JPWO2010095506A1 - テトラヒドロピランおよび2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニルを有する4環液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents

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Abstract

大きな負の誘電率異方性(Δε)を有するのみならず、熱、光などに対する安定性、高い透明点、適切な屈折率異方性(Δn)、大きな負の誘電率異方性(Δε)、および他の液晶性化合物との優れた相溶性などの少なくとも1つの特性を有する液晶性化合物を提供する。1)テトラヒドロピラン環、およびの2要素を含む化合物とすることにより、特に誘電率異方性(Δε)の値が負に大きくなるという優れた効果が発現するので、この効果を活用する。

Description

本発明は、新規な液晶性化合物および液晶組成物に関する。更に詳しくは誘電率異方性(Δε)が負の液晶性化合物、これを含有する液晶組成物および該液晶組成物を含む液晶表示素子である。
液晶性化合物(本願において、液晶性化合物なる用語は、液晶相を有する化合物および液晶相を有さないが液晶組成物の構成成分として有用である化合物の総称として用いられる。)を用いた表示素子は、時計、電卓、ワ−プロなどのディスプレイに広く利用されている。これらの表示素子は液晶性化合物の屈折率異方性、誘電率異方性などを利用したものである。
液晶相には、ネマチック液晶相、スメクチック液晶相、コレステリック液晶相があるが、ネマチック液晶相を利用したものが最も広く用いられている。また表示方式としては動的散乱(DS)型、配向相変形(DAP)型、ゲスト/ホスト(GH)型、ねじれネマチック(TN)型、超ねじれネマチック(STN)型、薄膜トランジスタ(TFT)型、垂直配向(VA)型、インプレ−ンスイッチング(IPS)型、高分子支持配向(PSA)型などがある。
これらの表示方式で用いられる液晶性化合物は、室温を中心とする広い温度範囲で液晶相を有し、表示素子が使用される条件下で十分に安定であり、さらに表示素子を駆動させるに十分な特性を持たなくてはならないが、現在のところ単一の液晶性化合物でこの条件を満たすものは見いだされていない。
このため数種類から数十種類の液晶性化合物を混合することにより要求特性を備えた液晶組成物を調製しているのが実状である。これらの液晶組成物は、表示素子が使用される条件下で通常存在する水分、光、熱、空気に対して安定であり、また電場や電磁放射に対しても安定であるうえ、混合される化合物に対し化学的にも安定であることが要求される。また、液晶組成物には、その屈折率異方性値(Δn)および誘電率異方性値(Δε)などの諸物性値が表示方式や表示素子の形状に依存して適当な値をもつことが必要とされる。さらに液晶組成物中の各成分は、相互に良好な溶解性を持つことが重要である。
近年、液晶表示素子の最大の問題点である視野角の狭さを克服する表示方式として、表示方式の中でも、IPS、VA、OCB、PSAなどのモードが注目されている。これらモードの液晶表示素子の中でも、特にVAモードやIPSモードの液晶表示素子は、視野角の広さに加え応答性にも優れ、さらに高コントラストな表示が得られるため開発が盛んに行われている。これら表示方式の液晶表示素子に使用される液晶組成物の特徴は、誘電率異方性(Δε)が負である点にある。そして、負の誘電率異方性(Δε)が大きい液晶組成物は、その液晶組成物を含有する液晶表示素子の駆動電圧を低くできることが知られている(非特許文献1)。そのため、その液晶組成物の構成成分である液晶性化合物についても、より大きな負の誘電率異方性(Δε)を有することが求められている。
従来から、負の誘電率異方性(Δε)を有する液晶組成物の成分として、ベンゼン環のラテラル位の水素がフッ素で置き換えられた液晶性化合物が数多く検討されてきている(特許文献1、2)。例えば化合物(a)が報告されている。しかし、化合物(a)は、負の誘電率異方性(Δε)を有するものの、必ずしもその値が大きくない場合もあり、VAモード、IPSモードなどの液晶表示素子の駆動電圧を低下させるためには十分ではない場合もあった。
Figure 2010095506

(式中、RおよびR′はアルキルである。)
このため、2,3−ジフルオロフェニレン骨格を有する化合物の、負の誘電率異方性(Δε)の絶対値を大きくするための試みがなされてきた。例えば、2,3−ジフルオロフェニレン骨格を有する化合物に、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル骨格を導入した化合物が報告されている(特許文献3)。化合物(b)は化合物(a)と比較して負に大きな誘電率異方性(Δε)を有する。
Figure 2010095506
また、2,3−ジフルオロフェニレン骨格を2つ有する化合物が報告されている(特許文献4)。化合物(c)は、化合物(a)、(b)と比較して、負に大きな誘電率異方性(Δε)を有する。しかし、低温相溶性が低いため、液晶組成物には多くの量を含ませることができず、液晶組成物の誘電率異方性(Δε)は必ずしも負に大きくない。
Figure 2010095506
VAモード、IPSモードなどの液晶表示素子の駆動電圧を低下させるために、さらに誘電率異方性(Δε)が負に大きい液晶性化合物、液晶組成物および液晶表示素子が望まれている。
特許第2811342号公報 特開平02−4725号公報 特開2000−8040号公報 特開2000−38585号公報
Mol. Cryst. Liq. Cryst., 12, 57 (1970)
本発明の第一の目的は、大きな負の誘電率異方性(Δε)を有するのみならず、熱、光などに対する安定性、高い透明点、適切な屈折率異方性(Δn)、および他の液晶性化合物との優れた相溶性などの少なくとも1つの特性を有する液晶性化合物を提供することである。
本発明の第二の目的は、粘度が低く、適切な屈折率異方性(Δn)、および適切な負の誘電率異方性(Δε)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などの少なくとも1つの特性を有し、または少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する、化合物を含有する液晶組成物を提供することである。
本発明の第三の目的は、応答時間が短い、消費電力および駆動電圧が小さい、大きなコントラストを有する、広い温度範囲で使用可能であるなどの少なくとも1つの特性を有し、または少なくとも2つの特性に関して適切なバランスを有する、組成物を含有する液晶表示素子を提供することである。
上記課題に対して研究を行った結果、
1)テトラヒドロピラン環、および
Figure 2010095506

の2要素を含むことの相乗効果により、特に誘電率異方性(Δε)の値が負に大きくなるという優れた効果が発現することを見出した。この効果を活用することで、さらに課題を解決できるという知見を見出すことができ、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、〔1〕〜〔32〕などの構成を有する。
〔1〕 式(1)で表される化合物。
Figure 2010095506

式(1)において、RおよびRは独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり、これらのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、およびアルケニルオキシにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−3,6−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリミジン−3,6−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、またはピリジン−3,6−ジイルであり、これらの環において任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
、Z、Z、およびZは独立して、単結合または−(CH−であり;
k、m、およびnは独立して、0または1であり、k+m+nは1である。
〔2〕 式(1)において、RおよびRが独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
環A、環A、および環Aが独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンである項1に記載の化合物。
〔3〕 式(1)において、RおよびRが独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシである項2に記載の化合物。
〔4〕 式(1)において、Z、Z、Z、およびZの少なくとも1つが単結合である項1または3に記載の化合物。
〔5〕 式(1)において、Z、Z、Z、およびZが単結合である項1または3に記載の化合物。
〔6〕 式(1−1)で表される化合物。
Figure 2010095506

式(1−1)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
環Aは、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
およびZは独立して、単結合または−(CH−である。
〔7〕 式(1−1)において、ZおよびZの少なくとも1つが単結合である項6に記載の化合物。
〔8〕 式(1−1)において、ZおよびZが単結合である項6に記載の化合物。
〔9〕 式(1−1)において、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である項6に記載の化合物。
〔10〕 (1−1)において、Rが炭素数1〜10のアルキル、Rが炭素数1〜9のアルコキシであり、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である項6に記載の化合物。
〔11〕 式(1−2)で表される化合物。
Figure 2010095506

式(1−2)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
環Aは、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
およびZ2は独立して、単結合または−(CH−である。
〔12〕 式(1−2)において、ZおよびZの少なくとも1つが単結合である項11に記載の化合物。
〔13〕 式(1−2)において、ZおよびZが単結合である項11に記載の化合物。
〔14〕 式(1−2)において、環A1が1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である項11に記載の化合物。
〔15〕 式(1−2)において、Rが炭素数1〜10のアルキルであり、Rが炭素数1〜9のアルコキシであり、環A1が1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である項11に記載の化合物。
〔16〕 式(1−3)で表される化合物。
Figure 2010095506

式(1−3)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜9のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
環Aは、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
およびZは独立して、単結合または−(CH−である。
〔17〕 式(1−3)において、ZおよびZの少なくとも1つが単結合である項16に記載の化合物。
〔18〕 式(1−3)において、ZおよびZが単結合である項16に記載の化合物。
〔19〕 式(1−3)において、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である項16に記載の化合物。
〔20〕 式(1−3)において、Rが炭素数1〜10のアルキルであり、Rが炭素数1〜9のアルコキシであり、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である項16に記載の化合物。
〔21〕 項1〜20のいずれかに記載の化合物を少なくとも1つ含有することを特徴とする、2つ以上の化合物からなる液晶組成物。
〔22〕 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つの化合物を含有する、項21に記載の液晶組成物。
Figure 2010095506

