JPWO2015115589A1 - ハロゲン原子で置換された重合性化合物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、液晶配向剤に用いられる溶媒や液晶への溶解性を向上させた、ハロゲン原子で置換された重合性化合物を提供する。本発明は、下記式[1](式中、Arはハロゲン置換基を少なくとも1つ有する芳香族環を含有する二価の有機基であり、n1とn2は各々独立に1〜10の整数である。ハロゲン基としてはF基が好ましい)で表され、ハロゲン置換基を少なくとも1つ有する芳香族環を含有する重合性化合物、該重合性化合物と、ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも一種の重合体とを含有する液晶配向剤を提供する。【化1】【選択図】なし

Description

本発明は、ハロゲン原子で置換された重合性化合物、並びにハロゲン原子で置換された重合性化合物を含む液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子に関する。
基板に対して垂直に配向している液晶分子を電界によって応答させる方式(垂直配向(VA)方式ともいう)の液晶表示素子の中には、その製造過程において液晶分子に電圧を印加しながら紫外線を照射する工程を含むものがある。
このような垂直配向方式の液晶表示素子では、あらかじめ液晶組成物中に光重合性化合物を添加し、ポリイミド等の垂直配向膜と共に用いて、液晶セルに電圧を印加しながら紫外線を照射することで、液晶の応答速度を速くする技術(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)が知られている(PSA(Polymer sustained Alignment)型液晶ディスプレイ)。
通常、電界に応答した液晶分子の傾く方向は、基板上に設けられた突起や表示用電極に設けられたスリットなどによって制御されているが、液晶組成物中に光重合性化合物を添加し液晶セルに電圧を印加しながら紫外線を照射することにより、液晶分子の傾いていた方向が記憶されたポリマー構造物が液晶配向膜上に形成されるので、突起やスリットのみで液晶分子の傾き方向を制御する方法と比べて、液晶表示素子の応答速度が速くなるといわれている。
また、光重合性化合物を液晶組成物中ではなく液晶配向膜中に添加することによっても、液晶表示素子の応答速度が速くなることが報告されている(SC−PVA型液晶ディスプレイ)(例えば、非特許文献2参照)。
一方、添加光重合性化合物としてはある種の重合性モノマーが知られている(特許文献2〜6)。
特開2003−307720号公報 特開2008−239873号公報 特開2011−84477号公報 特開2012−240945号公報 特表2013−509457号公報 英国特許出願公開GB2297549A号公報
K.Hanaoka,SID 04 DIGEST、P.1200-1202 K.H Y.-J.Lee,SID 09 DIGEST、P.666-668
しかしながら、液晶表示素子の応答速度をさらに速くすることが望まれている。ここで、光重合性化合物の添加量を多くすることにより液晶表示素子の応答速度を速くすることが考えられるが、従来の光重合性化合物は、液晶配向剤に用いられる溶媒に溶解しにくいという性質を有する。そのため、液晶配向剤を保存する際に、該光重合性化合物が析出するという保存安定性の問題が生じる。また、未溶解の光重合性化合物が残留すると不純物となり、液晶表示素子の信頼性を低下させる原因となる可能性がある。例えば、液晶表示素子に焼きつきや残像が生じ、表示品位を低下させる可能性がある。
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決することにある。
具体的には、本発明の目的は、液晶配向剤や液晶への溶解性を向上させた重合性化合物を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ハロゲン原子で置換された母核を有する新規重合性化合物を用いることで、ワニス中での保存安定性向上、さらには液晶への溶解性が向上することを見出した。
本発明はかかる知見に基づくもので、以下の要旨を有する。
1.ハロゲン原子で少なくとも一置換されているアリール基と、2個のα−メチレン−γ−ブチロラクトン基を有する重合性化合物。
2.下記の式[1]で表されることを特徴とする重合性化合物。
Figure 2015115589
式[1]中、Arは、ハロゲン置換基を少なくとも1つ有する芳香族環を含有する二価の有機基であり、n1とn2は各々独立に1〜10の整数である。
3.式[1]中、Arは下記式[2]乃至[4]で表される構造からなる重合性化合物。(Xはハロゲン基を示し、特にフッ素基が好ましい。m〜mは各々独立に0〜4の整数であり、m7およびmは各々独立に0〜3の整数であり、m+mは1以上8以下であり、m+m+mは1以上12以下であり、m+m+mは1以上10以下である)
Figure 2015115589
4.Xがフッ素基を示す上記1〜3のいずれかに記載の重合性化合物。
5.式[2]乃至[4]中、Xはフッ素基を示し、m+mは1以上3以下であり、m+m+mは1以上4以下であり、m+m+mは1以上3以下である上記4記載の化合物。
6.下記式[5]乃至[7]で表される化合物からなる群から選ばれる重合性化合物。(n1は1〜10の整数である。)
Figure 2015115589
7.下記式[1−1]〜[1−5]で表される重合性化合物。
Figure 2015115589
7−1.上記式[1−6]で表される重合性化合物。
8.上記1〜7のいずれかに記載の重合性化合物と、ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも一種の重合体とを含有する液晶配向剤。
本発明によれば、ハロゲン置換基を少なくとも1つ有する芳香族環を含有する二価の有機基と2個のα−メチレン−γ−ブチロラクトン基を有する重合性化合物を液晶配向膜材料の構成成分として用いた場合に、高い配向固定化能力を有し、且つ、ワニス中での保存安定性向上、さらには液晶への溶解性が向上する。
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
<重合性化合物>
本発明の重合性化合物は、下記の式[1]で表される。
Figure 2015115589
式[1]中、Arは、ハロゲン置換基を少なくとも1つ有する芳香族環を含有する二価の有機基であり、n1とn2は各々独立に1〜10の整数である。
合成のしやすさから、n1とn2は同じであることが好ましい。
Arとしては、下記式[2]乃至[4]で表されるものが好ましい。
Figure 2015115589
式中、Xはハロゲン基を示し、特にフッ素基が好ましい。m〜mは各々独立に0〜4の整数であり、m7およびmは各々独立に0〜3の整数であり、m+mは1以上8以下であり、m+m+mは1以上12以下であり、m+m+mは1以上10以下である。
式[2]乃至[4]において、Xはフッ素基を示し、m+mは1以上3以下であり、m+m+mは1以上4以下であり、m+m+mは1以上3以下であるのが、合成のしやすさや経済性などから好ましい。いずれも、特に、1以上2以下であるのが好ましい。また、溶解性の点から、Xの置換位置は、Arが非対称になるような置換位置であることが好ましい。
前記式[1]で表される本発明の重合性化合物は、有機合成化学における手法を組み合わせることによって合成することができ、その合成法は特に限定されない。例えば下記[反応式1]に示すように、ハロゲン化アリール[2-A]〜[2-D]と有機金属試薬[3-A]〜[3-B]、遷移金属触媒を用いるクロスカップリング反応させることにより対応する母核[4-A]〜[4-C]を合成した後、塩基存在下で対応するハロゲン化物[8]と反応させてエーテル化合物[9]を合成し、金属試薬を用いてアクリル酸誘導体[10]と反応させることにより製造することができる。
Figure 2015115589
Ar1及びAr、Arはそれぞれ独立して、芳香族環を有する二価の有機基であり、ArとAr、Arの少なくとも1つにはハロゲン置換基を少なくとも1つ有する。当該ハロゲン基としてはF原子が好ましい。MはB(OH)または4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イルである。HalはCl又はBr、I、OTfである。PGはジメチルアセタール基、ジエチルアセタール基、1,3−ジオキサン基、1,3−ジオキソラン基である。nは1〜10の整数である。XはCl、Br又はIである。XはCl又はBrである。なお、本明細書において、Tfはトリフレート基、すなわち、トリフルオロメルスルホニル基を表す。
<クロスカップリング反応、F含有ビアリール化合物>
F含有ビアリール化合物[4−A]としては、以下のビフェニル化合物[4−1]〜[4−42]、及び、フェニルナフチル化合物[4−43]〜[4−58]が挙げられる。
Figure 2015115589
上記[4−1]〜[4−41]のようなF基含有ビフェニル化合物[4−A]は、下記に示すように、ハロゲン化アリール[2−A]と有機金属試薬[3−A]、金属触媒を用いるクロスカップリング反応させることにより得ることができる。
Figure 2015115589
式中、XはF、HalはBr、I又OTfを表す。MはB(OH)または4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イルを表す。
上記クロスカップリング反応(鈴木-宮浦反応)で表されるハロゲン化アリール[2−A]とボロン酸誘導体[3−A]の使用量は特に限定されないが、ハロゲン化アリール[2−A]1当量に対して、ボロン酸誘導体[3−A]を1.0〜1.5当量使用することが好ましい。また、ボロン酸誘導体[3−A]1当量に対して、ハロゲン化アリール[2−A]を1.0〜1.5当量使用してもよい。
上記カップリング反応(鈴木-宮浦反応)は、適当な金属錯体と配位子を触媒として使用する。場合によっては、配位子なしでも反応が進行する。通常、パラジウム錯体やニッケル錯体が使用される。触媒としては、種々の構造のものを用いることができるが、いわゆる低原子価のパラジウム錯体又はニッケル錯体を用いることが好ましく、特に3級ホスフィンや3級ホスファイトを配位子とするゼロ価錯体が好ましい。また、反応系中で容易にゼロ価錯体に変換される適当な前駆体を用いることもできる。さらに、反応系中で、3級ホスフィンや3級ホスファイトを配位子として含まない錯体と、3級ホスフィンや3級ホスファイトとを混合し、3級ホスフィンや3級ホスファイトを配位子とする低原子価錯体を発生させることもできる。配位子である3級ホスフィン又は3級ホスファイトとしては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ-o-トリルホスフィン、ジフェニルメチルホスフィン、フェニルジメチルホスフィン、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン、1,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン、1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン、トリメチルホスファイト、トリエチルホスファイト、トリフェニルホスファイト等が挙げられ、これらの配位子の2種以上を混合して含む錯体も好適に用いられる。触媒として、3級ホスフィンや3級ホスファイトを含まないパラジウム錯体及び3級ホスフィンや3級ホスファイトを含む錯体と、前記した配位子と、を組み合わせて用いることも好ましい態様である。上記配位子に組み合わせて用いられる、3級ホスフィンや3級ホスファイトを含まない錯体としては、ビス(ベンジリデンアセトン)パラジウム、トリス(ベンジリデンアセトン)ジパラジウム、ビス(アセトニトリル)ジクロロパラジウム、ビス(ベンゾニトリル)ジクロロパラジウム、酢酸パラジウム、塩化パラジウム、塩化パラジウム-アセトニトリル錯体、パラジウム−活性炭、塩化ニッケル、ヨウ化ニッケル等が挙げられ、また3級ホスフィンや3級ホスファイトを既に配位子として含む錯体としては、ジメチルビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、ジメチルビス(ジフェニルメチルホスフィン)パラジウム、(エチレン)ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、ビス(トリフェニルホスフィン)ジクロロパラジウム、[1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケル(II)ジクロリド、[1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン]ニッケル(II)ジクロリド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらパラジウム錯体及びニッケル錯体の使用量は、いわゆる触媒量で良く、一般的には、基質に対して20モル%以下で十分であり、通常10モル%以下である。
塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、燐酸ナトリウム、燐酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウムなどの無機塩基やメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ピリジン、イミダゾール、キノリン、コリジンなどのアミン類の他、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸リチウムなども使用できる。
溶媒としては、当該反応条件下において安定であって、不活性で反応を妨げないもの。水、アルコール類、アミン類、非プロトン性極性有機溶媒(DMF、DMSO、DMAc、NMPなど)、エーテル類(EtO、i−PrO、TBME、CPME、テトラヒドロフラン、ジオキサンなど)、脂肪族炭化水素類(ペンタン、へキサン、ヘプタン、石油エーテルなど)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、テトラリンなど)、ハロゲン系炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタンなど)、低級脂肪酸エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等)が使用できる。これらの溶媒は、反応の起こり易さなどを考慮して適宜選択することができ、この場合、上記溶媒は1種単独で又は2種以上混合して用いることができる。
反応温度は、特に限定されないが、通常、−90〜200℃、好ましくは−50〜150℃、より好ましくは40〜120℃である。
反応時間は、通常、0.05〜100時間、好ましくは0.5〜40時間、より好ましくは0.5〜24時間である。
上記のようにして得られたF含有ビフェニル化合物[4−A]は、反応後にスラリー洗浄、再結晶、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製することにより高純度化することができる。
洗浄に用いる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類、及び、これらの混合物が挙げられる。
再結晶に用いる溶媒としては、F含有ビフェニル化合物[4−A]が加熱時に溶解し冷却時に析出すれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類及び、これらの混合物が挙げられ、好ましくは、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサンである。
化合物[4−42]は市販品として購入可能である。
Figure 2015115589
上記[4−43]〜[4−50]のようなF含有フェニルナフチル化合物[4−A]は、下記に示すように、ハロゲン化アリール[2−A]と有機金属試薬[3−A]をPd等の金属触媒を用いるクロスカップリング反応させることにより得ることができる。
Figure 2015115589
式中、XはFを表す。MはB(OH)または4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イルを表す。
上記クロスカップリング反応で表されるハロゲン化アリール[2−A]とボロン酸誘導体[3−A]の使用量は特に限定されないが、ハロゲン化アリール[2−A]1当量に対して、ボロン酸誘導体[3−A]を1.0〜1.5当量使用することが好ましい。また、ボロン酸誘導体[3−A]1当量に対して、ハロゲン化アリール[2−A]を1.0〜1.5当量使用してもよい。
上記カップリング反応は、適当な金属錯体と配位子を触媒として使用する。触媒や配位子の種類はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
塩基としては、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
溶媒は、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
反応温度は、特に限定されないが、通常、−90〜200℃、好ましくは−50〜150℃、より好ましくは40〜120℃である。
反応時間は、通常、0.05〜100時間、好ましくは0.5〜40時間、より好ましくは0.5〜24時間である。
上記のようにして得られたF含有フェニルナフチル化合物[4−A]は、反応後にスラリー洗浄、再結晶、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製することにより高純度化することができる。その方法はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
Figure 2015115589
上記[4−51]〜[4−58]のようなF含有フェニル-ナフチル化合物[4−A]は、下記に示すように、ハロゲン化アリール[2−A]と有機金属試薬[3−A]をPd等の金属触媒を用いるクロスカップリング反応させることにより得ることができる。
Figure 2015115589
式中、XはFを表す。MはB(OH)または4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イルを表す。
上記クロスカップリング反応で表されるハロゲン化アリール[2−A]とボロン酸誘導体[3−A]の使用量は特に限定されないが、ハロゲン化アリール[2−A]1当量に対して、ボロン酸誘導体を1.0〜1.5当量使用することが好ましい。また、ボロン酸誘導体[3−A]1当量に対して、ハロゲン化アリールを1.0〜1.5当量使用してもよい。
上記カップリング反応は、適当な金属錯体と配位子を触媒として使用する。触媒や配位子の種類はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
塩基としては、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
溶媒は、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
反応温度は、特に限定されないが、通常、−90〜200℃、好ましくは−50〜150℃、より好ましくは40〜120℃である。
反応時間は、通常、0.05〜100時間、好ましくは0.5〜40時間、より好ましくは0.5〜24時間である。
上記のようにして得られたF含有フェニルナフチル化合物[4−A]は、反応後にスラリー洗浄、再結晶、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製することにより高純度化することができる。その方法はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
<クロスカップリング反応、F含有ターフェニル化合物>
以下、[反応式1]のカップリング反応によって得られるF含有ターフェニル化合物[4−B]としては、以下の化合物が挙げられる。F含有ターフェニル化合物[4−B]は、3環構造中真中のベンゼン環(B)に対して左右のベンゼン環(A)が同じ構造である。
Figure 2015115589
Figure 2015115589
上記[4−59]〜[4−99]のようなF基含有ターフェニル化合物[4−B]は、下記に示すように、ハロゲン化アリール[2−B]と有機金属試薬[3−A]、金属触媒を用いるクロスカップリング反応させることにより得ることができる。
Figure 2015115589
式中、XはF、HalはBr、I又OTfを表す。MはB(OH)または4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イルを表す。
上記クロスカップリング反応で表されるハロゲン化アリール[2−B]とボロン酸誘導体[3−A]の使用量は特に限定されないが、ハロゲン化アリール[2−B]1当量に対して、ボロン酸誘導体[3−A]を2.0〜2.5当量使用することが好ましい。
