KR100254720B1 - 이방성 유기 화합물, 이를 포함하는 액정물질 및액정물질을사용하여 제조한 액정소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학식 1의 액정 화합물에 관한 것이다.
화학식 1
상기 식에서,
A, D 및 G는 독립적으로 페닐, 모노-불소화 페닐 및 디-불소화 페닐로부터 독립적으로 선택되고, B 및 E는 단일 결합, C≡C, C=C, COO로부터 독립적으로 선택되며, m 및 n은 m+n이 1 또는 2가 되도록 1 및 0으로부터 독립적으로 선택되고,
R1은 탄소수 0 내지 15를 함유하는 알킬, 알키닐, 티오알킬 및 수소로부터 선택되며(여기서, 알킬은 직쇄알킬 또는 수소이다), R2는 CN으로부터 선택되고,
단, A, D 및 G 중의 하나 이상은 페닐이고;
n+m이 2이면 B 및 E 중 하나는 단일 결합이며;
R1이 알키닐 또는 티오알킬인것, n+m이 1일때 두 고리가 페닐이고 B 또는 E의 어느 것이든지 단일 결합인 것, n+m이 2일 때 세 고리 모두 페닐이고 B 및 E 둘다 단일 결합인 것은 제외되고;
R1이 알킬인것, n+m이 1일 때 두 고리가 페닐이고 존재하는 B 또는 E의 어느 것이든지 단일 결합 또는 COO, C≡C인 것, n+m이 2일때 세 고리 모두 페닐이고 B 및 E의 어느 것이든지 단일 결합이도 나머지는 단일 결합 또는 COO, C≡C인것은 제외되며;
R1이 알킬이고 n+m이 1일 때 A가 페닐이고 존재하는 D 또는 G의 어느 것이든지 불소화 페닐이고 존재하는 B 또는 E의 어느 것이든지 COO인것, n+m이 2이고 A 및 D가 둘 다 페닐이고 G가 불소화 페닐이며 B가 단일 결합이고 E가 COO인것은 제외된다.
또한 본 발명은 액정물질의 예비전이 특성이 등방성상에서 제공됨을 이용하는 소자에 포함시키기에 적합한 화학식 2의 화합물에 관한 것이다.
화학식 2
R3-J-X-Y-R4
상기 식에서,
J 및 Y는 페닐, 모노-염소화 페닐, 디-염소화 페닐, 모노-불소화 페닐 및 디-불소화 페닐로부터 독립적으로 선택되고, X는 단일 결합, C≡C, OOC, COO루부터 선택되며, R3은 탄소수 0 내지 15를 함유하는 알킬, 알콕시, 티오알킬 및 수소로부터 선택되고(여기서, 알킬은 직쇄알킬 또는 수소이다), R4는 CN으로부터 선택되며;
단, J 및 Y의 하나이상은 페닐이고;
두 고리가 페닐일때 X가 단일 결합인 것은 제외되고;
R3이 알킬일때 J가 페닐이고 Y가 불소화 페닐이며 X가 COO인 것은 제외되며;
J 및 Y 둘 다가 페닐일 때, R3이 알킬이고 X가 단일 결합 및 COO로부터 선택된 것은 제외된다.

Description

이방성 유기 화합물, 이를 포함하는 액정물질 및 액정물질을 사용하여 제조한 액정소자{Anisotropic organic compounds, a liquid crystal material comprising the same and a liquid crystal device which uses a liquid crystal material}
본 발명은 액정성을 지니고/지니거나 액정물질의 구성 성분으로서 적합한, 시아노, 이소티오시아네이토 또는 티오시아네이트 그룹을 포함하는 화합물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 액정물질에 있어서의 이러한 화합물의 용도에 관한 것이다.
액정 물질 및 소자는 네마틱(nematic) 및 콜레스테릭(cholesteric)(N 또는 N*), 또는 스멕틱(smectic)(S) [여기서, 특히 유용한 스멕틱 상은 키랄 스멕틱 C(Sc *) 또는 스멕틱 A이다]의 전기광학특성(electro-optical property)을 이용한다.
강유전성 Sc *상을 나타내는 액정물질은 Sc*상이 수 밀리초 또는 마이크로초의 범위내에서 전환될 수 있는 예를 들어 텔레비젼 또는 VDU 스크린 등의 고속 전환 디스플레이에 유용하다. 특히 Sc *전환 원리는 문헌[참조; N A Clark and S T Lagerwall in App Phys Lett 36(198) p899]에 기술되어 있다.