式(2)〜(4)において、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、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、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−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てもよい1,4−フェニレンであり;
およびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
およびLは独立して、水素またはフッ素である。
式(4)において、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではなく、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンでありZが単結合のとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではない。
〔23〕 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つの化合物を含有する、項21に記載の液晶組成物。
Figure 2010095506

式(5)において、Rは、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、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、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
およびLは独立して、水素またはフッ素であり;
oは、0、1または2であり、pは0または1である。
〔24〕 式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)および(11)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つの化合物を含有する、項21に記載の液晶組成物。
Figure 2010095506

式(6)〜(11)において、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、環D、環D、および環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、6−ピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり;
、Z、Z10、およびZ11は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
およびLは独立して、フッ素または塩素であり;
q、r、s、t、u、およびvは独立して、0または1であり、r+s+t+uは1または2である。
〔25〕 式(12)、(13)および(14)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つの化合物を含有する、項21に記載の液晶組成物。
Figure 2010095506

式(12)〜(14)において、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、このアルキルおよびアルケニルにおいて、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;
12およびZ13は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
〔26〕 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22に記載の液晶組成物。
〔27〕 式(12)、(13)および(14)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22に記載の液晶組成物。
〔28〕 式(12)、(13)および(14)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23に記載の液晶組成物。
〔29〕 式(12)、(13)および(14)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24に記載の液晶組成物。
〔30〕 少なくとも1つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物をさらに含有する、項21〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
〔31〕 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さらに含有する項21〜30のいずれか1項に記載の液晶組成物。
〔32〕 項21〜31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。
本発明によれば、大きな負の誘電率異方性(Δε)を有するのみならず、熱、光などに対する安定性、高い透明点、適切な屈折率異方性(Δn)、広い温度範囲でネマチック相、および他の液晶性化合物との優れた相溶性といった特性を少なくとも1つ有する液晶性化合物が得られる。
また本発明によれば、低粘度、適切な屈折率異方性(Δn)、適切な負の誘電率異方性(Δε)、低いしきい値電圧、およびネマチック相の上限温度が高く、ネマチック相の下限温度が低いといった特性を少なくとも1つ有する液晶組成物が得られる。
さらに本発明の液晶表示素子は、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といった特性を少なくとも1つ有し、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、PSA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、特に、IPSモード、VAモード、およびPSA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。本発明の液晶組成物または本発明の液晶表示素子をそれぞれ「組成物」または「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。「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または液晶相を有さないが組成物の成分として有用な化合物を意味する。この有用な化合物は例えば1,4−シクロヘキシレンや1,4−フェニレンのような六員環を含有し、棒状(rod like)の分子構造を有する。光学活性な化合物は組成物に添加されることがある。この化合物が液晶性化合物であったとしても、ここでは添加物として分類される。式(1−1)で表される化合物の群から選択された少なくとも1つの化合物を「化合物(1−1)」と略すことがある。「化合物(1−1)」は、式(1−1)で表される1つの化合物または2つ以上の化合物を意味する。他の式で表される化合物についても同様である。「任意の」は、位置だけでなく個数についても任意であることを示すが、個数が0である場合を含まない。
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明の液晶性化合物は以下の式(1)に示す液晶性化合物である。
Figure 2010095506
式(1)において、RおよびRは独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり、これらのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、およびアルケニルオキシにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
としては、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数2から9のアルケニルオキシなどが挙げられる。これら基のアルキル鎖は、直鎖であることが好ましい。アルキル鎖が直鎖であると、液晶相の温度範囲を広くすることができ、粘度を小さくすることができる。またアルケニルとしては、その二重結合が奇数位にあり、立体配置がトランス配置であることが好ましい。アルケニルにおいて複数の二重結合がある場合には、共役していない物が好ましい。
アルキルとしては、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、および−C1021が挙げられ;
アルケニルとしては、−CH=CH、−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CH(CHCH=CH、および−(CHCH=CH(CHCH=CHが挙げられ;
アルコキシとしては、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−OC15、−OC17、および−OC19が挙げられ;
アルコキシアルキルとしては、−CHOCH、−CHOC、−(CHOCH、および−(CHOCが挙げられ;
アルケニルオキシとしては、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、および−OCHCH=CHCが挙げられ;
これらRの中でも、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021、−CH=CH、−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CH(CHCH=CH、および−(CHCH=CH(CHCH=CH、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC10、−OC13、−OC15、−OC17、および−OC19が好ましい。
より好ましいRは、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13−CH=CH、−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CH(CHCH=CH、および−(CHCH=CH(CHCH=CHである。
2としては、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、炭素数2〜9のアルケニルオキシが挙げられる。これら基のアルキル鎖は、直鎖であることが好ましい。アルキル鎖が直鎖であると、液晶相の温度範囲を広くすることができ、粘度を小さくすることができる。またアルケニルとしては、その立体配置がトランス配置であることが好ましい。アルケニルにおいて複数の二重結合がある場合には、共役していない物が好ましい。
アルキルとしては、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、および−C1021が挙げられ;
アルケニルとしては、−CH=CH、−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CH(CHCH=CH、および−(CHCH=CH(CHCH=CHが挙げられ;
アルコキシとしては、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC11、−OC13、−OC15、−OC17、および−OC19が挙げられ;
アルコキシアルキルとしては、−CHOCH、−CHOC、−(CHOCH、および−(CHOCが挙げられ;
アルケニルオキシとしては、−OCHCH=CH、−OCHCH=CHCH、および−OCHCH=CHCが挙げられ;
これらRの中でも、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13、−C15、−C17、−C19、−C1021、−CH=CH、−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CH(CHCH=CH、−(CHCH=CH(CHCH=CH、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC10、−OC13、−OC15、−OC17、および−OC19、が好ましい。
より好ましいRは、−CH、−C、−C、−C、−C11、−C13−CH=CH、−CH=CHCH、−CH=CHC、−(CHCH=CH、−CH=CHC、−(CHCH=CHCH、−(CHCH=CH、−CH=CH(CHCH=CH、−(CHCH=CH(CHCH=CH、−OCH、−OC、−OC、−OC、および−OC10である。
式(1)において、環A、環A、および環Aは、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−3,6−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリミジン−3,6−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、またはピリジン−3,6−ジイルであり、これらの環において任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよい。
これらの環が1,4−シクロヘキシレンであるときには、屈折率異方性(Δn)を小さくし、粘度を小さくすることができ、さらに、この液晶性化合物を液晶組成物に添加すると、ネマチック相の上限温度を高くすることができる。
またこれらの環が、水素がハロゲンで置き換えられてもよい1,4−フェニレンであるときには、屈折率異方性(Δn)を比較的大きくすることができるとともに、配向秩序パラメーターを大きくすることができる。
環A、環A、および環Aとしては、これらの中でも、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイルが好ましい。
式(1)において、Z、Z、Z、およびZは独立して、単結合または−(CH−であり、液晶相の温度範囲を広くし、粘度を下げる観点からは、Z、Z、ZおよびZは単結合が好ましい。
k、m、およびnは独立して、0または1であり、kとmとnの和は1である。
式(1)において、mが1であり、環Gがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり、環Aが2−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり、Zが単結合であるとき、誘電率異方性(Δε)の絶対値が低下する。これは、(A)図のような結合時において、
Figure 2010095506

安定なコンフォメーションではピランの酸素と環Aのフッ素が逆向きとなり、双極子モーメントが相殺されるので、誘電率異方性(Δε)が小さくなるためである。
したがって、mが1であり、環Gがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであり、環Aが、2−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、Zは−CHCH−が好ましい。
同様に、kが1であり、環Gがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであるときは、Zは−CHCH−が好ましく、
Figure 2010095506
kが1であり、環Gがテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり、環Aが、3−フルオロ−1,4−フェニレンまたは2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、Zは−CHCH−が好ましく、
Figure 2010095506
また、nが1であり、環Aがテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであるとき、Zは−CHCH−が好ましい。
Figure 2010095506

環Gがテトラヒドロピラン−2,5−ジイルであるとき、Zは−CHCH−が好ましい。
これら式(1)で示される液晶性化合物は、末端基RおよびR、環A、環Aおよび環A、結合基Z、Z、Z、およびZを上記範囲で適宜選択することにより、屈折率異方性(Δn)、誘電率異方性(Δε)などの物性を所望の物性に調整することも可能である。
式(1)で示される液晶性化合物の好ましい例としては、式(1−1−1)〜(1−1−2)、(1−2−1)〜(1−2−2)、および(1−3−1)〜(1−3−2)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 2010095506