上記カップリング反応は、適当な金属錯体と配位子を触媒として使用する。触媒や配位子の種類はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
塩基としては、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
溶媒は、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
反応温度は、特に限定されないが、通常、−90〜200℃、好ましくは−50〜150℃、より好ましくは40〜120℃である。
反応時間は、通常、0.05〜100時間、好ましくは0.5〜40時間、より好ましくは0.5〜24時間である。
上記のようにして得られたF含有ターフェニル化合物[4−B]は、反応後にスラリー洗浄、再結晶、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製することにより高純度化することができる。その方法はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
Cl、Br及びIから選ばれる異なる2つのハロゲン基を有するハロゲン化アリール[2−C]を原料として用いることにより、異なるボロン酸誘導体[3−A]及び[3−B]をそれぞれ導入することができ、下記に示すようなベンゼン環(A)とベンゼン環(C)の構造が異なるF含有ターフェニル化合物[4−C]を得ることができる。
Figure 2015115589
Figure 2015115589
Figure 2015115589
上記[4−100]〜[4−246]のようなF基含有ターフェニル化合物[4−C]は、下記に示すように、ハロゲン化アリール[2−C]と有機金属試薬[3−A]と、金属触媒を用いるクロスカップリング反応を行い、得られたハロゲン化アリール[2−D]と有機金属試薬[3−B]と再度クロスカップリング反応を行うことにより得ることができる。([反応式1]中、有機金属試薬[3−A]と有機金属試薬[3−B]は異なる構造を有する有機金属試薬である。)
Figure 2015115589
式中、XはFを表す。MはB(OH)または4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イルを表す。[3−A]と[3−B]は異なるボロン酸誘導体である。
上記クロスカップリング反応で表されるハロゲン化アリール[2−C]とボロン酸誘導体[3−A]の使用量は特に限定されないが、ハロゲン化アリール[2−C]1当量に対して、ボロン酸誘導体[3−A]を1.0〜1.2当量使用することが好ましい。また、続く2回目の鈴木―宮浦反応も同様の使用量が好ましい。
上記カップリング反応は、適当な金属錯体と配位子を触媒として使用する。触媒や配位子の種類はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
塩基としては、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
溶媒は、F含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
反応温度は、特に限定されないが、通常、−90〜200℃、好ましくは−50〜150℃、より好ましくは40〜120℃である。
反応時間は、通常、0.05〜100時間、好ましくは0.5〜40時間、より好ましくは0.5〜24時間である。
上記のようにして得られたF含有ターフェニル化合物[4−C]は、反応後にスラリー洗浄、再結晶、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製することにより高純度化することができる。その方法はF含有ビフェニル化合物合成法と同じである。
<F含有エーテル化反応>
F含有エーテル化合物[9]は、下記に示すように、フェノール性水酸基を含有する芳香族化合物[4−A]〜[4−C]とハロゲン化アルキル[8]を塩基存在下、必要に応じて添加剤の存在下で反応させることにより得ることができる。
Figure 2015115589
Ar1及びAr、Arはそれぞれ独立して、芳香族環を有する二価の有機基であり、ArとAr、Arの少なくとも1つにはハロゲン置換基を少なくとも1つ有する。当該ハロゲン基としてはF原子が好ましい。n1は1〜10の整数である。XはCl、BrまたはIであり、PGはジメチルアセタール基、ジエチルアセタール基、1,3−ジオキサン基または1,3−ジオキソラン基である。
上記反応式の塩基としては、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、燐酸ナトリウム、燐酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウムなどの無機塩基などが使用できる。好ましくは、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムである。
添加剤は、反応速度を促進する目的で使用することができる。当該添加剤としては、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、第4級アンモニウム塩、クラウンエーテルなどが使用できる。
溶媒としては、当該反応条件下において安定であって、不活性で反応を妨げないもの。水、アルコール類、アミン類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、非プロトン性極性有機溶媒(DMF、DMSO、DMAc、NMPなど)、エーテル類(EtO、i−PrO、TBME、CPME、テトラヒドロフラン、ジオキサンなど)、脂肪族炭化水素類(ペンタン、へキサン、ヘプタン、石油エーテルなど)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、テトラリンなど)、ハロゲン系炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタンなど)、低級脂肪酸エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等)が使用できる。これらの溶媒は、反応の起こり易さなどを考慮して適宜選択することができ、この場合、上記溶媒は1種単独で又は2種以上混合して用いることができる。好ましくは、アセトン、非プロトン性極性有機溶媒(DMF、DMSO、DMAc、NMPなど)である。
反応温度は、特に限定されないが、通常、−90〜200℃、好ましくは40〜150℃である。
反応時間は、通常、0.05〜100時間、好ましくは0.5〜60時間である。
上記のようにして得られたF含有エーテル化合物[9]は、反応後にスラリー洗浄、再結晶、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製することにより高純度化することができる。
洗浄に用いる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類、及び、これらの混合物が挙げられ、好ましくは、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類である。
再結晶に用いる溶媒としては、F含有エーテル化合物[9]が加熱時に溶解し冷却時に析出すれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類及び、これらの混合物が挙げられ、好ましくは、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、トルエン、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類、ヘキサンもしくはこれらの混合物である。
<ラクトン環合成反応>
α−メチレン−γ−ブチロラクトン化合物[1]は、有機合成化学における手法を組み合わせることによって合成することができ、その合成法は特に限定されない。下記に示すように、アルデヒド又はケトン、アセタール、ケタールと金属試薬、アクリル酸誘導体を酸性条件下で反応させることにより合成することができる(参考文献:例えばP.Talaga,M.Schaeffer,C.Benezra and J.L.Stampf,Synthesis,530(1990))。
Figure 2015115589
Ar1及びAr、Arはそれぞれ独立して、芳香族環を有する二価の有機基であり、ArとAr、Arの少なくとも1つにはハロゲン置換基を少なくとも1つ有する。当該ハロゲン基としてはF原子が好ましい。n1は1〜10の整数である。Rとしては水素原子又はC1−4アルキル基が挙げられる。PGはジメチルアセタール基、ジエチルアセタール基、1,3−ジオキサン基または1,3−ジオキソラン基である。XはClまたはBrである。
上記ラクトン環合成で表されるアクリル酸誘導体[10]としては、2-(クロロメチル)アクリル酸、2-(クロロメチル)アクリル酸メチル、2-(クロロメチル)アクリル酸エチル、2-(ブロモメチル)アクリル酸、2-(ブロモメチル)アクリル酸メチル、2-(ブロモメチル)アクリル酸エチルなどを使用することができる。
アクリル酸誘導体[10]の使用量は特に限定されないが、エーテル化合物[9]1当量に対して、アクリル酸誘導体を2.0〜2.5当量使用することが好ましい。
金属試薬としては、錫粉末、無水塩化錫、塩化錫二水和物、塩化錫五水和物などの錫系化合物、インジウム粉末、亜鉛粉末などが使用できる。
酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、塩化アンモニウムなどの無機酸水溶液、Amberlyst 15などの酸性樹脂、p-トルエンスルホン酸、酢酸、蟻酸などの有機酸が使用できる。
溶媒としては、当該反応条件下において安定であって、不活性で反応を妨げないもの。水、アルコール類、非プロトン性極性有機溶媒(DMF、DMSO、DMAc、NMPなど)、エーテル類(EtO、i−PrO、TBME、CPME、テトラヒドロフラン、ジオキサンなど)、脂肪族炭化水素類(ペンタン、へキサン、ヘプタン、石油エーテルなど)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、テトラリンなど)、ハロゲン系炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタンなど)、低級脂肪酸エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等)が使用できる。これらの溶媒は、反応の起こり易さなどを考慮して適宜選択することができ、この場合、上記溶媒は1種単独で又は2種以上混合して用いることができる。好ましくは、テトラヒドロフラン、水である。
反応温度は、特に限定されないが、通常、−90〜200℃、好ましくは20〜100℃である。
反応時間は、通常、0.05〜200時間、好ましくは0.5〜60時間である。
上記のようにして得られたα−メチレン−γ−ブチロラクトン化合物[1]は、反応後にスラリー洗浄、再結晶、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製することにより高純度化することができる。
洗浄に用いる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類、及び、これらの混合物が挙げられ、好ましくは、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類である。
再結晶に用いる溶媒としては、α−メチレン−γ−ブチロラクトン化合物[1]が加熱時に溶解し冷却時に析出すれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類及び、これらの混合物が挙げられ、好ましくは、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、トルエン、メタノール又はエタノール、2−プロパノール等のアルコール類、ヘキサンもしくはこれらの混合物である。
<液晶配向剤>
本願は、液晶配向剤や液晶への溶解性を向上させた重合性化合物を含有する液晶配向剤をも提供する。本願の液晶配向剤は、[I]前記式[1]で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の重合性化合物及び[II]ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも1つの重合体を含有する。
<[II]ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも1つの重合体>
[II]ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも1つの重合体としては、液晶配向剤に用いられる従来公知又は将来公知となり得るポリイミドやポリイミド前駆体を用いることができる。
[II]ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも一種の重合体は、PSA型液晶ディスプレイ用として、(I)液晶を垂直に配向させる側鎖;を有するのがよい。
<<(I)液晶を垂直に配向させる側鎖>>
(I)液晶を垂直に配向させる側鎖(以下、側鎖Aともいう)とは、液晶分子を基板に対して垂直に配向させる能力を有する側鎖であり、この能力を有していればその構造は限定されない。このような側鎖としては、例えば、長鎖のアルキル基やフルオロアルキル基、末端にアルキル基やフルオロアルキル基を有する環状基、ステロイド基などが知られており、本発明においても好適に用いられる。これらの基は、上記の能力を有している限りにおいて、ポリイミド又はポリイミド前駆体の主鎖に直接結合していてもよく、適当な結合基を介して結合していてもよい。
上記の側鎖Aは、例えば下記式(a)で表されるものが例示できる。
なお、式(a)中、l、m及びnはそれぞれ独立に0又は1の整数を表し、Rは炭素原子数2から6のアルキレン基、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、又は炭素原子数1から3のアルキレン−エーテル基を表し、R、R及びRはそれぞれ独立にフェニレン基又はシクロアルキレン基を表し、Rは水素原子、炭素原子数2から24のアルキル基又はフッ素含有アルキル基、芳香環、脂肪族環、複素環、又はそれらからなる大環状置換体を表す。
Figure 2015115589
式(a)中のRは炭素原子数2から6のアルキレン基、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、又は炭素原子数1から3のアルキレン−エーテル基を表す。この中でも合成の容易性の観点からは、−O−、−COO−、−CONH−、炭素原子数1から3のアルキレン−エーテル基が好ましい。
式(a)中のR、R及びRはそれぞれ独立にフェニレン基又はシクロアルキレン基を表す。合成の容易性及び、液晶を垂直に配向させる能力の観点から、下記表に示すl、m、n、R、R及びRの組み合わせが好ましい。
Figure 2015115589
式(a)中のRは水素原子又は炭素原子数2から24のアルキル基またはフッ素含有アルキル基、芳香環、脂肪族環、複素環、又はそれらからなる大環状置換体を表す。l、m、nの少なくとも一つが1である場合、Rの構造として好ましくは水素原子または炭素原子数2から14のアルキル基またはフッ素含有アルキル基であり、より好ましくは水素原子または炭素原子数2から12のアルキル基またはフッ素含有アルキル基である。
また、l、m、nがともに0である場合、Rの構造として好ましくは炭素原子数12から22のアルキル基またはフッ素含有アルキル基、芳香環、脂肪族環、複素環、又はそれらからなる大環状置換体であり、より好ましくは炭素原子数12から20のアルキル基またはフッ素含有アルキル基である。
液晶を垂直に配向させる能力は、上記した側鎖Aの構造によって異なるが、一般的に、ポリマー中に含有される側鎖Aの量が多くなると液晶を垂直に配向させる能力は上がり、少なくなると下がる。また、環状構造を含有する側鎖Aは、長鎖アルキル基の側鎖Aと比較して、少ない含有量でも液晶を垂直に配向させる傾向にある。
本発明に用いるポリイミド又はポリイミド前駆体中の側鎖Aの存在量としては、前記の液晶配向膜が、液晶を垂直に配向させることができる範囲であれば特に限定されない。但し、前記液晶配向膜を具備する液晶表示素子において、液晶の応答速度をより速くしたい場合は、垂直配向を保つことができる範囲内で、側鎖Aの存在量は可能な限り少ない方が好ましい。
[II]ポリイミド又はポリイミド前駆体は、SC−PVA型液晶ディスプレイ用として、上述の(I)液晶を垂直に配向させる側鎖;に加えて、(II)光反応性の側鎖;を有するのがよい。
<(II)光反応性の側鎖>
光反応性の側鎖(以下、側鎖Bともいう)とは、紫外線の照射によって反応し、共有結合を形成し得る官能基(以下、光架橋基とも言う)を有する架橋性側鎖、または、紫外線照射によりラジカルが発生する官能基を有する光ラジカル発生側鎖であり、この能力を有していればその構造は限定されない。
このような側鎖のうち、例えば光架橋基としてビニル基、アクリル基、メタクリル基、アントラセニル基、シンナモイル基、カルコニル基、クマリン基、マレイミド基、スチルベン基などを含有する側鎖などが知られており、本発明においても好適に用いられる。また、紫外線照射によりラジカルを発生する特定構造も好適に用いられる。これらの基は、上記の能力を有している限りにおいて、ポリイミド又はポリイミド前駆体の主鎖に直接結合していてもよく、適当な結合基を介して結合していてもよい。
上記側鎖Bは、例えば下記式(b−1)〜(b−3)で表されるものが例示できる。
式(b−1)中、Rは−CH−、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−、−CHO−、−N(CH)−、−CON(CH)−、−N(CH)CO−、のいずれかを表し、Rは環状、非置換またはフッ素原子によって置換されている炭素数1から炭素数20のアルキレンを表し、ここでアルキレンの任意の−CH−は−CF−又は−CH=CH−で置き換えられていてもよく、次に挙げるいずれかの基が互いに隣り合わない場合において、これらの基に置き換えられていてもよい;−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−、炭素環、複素環。Rは−CH−、−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−NH−、−N(CH)−、−CON(CH)−、−N(CH)CO−、炭素環、もしくは複素環のいずれかを表し、Rはスチリル基、−CR10=CH基、炭素環、複素環又は以下の式R9−1〜R9−31で表される構造を表し、R10は水素原子又はフッ素原子で置換されていてもよいメチル基を表す。
Figure 2015115589
Figure 2015115589
Figure 2015115589
Figure 2015115589
式(b−1)中のRで表される前記の結合基は通常の有機合成的手法で形成させることができるが、合成の容易性の観点から、−CH−、−O−、−COO−、−NHCO−、−NH−、−CHO−が好ましい。
式(b−1)中の前記Rの定義における炭素環、複素環としては、具体的には以下のような構造が挙げられるが、これに限定されるものではない。
Figure 2015115589
式(b−1)中のRで表される前記の結合基の中でも、合成のし易さの観点から−CH−、−O−、−COO−、−OCO−、NHCO−、−NH−、炭素環、もしくは複素環であることが好ましい。炭素環及び複素環の具体的な例としては、Rの定義における炭素環、複素環と同様である。
式(b−1)中のRはスチリル基、−CR10=CH、炭素環、複素環又は上記式R9−1〜R9−31で表される構造を表し、R10は水素原子又はフッ素原子で置換されていてもよいメチル基を表す。
この中でも、光反応性の観点から、Rがスチリル基、−CH=CH、−C(CH)=CH又は上記式R9−2、R9−12もしくはR9−15であるとより好ましい。Rが−CH=CH又は−C(CH)=CHであり、Rが−OCO−である場合は、アクリル基又はメタクリル基を構成するが、このような場合も好ましい。
Figure 2015115589
式(b−2)で表される側鎖は、シンナモイル構造とメタクリル構造を同時に有する側鎖である。式(b−2)中、R10は−CH−、−O−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−、−NH−、−CO−より選ばれる基を表す。R11は、炭素数1から炭素数30で形成されるアルキレン基、二価の炭素環もしくは複素環であり、このアルキレン基、二価の炭素環もしくは複素環の1つまたは複数の水素原子は、フッ素原子もしくは有機基で置き換えられていてもよい。また、R11は、次に挙げるいずれかの基が互いに隣り合わない場合において、−CH−がこれらの基に置き換えられていてもよい;−O−、−NHCO−、−CONH−、−COO−、−OCO−、−NH−、−NHCONH−、−CO−。R12は、−CH−、−O−、−CONH−、−NHCO−、−COO−、−OCO−、−NH−、−CO−、単結合のいずれかを表す。R13はシンナモイル基、カルコン基、クマリン基などの光架橋性基を表す。R14は単結合、または、炭素数1から炭素数30で形成されるアルキレン基、二価の炭素環もしくは複素環であり、このアルキレン基、二価の炭素環もしくは複素環の1つまたは複数の水素原子は、フッ素原子もしくは有機基で置き換えられていてもよい。また、R14は、次に挙げるいずれかの基が互いに隣り合わない場合において、−CH−がこれらの基に置き換えられていてもよい;−O−、−NHCO−、−CONH−、−COO−、−OCO−、−NH−、−NHCONH−、−CO−。R15はアクリル基、メタクリル基のいずれかから選ばれる光重合性基を示す。