SA액정상은 전기분석적(electroclinic) 효과를 이용하는 디스플레이 소자에 사용할 수 있다.
디스플레이 및 기타의 광학 소자[예; 디지탈 계산기, 시계, 계량기 및 문자숫자식 랩톱 컴퓨터(alphanumeric laptop computer)]에서 전기광학효과를 나타내는 액정물질의 용도가 공지되어 있다. 그러나, 공지된 액정물질은 모든 측면에서 이상적이지 못으며 이의 특성을 향상시키기 위하여 현재 당해 분야에서 상당량의 작업이 진행되고 있다.
액정물질은 통상적으로 특별하게 선택된 혼합 조성물로 이루어지고 개선된 물질은 종종 일련의 특성들이 개선된 신규 혼합물을 형성시킴으로써 수득된다.
액정 혼합물의 조성물은 일반적으로 혼합물이 바람직한 특성을 나타내도록 선택된다. 특히, 이러한 특성은, 실온(20℃)을 포함하는 가능한한 넓은 액정성 온도 범위(1); 가능한한 낮은 융점(고체에서 액체로의 결정 전이온도)(2); 가능한한 높은 투명점(액정에서 등방성 액체로의 전이온도)(3); 디스플레이 전압을 최소화시키기 위한 가능한한 높은 포지티브 또는 네가티브한(적합한) 유전 이방성(분자축에 평행한 방향에서 측정한 유전율이 분자축에 수직인 방향에서 측정한 유전율보다 낮다)(4); 디스플레이 전환 속도를 최소화하기 위한 가능한한 낮은 점도(5); 온도에 따라 가능한한 적게 변화하는 전기광학적 응답(6) 및 양호한 화학적 및 광화학적 안정성(7)을 포함한다.
특수한 적용에 유용한 추가의 특정한 특성의 예는, 양호한 다중사용성(multiplexability)(8), 유전 이방성을 주기적으로 전환시킬 수 있는 능력(9); 선택된 크기의 복굴절률(10); 특수 소자의 요건에 부합하도록 조정할 수 있는 비탄성 상수(11); 및 특정 적용을 위한 높은 전기저항(12)을 포함한다.
액정물질은 일반적으로 개별적으로 또는 함께 액정상을 나타내는 화합물들의 혼합물이다. 바람직한 다수 특성이 이러한 화합물 및 물질에서 발견된다. 이들 중에서 화학적 안정성, 바람직하게는 실온을 포함하는 폭넓은 온도범위에서 적합한 액정상의 지속성 및 몇몇의 소자에서는 높은 복굴절률(△n)이 발견된다.
네마틱 물질로서 광범위하게 사용되는 화합물류는 알킬 및 알콕시 시아노비페닐 및 테르페닐이다:
상기 식에서,
R은 알킬 또는 알콕시이다.
이들은 유용한 액정 화합물이지만 몇몇의 응용 화합물에서는 더 큰 복굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 이러한 바람직한 특성중의 적어도 일부 및 특히 고복굴절률을 갖는 화합물 및 물질을 제공하기 위한 것이다.
도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 화합물의 합성 경로이고,
도 10은 본 발명에 따른 액정 소자를 도시한 것이며,
도 11은 본 발명에 따른 커셀을 도시한 것이다.
본 발명에 따라 화학식 1의 액정 화합물이 제공된다.
상기 식에서,
A, D 및 G는 독립적으로 페닐, 티오펜, 수소화 페닐, 염소화 페닐 및 불소화 페닐로부터 선택되고,
B 및 E는 독립적으로 단일결합, C≡C, C=C, COO, 아족시 및 디아조로부터 선택되고,
n 및 m은, m+n이 1 또는 2가 되도록 1 및 0으로부터 독립적으로 선택되고,
R1및 R2는 독립적으로 R, RO, 알키닐, 티오알킬, 수소, CN, NCS 및 SCN으로부터 선택되며,
단, R1및 R2중의 하나 이상은 CN, NCS 및 SCN으로부터 선택되고, A, D 및 G 중의 하나 이상은 페닐이며,
R1및 R2중의 하나 이상이 독립적으로 CN으로서 선택되고 A, D 및 G 중의 하나가 티오펜이 아닌 경우와 m이 0이고 A 및 D가 페닐이고 B가 단일결합이며 R1및 R2중의 하나만이 NCS인 경우는 제외된다.