式中、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;Rは炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり、;
環A、環Aおよび環Aは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、3−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり、;
、Z、およびZは独立して、単結合または−CHCH−である
式(1)で示される液晶性化合物は、該式中のR、R、環A、環A、環A、Z、Z、Z、およびZに所定の基を導入することにより得られるが、このような基の導入は公知の一般的な有機合成法により行い得る。代表的な合成例は、新実験化学講座 14 有機化合物の合成と反応(1978年)丸善 あるいは第四版 実験化学講座 19〜26 有機合成I〜VIII (1991)丸善 等に記載の方法をあげることができる。
結合基Z、Z、Z、および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)および(1B)は、式(1)で示される液晶性化合物に相当する。
Figure 2010095506
Figure 2010095506
(I)単結合の生成
アリールホウ酸(21)と公知の方法で合成される化合物(22)とを、炭酸塩水溶液とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で反応させて化合物(1A)を合成する。この化合物(1A)は、公知の方法で合成される化合物(23)にn−ブチルリチウムを、次いで塩化亜鉛を反応させ、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムのような触媒の存在下で化合物(22)を反応させることによっても合成される。
(II)−(CH−の生成
一価の有機基MSG2を有する有機ハロゲン化合物(24)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。これら調製したグリニャール試薬あるいはリチウム塩と、アルデヒド誘導体(25)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、対応する化合物(26)を得る。ついで得られた化合物(26)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(1B)を合成する。
有機ハロゲン化合物(24)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、アルデヒド誘導体(27)を得る。ついで、得られたアルデヒド(27)と、ホスホニウム塩(28)をカリウムt−ブトキシド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(26)を得る。ついで得られた化合物(26)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(1B)を合成する。
次に式(1)で表されるテトラヒドロピラン化合物を合成する方法の一例をスキームに示す。はじめにオキセタン骨格を有する中間体(30)を合成するスキームを説明し、次いで合成中間体(30)を出発物質としたテトラヒドロピラン−3,6−ジイル化合物(36)を合成する方法の一例を述べる。
Figure 2010095506
化合物(27)〜(30)において、Qは式(1)の構造単位である。構造単位はスキームに示した。これらの化合物におけるR、AおよびZの記号の意味は、項1に記載した記号の意味と同一である。
すなわち、化合物(28)は、化合物(27)とLDA(リチウムジイソプロピルアミド)を反応させた後、酢酸エチルと反応させることによって合成する。これらの反応は、好ましくはテトラヒドロフラン溶媒中、−65℃以下の温度で行った後、室温までゆっくり昇温させる。化合物(29)は化合物(28)と水素化ホウ素ナトリウムの反応によって合成する。この反応はエタノール溶媒中、室温から50℃までの間の温度で行うのが好ましい。化合物(29)をテトラヒドロフラン溶媒中、−5℃から5℃の間の温度で、n−ブチルリチウムと反応させた後、p−塩化トルエンスルホニルと反応させる。さらに次いでn−ブチルリチウムを加えた後、反応液の温度を沸点までゆっくり昇温することによって、化合物(30)を得る。これらの反応は各反応の間を十分にあけ、各試薬の当量を丁度1当量用いるのが好ましい。
出発物である化合物(27)は有機合成化学の方法に従って容易に合成することができる。
次に化合物(36)に関する合成法の一例を示す。
Figure 2010095506
化合物(30)から化合物(34)において、QまたはQは式(1)の構造単位である。構造単位はスキームに示した。これらの化合物におけるR、R、A、A、A、Z、Z、Z、およびZ4の記号の意味は、項1に記載した記号の意味と同一である。
すなわち、化合物(32)は結合基Z、環Aの種類によって、合成法が異なる。合成法の例として2つあげる。
方法A:化合物(32)は、化合物(31)とn−ブチルリチウムを反応させた後、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体の共存下、化合物(30)と反応させることによって合成する。この反応は、好ましくはテトラヒドロフラン溶媒中、−65℃以下の温度で行う。
方法B:化合物(34)は、化合物(33)とLDA(リチウムジイソプロピルアミド)を反応させた後、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体の共存下、化合物(30)と反応させることによって合成する。この反応は、好ましくはテトラヒドロフラン溶媒中、−65℃以下の温度で行う。ついで、化合物(34)をジクロロメタン溶媒中、トリフルオロ酢酸と室温で反応させることにより化合物(32)を得る。
化合物(35)は、化合物(32)とDIBAL(水素化ジイソプロピルアルミニウム)反応の反応によって合成する。この反応は好ましくは、トルエン溶媒中、−50℃以下の温度で行う。化合物(36)は、化合物(35)をジクロロメタン溶媒中、トリエチルシラン、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体の共存下、−50℃以下の温度で反応させることによって合成する。
化合物(31)および化合物(33)は有機合成化学の方法に従って容易に合成することができる。
本発明の液晶組成物は、式(1)で示される化合物を成分Aとして含む必要がある。この成分Aのみの組成物、または成分Aと本明細書中で特に成分名を示していないその他の成分との組成物でもよいが、この成分Aに以下に示す成分B、C、DおよびEから選ばれた成分を加えることにより種々の特性を有する液晶組成物が提供できる。
成分Aに加える成分として、式(2)、(3)および(4)からなる群から選ばれた少なくとも1つの化合物からなる成分B、および/または式(5)からなる群から選ばれた少なくとも1つの化合物からなる成分C、および/または式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)および(11)からなる群から選ばれた少なくとも1つの化合物からなる成分Dを混合したものが好ましい。さらに式(12)、(13)および(14)からなる群から選ばれた少なくとも1つの化合物からなる成分Eを混合することによりしきい値電圧、液晶相温度範囲、屈折率異方性値、誘電率異方性値および粘度等を調整することができる。
また、液晶組成物の各化合物は、任意の同位体元素からなる類縁体でもその物理特性に大きな差異がない。
成分Bのうち、式(2)で示される化合物の好適例として式(2−1)〜(2−16)を挙げることができ、式(3)で示される化合物の好適例として式(3−1)〜(3−112)を挙げることができ、式(4)で示される化合物の好適例として式(4−1)〜(4−54)を挙げることができる。
Figure 2010095506
Figure 2010095506
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Figure 2010095506
Figure 2010095506
Figure 2010095506
Figure 2010095506
Figure 2010095506
(式中、R、X1は前記と同じ意味を表す)
これらの式(2)〜(4)で示される化合物すなわち成分Bは、誘電率異方性値が正であり、熱安定性や化学的安定性が非常に優れているので、TFT用およびPSA用の液晶組成物を調製する場合に用いられる。液晶組成物における成分Bの含有量は、液晶組成物の全重量に対して1〜99重量%の範囲が適するが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また式(12)〜(14)で表される化合物(成分E)をさらに含有させることにより粘度調整をすることができる。
式(5)で示される化合物すなわち成分Cのうちの好適例として、式(5−1)〜(5−64)を挙げることができる。
Figure 2010095506
Figure 2010095506
Figure 2010095506
(式中、RおよびX2は前記と同じ意味を表す)
式(5)において、oが2のときの2つの環Cは、同じであっても、異なっていてもよい。
これらの式(5)で示される化合物すなわち成分Cは、誘電率異方性値が正でその値が非常に大きいのでSTN,TN用、PSA用の液晶組成物を調製する場合に主として用いられる。この成分Cを含有させることにより、組成物のしきい値電圧を小さくすることができる。また、粘度の調整、屈折率異方性値の調整および液晶相温度範囲を広げることができる。さらに急峻性の改良にも利用できる。
STNまたはTN用の液晶組成物を調製する場合には、成分Cの含有量は0.1〜99.9重量%の範囲が適用できるが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。また、後述の成分を混合することによりしきい値電圧、液晶相温度範囲、屈折率異方性値、誘電率異方性値及び粘度などを調整できる。
式(6)〜(11)からなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物からなる成分Dは、垂直配向モ−ド(VAモ−ド)、高分子支持配向モード(PSAモ−ド)などに用いられる誘電率異方性が負の液晶組成物を調製する場合に、好ましい成分である。
この式(6)〜(11)で示される化合物(成分D)の好適例として、それぞれ式(6−1)〜(6−6)、(7−1)〜(7−15)、(8−1)、(9−1)〜(9−3)、(10−1)〜(10−11)、および(11−1)〜(11−10)を挙げることができる。
Figure 2010095506
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(式中、R,Rは前記と同じ意味を表す)
これら成分Dの化合物は主として誘電率異方性の値が負であるVAモ−ド、PSAモード用の液晶組成物に用いられる。その含有量を増加させると組成物のしきい値電圧が低くなるが、粘度が大きくなるので、しきい値電圧の要求値を満足している限り含有量を少なくすることが好ましい。しかしながら、誘電率異方性値の絶対値が5程度であるので、含有量が40重量%より少なくなると電圧駆動ができなくなる場合がある。
成分Dのうち式(6)で表される化合物は2環化合物であるので、主としてしきい値電圧の調整、粘度調整または屈折率異方性値の調整の効果がある。また、式(7)および式(8)で表される化合物は3環化合物であるので透明点を高くする、ネマチックレンジを広くする、しきい値電圧を低くする、屈折率異方性値を大きくするなどの効果が得られる。また、式(9)、(10)および(11)はしきい値電圧を低くするなどの効果が得られる。
成分Dの含有量は、VAモ−ド、PSAモード用の組成物を調製する場合には、組成物全量に対して好ましくは40重量%以上、より好ましくは50〜95重量%である。また、成分Dを混合することにより、弾性定数をコントロ−ルし、組成物の電圧透過率曲線を制御することが可能となる。成分Dを誘電率異方性値が正である組成物に混合する場合はその含有量が組成物全量に対して30重量%以下が好ましい。
式(12)、(13)および(14)で表わされる化合物(成分E)の好適例として、それぞれ式(12−1)〜(12−11)、(13−1)〜(13−19)、および(14−1)〜(14−6)を挙げることができる。
Figure 2010095506
Figure 2010095506
(式中、RおよびRは前記と同じ意味を表す)
式(12)〜(14)で表される化合物(成分E)は、誘電率異方性値の絶対値が小さく、中性に近い化合物である。式(12)で表される化合物は主として粘度調整または屈折率異方性値の調整の効果があり、また式(13)および(14)で表される化合物は透明点を高くするなどのネマチックレンジを広げる効果、または屈折率異方性値の調整の効果がある。
成分Eで表される化合物の含有量を増加させると液晶組成物のしきい値電圧が高くなり、粘度が低くなるので、液晶組成物のしきい値電圧の要求値を満たす限り、含有量は多いほうが望ましい。TFT用、PSA用の液晶組成物を調製する場合に、成分Eの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。また、TN用、STN用またはPSA用の液晶組成物を調製する場合には、成分Eの含有量は、組成物全量に対して好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上である。
液晶組成物は、式(1)で示される化合物の少なくとも1つを0.1〜99重量%の割合で含有することが、優良な特性を発現せしめるために好ましい。
液晶組成物の調製は、公知の方法、例えば必要な成分を高温度下で溶解させる方法などにより一般に調製される。また、用途に応じて当業者によく知られている添加物を添加して、例えばつぎに述べるような光学活性化合物、または重合可能な化合物、重合開始剤を含む液晶組成物、染料を添加したGH型用の液晶組成物を調製することができる。通常、添加物は当該業者によく知られており、文献などに詳細に記載されている。
液晶組成物は、前述の本発明の液晶組成物にさらに1つ以上の光学活性化合物を含有してもよい。
光学活性化合物として、公知のキラルド−プ剤を添加する。このキラルド−プ剤は液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を調整し、逆ねじれを防ぐといった効果を有する。キラルド−プ剤の例として以下の光学活性化合物(Op−1)〜(Op−8)を挙げることができる。
Figure 2010095506
液晶組成物は、通常これらの光学活性化合物を添加して、ねじれのピッチを調整する。ねじれのピッチはTFT用およびTN用の液晶組成物であれば40〜200μmの範囲に調整するのが好ましい。STN用の液晶組成物であれば6〜20μmの範囲に調整するのが好ましい。また、双安定TN(Bistable TN)モ−ド用の場合は、1.5〜4μmの範囲に調整するのが好ましい。また、ピッチの温度依存性を調整する目的で2つ以上の光学活性化合物を添加してもよい。
液晶組成物は、メロシアニン系、スチリル系、アゾ系、アゾメチン系、アゾキシ系、キノフタロン系、アントラキノン系、テトラジン系などの二色性色素を添加すれば、GH型用の液晶組成物として使用することもできる。