式(b−2)で表される側鎖の具体例は、例えば以下のような構造が挙げられる(式中、Rは水素原子を表すか、フッ素で置換されていてもよいメチル基を表す)。
Figure 2015115589
Figure 2015115589
式(b−3)は、紫外線照射によりラジカルを発生させる側鎖である。式(b−3)中、Arはフェニレン、ナフチレン、ビフェニレンから選ばれる芳香族炭化水素基を示し、それらには有機基が置換していても良く、水素原子はハロゲン原子に置き換わっていても良い。R16、R17はそれぞれ独立して炭素原子数1〜10のアルキル基、アルコキシ基、もしくはベンジル基、フェネチル基であり、アルキル基やアルコキシ基の場合、R16、R17で環を形成していても良い。T、Tはそれぞれ独立して、単結合又は−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−、−CHO−、−N(CH)−、−CON(CH)−、−N(CH)CO−の結合基であり、Sは非置換もしくはフッ素原子によって置換されている炭素原子数1〜20のアルキレン基(ただしアルキレン基の-CH-または-CF-は-CH=CH-で任意に置き換えられていてもよく、次に挙げるいずれかの基が互いに隣り合わない場合において、これらの基に置き換えられていてもよい;−O−、−COO−、−OCO−、−NHCO−、−CONH−、−NH−、二価の炭素環、二価の複素環。)であり、n2は0または1であり、Qは下記の群から選ばれる構造を表す。
Figure 2015115589
式中、Rは水素原子もしくは炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、Rは−CH−、−NR−、−O−、−S−を表す。
式(b−3)で表される側鎖の具体例は、例えば以下のような構造が挙げられる。
Figure 2015115589
側鎖Bの存在量は、液晶表示素子における液晶の応答速度を速めることができる範囲であれば特に限定されない。液晶表示素子における液晶の応答速度をより速めたい場合は、他の特性に影響が出ない範囲で、可能な限り多いほうが好ましい。
<ポリアミック酸>
側鎖Aを有するポリイミド前駆体の一種であるポリアミック酸は、原料であるジアミン及びテトラカルボン酸無水物のうち、いずれかが側鎖Aを有するか、双方が側鎖Aを有することにより、該原料を反応させることによって得ることができる。このうち、原料合成の容易性などから、側鎖Aを有するジアミン化合物を用いる方法が好ましい。
側鎖A及び側鎖Bを有するポリアミック酸は、原料であるジアミン及びテトラカルボン酸無水物のうち、いずれか一方のみが側鎖A及び側鎖Bを有するか、いずれか一方が側鎖Aのみを有し且つ他方が側鎖Bのみを有するか、いずれか一方が側鎖A及び側鎖Bを有し且つ他方が側鎖Aを有するか、いずれか一方が側鎖A及び側鎖Bを有し且つ他方が側鎖Bを有するか、又は、双方が側鎖A及び側鎖Bを有することにより、該原料を反応させることによって得ることができる。このうち、原料合成の容易性などから、側鎖Aを有するジアミン化合物、側鎖Bを有するジアミン化合物、及び、側鎖A又は側鎖Bを有しないテトラカルボン酸を用いる方法が好ましい。
以下、側鎖Aを有するジアミン化合物について説明し、次いで、側鎖Bを有するジアミン化合物について説明する。
<側鎖Aを有するジアミン化合物>
側鎖Aを有するジアミン化合物(以下、ジアミンAとも言う)としては、ジアミン側鎖にアルキル基、フッ素含有アルキル基、芳香環、脂肪族環、複素環、又はそれらからなる大環状置換体を有するジアミンを例として挙げることができる。具体的には、前記式(a)で表される側鎖を有するジアミンを挙げることができる。より具体的には例えば下記式(1)、(3)、(4)、(5)で表されるジアミンを挙げることができるが、これに限定されるものではない。なお、式(1)中のl、m、n、R〜Rの定義については、前記式(a)と同じである。
Figure 2015115589
式(3)又は式(4)中、A10は各々独立に、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CH−、−O−、−CO−、又は−NH−を表し、A11は単結合若しくはフェニレン基を表し、aは側鎖Aを表し、a’はアルキル基、フッ素含有アルキル基、芳香環、脂肪族環、複素環から選ばれる任意の構造の組み合わせからなる大環状置換体を表す。
Figure 2015115589
式(5)中、A14は、フッ素原子で置換されていてもよい、炭素数3〜20のアルキル基であり、A15は、1,4−シクロへキシレン基、又は1,4−フェニレン基であり、A16は、酸素原子、又は−COO−*(ただし、「*」を付した結合手がAと結合する)であり、A17は酸素原子、又は−COO−*(ただし、「*」を付した結合手が(CH)aと結合する。)である。また、aは0、又は1の整数であり、aは2〜10の整数であり、aは0、又は1の整数である。)
式(1)中における二つのアミノ基(−NH)の結合位置は限定されない。具体的には、側鎖の結合基に対して、ベンゼン環上の2,3の位置、2,4の位置、2,5の位置、2,6の位置、3,4の位置、3,5の位置が挙げられる。なかでも、ポリアミック酸を合成する際の反応性の観点から、2,4の位置、2,5の位置、又は3,5の位置が好ましい。ジアミン化合物を合成する際の容易性も加味すると、2,4の位置、又は3,5の位置がより好ましい。
式(1)の具体的な構造としては、下記の式[A−1]〜式[A−24]で示されるジアミンを例示することができるが、これに限定されるものではない。
Figure 2015115589
式[A−1]〜式[A−5]中、Aは各々独立に、炭素数2以上24以下のアルキル基又はフッ素含有アルキル基である。
式[A−6]及び式[A−7]中、Aは各々独立に、−O−、−OCH−、−CHO−、−COOCH−、又は−CHOCO−を示し、Aは各々独立に、炭素数1以上22以下のアルキル基、アルコキシ基、フッ素含有アルキル基又はフッ素含有アルコキシ基である。
式[A−8]〜式[A−10]中、Aは各々独立に、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−、又は−CH−を示し、Aは各々独立に、炭素数1以上22以下のアルキル基、アルコキシ基、フッ素含有アルキル基又はフッ素含有アルコキシ基である。
Figure 2015115589
式[A−11]及び式[A−12]中、Aは各々独立に、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−COOCH−、−CHOCO−、−CHO−、−OCH−、−CH−、−O−、又は−NH−を示し、Aはフッ素基、シアノ基、トリフルオロメタン基、ニトロ基、アゾ基、ホルミル基、アセチル基、アセトキシ基、又は水酸基である。
式[A−13]及び式[A−14]中、Aは各々独立に、炭素数3以上12以下のアルキル基であり、1,4-シクロヘキシレンのシス−トランス異性は、それぞれトランス異性体である。
式[A−15]及び式[A−16]中、Aは各々独立に、炭素数3以上12以下のアルキル基であり、1,4-シクロヘキシレンのシス−トランス異性は、それぞれトランス異性体である。
Figure 2015115589
式(3)で表されるジアミンの具体例としては、下記の式[A−25]〜式[A−30](A12は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−NHCO−、−CH−、−O−、−CO−、又は−NH−を示し、A13は炭素数1以上22以下のアルキル基又はフッ素含有アルキル基を示す。)で示されるジアミンを挙げることができるが、これに限るものではない。
Figure 2015115589
式(4)で表されるジアミンの具体例としては、下記の式[A−31]〜式[A−32]で示されるジアミンを挙げることができるが、これに限るものではない。
Figure 2015115589
この中でも、液晶を垂直に配向させる能力、液晶の応答速度の観点から、[A-1]、[A-2]、[A-3]、[A-7]、[A-14]、[A-16]、[A-21]及び[A-22]のジアミンが好ましい。
上記のジアミン化合物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、プレチルト角、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性に応じて、1種類または2種類以上を混合して使用することもできる。
側鎖Aを有するポリアミック酸の合成に用いるジアミン成分100モル%のうち、ジアミンAは、5−70モル%、好ましくは10−50モル%、より好ましくは20−50モル%であるのがよい。
<側鎖Bを有するジアミン化合物>
側鎖Bを有するジアミン化合物(以下、ジアミンBとも言う)の例として、ジアミン側鎖にビニル基、アクリル基、メタクリル基、アントラセニル基、シンナモイル基、カルコニル基、クマリン基、マレイミド基、スチルベン基などの光架橋基を有するジアミンや、紫外線照射によりラジカルを発生する特定構造を有するジアミンを挙げることができる。具体的には、前記式(b−1)〜(b−3)で表される側鎖を有するジアミンを挙げることができる。具体例として下記の一般式(2)(式(2)中のR、R、R、R及びR10の定義は前記式(b−1)と同じである)で表されるジアミンを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
Figure 2015115589
式(2)中における二つのアミノ基(−NH)の結合位置は限定されない。具体的には、側鎖の結合基に対して、ベンゼン環上の2,3の位置、2,4の位置、2,5の位置、2,6の位置、3,4の位置、3,5の位置が挙げられる。なかでも、ポリアミック酸を合成する際の反応性の観点から、2,4の位置、2,5の位置、又は3,5の位置が好ましい。ジアミン化合物を合成する際の容易性も加味すると、2,4の位置、又は3,5の位置がより好ましい。
具体的には以下のような化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
Figure 2015115589
Figure 2015115589
式中、Xは独立して−C−、−O−、−NHCO−、−CONH−、−COO−、−OCO−、−NH−より選ばれる結合基を表し、l、m、n、はそれぞれ独立して0〜20の整数を表し、kは1〜20の整数を表し、Rは水素原子又はメチル基を表す。
上記のジアミン化合物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、プレチルト角、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性、液晶表示素子とした際の液晶の応答速度などに応じて、1種類または2種類以上を混合して使用することもできる。
ポリアミック酸の合成のために用いるジアミン成分100モル%のうち、ジアミンBは、0%よりも大きく95モル%以下、好ましくは20−80モル%、より好ましくは40−70モル%であるのがよい。
<その他のジアミン化合物>
本発明に用いられるポリアミック酸は、本発明の効果を損わない限りにおいて、ジアミンA及びジアミンB以外のその他のジアミン化合物をジアミン成分として併用することができる。その具体例を以下に挙げる。
p−フェニレンジアミン、2,3,5,6−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、2,5−ジメチル−p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,4−ジメチル−m−フェニレンジアミン、2,5−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、2,5−ジアミノフェノール、2,4−ジアミノフェノール、3,5−ジアミノフェノール、3,5−ジアミノベンジルアルコール、2,4−ジアミノベンジルアルコール、4,6−ジアミノレゾルシノール、4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジカルボキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジフルオロ−4,4’−ビフェニル、3,3’−トリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジアミノビフェニル、2,3’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’−ジアミノジフェニルメタン、2,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ジアミノジフェニルエーテル、2,3’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−スルホニルジアニリン、3,3’−スルホニルジアニリン、ビス(4−アミノフェニル)シラン、ビス(3−アミノフェニル)シラン、ジメチル−ビス(4−アミノフェニル)シラン、ジメチル−ビス(3−アミノフェニル)シラン、4,4’−チオジアニリン、3,3’−チオジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、3,3’−ジアミノジフェニルアミン、3,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2’−ジアミノジフェニルアミン、2,3’−ジアミノジフェニルアミン、N−メチル(4,4’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(3,3’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(3,4’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(2,2’−ジアミノジフェニル)アミン、N−メチル(2,3’−ジアミノジフェニル)アミン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,4−ジアミノナフタレン、2,2’−ジアミノベンゾフェノン、2,3’−ジアミノベンゾフェノン、1,5−ジアミノナフタレン、1,6−ジアミノナフタレン、1,7−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン、2,5−ジアミノナフタレン、2,6ジアミノナフタレン、2,7−ジアミノナフタレン、2,8−ジアミノナフタレン、1,2−ビス(4−アミノフェニル)エタン、1,2−ビス(3−アミノフェニル)エタン、1,3−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、1,3−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、1,4−ビス(4アミノフェニル)ブタン、1,4−ビス(3−アミノフェニル)ブタン、ビス(3,5−ジエチル−4−アミノフェニル)メタン、1,4−ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,3−ビス(4-アミノフェニル)ベンゼン、1,4−ビス(4-アミノベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−[1,4−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、4,4’−[1,3−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’−[1,4−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,4’−[1,3−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’−[1,4−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、3,3’−[1,3−フェニレンビス(メチレン)]ジアニリン、1,4−フェニレンビス[(4−アミノフェニル)メタノン]、1,4−フェニレンビス[(3−アミノフェニル)メタノン]、1,3−フェニレンビス[(4−アミノフェニル)メタノン]、1,3−フェニレンビス[(3−アミノフェニル)メタノン]、1,4−フェニレンビス(4−アミノベンゾエート)、1,4−フェニレンビス(3−アミノベンゾエート)、1,3−フェニレンビス(4−アミノベンゾエート)、1,3−フェニレンビス(3−アミノベンゾエート)、ビス(4−アミノフェニル)テレフタレート、ビス(3−アミノフェニル)テレフタレート、ビス(4−アミノフェニル)イソフタレート、ビス(3−アミノフェニル)イソフタレート、N,N’−(1,4−フェニレン)ビス(4−アミノベンズアミド)、N,N’−(1,3−フェニレン)ビス(4−アミノベンズアミド)、N,N’−(1,4−フェニレン)ビス(3−アミノベンズアミド)、N,N’−(1,3−フェニレン)ビス(3−アミノベンズアミド)、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’−ビス(3−アミノフェニル)テレフタルアミド、N,N’−ビス(4−アミノフェニル)イソフタルアミド、N,N’−ビス(3−アミノフェニル)イソフタルアミド、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(3−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(3−アミノ−4−メチルフェニル)プロパン、3,5−ジアミノ安息香酸、2,5−ジアミノ安息香酸、ビス(4−アミノフェノキシ)メタン、1,2−ビス(4−アミノフェノキシ)エタン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)プロパン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)プロパン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ブタン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ブタン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)ペンタン、1,5−ビス(3−アミノフェノキシ)ペンタン、1,6−ビス(4−アミノフェノキシ)へキサン、1,6−ビス(3−アミノフェノキシ)へキサン、1,7−ビス(4−アミノフェノキシ)ヘプタン、1,7−ビス(3−アミノフェノキシ)ヘプタン、1,8−ビス(4−アミノフェノキシ)オクタン、1,8−ビス(3−アミノフェノキシ)オクタン、1,9−ビス(4−アミノフェノキシ)ノナン、1,9−ビス(3−アミノフェノキシ)ノナン、1,10−ビス(4−アミノフェノキシ)デカン、1,10−ビス(3−アミノフェノキシ)デカン、1,11−ビス(4−アミノフェノキシ)ウンデカン、1,11−ビス(3−アミノフェノキシ)ウンデカン、1,12−ビス(4−アミノフェノキシ)ドデカン、1,12−ビス(3−アミノフェノキシ)ドデカンなどの芳香族ジアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタンなどの脂環式ジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノへキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカンなどの脂肪族ジアミン。
上記その他のジアミン化合物は、液晶配向膜とした際の液晶配向性、プレチルト角、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性に応じて、1種類または2種類以上を混合して使用することもできる。
<テトラカルボン酸二無水物>
本発明に用いるポリアミック酸の合成において、上記のジアミン成分と反応させるテトラカルボン酸二無水物は特に限定されない。その具体例を以下に挙げる。