구조적인 것 및 기타 바람직한 것은 그중에서도 특히 바람직한 액정 특성, 특히 액정물질에 사용하기 위한 고 복굴절률을 기준으로 하여 하기에 나타내었다.
R1및 R2중의 하나가 R, RO, 알키닐 및 티오알킬로 부터 선택되는 경우, R1및 R2는 바람직하게는 C1-15, 보다 바람직하게는 C1-5이다.
본 발명의 추가의 양태에 따라, 등방성 상에서 액정 물질의 예비전이 특성을 이용하는 소자에 포함시키기에 적합한 화합물은 화학식 2의 화합물이다.
R3-J-X-Y-R4
상기 식에서,
J 및 Y는 독립적으로 페닐, 티오펜, 수소화 페닐, 염소화 페닐 및 불소화 페닐로부터 선택되고,
X는 C≡C, C=C, COO, 아족시 및 디아조로부터 선택되고,
R3및 R4는 독립적으로 R, RO, 알키닐, 티오알킬, 수소, CN, NCS 및 SCN으로부터 선택된다.
전형적으로, 이러한 특성은 광학 커 효과 소자 (Optical Kerr Effect device)와 같은 소자에 이용될 수 있다. 이러한 소자는 종종 광학 셔터(optical shutter) 또는 광학 조절기로서 사용되며, 매체의 복굴절률(△n)이 인가된 전기장의 면적에 비례한다는 사실에 근거한다. 이러한 효과는 종종 2차 전기광학 효과(quadratic electro-optic effect)라고 하며 축퇴 4파동 혼합을 사용하여 조사한다[참조: P Madden et al IEEE J of Quantum QE22 No 8 Aug 1986 p1287].
화학식 1의 화합물의 총괄적인 바람직한 구조식은 하기와 같다:
상기 식에서,
RA는 알킬, 알콕시, 알키닐 및 티오알킬로부터 선택되고,
Y는 수소 및 불소로부터 선택된다.
화학식 2의 화합물의 총괄적인 바람직한 구조식은 다음과 같다:
상기 식에서,
RA는 알킬, 알콕시, 알키닐 및 티오알킬로부터 선택되고,
Y는 불소 또는 수소로부터 선택된다.
화학식 1 및 2의 화합물은 당해분야의 전문가에게 명백한 각종 방법으로 제조할 수 있다. 화학식 1 및 2 [여기서, R1은 NCS이다]인 화합물의 바람직한 경로는 적합한 보론산을 팔라듐 촉매[예; 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0)]에 의해 매개된 1-브로모-니트로벤젠으로 커플링시켜 적합한 니트로페닐을 수득함을 포함한다. 니트로페닐의 이소티오시아네이토페닐으로의 전환은 티오포스겐으로 연속처리하여 페닐 아민으로 수소화시킴으로써 가능하다. 이러한 커플링에 적합한 조건은 공지되어 있다. 화학식 1 및 2의 화합물[여기서, R1은 CN이다]에 대한 전형적인 제조경로는 적합한 보론산을 전형적으로 팔라듐 촉매에 의해 매개된 4-브로모니트로 벤질로 커플링시킴을 포함한다. 연결 그룹 X를 포함시키는 방법은 필요한 말단 그룹 치환체를 포함하기 위한 적합한 보론산의 제조방법으로서 당해 분야의 전문가에게 공지되어 있다.
페닐 환(들)이 불소, 염소 또는 수소 치환된 상응하는 화합물을 제조하기 위하여 상응하는 치환된 출발 화합물을 사용한다. 상기 커플링 반응은 일반적으로 이들 치환체에 의해 영향받지 않는다.
본 발명의 추가의 양태는 하나 이상의 화합물이 화학식 1의 화합물인 2개 이상의 성분을 포함하는 액정물질이다. 화학식 1의 화합물은 특히 상기한 바람직한 화합물이고 이들은 액정물질의 성분으로 매우 유용한 몇몇의 바람직한 특성, 보다 특히 높은 복굴절률을 지닌다.
액정물질의 기타의 성분으로서 적합한 화합물은 당해 분야의 전문가에게 명백하며, 물질이 추구하는 응용을 위한 물질에 필요한 유전 이방성, 복굴절률, 작용 온도 범위 등과 같은 특성에 좌우된다. 몇가지 형태의 적합한 물질을 하기에 간단히 나타내었다.