液晶組成物は、ネマチック液晶をマイクロカプセル化して作製したNCAPや、液晶中に三次元網目状高分子を形成して作製したポリマ−分散型液晶表示素子(PDLCD)例えばポリマ−ネットワ−ク液晶表示素子(PNLCD)用をはじめ、複屈折制御(ECB)型やDS型用の液晶組成物としても使用できる。
また、液晶組成物は重合可能な化合物を添加してPSA(Polymer sustained alignment)型用の液晶組成物として使用することもできる。重合可能な化合物の例はアクリレート、メタクリレート、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテル、エポキシ、ビニルケトン、およびオキセタンなどの重合可能な基を有する化合物である。重合可能な化合物は、好ましくは光重合開始剤などの適切な開始剤存在下でUV照射などにより重合する。重合のための適切な条件、開始剤の適切なタイプ、および適切な量は、当業者には既知であり、文献に記載されている。例えば光重合開始剤であるIrgacure651(登録商標)、Irgacure184(登録商標)、またはDarocure1173(登録商標)(Ciba Japan K.K.)がラジカル重合に対して適切である。
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、各実施例中において、Cは結晶を、SAはスメクチックA相を、SBはスメクチックB相を、SXは相構造未解析のスメクチック相を、Nはネマチック相を、Iは等方相を示し、相転移温度の単位はすべて℃である。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例によっては制限されない。なお特に断りのない限り、「%」は「重量%」を意味する。
得られた化合物は、H−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。まず分析方法について説明をする。
H−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、CDCl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。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0.22mm、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280℃、検出器(FID)部分の温度を280℃に設定した。
試料はトルエンに溶解して、1重量%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0.32mm、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重量%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重量%は、分析サンプル中の各ピークの面積%に対応をしている。
〔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重量%と母液晶85重量%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〉−〈母液晶の重量%〉×〈母液晶の測定値〉)/〈液晶性化合物の重量%〉
液晶性化合物と母液晶との割合がこの割合であっても、25℃でスメクチック相である場合、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重量%:90重量%、5重量%:95重量%、1重量%:99重量%の順に変更をしていき、25℃でスメクチック相でなくなった組成、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の組成は以下のとおりである。
Figure 2010095506
なお、液晶組成物の物性値を測定する試料としては、液晶組成物そのものを用いた。
〔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(Standardsof Electric Industries Association of Japan)EIAJ・ED−2521Aに記載された方法、またはこれを修飾した方法である。また、測定に用いたTN素子またはVA素子には、TFTを取り付けなかった。
測定値のうち、液晶性化合物単体そのものを試料として得られた値と、液晶組成物そのものを試料として得られた値は、そのままの値を実験データとして記載した。化合物を母液晶に混合し試料として得られた場合には、外挿法で得られた値を外挿値とした。
相構造および転移温度(℃)
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、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)、転移温度を決定した。
以下、結晶はCと表した。結晶の区別がつく場合は、それぞれCまたはC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S、またはSと表した。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転移温度(CN)が50.0℃であり、ネマチック相から液体への転移温度(NI)が100.0℃であることを示す。他の表記も同様である。
ネマチック相の上限温度(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(液晶組成物、または液晶化性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重量%、15重量%、10重量%、5重量%、3重量%、および1重量%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(バルク粘度;η;20℃で測定;mPa・s)
粘度が小さいと応答時間が小さくなるという特徴がある。
粘度は、E型回転粘度計を用いて測定した。
粘度(回転粘度;γ1;25℃で測定;mPa・s)
回転粘度が小さいと応答時間が小さくなるという特徴がある。
測定はM. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 3
7 (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(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れた。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。
なお、この計算に必要な誘電率異方性(Δε)は、下記誘電率異方性(Δε)で測定した値を用いた。
屈折率異方性(Δn;25℃で測定)
測定は、25℃の温度下で、波長589nmの光を用い、接眼鏡に偏光板を取り付けた
アッベ屈折計により行った。主プリズムの表面を一方向にラビングしたあと、試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を主プリズムに滴下した。屈折率(n‖)は偏光の方向がラビングの方向と平行であるときに測定した。屈折率(n⊥)は偏光の方向がラビングの方向と垂直であるときに測定した。屈折率異方性(Δn)の値は、(Δn)=(n‖)−(n⊥)
の式から算出した。
誘電率異方性(Δε;25℃で測定)
よく洗浄したガラス基板にオクタデシルトリエトキシシラン(0.16ml)のエタノール(20ml)溶液を塗布した。ガラス基板をスピンナーで回転させたあと、150℃で1時間加熱した。2枚のガラス基板から、間隔(セルギャップ)が20μmであるVA素子を組み立てた。
同様の方法で、ガラス基板にポリイミドの配向膜を調製した。得られたガラス基板の配向膜にラビング処理をした後、2枚のガラス基板の間隔が9μmであり、ツイスト角が80度であるTN素子を組み立てた。
得られたVA素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5ボルト(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を測定した。
また、得られたTN素子に試料(液晶組成物、または液晶性化合物と母液晶との混合物)を入れ、0.5ボルト(1kHz、サイン波)を印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を測定した。
誘電率異方性(Δε)の値は、(Δε)=(ε‖)−(ε⊥)の式から算出した。
<液晶性化合物の合成例>
[実施例1] 5−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン(No.1)の合成
Figure 2010095506
第一工程
窒素雰囲気下の反応器中、トランス−4−プロピルシクロヘキサンカンボン酸(1)500.0gにトルエン1000mlを加え、50℃に加熱し、ピリジン0.70ml、塩化チオニル360.0gを加え3時間攪拌した。その後、常圧蒸留にて未反応の塩化チオニルおよびトルエンを留去した。残留物を減圧蒸留(83℃、3mmHg)することにより、トランス−4−プロピルシクロヘキサンカンボン酸クロライド(2)531.7gを得た(収率98%)。
第二工程
窒素雰囲気下の反応器中、ジイソプロピルアミン162.9gにTHF1000mlを加えた。溶液を−40℃以下に保ち、n−ブチルリチウムを滴下し、30分攪拌した。その後、溶液を−65℃以下に冷却し、酢酸エチル141.9g、次いで第一工程で得られたトランス−4−プロピルシクロヘキサンカンボン酸クロライド(2)189.9gのTHF200ml溶液を滴下した。室温までゆっくり昇温しながら攪拌した後、反応液を飽和塩化アンモニウム水溶液でクエンチした。その後、水1000mlを加えて分液した。水相をトルエン500mlで3回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:300g、溶離液:トルエン)にて精製し、3−オキソ−3−(トランス−4−プロピル−シクロヘキシル)−プロピオン酸エチルエステル(3)220gを得た(収率90%)。
第三工程
窒素雰囲気下の反応器中、水素化ホウ素ナトリウム45gのエタノール500ml懸濁液に、第二工程で得られた(3−オキソ−3−(トランス−4−プロピル−シクロヘキシル)−プロピオン酸エチルエステル(3)220.0gのエタノール300ml溶液を50℃以下で滴下し、室温で5時間攪拌した。水1000mlでクエンチし酢酸エチル500mlを加え分液した。水相を酢酸エチル500mlで2回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:500g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=50/50(体積比))にて精製し、1−(トランス−4−プロピル−シクロヘキシル)−プロパン−1,3−ジオール(4)135gを得た(収率67%)。
第四工程
窒素雰囲気下の反応器中、第三工程で得られた1−(トランス−4−プロピル−シクロヘキシル)−プロパン−1,3−ジオール(4)229.3gにTHF1000mlを加えた。−5℃前後の温度で、反応液にn−ブチルリチウム(1.63M n−ヘキサン溶液)702mlを滴下し、30分攪拌した後、p−塩化トルエンスルホン酸218.2gのTHF1000ml溶液を滴下した。反応液を30分攪拌後、−5℃前後の温度でn−ブチルリチウム(1.63M n−ヘキサン溶液)702mlを滴下し、反応液を徐々に還流温度まで加熱した。ガスの発生が収まったら、反応液を室温まで冷やし飽和塩化アンモニウム水溶液でクエンチし、水1000ml加えて分液した。水相をトルエン500mlで3回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:200g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=90/10(体積比))にて処理後、減圧蒸留(71〜74℃、3mmHg)することにより、2−(トランス−4−プロピル−シクロヘキシル)−オキセタン(5)145g(収率70%)を得た。
第五工程
窒素雰囲気下の反応器中、一般的なカップリング反応によって合成された4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(6)39.25gにTHF400ml加えた。溶液を−65℃以下に冷却し、sec−ブチルリチウム(1.08M シクロヘキサン,n−ヘキサン溶液)141.3mlを滴下した。反応液を−65℃以下で1時間攪拌後、N,N,−ジメチルホルムアミド21.2gを滴下し、室温までゆっくり昇温した。飽和塩化アンモニウム水溶液でクエンチし、水500mlを加え分液した。トルエン200mlで2回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:30g、溶離液:トルエン)にて処理し、4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−カルボアルデヒド(7)30g(収率70%)を得た。
第六工程
窒素雰囲気下の反応器中、メトキシメチルトリフェニルホスホニウムクロリド26.8gにTHF150mlをくわえ、−20℃に冷却し、カリウムt−ブトキシド10.1gを加え1時間撹拌した。ここへ第五工程で得られた4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−カルボアルデヒド(7)17.9gのTHF100ml溶液を滴下し、1時間撹拌した。反応混合物を室温まで昇温し、水200mlを加え分液した。水相をトルエン100mlで3回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:20g、溶離液:トルエン)にて精製し、4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(2−メトキシビニル)ビフェニル(8)18.5gを得た(収率94.5%)。
第七工程
第六工程で得られた4−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(2−メトキシビニル)ビフェニル(8)18.5gをアセトン200mlに溶解させ、塩酸(6M)200mlを加え、室温で1時間撹拌した。水200mlを加え、トルエン100mlで3回抽出した。有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下にて溶媒を留去し、2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)アセトアルデヒド(9)17.2gを得た(収率97.2%)。
第八工程
第七工程で得られた2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)アセトアルデヒド(9)17.2gをアセトン150mlに溶かし、氷欲で冷やした。この溶液にジョーンズ試薬(2.67M)35mlを加えた。2h攪拌後、イソプルピルアルコール10mlを加え、30分攪拌した。反応液をセライトろ過し、ろ液に水200ml、酢酸エチル100mlを加えて分液した。水相を酢酸エチル50mlで3回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。逆抽出により精製し、2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)酢酸(10)13.6gを得る(収率75.2%)。