ピロメリット酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸、1,2,5,6−アントラセンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジフェニルシラン、2,3,4,5−ピリジンテトラカルボン酸、2,6−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ピリジン、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸、1,3−ジフェニル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、オキシジフタルテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロヘプタンテトラカルボン酸、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸、3,4−ジカルボキシ−1−シクロへキシルコハク酸、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸、ビシクロ[3,3,0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸、ビシクロ[4,3,0]ノナン−2,4,7,9−テトラカルボン酸、ビシクロ[4,4,0]デカン−2,4,7,9−テトラカルボン酸、ビシクロ[4,4,0]デカン−2,4,8,10−テトラカルボン酸、トリシクロ[6.3.0.0<2,6>]ウンデカン−3,5,9,11−テトラカルボン酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、4−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラン−3−イル)−1,2,3,4−テトラヒドリナフタレン−1,2−ジカルボン酸、ビシクロ[2,2,2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロへキサン−1,2−ジカルボン酸、テトラシクロ[6,2,1,1,0,2,7]ドデカ−4,5,9,10−テトラカルボン酸、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2:3,5:6ジカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸等から得られるテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
テトラカルボン酸二無水物は、液晶配向膜にした際の液晶配向性、電圧保持特性、蓄積電荷などの特性に応じて、1種類または2種類以上併用することができる。
<ポリアミック酸の合成>
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応により、ポリアミック酸を得るにあたっては、公知の合成手法を用いることができる。一般的には、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とを有機溶媒中で反応させる方法である。ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物との反応は、有機溶媒中で比較的容易に進行し、かつ副生成物が発生しない点で有利である。
上記反応に用いる有機溶媒として、生成したポリアミック酸が溶解するものであれば特に限定されない。さらに、ポリアミック酸を溶解させない有機溶媒であっても、生成したポリアミック酸が析出しない範囲で、上記溶媒に混合して使用してもよい。なお、有機溶媒中の水分は重合反応を阻害し、さらには生成したポリアミック酸を加水分解させる原因となるので、有機溶媒は脱水乾燥させたものを用いることが好ましい。
以下に、有機溶媒の具体例を挙げる。
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミド、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、ジペンテン、エチルアミルケトン、メチルノニルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール−tert−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジオキサン、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸メチルエチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、ジグライム、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、2−エチル-1−ヘキサノール。これらの有機溶媒は単独で使用しても、混合して使用してもよい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを有機溶媒中で反応させる際には、ジアミン成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた溶液を攪拌させ、テトラカルボン酸二無水物成分をそのまま、または有機溶媒に分散あるいは溶解させて添加する方法、逆にテトラカルボン酸二無水物成分を有機溶媒に分散あるいは溶解させた溶液にジアミン成分を添加する方法、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを交互に添加する方法などが挙げられ、これらのいずれの方法を用いてもよい。また、ジアミン成分又はテトラカルボン酸二無水物成分が複数種の化合物からなる場合は、あらかじめ混合した状態で反応させてもよく、個別に順次反応させてもよく、さらに個別に反応させた低分子量体を混合反応させ高分子量体としてもよい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とを反応させる際の温度は、任意の温度を選択することができ、例えば−20℃〜150℃、好ましくは−5℃〜100℃の範囲である。また、反応は任意の濃度で行うことができ、例えば1〜50質量%、好ましくは5〜30質量%である。
上記の重合反応における、ジアミン成分の合計モル数に対するテトラカルボン酸二無水物成分の合計モル数の比率は、得ようとするポリアミック酸の分子量に応じて任意の値を選択することができる。通常の重縮合反応と同様に、このモル比が1.0に近いほど生成するポリアミック酸の分子量は大きくなる。あえて好ましい範囲を示すならば0.8〜1.2である。
本発明に用いられるポリアミック酸を合成する方法は上記の手法に限定されず、一般的なポリアミック酸の合成方法と同様に、上記のテトラカルボン酸二無水物に代えて、対応する構造のテトラカルボン酸又はテトラカルボン酸ジハライドなどのテトラカルボン酸誘導体を用い、公知の方法で反応させることでも対応するポリアミック酸を得ることができる。
<ポリイミド>
上記したポリアミック酸をイミド化させてポリイミドとする方法としては、ポリアミック酸の溶液をそのまま加熱する熱イミド化、ポリアミック酸の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。
本発明に用いるポリイミドにおいて、ポリアミック酸からポリイミドへのイミド化率は、必ずしも100%である必要はない。
ポリアミック酸を溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、100℃〜400℃、好ましくは120℃〜250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
ポリアミック酸の触媒イミド化は、ポリアミック酸の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、−20〜250℃、好ましくは0〜180℃で攪拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量はアミド酸基の0.5〜30モル倍、好ましくは2〜20モル倍であり、酸無水物の量はアミド酸基の1〜50モル倍、好ましくは3〜30モル倍である。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミンなどを挙げることができ、中でもピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などを挙げることができ、中でも無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。触媒イミド化によるイミド化率は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。
ポリアミック酸又はポリイミドの反応溶液から、生成したポリアミック酸又はポリイミドを回収する場合には、反応溶液を貧溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる貧溶媒としてはメタノール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。貧溶媒に投入して沈殿させたポリマーは濾過して回収した後、常圧あるいは減圧下で、常温あるいは加熱して乾燥することができる。また、沈殿回収した重合体を、有機溶媒に再溶解させ、再沈殿回収する操作を2〜10回繰り返すと、重合体中の不純物を少なくすることができる。この際の貧溶媒として、例えば、アルコール類、ケトン類、炭化水素などが挙げられ、これらの内から選ばれる3種類以上の貧溶媒を用いると、より一層精製の効率が上がるので好ましい。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、上記[I]重合性化合物;及び上記[II]ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも一種の重合体;を有するが、該[I]及び[II]成分以外に、樹脂被膜を形成するための樹脂成分を有してもよい。全樹脂成分の含有量は、液晶配向剤100質量%中、1質量%〜20質量%、好ましくは3質量%〜15質量%、より好ましくは3〜10質量%であるのがよい。
本発明に用いられる液晶配向剤において、上記の樹脂成分は、その全てが側鎖Aを有するポリイミド又はポリイミド前駆体、もしくは側鎖A及び側鎖Bを有するポリイミド又はポリイミド前駆体であってもよく、これらの混合物であってもよく、更にはそれ以外の他の重合体が混合されていてもよい。その際、樹脂成分中におけるかかる他の重合体の含有量は0.5質量%〜15質量%が好ましく、より好ましくは1質量%〜10質量%である。
かかる他の重合体として、例えば、側鎖Bを有さないポリイミド又はポリイミド前駆体、側鎖Aと側鎖Bとを同時に有さないポリイミド又はポリイミド前駆体などを挙げることができるが、これらに限定されない。
上記の樹脂成分の重合体の分子量は、そこから得られる塗膜の強度及び、塗膜形成時の作業性、塗膜の均一性を考慮した場合、GPC(Gel Permeation Chromatography)法で測定した重量平均分子量で5,000〜1,000,000とするのが好ましく、より好ましくは、10,000〜150,000である。
<溶媒>
本発明の液晶配向剤に用いる有機溶媒は、上述した樹脂成分を溶解させる有機溶媒であれば特に限定されない。この有機溶媒は1種類の溶媒であっても2種類以上の混合溶媒であってもよい。あえて有機溶媒の具体例を挙げるならば、前記のポリアミック酸合成で例示した有機溶媒を挙げることができる。中でもN−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N−エチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メトキシ−N,N−ジメチルプロパンアミドは、樹脂成分の溶解性の観点から好ましい。
また、以下に示すような溶媒は、塗膜の均一性や平滑性を向上させるので、樹脂成分の溶解性が高い溶媒に混合して使用すると好ましい。
例えば、イソプロピルアルコール、メトキシメチルペンタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトール、エチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール−tert−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノアセテートモノプロピルエーテル、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、トリプロピレングリコールメチルエーテル、3−メチル−3−メトキシブタノール、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ジイソブチレン、アミルアセテート、ブチルブチレート、ブチルエーテル、ジイソブチルケトン、メチルシクロへキセン、プロピルエーテル、ジヘキシルエーテル、n−へキサン、n−ペンタン、n−オクタン、ジエチルエーテル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸メチルエチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチル、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、1−ブトキシ−2−プロパノール、1−フェノキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテル−2−アセテート、プロピレングリコール−1−モノエチルエーテル−2−アセテート、ジプロピレングリコール、2−(2−エトキシプロポキシ)プロパノール、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n−プロピルエステル、乳酸n−ブチルエステル、乳酸イソアミルエステル、2−エチル−1−ヘキサノールなどが挙げられる。これらの溶媒は複数種類を混合してもよい。これらの溶媒を用いる場合は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の5〜80質量%であることが好ましく、より好ましくは20〜60質量%である。
液晶配向剤には、上記以外の成分を含有してもよい。その例としては、液晶配向剤を塗布した際の膜厚均一性や表面平滑性を向上させる化合物、液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物などが挙げられる。
膜厚の均一性や表面平滑性を向上させる化合物としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノ二オン系界面活性剤などが挙げられる。より具体的には、例えば、エフトップEF301、EF303、EF352(トーケムプロダクツ社製))、メガファックF171、F173、R−30(大日本インキ社製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム社製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子社製)などが挙げられる。これらの界面活性剤を使用する場合、その使用割合は、液晶配向剤に含有される樹脂成分の100質量部に対して、好ましくは0.01〜2質量部、より好ましくは0.01〜1質量部である。
液晶配向膜と基板との密着性を向上させる化合物の具体例としては、官能性シラン含有化合物やエポキシ基含有化合物、などが挙げられる。例えば、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、2,2−ジブロモネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,3,5,6−テトラグリシジル−2,4−ヘキサンジオール、N,N,N’,N’,−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’,−テトラグリシジル−4、4’−ジアミノジフェニルメタン、3−(N−アリル−N−グリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(N,N−ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。また本発明を用いた樹脂のラビング耐性をさらに上げるために2,2'-ビス(4−ヒドロキシ-3,5-ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン、テトラ(メトキシメチル)ビスフェノール等のフェノール化合物を添加してもよい。これらの化合物を使用する場合は、液晶配向剤に含有される樹脂成分の100質量部に対して0.1〜30質量部であることが好ましく、より好ましくは1〜20質量部である。
本発明に用いられる液晶配向剤には、上記の他、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、液晶配向膜の誘電率や導電性などの電気特性を変化させる目的の誘電体や導電物質を添加してもよい。
<液晶配向膜>
例えば、本発明の液晶配向剤を、基板に塗布した後、必要に応じて乾燥し、焼成を行うことで得られる硬化膜を、そのまま液晶配向膜として用いることもできる。また、この硬化膜をラビングしたり、偏光又は特定の波長の光等を照射したり、イオンビーム等の処理をしたり、SC−PVA用配向膜として液晶充填後の液晶表示素子に電圧を印加した状態でUVを照射することも可能である。
この際、用いる基板としては透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス板、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリウレタン、ポリサルホン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、トリメチルペンテン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、(メタ)アクリロニトリル、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロースなどを用いることができる。また、液晶駆動のためのITO(Indium Tin Oxide)電極などが形成された基板を用いることがプロセスの簡素化の観点から好ましい。また、反射型の液晶表示素子では片側の基板のみにならばシリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極はアルミ等の光を反射する材料も使用できる。
液晶配向剤の塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷等の印刷法、インクジェット法、スプレー法、ロールコート法や、ディップ、ロールコーター、スリットコーター、スピンナーなどが挙げられる。生産性の面から工業的には転写印刷法が広く用いられており、本発明でも好適に用いられる。
上記の方法で液晶配向剤を塗布して形成される塗膜は、焼成して硬化膜とすることができる。液晶配向剤を塗布した後の乾燥の工程は、必ずしも必要とされないが、塗布後から焼成までの時間が基板ごとに一定していない場合、又は塗布後ただちに焼成されない場合には、乾燥工程を行うことが好ましい。この乾燥は、基板の搬送等により塗膜形状が変形しない程度に溶媒が除去されていればよく、その乾燥手段については特に限定されない。例えば、温度40℃〜150℃、好ましくは60℃〜100℃のホットプレート上で、0.5分〜30分、好ましくは1分〜5分乾燥させる方法が挙げられる。
液晶配向剤を塗布することにより形成された塗膜の焼成温度は限定されず、例えば100〜350℃の任意の温度で行うことができるが、好ましくは120℃〜300℃であり、さらに好ましくは150℃〜250℃である。焼成時間は5分〜240分の任意の時間で焼成を行うことができる。好ましくは10分〜90分であり、より好ましくは20分〜90分である。加熱は、通常公知の方法、例えば、ホットプレート、熱風循環炉、赤外線炉などで行うことができる。
また、焼成して得られる液晶配向膜の厚みは特に限定されないが、好ましくは5〜300nm、より好ましくは10〜120nmである。
<液晶配向膜を有する液晶表示素子>
本発明の液晶表示素子は、上記の方法により、基板に液晶配向膜を形成した後、公知の方法で液晶セルを作製して得ることができる。液晶表示素子の具体例としては、対向するように配置された2枚の基板と、基板間に設けられた液晶層と、基板と液晶層との間に設けられ本発明の液晶配向剤により形成された上記液晶配向膜とを有する液晶セルを具備する垂直配向方式の液晶表示素子である。具体的には、本発明の液晶配向剤を2枚の基板上に塗布して焼成することにより液晶配向膜を形成し、この液晶配向膜が対向するように2枚の基板を配置し、この2枚の基板の間に液晶で構成された液晶層を挟持し、すなわち、液晶配向膜に接触させて液晶層を設け、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射することで作製される液晶セルを具備する垂直配向方式の液晶表示素子である。このように本発明の液晶配向剤により形成された液晶配向膜を用い、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射して、重合性化合物を重合させると共に、重合体が有する光反応性の側鎖同士や、重合体が有する光反応性の側鎖と重合性化合物を反応させることにより、より効率的に液晶の配向が固定化され、応答速度が顕著に優れた液晶表示素子となる。
