくとも一方はハロゲンであり;
    Wは−CH=CH−または−C≡C−であり;
    nおよびmは独立して0〜2の整数であり、nとmの和は0〜3の整数である。
  2. 環A1、環A2および環A3が独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンである、請求項1に記載の化合物。
  3. 1、Z2およびZ3が独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、または−CF=CF−である、請求項2に記載の化合物。
  4. 式(1−1)で表される化合物。
    Figure 2008090780

    式中、Rは水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜11のアルコキシであり;
    環A1、環A2および環A3は独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
    1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH2O−、−OCH2−、または−CF=CF−であり;
    Wは−CH=CH−または−C≡C−であり;
    は水素、フッ素または塩素であり;
    nおよびmは独立して、0〜2の整数であり、nとmの和は0〜3の整数である。
  5. 環A1、環A2および環A3が独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンである、請求項4に記載の化合物。
  6. 環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つが1,3−ジオキサン−2,5−ジイルである、請求項4に記載の化合物。
  7. 環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルである、請求項4に記載の化合物。
  8. 環A1、環A2および環A3のうち少なくとも1つがピリミジン−2,5−ジイルである、請求項4に記載の化合物。
  9. 1、Z2およびZ3が独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−CF2O−、または−CH2O−である、請求項5に記載の化合物。
  10. 1、Z2およびZ3が単結合である、請求項5に記載の化合物。
  11. 式(1−2)〜(1−10)のいずれか1つで表される化合物。

    Figure 2008090780
    式中、Raは独立して、水素、炭素数1〜12のアルキル、炭素数2〜12のアルケニル、または炭素数1〜11のアルコキシであり;
    1、Z2およびZ3は独立して、単結合、−CH2CH2−、−CH=CH−、−COO−、または−CF2O−であり;
    、X、X、X、XおよびXは独立して水素またはフッ素であり;
    Wは独立して−CH=CH−または−C≡C−である。
  12. 式(1−2)〜(1−10)において、Z1、Z2およびZ3が単結合である請求項11に記載の化合物。
  13. 式(1−2)〜(1−10)においてXがフッ素であり、X、X、X、XおよびXが水素である請求項12に記載の化合物。
  14. 式(1−2)〜(1−10)においてXおよびXがフッ素であり、X、X、XおよびXが水素である請求項12に記載の化合物。
  15. 式(1−2)〜(1−10)においてXおよびXがフッ素であり、X、X、XおよびXが水素である請求項12に記載の化合物。
  16. 式(1−2)〜(1−10)においてX、XおよびXがフッ素であり、X、XおよびXが水素である請求項12に記載の化合物。
  17. 式(1−2)〜(1−10)において、Wが−CH=CH−である請求項12に記載の化合物。
  18. 請求項1〜17のいずれか1項に記載の化合物を少なくとも1つ含有する液晶組成物。
  19. 式(2)、(3)および(4)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項18に記載の液晶組成物。
    Figure 2008090780

    式中、Rは独立して、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、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は独立して、フッ素、塩素、−OCF3、−OCHF2、−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、または−OCF2CHFCF3であり;
    環B、環Bおよび環Bは独立して、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、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
    4およびZ5は独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、または単結合であり;
    3およびL4は独立して水素またはフッ素である。
  20. 式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項18に記載の液晶組成物。
    Figure 2008090780

    式中、Rは炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10アルケニルであり、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    は−C≡Nまたは−C≡C−C≡Nであり;
    環C、環Cおよび環Cは独立して、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、ピリミジン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
    6は−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−または単結合であり;
    5およびL6は独立して水素またはフッ素であり;
    qは0〜2の整数であり、rは0または1である。
  21. 式(6)、(7)、(8)、(9)および(10)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項18に記載の液晶組成物。
    Figure 2008090780

    式中、RおよびRは独立して、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、アルキルおよびアルケニルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環Dおよび環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、1,4−シクロヘキセニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、または任意の水素がフッ素で置き換えられた1,4−フェニレンであり;
    7およびZ8は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−(CHCFO−、−OCF(CH−、または単結合であり;
    8およびL9は独立して、塩素またはフッ素である。
  22. 式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項18に記載の液晶組成物。

    Figure 2008090780

    式中、RおよびRは独立して、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、そのうちのアルキルにおいて任意の水素はフッ素で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は−O−で置き換えられてもよく;
    環E、環Eおよび環Eは独立して、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;
    9およびZ10は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合であり、Z11は−COO−、または単結合である。
  23. 請求項20記載の式(5)で表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項19に記載の液晶組成物。
  24. 請求項22記載の式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項19に記載の液晶組成物。
  25. 請求項22記載の式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項20に記載の液晶組成物。
  26. 請求項22記載の式(11)、(12)および(13)のそれぞれで表される化合物の群から選択される少なくとも1つの化合物をさらに含有する、請求項21に記載の液晶組成物。
  27. 少なくとも1つの光学活性化合物をさらに含有する請求項18〜26のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  28. 少なくとも1つの酸化防止剤および/または紫外線吸収剤を含有する請求項18〜27のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  29. 請求項18〜28のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶表示素子。
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