第九工程
第八工程で得られた2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)酢酸(10)2.0gにTHF50mlを加えた。溶液を−5℃に冷やし、n−ブチルリチウム(1.59M n−ヘキサン溶液)7.66mlを滴下し、滴下終了後、反応液を室温まで戻し30分攪拌した。ついでこの溶液を−65℃に冷やし、2−(トランス−4−プロピル−シクロヘキシル)−オキセタン(5)1.0gのTHF5ml溶液、三フッ素化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.86gを滴下した。反応液を室温まで戻した後、10%ギ酸水溶液100mlを加え、分液した。水相をトルエン20mlで3回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:200g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=90/10(体積比))にて精製し、3−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−6−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン−2−オン(11)2.35g得た(収率86.1%)。
第十工程
第九工程で得られた3−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−6−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン−2−オン(11)2.35gにトルエン20ml加えた。−50℃以下で水素化ジイソブチルアルミニウムトルエン溶液(0.99M)9.6mlを滴下し3時間攪拌した。反応液を10%ギ酸水溶液50mlに注ぎ、分液した。水相をトルエン20mlで2回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下にて溶媒を留去し、3−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−6−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン−2−オール(12)2.29g得た(収率99%)。
第十一工程
第十工程で得られた3−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−6−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン−2−オール(12)2.29gにジクロロメタン30ml加えた。溶液に−30℃でトリエチルシラン1.93g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体2.37gを滴下した。3時間攪拌後、水30mlを加え分液し、有機相を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:200g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=80/20(体積比))、再結晶(ヘプタン/酢酸エチル=90/10(体積比))により精製し、5−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン(13)0.8g得た(収率36%)。
H−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、5−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン(13)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.1−6.9(m,3H)、6.80(t,1H)、4.17(q,2H)、4.09−4.05(m,1H)、3.46(t,1H)、3.19(tt,1H)、3.13−3.08(m,1H)、2.09−2.03(m,1H)、2.00−1.93(m,1H)、1.85−1.7(m,5H)、1.55−1.45(m,4H)、1.43−0.97(m,8H)、0.95−0.83(m,5H)
得られた化合物(13)すなわち化合物No.1の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 100.3 N 263.9 Iso。
[実施例2] 5−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−(4−ペンチルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン(No.573)の合成
実施例1の第9工程で用いた2−(トランス−4−プロピル−シクロヘキシル)−オキセタン(5)の変わりに、2−(トランス−4−ペンチル−シクロヘキシル)−オキセタン3.8gを用い、同様な反応や後処理をすることにより、5−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−(4−ペンチルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン(No.573)1.9gを得た(総収率16.2%)。
H−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、5−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−(4−ペンチルシクロヘキシル)テトラヒドロピラン(No.573)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.10−6.96(m,3H)、6.80(t,1H)、4.17(q,2H)、4.11−4.04(m,1H)、3.46(t,1H)、3.19(tt,1H)、3.14−3.08(m,1H)、2.10−2.03(m,1H)、2.01−1.93(m,1H)、1.87−1.71(m,5H)、1.55−1.45(m,4H)、1.43−1.13(m,10H)、1.13−0.96(m,2H)、0.95−0.83(m,5H)
得られた化合物No.573の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 98.7 N 256.2 Iso。
[実施例3] 2−プロピル−5−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン(No.217)の合成
Figure 2010095506
第一工程
2−(2,2’−3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)酢酸(15)4.0gにTHF40mlを加えた。溶液を−5℃に冷やし、n−ブチルリチウム(1.65M n−ヘキサン溶液)11.87mlを滴下し、滴下終了後、反応液を室温まで戻し30分攪拌した。ついでこの溶液を−65℃に冷やし、2−プロピルオキセタン(14)0.89gのTHF2ml溶液、三フッ素化ホウ素ジエチルエーテル錯体1.39gを滴下した。反応液を室温まで戻した後、10%ギ酸水溶液100mlを加え、分液した。水相をトルエン20mlで3回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:20g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=90/10(体積比))にて精製し、6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン(16)4.18gを得た(収率80.0%)。
第二工程
第一工程で得られた6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン(16)4.18gにトルエン50ml加えた。−50℃以下で水素化ジイソブチルアルミニウムトルエン溶液(0.99M)12.5mlを滴下し3時間攪拌した。反応液を10%ギ酸水溶液50mlに注ぎ、分液した。水相をトルエン20mlで2回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下にて溶媒を留去し、6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オール(17)4.2gを得た(収率99%)。
第三工程
第二工程で得られた6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オール(17)4.2gにジクロロメタン40ml加えた。溶液に−30℃でトリエチルシラン1.01g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体1.82gを滴下した。3時間攪拌後、水40mlを加え分液し、有機相を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:200g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=80/20(体積比))、再結晶(ヘプタン/酢酸エチル=90/10(体積比))により精製し、2−プロピル−5−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン(18)1.8g得た(収率44.3%)。
H−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(18)が、2−プロピル−5−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン(18)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.10−6.88(m,4H)、4.10−4.04(m,1H)、3.49(dd,1H)、3.42−3.34(m,1H)、3.26−3.17(tt,1H)、2.93−2.83(tt,1H)、2.08−2.01(m,1H)、1.94−1.77(m,6H)、1.64−1.19(m,12H)、1.16−1.05(m,2H)、0.97−0.88(m,6H)
得られた化合物(18)すなわち化合物No.217の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 106.1 N 231.7 Iso。
[実施例4] 2−ペンチル−5−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−プロピルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン(No.574)の合成
Figure 2010095506
第一工程
2−(2,2’−3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−ペンチルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)酢酸(19)1.42gにTHF20mlを加えた。溶液を−5℃に冷やし、n−ブチルリチウム(1.57M n−ヘキサン溶液)4.13mlを滴下し、滴下終了後、反応液を室温まで戻し30分攪拌した。ついでこの溶液を−65℃に冷やし、2−プロピルオキセタン(14)0.32gのTHF1ml溶液、三フッ素化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.51gを滴下した。反応液を室温まで戻した後、10%ギ酸水溶液30mlを加え、分液した。水相をトルエン10mlで3回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:20g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=50/50(体積比))にて精製し、6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−ペンチルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン(20)1.2gを得た(収率71.2%)。
第二工程
第一工程で得られた6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−ペンチルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン(20)1.2gにトルエン10ml加えた。−50℃以下で水素化ジイソブチルアルミニウムトルエン溶液(0.99M)3.49mlを滴下し3時間攪拌した。反応液を10%ギ酸水溶液15mlに注ぎ、分液した。水相をトルエン10mlで2回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下にて溶媒を留去し、6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−ペンチルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オール(21)1.2gを得た(収率98%)。
第三工程
第二工程で得られた6−プロピル−3−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−ペンチルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オール(21)1.2gにジクロロメタン10ml加えた。溶液に−30℃でトリエチルシラン0.27g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体0.49gを滴下した。3時間攪拌後、水10mlを加え分液し、有機相を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:20g、溶離液:ヘプタン/酢酸エチル=50/50(体積比))、再結晶(ヘプタン/酢酸エチル=90/10(体積比))により精製し、2−ペンチル−5−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−プロピルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン(22)0.3gを得た(収率25.8%)。
H−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(22)が、2−ブチル−5−(2,2’,3,3’−テトラフルオロ−4’−(6−プロピルテトラヒドロ−2H−ピラン−3−イル)ビフェニル−4−イル)テトラヒドロ−2H−ピラン(22)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.09−6.99(m,4H)、4.10−4.04(dt,2H)、3.48(dd,2H)、3.42−3.31(m,2H)、3.26−3.17(tt,2H)、2.09−2.01(m,2H)、1.89−1.77(m,4H)、1.63−1.24(m,14H)、0.97−0.93(t,3H)、0.93−0.88(t,3H)