本発明の液晶表示素子に用いる基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されないが、通常は、基板上に液晶を駆動するための透明電極が形成された基板である。具体例としては、上記液晶配向膜で記載した基板と同様のものを挙げることができる。従来の電極パターンや突起パターンが設けられた基板を用いてもよいが、本発明の液晶表示素子においては、液晶配向膜を形成する液晶配向剤として上記本発明の液晶配向剤を用いているため、片側基板に例えば1から10μmのライン/スリット電極パターンを形成し、対向基板にはスリットパターンや突起パターンを形成していない構造においても動作可能であり、この構造の液晶表示素子によって、製造時のプロセスを簡略化でき、高い透過率を得ることができる。
また、TFT型の素子のような高機能素子においては、液晶駆動のための電極と基板の間にトランジスタの如き素子が形成されたものが用いられる。
透過型の液晶表示素子の場合は、上記の如き基板を用いることが一般的であるが、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならばシリコンウエハー等の不透明な基板も用いることが可能である。その際、基板に形成された電極には、光を反射するアルミニウムの如き材料を用いることもできる。
液晶配向膜は、この基板上に本発明の液晶配向剤を塗布した後焼成することにより形成されるものであり、詳しくは上述したとおりである。
本発明の液晶表示素子の液晶層を構成する液晶材料は特に限定されず、従来の垂直配向方式で使用される液晶材料、例えばメルク社製のMLC−6608やMLC−6609などのネガ型の液晶を用いることができる。
この液晶層を2枚の基板の間に挟持させる方法としては、公知の方法を挙げることができる。例えば、液晶配向膜が形成された1対の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜上にビーズ等のスペーサーを散布し、液晶配向膜が形成された側の面が内側になるようにしてもう一方の基板を貼り合わせ、液晶を減圧注入して封止する方法が挙げられる。また、液晶配向膜が形成された1対の基板を用意し、一方の基板の液晶配向膜上にビーズ等のスペーサーを散布した後に液晶を滴下し、その後液晶配向膜が形成された側の面が内側になるようにしてもう一方の基板を貼り合わせて封止を行う方法でも液晶セルを作製することができる。このときのスペーサーの厚みは、好ましくは1〜30μm、より好ましくは2〜10μmである。
液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射することにより液晶セルを作製する工程は、例えば基板上に設置されている電極間に電圧をかけることで液晶配向膜及び液晶層に電界を印加し、この電界を保持したまま紫外線を照射する方法が挙げられる。ここで、電極間にかける電圧としては例えば5〜30Vp−p、好ましくは5〜20Vp−pである。紫外線の照射量は、例えば1〜60J/cm、好ましくは40J/cm以下であり、さらに好ましくは20J/cm以下である。紫外線照射量が少ないほうが、液晶表示素子を構成する液晶や部材の破壊により生じる信頼性低下を抑制でき、かつ紫外線照射時間を減らせることで製造効率が上がるので好適である。
このように、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射すると、重合性化合物が反応して重合体を形成し、この重合体により液晶分子が傾く方向が記憶されることで、得られる液晶表示素子の応答速度を速くすることができる。また、液晶配向膜及び液晶層に電圧を印加しながら紫外線を照射すると、重合体が有する光反応性の側鎖同士や、重合体が有する光反応性の側鎖と重合性化合物が反応するため、得られる液晶表示素子の応答速度を速くすることができる。
また、上記液晶配向剤は、PSA型液晶ディスプレイやSC−PVA型液晶ディスプレイ等の垂直配向方式の液晶表示素子を作製するための液晶配向剤として有用なだけでなく、ラビング処理や光配向処理によって作製される液晶配向膜の用途でも好適に使用できる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
下記液晶配向剤の調製で用いた略号は以下のとおりである。
(酸二無水物)
BODA:ビシクロ[3,3,0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物。
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物。
PMDA:ピロメリット酸二無水物
TCA:2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸−1,4,2,3−二無水物
(ジアミン)
下記式DA−1で表される垂直配向性ジアミンは、特許第4085206号に記載される方法で合成した。
下記式DA−2で表される垂直配向性ジアミンは、特許第4466373号に記載される方法で合成した。
下記式DA−3で表される垂直配向性ジアミンは、特許第5273035号に記載される方法で合成した。
下記式DA−4で表される垂直配向性ジアミンは、東京化成工業株式会社製のものを購入した。
下記式DA−5で表される垂直配向性ジアミンは、WO2009/093704に記載の方法で合成した。
下記式DA−6で表される光反応性ジアミンは、以下のように調製した。
下記式DA−7で表されるジアミンは、和光純薬工業株式会社製のものを購入した。
下記式DA−8で表されるラジカル発生ジアミンは、以下のように調製した。
下記式DA−9で表されるジアミンは、後述の「(原料合成例3)DA−9の合成」で記載する方法により調製した。
Figure 2015115589
<溶媒>
NMP:N−メチル−2−ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
THF:テトラヒドロフラン
DMF:N,N−ジメチルホルムアミド
<添加剤>
3AMP:3−ピコリルアミン
以下、実施例を掲げて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<重合性化合物>
下記式RM1〜RM12及びRM13で表される重合性化合物。
Figure 2015115589
また、ポリイミドの分子量測定条件は、以下の通りである。
装置:センシュー科学社製 常温ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(SSC−7200)、
カラム:Shodex社製カラム(KD−803、KD−805)、
カラム温度:50℃、
溶離液:N,N’−ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム−水和物(LiBr・HO)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o−リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml/L)、
流速:1.0ml/分、
検量線作成用標準サンプル:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(分子量約9000,000、150,000、100,000、30,000)、および、ポリマーラボラトリー社製 ポリエチレングリコール(分子量 約12,000、4,000、1,000)。
また、ポリイミドのイミド化率は次のようにして測定した。ポリイミド粉末20mgをNMRサンプル管(草野科学社製 NMRサンプリングチューブスタンダード φ5)に入れ、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO−d、0.05%TMS混合品)1.0mlを添加し、超音波をかけて完全に溶解させた。この溶液を日本電子データム社製NMR測定器(JNW−ECA500)にて500MHzのプロトンNMRを測定した。イミド化率は、イミド化前後で変化しない構造に由来するプロトンを基準プロトンとして決め、このプロトンのピーク積算値と、9.5〜10.0ppm付近に現れるアミック酸のNH基に由来するプロトンピーク積算値とを用い以下の式によって求めた。なお下記式において、xはアミック酸のNH基由来のプロトンピーク積算値、yは基準プロトンのピーク積算値、αはポリアミック酸(イミド化率が0%)の場合におけるアミック酸のNH基のプロトン1個に対する基準プロトンの個数割合である。
イミド化率(%)=(1−α・x/y)×100
<ジアミン及び重合性化合物の合成>
下記合成例1〜12に記載の生成物は1H−NMR分析により同定した(分析条件は下記の通り)。
装置:Varian NMR System 400 NB (400 MHz)
測定溶媒:CDCl3、DMSO−d
基準物質:テトラメチルシラン(TMS)(δ0.0 ppm for H)
(原料合成例1−1) DA−6の前駆体DA−6−1の合成
Figure 2015115589
500mL四つ口フラスコに、2−メチルアクリル酸6−[4−(2−ヒドロキシカルボニルビニル)フェニル]−ヘキシルエステルを21.2g、テトラヒドロフランを300mL、2−(2,4−ジニトロフェニル)エタノールを13.6g、1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC)を18.4g、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)を0.8g加えて、室温で攪拌した。反応終了後、有機層を酢酸エチルで抽出し、有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて脱水乾燥、濾過した後に、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒留去を行い、残渣をイソプロピルアルコールで洗浄し、乾燥することで15.9gの目的物DA−6−1(黄白色固体)を得た(収率47%)。
(原料合成例1−2)DA−6の合成
Figure 2015115589
500mL四口フラスコに、DA−6−1を7.6g、酢酸エチルを150mL、純水を150ml、還元鉄を8.4g、塩化アンモニウムを6.5g加え、60℃に加熱しながら攪拌した。反応終了後、還元鉄を濾過し、有機層を酢酸エチルで抽出した。有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて脱水乾燥し、無水硫酸マグネシウムを濾過した。得られた濾液をロータリーエバポレーターを用いて溶媒留去した。残渣をイソプロパノールにて洗浄し、乾燥させ、13.4gの目的物DA−6(黄白色固体)を得た(収率95%)。得られた固体をH−NMRで測定した結果を以下に示す。この結果から、得られた固体が、目的のDA−6であることを確認した。
1H NMR (400 MHz,[D6]-DMSO):δ7.64-7.66 (d,2H), 7.58-7.62 (d,1H), 6.95-6.97 (d,2H), 6.60-6.62 (d,1H), 6.44-6.48 (d,1H), 6.02 (s,1H), 5.89 (s,1H), 5.78-5.81 (d,1H), 5.66 (s,1H), 4.65 (s,2H), 4.59 (s,2H), 4.08-4.17 (m,4H), 4.00-4.03 (t,2H), 2.65-2.69 (t,2H), 1.87 (s,3H), 1.62-1.74 (m,4H), 1.39-1.45 (m,4H)
(原料合成例2)DA−8の合成
Figure 2015115589
Step1 1−(4−(2、4−ジニトロフェノキシ)エトキシ)フェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパノンの合成
攪拌子と窒素導入管を備えた2L四口フラスコに、2,4−ジニトロフルオロベンゼンを100.0g([Mw:186.10g/mol]、0.538mol)、2−ヒドロキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−2−メチルプロピオフェノンを120.6g([Mw:224.25g/mol]、0.538mol)、トリエチルアミンを81.7g([Mw:101.19g/mol]、0.807mol)、THFを1000g加え、24時間還流させた。反応終了後、ロータリーエバポレーターで濃縮し、酢酸エチルを加え、これを純水と生理食塩水にて数回洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。
無水硫酸マグネシウムを濾過にて取り除き、ロータリーエバポレーターにて濃縮した後、酢酸エチルとノルマルヘキサンにより再結晶し、乳白色の個体157.0g([Mw:390.34g/mol]、0.402mol、収率:75%)を得た。分子内水素原子の核磁気共鳴スペクトル(H−NMRスペクトル)にて確認した。測定データを以下に示す。
H NMR (400 MHz,CDCl)δ:8.75(Ar:1H)、8.48〜8.45(Ar:1H)、8.09〜8.05(Ar:2H)、7.34〜7.31(Ar:1H)7.00〜6.96(Ar:2H)、4.65〜4.63(−CH−:2H)、4.52〜4.49(−CH−:2H)、4.16(−OH:1H)、1.66〜1.60(−CH×2、6H) Total:18H
Step2 1−(4−(2、4−ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパノン(DA−8)の合成
1L四口フラスコにStep1で得たジニトロベンゼン誘導体を100.0g([Mw:390.34g/mol]、0.256mol)と鉄がドープされた白金カーボン(Evonic社製 3wt%)を10.0g計り取り、THFを500ml加え、減圧脱気及び水素置換を十分に行い、室温で24時間反応させた。
反応終了後、PTFE製のメンブランフィルターにて白金カーボンを除去し、濾液をロータリーエバポレーターによって除去し、固体を析出させた。得られた固体をイソプロピルアルコールにて加熱洗浄を行い、更に減圧乾燥させることにより、目的の化合物である薄ピンク色の固体72.7g([Mw:330.38g/mol]、0.220mol収率:86%)を得た。H−NMRスペクトル測定データを以下に示す。
H NMR (400 MHz,CDCl)δ:8.09〜8.05(Ar:2H)、7.01〜6.97(Ar:2H)、6.70〜6.68(Ar:1H)、6.12(Ar:1H)、4.36〜4.33(−CH−:2H)、4.29〜4.27(−OH&−CH−:3H)、3.7(−NH:2H)、3.39(−NH:2H)、1.64〜1.63(−CH×2:6H) Total:22H.
(原料合成例3)DA−9の合成
Figure 2015115589
<DA−9−1の合成>
1000mL四口フラスコに、THF600g中、コレステロール120g(310mmol,1.0eq)とトリエチルアミン33.3g(329mmol,1.1eq)を仕込み、3,5-ジニトロベンゾイルクロリド69.2g(300mmol)を1時間かけて添加した。添加後、終夜室温にて攪拌した後、水による再沈殿を行った。得られた固体をIPAと酢酸エチルでそれぞれ再結晶を行い、DA−9−1の粗物を179g得た(粗収率:100%)。
H−NMR(CDCl,δppm):9.22(s,1H),9.16(s,2H),5.46−5.44(m,1H),5.00−4.95(m,1H),2.56−2.48(m,2H),2.06−1.95(m,4H),1.87−1.81(m,2H),1.63−0.86(m,32H),0.70(s,3H).
<DA−9の合成>
2000mL四口フラスコに、THF750g及び純水750g中、DA−9−1を146g(251mmol)、塩化錫284g(1497mmol,6.0eq)を仕込み、70℃で終夜撹拌した。反応終了後、中和を行い、析出した錫をろ過により除去した。その後分液及びIPA にて再結晶を行い、DA−9を76.3g得た(収率:58%)。
H−NMR(CDCl,δppm):6.78(s,2H),6.18(s,1H),5.42−5.40(m,1H),4.84−4.77(m,1H),3.67(s,4H),2.43(d,2H),1.63−0.86(m,38H),0.69(s,3H).
<合成例1 −RM1の合成−>
Figure 2015115589
<RM1−Aの合成>
マグネチックスターラーを備えた1L四口フラスコに、THF350g及び水117g中、4-ブロモ-2-フルオロフェノール58.3g(305mmol)と4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェノール67.2g(1.0eq)、炭酸カリウム84.8g(2.0eq)、トリ(o-トリル)ホスフィン7.42g(8mol%)を仕込み、窒素置換後にビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)クロリド10.9g(5mol%)を加えて、65℃にて15時間反応させた。
反応終了後、減圧濃縮によりTHFを留去し、酢酸エチル466gで希釈後に3.0MHCl水溶液268gを加え、ろ過によりPd等の不溶物を除去し、さらに酢酸エチル233gを用いてフラスコやろ物の洗浄を行った。続いて、水相を分離して有機相回収し、回収した有機相を純水350gにより3度洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水処理後、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)2.92gを加えて室温で30分程撹拌し、ろ過乾燥することで粗物を得た。粗物をトルエン292gにより室温条件下で2度リパルプ洗浄後、ろ過乾燥することでRM1−A 42.0gを得た(収率:67%、性状:薄ピンク色の結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 6.80 ppm(dd, J=2.0 Hz, J=6.8 Hz, 2H), 6.97 ppm (t, J=8.8 Hz, 1H), 7.21 ppm(dd, J=2.0 Hz, J=8.4 Hz, 1H), 7.35 ppm(dd, J=2,4 Hz, J=13.2 Hz, 1H), 7.42 ppm (dd, J=2.0 Hz, J=6.4 Hz, 2H), 9.49 ppm (s, 1H), 9.82 ppm (s, 1H).
<RM1−Bの合成>
マグネチックスターラーを備えた200ml四口フラスコに、アセトン80ml中、上記で得られた化合物(RM1−A)5.00g(24.5mmol)と2-(4-ブロモブチル)-1,3-ジオキソラン12.0g(2.2eq)、炭酸カリウム13.8g(4.0eq)を仕込み、60℃にて24時間反応させた。その後、反応溶液を純水に投入することで結晶を析出させ、ろ過乾燥することでRM1−B 10.4gを得た(収率:92%)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3:1.60-1.67 ppm(m, 4H), 1.71-1.78 ppm (m,4H), 1.82-1.93 ppm (m, 4H), 3.82-4.10 ppm(m, 12H), 4.89 ppm(t, J=4.6 Hz, 2H), 6.92-7.00 ppm(m, 3H), 7.20-7.30 ppm(m, 2H), 7.43 ppm(d, J=8.8Hz, 2H).
<RM1の合成>
マグネチックスターラーを備えた100ml四口フラスコに、THF40ml中、上記で得られた化合物(RM1−B)2.90g(6.30mmol)と2-(ブロモメチル)アクリル酸2.5g(2.4eq)、塩化錫(無水物)2.8g(2.4eq)を仕込み、10%HCl水溶液12mlを加えて70℃にて20時間反応させた。その後、反応溶液を純水に投入することで結晶を析出させ、ろ過乾燥することで粗物を得た。得られた粗物をTHF/EtOH中で再結晶することでRM1 2.2gを得た(収率:69%)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3:1.55-1.93 ppm (m, 12H), 2.61 ppm (dd, J=7.6 Hz, J=18.4 Hz, 2H), 3.09 ppm(dd, J=6.8 Hz, J=16.6 Hz, 2H), 4.00 ppm (t, J=6.2 Hz, 2H), 4.08 ppm(t, J=6.4 Hz, 2H),4.35-4.60 ppm(m, 2H), 5.64 ppm (s, 2H), 6.24 ppm (s, 2H), 6.93-7.01 ppm (m, 3H), 7.22-7.289 ppm(m, 2H), 7.45 ppm(d, J=8.8Hz, 2H).