得られた化合物(22)すなわち化合物No.574の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 50.0 N 173.0 Iso。
[実施例5] 2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(No.43)の合成
Figure 2010095506
第一工程
窒素雰囲気下の反応器中、1−(2−メトキシビニル)−4−プロピルシクロヘキサン(23)5.09g、1−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)プロパ−2−エン−1−オン(24)3.65gをTHF20mlに溶解し、塩化亜鉛2.73gを加え室温で45時間攪拌した。トルエン40ml、水40mlを加え、分液した。有機相を5%炭酸水素ナトリウム水溶液、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:100g、溶離液:ヘプタン/トルエン=50/50(体積比))で精製し、6−(4’−エトキシ−2,2’−3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−メトキシ−3−(4−プロピルシクロヘキシル)−3,4−ジヒドロ−2H−ピラン(25)5.29gを得た(収率67%)。
第二工程
第一工程で得られた6−(4’−エトキシ−2,2’−3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−メトキシ−3−(4−プロピルシクロヘキシル)−3,4−ジヒドロ−2H−ピラン(25)3.59gをトルエン18ml、イソプロピルアルコール(IPA)18mlに溶解し、5%−Pd/C0.18gを加え、水素雰囲気下、室温で12時間攪拌した。ろ過により5%−Pd/Cを除き、減圧下にて溶媒を留去することにより、6−(4’−エトキシ−2,2’−3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−メトキシ−3−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(26)3.60gを得た(収率99%)。
第三工程
第二工程で得られた6−(4’−エトキシ−2,2’−3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−2−メトキシ−3−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(26)16.4gをジクロロメタン65mlに溶解した。溶液を0℃以下に冷やし、トリエチルシラン7.28g、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体8.88gを滴下した。3時間攪拌後、水30mlを加え分液し、有機相を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:30g、溶離液:トルエン=)、再結晶(ソルミックスA−11)により精製し、2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(27)9.93gを得た(収率65%)。
H−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、2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(27)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.32−7.27(t,1H)、7.14−7.07(t,1H)、7.05−6.99(dt,1H)、6.83−6.78(dt,1H)、4.61(d,1H)、4.21−4.14(m,3H)、3.37(t,1H)、2.05−1.94(m,2H)、1.82−1.70(m,4H)、1.60−0.80(m,19H)
得られた化合物(27)すなわち化合物No.43の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 112.9 N 273.8 Iso。
[実施例6] 2−(2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)エチル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(No.72)の合成
Figure 2010095506
第一工程
窒素雰囲気下の反応容器中、マグネシウム片0.30gにTHF5mlを加え、ヨウ素を微量加える。そこに4−(2−ブロモエチル)−4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル(29)4.60gのTHF5ml溶液を50℃以下でゆっくり滴下した。滴下終了後、室温で30分攪拌した。次いで反応液を−30℃以下に冷やし、5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オン(20)2.46gのTHF5ml溶液を滴下した。反応液を室温で5時間攪拌後、飽和塩化アンモニウム水溶液でクエンチし、水20mlを加え分液した。トルエン10mlで2回抽出し、有機層をあわせて水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:20g、溶離液:トルエン/酢酸エチル=70/30(体積比))にて処理し、2−(2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)エチル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オール(30)2.7gを得た(収率47.1%)。
第二工程
第一工程で得られた2−(2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)エチル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン−2−オール(30)2.7gをトルエン20mlに溶かし、塩化−パラ−トルエンスルホン酸25mgを加えた。反応容器にDean−Starkコンデンサーを取り付け、3時間還流した。冷却後、反応液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下にて溶媒を留去することにより、6−(2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)エチル)−3−(4−プロピルシクロヘキシル)−3,4−ジヒドロ−2H−ピラン(31)2.5gを得た(収率95.9%)。
第三工程
第二工程で得られた6−(2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)エチル)−3−(4−プロピルシクロヘキシル)−3,4−ジヒドロ−2H−ピラン(31)2.5gをトルエン5ml、IPA5mlに溶解し、5%−Pd/C125mgを加え、水素雰囲気下、室温で12時間攪拌した。ろ過により5%−Pd/Cを除き、減圧下にて溶媒を留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:20g、溶離液:トルエン)、再結晶(ヘプタン/トルエン=50/50(体積比))により精製し、2−(2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)エチル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(32)0.7gを得た(収率30.1%)。
H−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、2−(2−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)エチル)−5−(4−プロピルシクロヘキシル)テトラヒドロ−2H−ピラン(32)であることが同定できた。なお、測定溶媒はCDClである。
化学シフトδ(ppm);7.06−6.98(m,3H)、6.83−6.77(dt,1H)、4.17(q,2H)、4.08−4.03(m,1H)、3.22−3.10(m,2H)、2.91−2.82(m,1H)、2.80−2.71(m,1H)、1.92−1.85(m,1H)、1.84−1.63(m,7H)、1.49(t,3H)、1.40−1.08(m,8H)、1.04−0.76(m,8H)
得られた化合物(32)すなわち化合物No.72の相転移温度は以下の通りであった。
相転移温度:C 67.2 N 193.5 Iso。
実施例1から実施例6に記載した合成法に準じて、以下の化合物No.1〜No.574が製造できる。
Figure 2010095506
Figure 2010095506
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Figure 2010095506
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Figure 2010095506
Figure 2010095506
Figure 2010095506
Figure 2010095506
Figure 2010095506
[比較例1]
特開2000−8040号公報(特許文献3)に記載の合成方法により合成した化合物(b) 15重量%と、母液晶A 85重量%を含有する液晶組成物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(b)の物性の外挿値を算出した。その外挿値は以下のとおりであった。
上限温度(NI)=121.3℃;誘電率異方性(Δε)=−7.3;屈折率異方性(Δn)=0.107;粘度(η)=61.4mPa・s.
[比較例2]
特開2000−38585号公報(特許文献4)に記載の化合物4−(4’−エトキシ−2,2’,3,3’−テトラフルオロビフェニル−4−イル)−4’−プロピルビ(シクロヘキサン)(c) 15重量%と、母液晶A 85重量%を含有する液晶組成物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(c)の物性の外挿値を算出した。その外挿値は以下のとおりであった。
上限温度(NI)=229.3℃;誘電率異方性(Δε)=−8.28;屈折率異方性(Δn)=0.162;粘度(η)=83.5mPa・s.
[実施例7]
化合物No.1 15重量%と、母液晶A 85重量%を含有する液晶組成物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化合物No.1の物性の外挿値を算出した。その外挿値は以下のとおりであった。
上限温度(NI)=195.3℃;誘電率異方性(Δε)=−9.66;屈折率異方性(Δn)=0.165;粘度(η)=114.7mPa・s
比較例1の化合物(b)および比較例2の化合物(c)と、実施例1の化合物No.1とを比較することにより、本発明の化合物No.1が負に大きい誘電率異方性(Δε)を有している点で優れていることがわかった。
<液晶組成物の例>
本発明の代表的な組成物を実施例8〜25にまとめた。最初に、組成物の成分である化合物とその量(重量%)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。
Figure 2010095506
[実施例8]
3−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2(No.1) 8%
3−HH−5 (12−1) 5%
3−HH−4 (12−1) 10%
3−HH−O1 (12−1) 6%
3−HH−O3 (12−1) 6%
3−HB−O1 (12−5) 5%
3−HB−O2 (12−5) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 10%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−2 (7−1) 4%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 4%
3−HHEH−3 (13−13) 5%
3−HHEH−5 (13−13) 5%
4−HHEH−3 (13−13) 5%
NI=83.6℃;Δn=0.078;Δε=−3.4
[実施例9]
5−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.573) 3%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)B−3 (No.227)3%
3−HB−O1 (12−5) 15%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 6%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
3−HHB−1 (13−1) 6%
[実施例10]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)dh−3
(No.257) 5%
3−HB−O1 (12−5) 10%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 12%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
6−HEB(2F,3F)−O2 (6−6) 6%
[実施例11]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)H−3
(No.217)9%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 22%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 22%
2−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 2%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 3%
4−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 2%
5−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 2%
3−HBB(2F,3CL)−O2 (7−13) 9%
V−HHB−1 (13−1) 6%
3−HHB−3 (13−1) 6%
3−HHEBH−3 (14−6) 3%
3−HHEBH−4 (14−6) 3%
3−HHEBH−5 (14−6) 3%
NI=93.7℃;Δn=0.100;η=30.3mPa・s;Δε=−4.1
[実施例12]
3−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.1) 7%
3−HH−4 (12−1) 15%
3−HB−O2 (12−5) 12%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 15%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 15%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 5%
2−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 9%
3−HHB−1 (13−1) 3%
3−HHB−3 (13−1) 4%
3−HHB−O1 (13−1) 3%
NI=85.3℃;TC≦−20℃;Δn=0.102;η=27.6mPa・s;Δε=−3.5.
上記組成物100部に光学活性化合物(Op−5)を0.25部添加したときのピッチは61.2μmであった。
[実施例13]
5−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.573) 3%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)dh−3
(No.257) 3%
2−HH−3 (12−1) 5%
3−HH−O1 (12−1) 4%
3−HH−O3 (12−1) 5%
5−HH−O1 (12−1) 4%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 12%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 11%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 14%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 15%
3−HHB(2F,3F)−2 (7−1) 24%
[実施例14]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)B−3 (No.227)5%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)H−3 (No.217)5%
3−HH−5 (12−1) 5%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HH−O1 (12−1) 6%
3−HH−O3 (12−1) 6%
3−HB−O1 (12−5) 5%
3−HB−O2 (12−5) 5%
3−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 10%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 10%
3−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 12%
5−HHB(2F,3F)−O2 (7−1) 13%
3−HHB(2F,3F)−2 (7−1) 4%
2−HHB(2F,3F)−1 (7−1) 4%
3−HHEH−3 (13−13) 5%
[実施例15]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)dh−3
(No.257) 6%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)H−3
(No.217) 6%
2−H2H−3 (12−3) 5%
3−H2H−V (12−3) 17%
3−HBBH−5 (14−1) 3%
1O1−HBBH−4 (14−1) 3%
5−HBB(F)B−2 (14−5) 3%
V−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 7%
5−HB(2F,3F)−O2 (6−1) 7%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 12%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 12%
3−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 8%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 8%
2−BB(2F,3F)B−3 (8−1) 3%
[実施例16]
5−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.573) 5%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)B−3
(No.227) 5%
2−BEB(F)−C (5−14) 5%
3−BEB(F)−C (5−14) 4%
4−BEB(F)−C (5−14) 12%
1V2−BEB(F,F)−C (5−15) 9%
3−HB−O2 (12−5) 8%
3−HH−4 (12−1) 5%
3−HHB−F (3−1) 3%
3−HHB−1 (13−1) 8%
3−HHB−O1 (13−1) 4%
3−HBEB−F (3−37) 4%
3−HHEB−F (3−10) 6%
5−HHEB−F (3−10) 5%
3−H2BTB−2 (13−17) 4%
3−H2BTB−3 (13−17) 4%
3−H2BTB−4 (13−17) 4%
3−HB(F)TB−2 (13−18) 5%
[実施例17]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)H−3
(No.217) 8%
2−HB−C (5−1) 5%
3−HB−C (5−1) 12%
3−HB−O2 (12−5) 15%
2−BTB−1 (12−10) 3%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−1 (13−1) 8%
3−HHB−O1 (13−1) 5%
3−HHB−3 (13−1) 14%
3−HHEB−F (3−10) 4%
5−HHEB−F (3−10) 4%
2−HHB(F)−F (3−2) 4%
3−HHB(F)−F (3−2) 4%
5−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 5%
NI=106.2℃;Δn=0.106;η=23.7mPa・s;Δε=3.5
[実施例18]
5−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.573) 7%
5−HB−CL (2−2) 16%
3−HH−4 (12−1) 12%
3−HH−5 (12−1) 4%
3−HHB−F (3−1) 4%
3−HHB−CL (3−1) 3%
4−HHB−CL (3−1) 4%
3−HHB(F)−F (3−2) 8%
4−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HHB(F)−F (3−2) 7%
7−HHB(F)−F (3−2) 7%
5−HBB(F)−F (3−23) 4%
1O1−HBBH−5 (14−1) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 2%
4−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
4−HH2BB(F,F)−F (4−15) 3%
NI=121.7℃;Δn=0.097;η=26.0mPa・s;Δε=2.8
[実施例19]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)B−3
(No.227) 5%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)H−3
(No.217) 6%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 9%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
4−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 20%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−H2BB(F,F)−F (3−27) 5%
5−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
5−HHEBB−F (4−17) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 2%
1O1−HBBH−4 (14−1) 4%
1O1−HBBH−5 (14−1) 4%
[実施例20]
5−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.573) 12%
5−HB−CL (2−2) 11%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−HHB−1 (13−1) 5%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 8%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 13%
5−HBB(F,F)−F (3−24) 10%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
5−HHEB(F,F)−F (3−12) 3%
2−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
5−HBEB(F,F)−F (3−39) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 6%
NI=98.1℃;Δn=0.108;η=32.2mPa・s;Δε=6.3
[実施例21]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)B−3
(No.227) 4%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)H−3
(No.217) 4%
3−HB−CL (2−2) 6%
5−HB−CL (2−2) 4%
3−HHB−OCF3 (3−1) 5%
3−H2HB−OCF3 (3−13) 5%
5−H4HB−OCF3 (3−19) 14%
V−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−HHB(F)−F (3−2) 5%
5−HHB(F)−F (3−2) 5%
3−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 8%
5−H4HB(F,F)−CF3 (3−21) 10%
5−H2HB(F,F)−F (3−15) 5%
5−H4HB(F,F)−F (3−21) 7%
2−H2BB(F)−F (3−26) 3%
3−H2BB(F)−F (3−26) 5%
3−HBEB(F,F)−F (3−39) 5%
[実施例22]
5−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.573) 8%
5−HB−CL (2−2) 3%
7−HB(F)−F (2−3) 7%
3−HH−4 (12−1) 9%
3−HH−EMe (12−2) 15%
3−HHEB−F (3−10) 8%
5−HHEB−F (3−10) 8%
3−HHEB(F,F)−F (3−12) 10%
4−HHEB(F,F)−F (3−12) 5%
4−HGB(F,F)−F (3−103) 5%
5−HGB(F,F)−F (3−103) 6%
2−H2GB(F,F)−F (3−106) 4%
3−H2GB(F,F)−F (3−106) 5%
5−GHB(F,F)−F (3−109) 7%
NI=89.7℃;Δn=0.072;η=28.7mPa・s;Δε=5.0
[実施例23]
5−HDhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.573) 5%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)B−3
(No.227) 5%
3−HH−4 (12−1) 8%
3−HHB−1 (13−1) 6%
3−HHB(F,F)−F (3−3) 10%
3−H2HB(F,F)−F (3−15) 9%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 15%
3−BB(F,F)XB(F,F)−F (3−97) 25%
1O1−HBBH−5 (14−1) 7%
2−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
3−HHBB(F,F)−F (4−6) 3%
3−HH2BB(F,F)−F (4−15) 4%
[実施例24]
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)B−3
(No.227) 3%
3−DhB(2F,3F)B(2F,3F)H−3
(No.217) 5%
3−HB―CL (2−2) 13%
3−HB−O2 (12−5) 10%
3−PyB(F)−F (2−15) 10%
5−PyB(F)−F (2−15) 10%
3−HBB(F,F)−F (3−24) 7%
3−PyBB−F (3−80) 8%
3−PyBB−F (3−80) 7%
3−PyBB−F (3−80) 7%
5−HBB(F)B−2 (14−5) 10%
5−HBB(F)B−3 (14−5) 10%
[実施例25]
3−HdhB(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.43) 3%
3−Hdh2B(2F,3F)B(2F,3F)−O2
(No.72) 5%
2−HH−5 (12−1) 3%
3−HH−4 (12−1) 10%
3−HH−5 (12−1) 4%
3−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 15%
5−H2B(2F,3F)−O2 (6−4) 15%
3−HHB(2F,3CL)−O2 (7−12) 5%
2−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 3%
3−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 9%
5−HBB(2F,3F)−O2 (7−7) 6%
3−HHB−1 (13−1) 3%
3−HHB−3 (13−1) 4%
3−HHB−O1 (13−1) 3%
3−HB−O2 (12−5) 12%
NI=83.2℃;Δn=0.099;η=26.7mPa・s;Δε=−3.2
本発明は、他の液晶性化合物との相溶性に優れ、負に大きな誘電率異方性(Δε)の値を有する液晶性化合物を提供する。
また、本発明は、この液晶性化合物を成分として、その化合物を構成する環、置換基などを適当に選択することにより、所望の物性を有する特徴を備えた新たな液晶組成物を提供し、さらにこの液晶組成物を用いて構成した液晶表示素子を提供する。