<合成例2 −RM2の合成−>
Figure 2015115589
<RM2−Aの合成>
マグネチックスターラーを備えた1L四口フラスコに、THF281g中、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル70.2g(539mmol)、トリエチルアミン76.4g(1.4eq)を仕込み、氷冷攪拌下、THF35.1gで希釈したメタンスルホニルクロリド74.6g(1.2eq)を滴下した後、室温にて2時間撹拌した。その後、反応液から析出した塩をろ過し、ろ液にジブチルヒドロキシトルエン0.35gを添加し、濃縮乾燥した。次に、濃縮物残渣に酢酸エチル281gを加えて、純水210gを加えたところ、不溶物が発生したため、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)3.5gを加え、室温にて30分間撹拌した。続いて、これをろ過し、不溶物が除去されたことを確認後、水相を除去した。さらに、有機相を純水210gで2回洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水処理した後、濃縮乾燥し、RM2−A 99.0gを得た(収率:86%、性状:黄色液体)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3:1.93-1.94 ppm(m, 3H), 3.03 ppm(s, 3H), 4.39-4.41 ppm(m, 2H), 4.46-4.44 ppm(m, 2H), 5.61-5.62 ppm(m, 1H), 6.15(m, 1H).
<RM2−Bの合成>
マグネチックスターラーを備えた300ml四口フラスコに、THF72.8g及び純水31.2g中、4-ブロモ-2-フルオロフェノール10.4g(54.4mmol)と6-ヒドロキシ-2-ナフタレンボロン酸9.68g(1.0eq)、炭酸カリウム15.1g(2.0eq)、トリ(o-トリル)ホスフィン1.32g(8mol%)を仕込み、窒素置換後にビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)クロリド1.91g(5mol%)を加えて、65℃で2時間反応させた。その後、減圧濃縮によりTHF除去し、酢酸エチル104gで希釈後3.0 M HCl水溶液47.8gを加えて撹拌した。続いて、ろ過によりPdを除去し、さらに酢酸エチル52.0gをろ物等を洗浄後、水相を分離した。回収した有機相を純水72.8gによりで3度洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水処理した後、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.52gを加えて室温で1時間程撹拌し、ろ過乾燥した。粗物をトルエン72.8gでリパルプ洗浄後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/トルエン/ヘキサン(=1 /1 /2vol))により精製することでRM2−B 6.47gを得た(収率:49%、性状:白色固体)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6:7.03-7.13 ppm(m, 3H), 7.42-7.40 ppm(m, 1H), 7.57 ppm(dd, J=13 Hz, J=2.2 Hz, 1H), 7.67 ppm(dd, J=8.6 Hz, J=1.8 Hz, 1H), 7.72 ppm(d, J=8.4 Hz, 1H), 7.80 ppm(d, J=8.4 Hz, 1H), 8.01 ppm(s, 1H), 9.78 ppm(s, 1H), 9.96 ppm(s, 1H)
<RM2の合成>
マグネチックスターラーを備えた200mL四口フラスコに、DMF48.6g中、上記で得られた化合物(RM2−B)6.07g(23.9mmol)と重合性側鎖(RM2−A)11.1g(2.2eq)、炭酸カリウム9.93g(3.0eq)を仕込み、窒素雰囲気下65℃で22時間反応させた。
その後、酢酸エチル48.6gで反応溶液を希釈後、ろ過により無機塩を除去後、ろ物を酢酸エチル42.5gで洗浄した。回収した有機相を純水48.6gで3回洗浄し、有機相を硫酸マグネシウムで脱水処理した後、濃縮乾燥した。乾燥後、回収した粗物に2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール12.1mgを添加し、THF5.77gを加えて45℃で加熱することで完全に溶解させ、メタノール35.8gを加えて5.0℃で再結晶を行った。しかし、不純物が確認されたため回収した固体にTHF4.89gを加えて45℃で加熱することで完全に溶解させ、メタノール24.9gを加えて室温で再結晶することでRM2 6.37gを得た(収率:56%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6:1.89 ppm(s, 6H), 4.38-4.42 ppm(m, 4H), 4.46-2.47 ppm(m, 2H), 4.49-4.51 ppm(m, 2H),5.70-5.71 ppm(m, 2H), 6.05 ppm(d, J=6.8 Hz, 2H),7.22 ppm(dd, J=9.0 Hz, J=2.8 Hz, 1H), 7.33 ppm(t, J=9.0 Hz, 1H), 7.40 ppm(d, J=2.4 Hz, 1H), 7.59 ppm(d, J=9.6Hz, 1H), 7.70 ppm (dd, J=12.8 Hz, J=2.0 Hz, 1H), 7.80 ppm (dd, J=8.6 Hz, J=1.8 Hz, 1H), 7.88 ppm (t, J=9.2 Hz, 2H), 8.15 ppm (s, 1H).
<合成例3 −RM3の合成−>
Figure 2015115589
<RM3−Aの合成>
メカニカルスターラーを備えた2L四口フラスコに、THF179g及び純水76.6g中、1,4-ジブロモ-2-フルオロベンゼン25.5g(101mmol)、4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェノール45.5g(2.0eq)、炭酸カリウム41.7g(3.0eq)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)クロリド2.12gを仕込み、窒素雰囲気下65℃にて24時間撹拌した。その後、減圧濃縮にすることでTHFを留去し、反応溶液を酢酸エチル255gで希釈し、3.0M HCl水溶液99.5gを加え、ろ過によりPd等の不溶物を除去した。ろ液から水相を除去後、得られた有機相を純水179gで3回洗浄した。回収した有機相を硫酸マグネシウムで脱水処理し、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)1.30gを加えて室温条件下で30分程攪拌した後、ろ過乾燥することで粗物を得た。回収した粗物をトルエン153gに懸濁させ、60℃で1時間リパルプ洗浄を2度行い、ろ過乾燥することでRM3−A 22.4gを得た(収率:79%、性状:薄ピンク色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6:6.85-6.88 ppm(m, 4H), 7.41 ppm(dd, J=1.2 Hz J=8.4 Hz , 2H), 7.46-7.49 ppm(m, 3H), 7.57 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H), 9.65 ppm(s, 2H).
<RM3の合成>
メカニカルスターラーを備えた500mL四口フラスコに、DMF113g中、重合性側鎖(RM2−A)23.0g(2.2eq)と上記で得られた化合物(RM3−A)14.1g(50.2mmol)、炭酸カリウム20.9g(3.0eq)を仕込み、窒素雰囲気下65℃にて18時間撹拌した。18時間後、原料が残存していたため重合性側鎖(RM2−A)(0.2eq/2)を追加して更に4時間反応させた。その後、反応溶液を酢酸エチル113gで希釈後、ろ過により無機塩を除去後、ろ物を酢酸エチル70.5gで洗浄した。回収した有機相を純水141gで洗浄した結果、微量の白色結晶が生じたため、酢酸エチル70.5gを追加して、更に純水141gで2回洗浄し、有機相を硫酸マグネシウムで脱水処理し、ろ過乾燥した。回収した粗物に活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.71gを加えて室温条件下で30分程撹拌した後、ろ過乾燥し、酢酸エチル222gを加えて50℃で加熱することで完全に溶解させ、ヘキサン98.2gを加え、2℃で再結晶することでRM3 15.0gを得た(収率:59%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6:1.89 ppm(s, 6H), 4.30-4.33 ppm(m, 4H), 4.45-4.46 ppm(m, 4H), 5.71 ppm(s, 2H), 6.05 ppm(s, 2H), 7.07-7.10 ppm(m, 4H), 7.52-7.56 ppm(m, 5H), 7.70 ppm(d, J=8.4 Hz, 2H).
<合成例4 −RM4の合成−>
Figure 2015115589
<RM4の合成>
マグネチックスターラーを備えた300mL四口フラスコに、DMF73.4g中、F含有ビフェノール化合物(RM1−A)9.18g(45.0mmol)と炭酸カリウム18.6g(3.0eq)、重合性側鎖(RM2−A)20.7g(2.2eq)を仕込み、窒素雰囲気下62℃で15時間反応させた。その後、反応溶液を酢酸エチル138gで希釈し、ろ過により無機塩を除去した。回収したろ液に更に酢酸エチル45.9gを加えて、純水91.8gで3回洗浄し、硫酸ナトリウムで脱水処理した。続いて、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.46gを加えて室温にて30分程撹拌した後、これをろ過し、ろ液を濃縮乾燥した。濃縮物に2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール9.2mgを添加し、IPA184gを加えて57℃まで加熱することで完全溶解させ、室温条件下で再結晶を行い、RM4 13.4gを得た(収率:70%、性状:薄黄色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6:1.87-1.88 ppm(m, 6H), 4.27-4.29 ppm(m, 2H), 4.34-4.37 ppm(m,2H), 4.43-4.46 ppm(m, 4H), 5.69-5.70 ppm(m, 2H), 6.03 ppm(d, J=4.8 Hz, 2H), 7.03 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H), 7.25 ppm (t, J=8.8 Hz, 1H), 7.39 ppm(dd, J=1.6 Hz, J=8.4 Hz, 1H), 7.50 ppm(dd, J=2.0Hz, J=13 Hz, 1H), 7.58 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H).
<合成例5 −RM5の合成−>
WO2012/002513号の段落[0179]の記載に従って合成した。
<合成例6 −RM6の合成−>
WO2012/133820号の段落[0163]の記載に従って合成した。
<合成例7 −RM7の合成−>
Figure 2015115589
<RM7−Aの合成−>
マグネチックスターラーを備えた200mL四口フラスコに、NMP18g中、F含有ビフェノール化合物(RM1−A)9.00g(44.1mmol)、ブロモアセトアルデヒドジメチルアセタール22.4g(3.0eq)、炭酸カリウム24.4g(4.0eq)、ヨウ化カリウム2.2g(0.30eq)を仕込み、120℃にて18時間攪拌した。18時間後にブロモアセトアルデヒドジメチルアセタール7.45g(1.0eq)、ヨウ化カリウム1.4g(0.2eq)を追加し更に8時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をTHF99.0gで希釈し、無機塩をろ過した後、ろ液を減圧濃縮した。次に、この残渣を酢酸エチル198gで希釈し、純水99.0gで2回洗浄後、硫酸マグネシウムで脱水処理した。その後、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.45gを加えて室温にて1時間撹拌し、これをろ過し、ろ液を減圧濃縮した。続いて、得られた粗物にTHF19.8gを加え50℃にて溶解させた後、IPA60.3gを加え、氷冷下攪拌した。これにより析出した結晶を、ろ過乾燥し、RM7−A 11.5gを得た(収率:62%、性状:薄茶色結晶)
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 3.36 ppm(m, 12H), 4.01 ppm (d, J=5.2 Hz, 2H), 4.08 ppm(d, J=5.2 Hz, 2H), 4.74-4.69 ppm(m, 2H), 7.03 ppm (d, J=11.6 Hz 2H), 7.25 ppm (t, J=8.8 Hz 1H),7.40-7.37 ppm(m, 1H) , 7.51 ppm (dd, J=13Hz, J=2.2 Hz 1H), 7.58 ppm (d, J=8.4 Hz 2H)
<RM7の合成>
マグネチックスターラーを備えた500mL四口フラスコに、THF103g中、上記で得られた化合物(RM7−A)10.4g(27.2mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸エチル11.6g(2.2eq)、塩化錫12.4g(2.4eq)、10wt%HCl水溶液36.2gを仕込み、70℃にて39時間攪拌した。反応終了後、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール30mgを添加し、THFを減圧留去し、酢酸エチル104gで希釈した。これにより分離した水相を除去後、40℃にて有機相を純水62.4gで3回洗浄した。次に、有機相を硫酸マグネシウムで脱水処理した後、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.52gを加え室温にて1時間撹拌し、これをろ過し、ろ液を減圧濃縮去した。続いて得られた粗物にTHF52gを加え60℃にて溶解させた後、EtOH156gを加え、氷冷下攪拌した。これにより、析出した結晶をろ過乾燥し、RM7 3.42gを得た(収率:30%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 2.88-2.50 ppm(m, 2H), 3.17-2.11 ppm(m, 2H), 4.14 ppm (dd, J=5.6 Hz, 11.2 Hz, 1H), 4.28-4.20ppm(m, 2H), 4.33ppm(dd, J=2.8 Hz, 11.0 Hz, 1H), 5.00-4.95ppm(m, 2H), 6.99ppm(d, J=6.8 Hz, 2H), 7.22ppm(t, J=8.8Hz, 1H), 7.41ppm(d, J=8.4Hz, 1H), 7.52 ppm(dd, J=2Hz, 12.8Hz, 1H), 7.61ppm(d, J=2.0Hz, 2H)
<合成例8 −RM8の合成−>
Figure 2015115589
<RM8−Aの合成>
マグネチックスターラーを備えた200mL四口フラスコに、NMP15.3g中、F含有ビフェノール化合物(RM1−A)10.0g(53.7mmol)、炭酸カリウム20.4g(3.0eq)、ヨウ化カリウム1.61g(0.20eq)を仕込み、窒素雰囲気下80℃にてNMP5.30gで希釈した4−クロロブチルアルデヒドジメチルアセタール16.6g(2.2eq)を3時間かけて滴下した。滴下19時間後、4-クロロブチルアルデヒドジメチルアセタール2.25g(0.3eq)とヨウ化カリウム1.61g(0.2eq)を追加し、更に25時間反応させた。反応終了後、酢酸エチル80.0gで反応溶液を希釈し、ろ過により炭酸カリウムを除去した。更に酢酸エチル20.0gを追加して、純水60.0gで3回洗浄後、硫酸マグネシウムで脱水処理した。その後、減圧濃縮により溶媒を除去することで粗物を得た。得られた粗物をTHF10g及びMeOH70gを加えて50℃で加熱し、氷冷することで結晶を析出させ、ろ過乾燥することでRM8−A 11.7gを得た(収率:55%、性状:白色固体)。また、ろ液を減圧濃縮し溶媒を除去し、粗物をTHF5g及びIPA70gを加えて40℃で加熱し、氷冷することで結晶を析出させ、RM8−A 3.0gを得た(収率14%、性状:薄黄色固体)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6 : 1.77-1.67 ppm(m, 8H), 3.23 ppm(s, 12H), 4.01 ppm(t, J=6 Hz, 2H), 4.08 ppm(t, J=6 Hz, 2H), 4.44-4.41 ppm(m, 2H), 6.97 ppm(d, J=6.8 Hz, 2H), 7.19 ppm(t, J=8.8 Hz, 1H), 7.38 ppm(d, J=7.6 Hz, 1H), 7.48 ppm(dd, J=13.2 Hz, 2.4 Hz, 1H), 7.56 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H)
<RM8の合成>
マグネチックスターラーを備えた300mL四口フラスコに、THF133g中、上記で得られた化合物(RM8−A)13.2g(30.3mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸エチル12.9g(2.2eq)、塩化錫13.8g(2.4eq)、10wt%HCl水溶液46.3gを仕込み、50℃で5時間反応させた。5時間後、20wt%HCl水溶液13.2gを加え、19時間反応させた。反応終了後、THFを減圧留去し、酢酸エチル106gで希釈後に純水52.8gで3回水洗浄した。続いて、更に酢酸エチル26.4gと純水79.2gを加え、炭酸水素ナトリウムを加えて中和した。中和後、塩をろ過により除去し、ろ液に活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.70gを加えて室温で撹拌し、ろ過した。得られた溶液を純水66gで2度洗浄後、減圧濃縮により溶媒を除去し、THF79.2g及びIPA158gを加えて50℃で加熱し、氷冷することで結晶を析出させ、ろ過することで結晶を回収した。得られた結晶を、THF46.2g及びMeOH92.4gを加えて50℃で加熱し、氷冷することで結晶を析出させ、ろ過乾燥することでRM8 8.92gを得た(収率:61%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3: 2.02-1.87 ppm(m, 8H), 2.67-2.60 ppm(m, 2H), 3.15-3.08 ppm(m, 2H), 4.13-4.02 ppm(m, 4H), 4.65-4.60 ppm(m, 2H), 5.66 ppm(s, 2H), 6.25 ppm(d, J=2.4 Hz, 2H), 6.94 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H), 6.99 ppm(t, J=8.6 Hz, 1H) 7.28-7.22 ppm(m, 2H), 7.44 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H)
<合成例9 −RM9の合成−>
Figure 2015115589
<RM9−Aの合成>
マグネチックスターラーを備えた300mL四口フラスコに、DMF50.0g中、4,4’−ビフェノール20.0g(107mmol)と炭酸カリウム44.6g(3.0eq)、ヨウ化カリウム1.82g(0.1eq)を仕込み100℃に加熱し、DMF10.0gで希釈した2−ブロモメチル−1,3−ジオキソラン39.8g(2.2eq)を滴下し、同温度で6時間撹拌した。6時間後更に2−ブロモメチル−1,3−ジオキソラン5.38g(0.3eq)を追加し、18時間撹拌した。反応終了後、反応液を純水400gに加えて結晶を析出させ、ろ過し、ろ物をMeOH60.0gでスラリー洗浄し、再度ろ過することで白色固体を得た。得られた白色固体をTHF500gに懸濁させ、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)1.00gを添加し、60℃で30分撹拌後、熱時ろ過(45℃)した。ろ液が冷えた結果、白色結晶が析出したため、ろ過乾燥することでRM9−A 13.0gを得た(収率:34%、性状:白色固体)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 3.85-3.93 ppm(m, 4H), 3.95-3.99 ppm(m, 4H), 4.03 ppm(d, J=4.0 Hz, 4H), 5.21 ppm(t, J=4.0 Hz, 2H), 7.01 ppm(d, J= 8.8 Hz, 4H), 7.53 ppm(d, J= 8.4 Hz, 4H)
<RM9の合成>
マグネチックスターラーを備えた300mL四口フラスコに、THF99.5g中、上記で得られた化合物(RM9−A)9.95g(27.8mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸エチル11.8g(2.2eq)、塩化錫12.6g(2.4eq)、10wt%塩酸水溶液34.8gを仕込み、60℃にて1.5時間撹拌した。1.5時間後、20wt%塩酸水溶液9.95gを追加した後、更に21時間攪拌し、反応を完結させた。その後、THFを減圧留去し、酢酸エチル199gを加え、水相を除去した。次に、有機層を純水59.7gで2回洗浄した。有機相を回収し、酢酸エチルを減圧留去した後、THF149gを加えて還流攪拌した。続いて、活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.48gを加え1時間撹拌し、硫酸マグネシウムで脱水処理した後、これをろ過し、均一のろ液を得た。続いて、これを減圧濃縮しTHF量を79.6gとし、55℃にてMeOH159gを加えた後、暫く氷冷攪拌した。これにより析出した結晶をろ過乾燥し、RM9 8.4gを得た(収率:74%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 2.82-2.89 ppm(m, 2H), 3.10-3.18 ppm(m, 2H), 4.14 ppm(dd, J=5.4 Hz, J=11.0 Hz, 2H), 4.25 ppm(dd, J=2.6Hz, J=11.0 Hz, 2H), 5.78-5.79 ppm(m, 2H), 6.10-6.08 ppm(m, 2H), 7.00 ppm(d, J=8.4 Hz, 4H), 7.55 ppm(d, J=8.4 Hz)
<合成例10 −RM10の合成−>
Figure 2015115589
<RM10−Aの合成>
マグネチックスターラーを備えた200mL四口フラスコに、NMP20.0g中、4,4’−ビフェノール10.0g(53.7mmol)、4−クロロブチルアルデヒドジメチルアセタール18.4g(2.2eq)、炭酸カリウム22.3g(3.0eq)、ヨウ化カリウム1.78g(0.2eq)を仕込み、80℃にて3時間攪拌した。その後、4−クロロブチルアルデヒドジメチルアセタール2.45g(0.3eq)を追加し、更に16時間攪拌した。反応後、反応液を酢酸エチル50.0gで希釈し、無機塩をろ過した後、ろ液を酢酸エチル50.0gで希釈し、これを50℃にて純水50.0gで3回洗浄した。その後、この有機相を硫酸ナトリウムで脱水処理し、総重量68.0gまで減圧濃縮し、析出した結晶をろ過した。粗物にTHF5.0g及びMeOH20.0gを加え50℃にて溶解させた後、冷却し、暫く攪拌した。析出した結晶をろ過乾燥し、RM10−A 15.8gを得た(収率:70%、性状:白色固体)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 1.66-1.75 ppm(m, 8H), 3.24 ppm(s, 12H), 4.00 ppm(t, J=6.2 Hz, 4H), 4.42 ppm(t, J=5.2 Hz, 2H), 6.97 ppm(d, J=8.8 Hz, 4H), 7.52 ppm(d, J=8.4 Hz, 4H)
<RM10の合成>
マグネチックスターラーを備えた500mL四口フラスコに、THF56.4g中、上記で得られた化合物(RM10−A)14.8g(35.4mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸エチル15.0g(2.2eq)、塩化錫16.1g(2.4eq)、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール0.39g(5mol%)、20wt%HCl水溶液51.8gを仕込み、60℃に3時間攪拌した。反応後、反応液を減圧濃縮し、純水148gを加えた後、析出した結晶をろ過し、純水148gで2回洗浄した。続いて、この結晶にTHF118g及びMeOH118gを加え50℃にて溶解させた後、室温まで放冷し暫く攪拌した。これにより得られた結晶をろ過するこで、粗物を得た。更に、この粗物にTHF237g及びIPA237gを加え60℃にて溶解させた後、室温まで冷却し暫く攪拌した。これにより析出した結晶をろ過し、THF74.0gで3回洗浄した後、減圧乾燥し、RM10 7.20gを得た(収率:44%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 1.75-1.85 ppm(m, 8H), 2.60-2.68 ppm(m, 2H), 3.08-3.15 ppm(m, 2H), 4.03 ppm(t, J=5.2 Hz, 4H), 4.61-4.67 ppm(m, 2H) 5.72-5.73 ppm(m, 2H), 6.04-6.05 ppm(m, 2H), 6.98 ppm(d, J=8.8 Hz, 4H), 7.52 ppm(d, J=8.8 Hz, 4H)
<合成例11 −RM11の合成−>
Figure 2015115589
<RM11−Aの合成>
マグネチックスターラーを備えた200mL四口フラスコに、NMP20g中、F含有ターフェニル化合物(RM3−A)10.0g(35.7mmol)、ブロモアセトアルデヒドジメチルアセタール13.3g(2.2eq)、炭酸カリウム14.8g(3.0eq)、ヨウ化カリウム1.78g(0.30eq)を仕込み、100℃にて13時間攪拌した。13時間後、ブロモアセトアルデヒドジメチルアセタール4.82g(0.8eq)と炭酸カリウム4.93g(1.0eq)を追加して更に12時間攪拌した。これにより、反応終了したため、反応溶液をTHF100gで希釈し、無機塩をろ過した後、THFを減圧留去した。次に、反応液に純水200gを加え、析出した結晶をろ過した。続いて、得られた結晶をTHF100gに懸濁し、内温50℃にて溶解させた後、IPA200gを加え、氷冷攪拌した。これにより析出した結晶をろ過乾燥し、RM11−A 11.9gを得た(収率:73%、性状:薄茶色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 3.58-3.36 ppm(m, 12H), 4.04 ppm(d, J=5.2 Hz, 4H), 4.74-4.71 ppm(m, 2H), 7.10-7.06 ppm(m, 4H), 7.58-7.52 ppm(m, 5H), 7.70 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H)
<RM11の合成>
マグネチックスターラーを備えた500mL四口フラスコに、THF110g中、上記で得られた化合物(RM11−A)11.0g(24.2mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸エチル10.3g(2.2eq)、塩化錫11.0g(2.4eq)、10wt%HCl水溶液38.6gを仕込み、内温40℃で18時間反応させた。18時間後、20wt%HCl水溶液11.0gを加え、更に6時間攪拌した。その後、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール27mgを添加し、THFを減圧留去した後、純水110gを加え析出した結晶をろ過した。次に、得られた結晶をTHF1100gに懸濁し、60℃にて溶け残った不溶物をろ過した後、ろ液に活性炭(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)0.55gを加え、60℃にて30分程撹拌した。続いて、活性炭をろ過し、ろ液を減圧濃縮することでTHF110gまで減らした後、析出した結晶をろ過乾燥し、RM11 4.67gを得た(収率:39%, 性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6 : 2.86 ppm(d, J=17.6 Hz, 2H), 3.15 ppm(dd, J=8.2 Hz, 17.4 Hz, 2H), 4.17 ppm(dd, J=5.4 Hz, 11 Hz, 2H), 4.29 ppm(dd, J=2.6 Hz, 11 Hz, 2H), 4.99-4.96ppm(m, 2H), 5.79-5.78 ppm(m, 2H), 6.10-6.09 ppm(m, 2H), 7.01-7.04 ppm(m, 4H), 7.59-7.52 ppm(m, 5H), 7.71 ppm(d, J=8.8 Hz, 2H)
<合成例12 −RM12の合成−>
Figure 2015115589
<RM12−Aの合成>
冷却管付き200mlナスフラスコに、F含有ターフェニル化合物(RM3−A)4.0g(14.3mmol)、4−ブロモブチル−1,3−ジオキソラン6.3g(2.1eq)、炭酸カリウム8.3g(4.0eq)、およびアセトン100mlを加えて混合物とし、還流条件下で24時間撹拌しながら反応させた。反応終了後、反応液を純水500mlに注ぎ、白色固体を得た。この白色固体を再結晶(ヘキサン/テトラヒドロフラン、5/1)で精製した後、RM12−A 5.9gを得た(収率:77%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3: 1.62 ppm (m, 4H), 1.77 ppm (m, 4H), 1.91 ppm (m, 4H), 3.87 ppm (m, 4H), 4.04 ppm (m, 8H), 4.90 ppm (m, 2H), 7.00 ppm (m, 4H), 7.50-7.80 ppm (m, 7H).
<RM12の合成>
冷却管付き100mlナスフラスコに、上記で得られた化合物(RM12−A)3.0g(5.6mmol)、2−(ブロモメチル)アクリル酸2.3g(2.5eq)、THF35ml、塩化錫(無水物)2.6g(2.5eq)、および10%HCl水溶液11mlを加えて混合物とし、70℃で20時間撹拌して反応させた。反応終了後、反応液を純水500mlに注ぎ、白色結晶を得た。得られた白色結晶を再結晶(ヘキサン/クロロホルム、5/1)で精製した後、RM12を2.4g得た(収率:73%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in CDCl3: 1.50-1.90 ppm (m, 12H), 2.60 ppm (m, 2H),3.10 ppm (m, 2H), 4.03 ppm (m, 4H), 4.58 ppm (m, 2H), 5.65 ppm (m, 2H), 6.23 ppm (m, 2H), 6.94 ppm (m, 4H), 7.50-7.80 ppm (m, 7H).
<合成例13 −液晶配向剤D1の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−2(2.40g、6.0mmol)、DA−4(0.94g、6.2mmol)、DA−6(1.77g、3.8mmol)、DA−8(1.32g、4.0mmol)、をNMP(32.2g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(2.27g、11.6mmol)とNMP(10.7g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(5.7g)、およびピリジン(2.9g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−1を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は12000、重量平均分子量は33000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−1(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D1を得た。
<合成例14 −液晶配向剤D2の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−8(3.30g、10.0mmol)、DA−2(4.00g、10.0mmol)をNMP(34.8g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(2.27g、11.6mmol)とNMP(11.6g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(5.3g)、およびピリジン(2.7g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−2を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は15000、重量平均分子量は41000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−2(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D2を得た。
<合成例15 −液晶配向剤D3の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−6(4.67g、10.0mmol)、DA−2(4.00g、10.0mmol)をNMP(38.9g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(2.27g、11.6mmol)とNMP(13.0g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(3.1g)、およびピリジン(12.1g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−3を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は15000、重量平均分子量は36000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−3(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D3を得た。
<合成例16 −液晶配向剤D4の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−7(2.64g、10.0mmol)、DA−2(4.00g、10.0mmol)をNMP(32.8g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(2.27g、11.6mmol)とNMP(10.9g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(3.7g)、およびピリジン(14.4g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−4を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は25000、重量平均分子量は45000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−4(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D4を得た。
<合成例17 −液晶配向剤D5の合成−>
TCA(1.35g、6.0mmol)、DA−1(2.28g、6.0mmol)、DA−8(2.97g、9.0mmol)をNMP(24.9g)中で溶解し、80℃で3時間反応させたのち、CBDA(1.74g、8.9mmol)とNMP(8.3g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(36g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.0g)、およびピリジン(2.1g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−5を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は20000、重量平均分子量は43000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−5(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D5を得た。
<合成例18 −液晶配向剤D6の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−8(4.63g、14.0mmol)、DA−3(2.61g、6.0mmol)をNMP(34.5g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(2.27g、11.6mmol)とNMP(11.5g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(5.3g)、およびピリジン(2.7g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−6を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は17000、重量平均分子量は35000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−6(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D6を得た。
<合成例19 −液晶配向剤D7の合成−>
BODA(1.30g、5.2mmol)、DA−9(2.09g、3.9mmol)、DA−8(3.00g、9.1mmol)をNMP(23.5g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(1.43g、7.3mmol)とNMP(7.8g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(36g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(3.6g)、およびピリジン(1.9g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−7を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は16000、重量平均分子量は36000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−7(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D7を得た。
<合成例20 −液晶配向剤D8の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−8(3.96g、12.0mmol)、DA−1(3.04g、8.0mmol)をNMP(33.9g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(2.27g、11.6mmol)とNMP(11.3g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(5.4g)、およびピリジン(2.8g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−8を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は18000、重量平均分子量は40000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−8(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D8を得た。
<合成例21 −液晶配向剤D9の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−1(2.28g、6.0mmol)、DA−4(1.22g、8.0mmol)、DA−5(1.45g、6.0mmol)をNMP(29.5g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、PMDA(2.53g、11.6mmol)とNMP(9.5g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(6.4g)、およびピリジン(3.3g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−9を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は10000、重量平均分子量は31000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−9(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D9を得た。
<合成例22 −液晶配向剤D10の合成−>
合成例20で得られた液晶配向剤D8 7.0gに対して、合成例21で得られた液晶配向剤D9 3.0gを加え、室温で5時間攪拌することにより、液晶配向剤D10を得た。
<合成例23 −液晶配向剤D11の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−1(1.52g、4.0mmol)、DA−4(1.22g、8.0mmol)、DA−8(2.64g、8.0mmol)をNMP(20.7g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、PMDA(2.53g、11.6mmol)とNMP(9.9g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(6.1g)、およびピリジン(3.2g)を加え、50℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−10を得た。このポリイミドのイミド化率は60%であり、数平均分子量は9000、重量平均分子量は25000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−10(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D11を得た。
<合成例24 −液晶配向剤D12の合成−>
合成例20で得られた液晶配向剤D8 7.0gに対して、合成例23で得られた液晶配向剤D11 3.0gを加え、室温で5時間攪拌することにより、液晶配向剤D12を得た。
<合成例25 −液晶配向剤D13の合成−>
BODA(3.75g、15.0mmol)、DA−1(3.81g、10.0mmol)、DA−4(1.52g、10.0mmol)をNMP(30.0g)中で溶解し、80℃で5時間反応させたのち、CBDA(0.94g、4.8mmol)とNMP(10.0g)を加え、40℃で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液(50g)にNMPを加え6質量%に希釈した後、イミド化触媒として無水酢酸(4.7g)、およびピリジン(3.7g)を加え、80℃で3時間反応させた。この反応溶液をメタノール(700ml)に投入し、得られた沈殿物を濾別した。この沈殿物をメタノールで洗浄し、100℃で減圧乾燥しポリイミド粉末(A)−11を得た。このポリイミドのイミド化率は55%であり、数平均分子量は20000、重量平均分子量は40000であった。
得られたポリイミド粉末(A)−11(6.0g)にNMP(44.0g)を加え、50℃にて5時間攪拌して溶解させた。この溶液に3AMP(1wt%NMP溶液)6.0g、NMP(14.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D13を得た。
<合成例26 −液晶配向剤D14の合成−>
BODA(2.00g、8.0mmol)、DA−6(6.53g、14.0mmol)、DA−2(2.40g、6.0mmol)をNMP(26.4g)中で溶解し、60℃で3時間反応させたのち、CBDA(2.27g、11.6mmol)とNMP(13.2g)を加え、室温で10時間反応させポリアミック酸溶液を得た。このポリアミック酸溶液の数平均分子量は20000、重量平均分子量は40000であった。
このポリアミック酸溶液(30g)にNMP(40.0g)、BCS(30.0g)を加え、室温で5時間攪拌することにより液晶配向剤D14を得た。
<合成例27 −RM13の合成−>
Figure 2015115589
<RM13−Aの合成>
マグネチックスターラーを備えた300ml四口フラスコに、NMP18.1g中、RM1−A 9.0g(44.1mmol)を仕込み、NMP17.9gで共洗いした後、炭酸カリウム18.3g(3.0eq)を加え、NMP18.0gで共洗いした。これを80℃にて撹拌させながら、2−(2−ブロモエチル)−1,3−ジオキソラン17.6g(2.2eq)を30分間かけて滴下した後、18時間攪拌した。18時間後、更に2−(2−ブロモエチル)−1,3−ジオキソラン2.4g(0.3eq)を追加し、更に3.5時間反応させ、中間体の消失を確認した。反応終了後、室温にて反応液中に多量の水を加え、炭酸カリウムを溶解しながら目的物の結晶を析出させ、ろ過した。回収した結晶を純水でスラリー洗浄を2度行い、ろ過乾燥し、RM13−Aの粗物17.8gを得た(収率:100%、性状:薄茶色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6:7.57ppm(d, J=8.8Hz, 2H), 7.49ppm(dd, J=2.2 Hz, J=13.0Hz, 1H), 7.38ppm(d, J=10.0Hz, 1H), 7.21ppm(t, J=8.8Hz, 1H), 6.99ppm(d, J=8.4Hz, 2H), 5.02-4.99ppm(m, 2H), 4.18ppm(t, J=6.6Hz, 2H), 4.10ppm(t, J=6.6Hz, 2H), 3.94-3.91ppm(m, 4H), 3.82-3.78ppm(m, 4H), 2.09-2.02ppm(m, 4H).