Claims (32)

  1. 式(1)で表される化合物。
    Figure 2010095506

    式(1)において、RおよびRは独立して、水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり、これらのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、およびアルケニルオキシにおいて、任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
    環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−3,6−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリミジン−3,6−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、またはピリジン−3,6−ジイルであり、これらの環において任意の水素はフッ素で置き換えられていてもよく;
    環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
    、Z、Z、およびZは独立して、単結合または−(CH−であり;
    k、m、およびnは独立して、0または1であり、k+m+nは1である。
  2. 式(1)において、RおよびRが独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数1〜9のアルコキシ、炭素数2〜9のアルコキシアルキル、または炭素数2〜9のアルケニルオキシであり;
    環A、環A、および環Aは独立して、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンである請求項1に記載の化合物。
  3. 式(1)において、RおよびRが独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシである請求項2に記載の化合物。
  4. 式(1)において、Z、Z、Z、およびZの少なくとも1つが単結合である請求項1または3に記載の化合物。
  5. 式(1)において、Z、Z、Z、およびZが単結合である請求項1または3に記載の化合物。
  6. 式(1−1)で表される化合物。
    Figure 2010095506

    式(1−1)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
    環Aは、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
    およびZは独立して、単結合または−(CH−である。
  7. 式(1−1)において、ZおよびZの少なくとも1つが単結合である請求項6に記載の化合物。
  8. 式(1−1)において、ZおよびZが単結合である請求項6に記載の化合物。
  9. 式(1−1)において、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である請求項6に記載の化合物。
  10. (1−1)において、Rが炭素数1〜10のアルキル、Rが炭素数1〜9のアルコキシであり、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である請求項6に記載の化合物。
  11. 式(1−2)で表される化合物。
    Figure 2010095506

    式(1−2)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
    環Aは、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
    およびZ2は独立して、単結合または−(CH−である。
  12. 式(1−2)において、ZおよびZの少なくとも1つが単結合である請求項11に記載の化合物。
  13. 式(1−2)において、ZおよびZが単結合である請求項11に記載の化合物。
  14. 式(1−2)において、環A1が1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である請求項11に記載の化合物。
  15. 式(1−2)において、Rが炭素数1〜10のアルキルであり、Rが炭素数1〜9のアルコキシであり、環A1が1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である請求項11に記載の化合物。
  16. 式(1−3)で表される化合物。
    Figure 2010095506

    式(1−3)において、RおよびRは独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜9のアルケニル、または炭素数1〜9のアルコキシであり;
    環Aは、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−フェニレン、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル、テトラヒドロピラン−3,6−ジイル、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2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであり;
    環Gは、テトラヒドロピラン−2,5−ジイルまたはテトラヒドロピラン−3,6−ジイルであり;
    およびZは独立して、単結合または−(CH−である。
  17. 式(1−3)において、ZおよびZの少なくとも1つが単結合である請求項16に記載の化合物。
  18. 式(1−3)において、ZおよびZが単結合である請求項16に記載の化合物。
  19. 式(1−3)において、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である請求項16に記載の化合物。
  20. 式(1−3)において、Rが炭素数1〜10のアルキルであり、Rが炭素数1〜9のアルコキシであり、環Aが1,4−シクロヘキシレンであり、ZおよびZが単結合である請求項16に記載の化合物。
  21. 請求項1〜20のいずれかに記載の化合物を少なくとも1つ含有することを特徴とする、2つ以上の化合物からなる液晶組成物。
  22. 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つの化合物を含有する、請求項21に記載の液晶組成物。
    Figure 2010095506

    式(2)〜(4)において、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、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、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、1−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てもよい1,4−フェニレンであり;
    およびZは独立して、−(CH22−、−(CH24−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    およびLは独立して、水素またはフッ素である。
    式(4)において、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンであるとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではなく、環Bおよび環Bが共に2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレンでありZが単結合のとき、環Bは1−ピラン−2,5−ジイルではない。
  23. 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つの化合物を含有する、請求項21に記載の液晶組成物。
    Figure 2010095506

    式(5)において、Rは、炭素数1〜10のアルキルまたは炭素数2〜10のアルケニルであり、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、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、1−ピラン−2,5−ジイル、またはピリミジン−2,5−ジイルであり;
    は、−(CH22−、−COO−、−CF2O−、−OCF2−、−C≡C−、−CHO−、または単結合であり;
    およびLは独立して、水素またはフッ素であり;
    oは、0、1または2であり、pは0または1である。
  24. 式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)および(11)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つの化合物を含有する、請求項21に記載の液晶組成物。
    Figure 2010095506

    式(6)〜(11)において、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、環D、環D、および環Dは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキセニレン、任意の水素がフッ素で置き換えられてもよい1,4−フェニレン、6−ピラン−2,5−ジイル、またはデカヒドロ−2,6−ナフタレンであり;
    、Z、Z10、およびZ11は独立して、−(CH22−、−COO−、−CHO−、−OCF−、−OCF(CH22−、または単結合であり;
    およびLは独立して、フッ素または塩素であり;
    q、r、s、t、u、およびvは独立して、0または1であり、r+s+t+uは1または2である。
  25. 式(12)、(13)および(14)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つの化合物を含有する、請求項21に記載の液晶組成物。
    Figure 2010095506

    式(12)〜(14)において、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、このアルキルおよびアルケニルにおいて、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;
    12およびZ13は独立して、−C≡C−、−COO−、−(CH22−、−CH=CH−、または単結合である。
  26. 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22に記載の液晶組成物。
  27. 式(12)、(13)および(14)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22に記載の液晶組成物。
  28. 式(12)、(13)および(14)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23に記載の液晶組成物。
  29. 式(12)、(13)および(14)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24に記載の液晶組成物。
  30. 少なくとも1つの光学活性化合物および/または重合可能な化合物をさらに含有する、請求項21〜29のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  31. 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さらに含有する請求項21〜30のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  32. 請求項21〜31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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