<RM13の合成>
マグネチックスターラーを備えた500ml四口フラスコに、THF135g中、RM13−A 15.0g(37.1mmol)、塩化錫(II)無水物16.9g(2.4eq)、2−(ブロモメチル)アクリル酸エチル15.9g(2.2eq)を加えた後、20〜30℃にて10wt%HCl水溶液52.5gを45分掛けて滴下した。その後、室温にて7日間攪拌し、原料及び中間体を消失させた。次に、反応液にトルエン300gを加える事で2相に分け、熱時分液(50℃)にて塩酸相を除去した。有機相は一旦フラスコに回収し、6wt%KOH水溶液300g、50℃攪拌状態のジャケット付セパラブルフラスコ中へ滴下した。途中で不溶物が界面に生じてきたため、6wt%KOH水溶液150gを追加した。次に、アルカリ相を除去した後、有機相を純水300gで3回洗浄した後、有機相を回収した。これに活性炭0.75g(銘柄:特製白鷺dry品 日本エンバイロケミカル製)、硫酸ナトリウム30.0g、THF105gを加え、室温にて30分攪拌した後、固液分離を行い、ろ液を回収した。これを濃縮乾固し、MeOH45.0gを加えた後、室温にて1時間スラリー洗浄した。これをろ過後、得られたろ物をMeOH7.5gで洗浄した後、減圧乾燥し、RM13 7.6gを得た(収率:45%、性状:白色結晶)。
1H-NMR(400MHz) in DMSO-d6: 7.59 ppm(d, J=8.8Hz, 2H), 7.51 ppm (dd, J=2.0 Hz, J=12.8Hz, 1H), 7.40 ppm(dd, J=1.6 Hz, J=8.0 Hz, 1H), 7.34 ppm(t, J=9.0 Hz, 1H), 7.01 ppm (d, J=8.8 Hz, 2H), 6.05ppm (dd, J=2.6 Hz, J=5.0Hz, 2H), 5.74ppm (d, J=2.0Hz, 2H), 4.81-4.75ppm(m, 2H), 4.20ppm(t, J=6.2Hz, 2H), 4.13ppm(t, J=6.2Hz, 2H), 3.21-3.12ppm(m, 2H), 2.79-2.71ppm(m, 2H), 2.17-2.08ppm(m,4H).
<実施例1>
合成例13で得られた液晶配向剤D1 10.0gに対して合成例1で得られた重合性化合物RM1を0.06g(固形分に対して10質量%)添加し、室温で3時間攪拌して溶解させ、液晶配向剤D15を調製した。
得られた液晶配向剤D15を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例2>
実施例1において、重合性化合物RM1の量を、0.09g(固形分に対して15質量%)とした以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D16を調製した。
得られた液晶配向剤D16を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<参考例1>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例2で得られた重合性化合物RM2を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D17を調製した。
得られた液晶配向剤D17を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<参考例2>
実施例2において、重合性化合物RM1の代わりに合成例2で得られた重合性化合物RM2を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D18を調製した。
得られた液晶配向剤D18を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<参考例3>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例3で得られた重合性化合物RM3を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D19を調製した。
得られた液晶配向剤D19を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<参考例4>
実施例2において、重合性化合物RM1の代わりに合成例3で得られた重合性化合物RM3を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D20を調製した。
得られた液晶配向剤D20を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<参考例5>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例4で得られた重合性化合物RM4を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D21を調製した。
得られた液晶配向剤D21を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<参考例6>
実施例2において、重合性化合物RM1の代わりに合成例4で得られた重合性化合物RM4を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D22を調製した。
得られた液晶配向剤D22を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例3>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例14で得られた液晶配向剤D2を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D23を調製した。
得られた液晶配向剤D23を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例4>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例15で得られた液晶配向剤D3を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D24を調製した。
得られた液晶配向剤D24を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例5>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例16で得られた液晶配向剤D4を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D25を調製した。
得られた液晶配向剤D25を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例6>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例17で得られた液晶配向剤D5を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D26を調製した。
得られた液晶配向剤D26を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例7>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例18で得られた液晶配向剤D6を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D27を調製した。
得られた液晶配向剤D27を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例8>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例19で得られた液晶配向剤D7を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D28を調製した。
得られた液晶配向剤D28を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例9>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例22で得られた液晶配向剤D10を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D29を調製した。
得られた液晶配向剤D29を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例10>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例24で得られた液晶配向剤D12を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D30を調製した。
得られた液晶配向剤D30を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例11>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例25で得られた液晶配向剤D13を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D31を調製した。
得られた液晶配向剤D31を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例12>
実施例1において、液晶配向剤D1の代わりに合成例26で得られた液晶配向剤D14を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D32を調製した。
得られた液晶配向剤D32を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例13>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例7で得られた重合性化合物RM7を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D33を調製した。
得られた液晶配向剤D33を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例14>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例8で得られた重合性化合物RM8を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D34を調製した。
得られた液晶配向剤D34を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<比較例1>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例5で得られた重合性化合物RM5を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D35を調製した。
得られた液晶配向剤D35を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<比較例2>
実施例2において、重合性化合物RM1の代わりに合成例5で得られた重合性化合物RM5を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D36を調製した。
得られた液晶配向剤D36を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物が確認された。
<比較例3>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例6で得られた重合性化合物RM6を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D37を調製した。
得られた液晶配向剤D37を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物が確認された。
<比較例4>
実施例2において、重合性化合物RM1の代わりに合成例6で得られた重合性化合物RM6を用いた以外、実施例2と同様の方法により、液晶配向剤D38を調製した。
得られた液晶配向剤D38を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物が確認された。
<比較例5>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例9で得られた重合性化合物RM9を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D39を調製した。
得られた液晶配向剤D39を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<比較例6>
実施例1において、重合性化合物RM1の代わりに合成例10で得られた重合性化合物RM10を用いた以外、実施例1と同様の方法により、液晶配向剤D40を調製した。
得られた液晶配向剤D40を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例15>
<液晶セルの作製>
実施例1で得られた液晶配向剤D15を用いて下記に示すような手順でSC−PVA方式の液晶セルの作製を行った。
実施例1で得られた液晶配向剤D15を、画素サイズが100μm×300μmでライン/スペースがそれぞれ5μmのITO電極パターンが形成されているITO電極基板のITO面にスピンコートし、80℃のホットプレートで90秒間乾燥した後、200℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向を形成した。
また、液晶配向剤D1を電極パターンが形成されていないITO面にスピンコートし、80℃のホットプレートで90秒乾燥させた後、200℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの液晶配向膜を形成した。
上記の2枚の基板について一方の基板の液晶配向膜上に4μmのビーズスペーサーを散布した後、その上からシール剤(溶剤型熱硬化タイプのエポキシ樹脂)を印刷した。次いで、もう一方の基板の液晶配向膜が形成された側の面を内側にして、先の基板と貼り合せた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに液晶MLC-6608(メルク社製商品名)を減圧注入法によって注入し、液晶セルを作製した。作製した液晶セルは、その後、120度の熱風循環式オーブンに1時間入れ、液晶の再配向処理を行った。
得られた液晶セルの応答速度を、下記方法により測定した。その後、この液晶セルに15VのDC電圧を印加した状態で、この液晶セルの外側から365nmのバンドパスフィルターを通したUVを10J/cm照射した。その後、再び応答速度を測定し、UV照射前後での応答速度を比較した。また、UV照射後のセルについて画素部分のプレチルト角を測定した。また、UVを照射していないセルを一日放置し、その後、液晶セルの偏光顕微鏡観察を行った。重合性化合物の溶解性が低い場合、液晶セル中でも析出しやすくなり、輝点が発生すると考えられる。結果を表5に示す。
<応答速度の測定方法>
まず、バックライト、クロスニコルの状態にした一組の偏光板、光量検出器の順で構成される測定装置において、一組の偏光板の間に液晶セルを配置した。このときライン/スペースが形成されているITO電極のパターンがクロスニコルに対して45°の角度になるようにした。そして、上記の液晶セルに電圧±6V、周波数1kHzの矩形波を印加し、光量検出器によって観測される輝度が飽和するまでの変化をオシロスコープにて取り込み、電圧を印加していない時の輝度を0%、±4Vの電圧を印加し、飽和した輝度の値を100%として、輝度が10%から90%まで変化するのにかかる時間を応答速度とした。
<プレチルト角の測定>
名菱テクニカ製LCDアナライザーLCA−LUV42Aを使用した。
<実施例16〜実施例28>
液晶配向剤D15の代わりに、表1記載の液晶配向剤を用いた以外は実施例21と同様の操作を行って、UV照射前後での応答速度を比較した。またプレチルト角の測定を行った。また、液晶セル中の輝点観察結果も行った。
<実施例29>
合成例22で得られた液晶配向剤D10(10.0g)に、合成例27で合成したRM13を0.06g(液晶配向剤D10)の固形分に対して10質量%)添加し、室温で3時間撹拌して溶解させ、液晶配向剤D41を調製した。
得られた液晶配向剤D41を−20℃の冷凍庫で1日保存し、室温で3時間放置し解凍したところ、析出物は確認されなかった。
<実施例30>
実施例29で調製した液晶配向剤D41を実施例15と同様の操作を行い、UV照射前後での応答速度を比較した。またプレチルト角の測定と液晶セル中の輝点観察を行った。
<参考例7〜参考例12>
液晶配向剤D15の代わりに、それぞれ液晶配向剤D17〜D22を用いた以外は実施例16と同様の操作を行って、UV照射前後での応答速度を比較した。またプレチルト角の測定を行った。また、液晶セル中の輝点観察結果も行った。
なお、参考例7,8,11,12では、200℃の熱風循環式オーブンの代わりに140℃の熱風循環式オーブンを使用した。
<比較例7〜比較例12>
液晶配向剤D15の代わりに、それぞれ液晶配向剤D35〜D40を用いた以外は実施例15と同様の操作を行って、UV照射前後での応答速度を比較した。またプレチルト角の測定を行った。また、液晶セル中の輝点観察結果も行った。
Figure 2015115589
実施例15及び16と比較例7、8とを比較すると、特に実施例16と比較例8を比較すると、同一な骨格を有する場合(RM1とRM5とは、F置換の有り(RM1)・なし(RM5)の違い)、ハロゲン基の導入によりワニスへの溶解性が向上していることがわかる。また、液晶セル中での輝点観察により、液晶への溶解性も向上していることがわかる。
同様な観点で、実施例27と、比較例11(RM7とRM9とは、F置換の有り(RM7)・なし(RM9)の違い)、実施例28と比較例12(RM8とRM10とは、F置換の有り(RM8)・なし(RM10)の違い)を比較すると、液晶への溶解性が向上していることがわかる。また、参考例9及び参考例10から、ビフェニル骨格よりも剛直で溶解性の低いターフェニル骨格を有していても、ハロゲン基の導入で重合性化合物の溶解性が向上し、液晶配向剤の保存安定性も向上することが確認できる。
同様に、参考例7、8、11、12からも、重合性化合物の高い溶解性が確認された。よって、ハロゲン置換された重合性化合物は、重合性化合物の溶解性が向上し、液晶配向剤が高い保存安定性を示し、さらに、液晶への溶解性も向上することがわかる。また、ハロゲン置換された重合成化合物を添加した液晶配向剤は、SC−PVA方式の液晶セルにおいて、ハロゲン置換されていない重合性化合物を添加した液晶配向剤と同様にチルト角を発現することが確認された。

Claims (8)

  1. ハロゲン原子で少なくとも一置換されているアリール基と、2個のα−メチレン−γ−ブチロラクトン基を有する重合性化合物。
  2. 下記の式[1]で表されることを特徴とする重合性化合物。
    Figure 2015115589
    (式[1]中、Arは、ハロゲン置換基を少なくとも1つ有する芳香族環を含有する二価の有機基であり、n1とn2は各々独立に1〜10の整数である。)
  3. 式[1]中、Arは下記式[2]乃至[4]で表される構造からなる重合性化合物。(Xはハロゲン置換基を示し、m〜mは各々独立に0〜4の整数であり、m7およびmは各々独立に0〜3の整数であり、m+mは1以上8以下であり、m+m+mは1以上12以下であり、m+m+mは1以上10以下である)
    Figure 2015115589
  4. Xがフッ素基を示す請求項1〜3のいずれか一項に記載の重合性化合物。
  5. 式[2]乃至[4]中、Xはフッ素基を示し、m+mは1以上3以下であり、m+m+mは1以上4以下であり、m+m+mは1以上3以下である請求項4記載の化合物。
  6. 下記式[5]乃至[7]で表される化合物からなる群から選ばれる重合性化合物。(n1は1〜10の整数である。)
    Figure 2015115589
  7. 下記式[1−1]〜[1−6]で表される重合性化合物。
    Figure 2015115589
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の重合性化合物と、ポリイミド及びポリイミド前駆体から選ばれる少なくとも一種の重合体とを含有する液晶配向剤。
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