바람직하게는, 하나 이상의 화학식 1의 화합물을 포함할 뿐만 아니라 하나 이상의 화학식 3의 화합물을 포함하는 본 발명의 혼합물이다.
상기 식에서,
RB는 탄소수가 바람직하게는 1 내지 8이고, 바람직하게는 직쇄인 알킬, 티오알킬 또는 알콕시이고,
d는 1 또는 0이다.
이러한 물질은 영국 특허 제GB 1433130호 및 영국 특허원 제90/19268.5호의 주요부분에 포함되어 있다. 액정물질은 예를 들면 유럽 특허원 제EP-A-01322377호에 기술된 바와 같은 포지티브 유전 이방성을 갖는 기타의 액정 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 혼합물은 화학식 4에 나타낸 바와 같은 전형적인 구조의 페닐 티아졸렌과 같은 물질을 포함할 수도 있다.
상기 식에서,
R1은 전형적으로 CN, 알킬 또는 알콕시이다.
물질은 또한 낮은 유전 이방성의 액정 화합물 또는 서모크로믹(thermochromic)일 수 있는 콜레스테릭 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 화합물의 몇몇의 예는 유럽 특허원 제EP-A-0132377호에 기술되어 있다.
물질은 또한, 예를 들면, 네마틱 상에서 등방성 상(N-I)으로의 전이온도를 상승시키기 위하여 고투명점을 지닌 액정 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 화합물의 몇몇의 예는 유럽 특허원 제0132377호에 기술되어 있다.
본 발명의 당해 측면의 물질이 콜레스테릭 또는 키랄 네마틱상을 나타내도록 하기 위하여 물질은 비대칭 탄소원자를 포함하는 하나 이상의 화합물을 포함해야 한다. 이것은 화학식 1의 키랄 화합물, 예를 들어 즉 S(+) 4-(2-메틸부틸)-4'-시아노 비페닐 또는 S(+) 4-(2-메톡시부톡시)-4'-시아노 비페닐일 수 있다.
물질은 또한 유럽 특허원 제EP-A-82300891.7호에 기술된 염료와 같은 하나 이상의 다색성 염료(pleochroic dye)를 포함할 수 있다.
본 발명의 당해 측면의 물질에 사용된 이들 화합물의 비율은 목적하는 적용에 좌우되며, 물질은 유용하게 2개 이상의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다. 물질이 2개 이상의 화학식 1의 화합물을 포함하지 않는 경우 이들은 공융 혼합물에 근접한 비율로 존재할 수 있다.
본 발명의 당해 양태의 물질은 공지된 많은 형태의 액정 디스플레이 소자[예; 비틀림 네마틱 소자, 프레데릭스 효과 소자, 콜레스테릭 기억 방식 소자, 콜레스테릭 대 네마틱상 변화 효과 소자, 동력 산란 효과 소자 또는 초비틀림 효과 소자]에 사용될 수 있다. 이러한 소자의 제작방법 및 작동방법, 및 이와 같은 용도에 적합한 액정 물질의 특성은 당해 분야에 공지되어 있다. 전형적으로, 전기광학 디스플레이 소자는 2개의 기판으로 이루어지고 이들 사이에 액정물질 층이 끼워질 수 있다. 하나 이상의 기판이 광학적으로 투명하며 둘 다 바람직하게는 반대면에 투명물질로 이루어진 어드레싱 가능한 전극을 지닌다. 전극을 통해 액정물질의 층을 가로질러 전기장을 인가함으로써 직접 또는 바람직하게는 하나 이상의 편광 필터(polarising filter)를 통해 관측되는 광전 효과를 성취할 수 있다.
본 발명의 또다른 양태는 혼합물이 등방성 상에서 액정 혼합물의 예비전이 특성을 이용하는 소자에 포함시키기에 적합하고 하나 이상의 화학식 2의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 화합물들의 혼합물인 물질이다. 이러한 물질은 화학식 3 및/또는 화학식 4의 화합물을 혼입할 수 있다.
화학식 2의 화합물 및 또한 당해 화합물(들)을 포함하는 물질은 광학 커 효과를 이용하는 소자에 사용될 수 있다. 전형적으로, 광학 커 효과 소자는 2개의 전극을 포함하는 유리 셀(glass cell) [여기서, 유리 셀은 극성 액체로 충전되어 있다]을 포함한다. 당해 소자는 종종 커 셀이라고 한다. 커 셀은 셀을 가로질러 인가된 전기장에 대해 ±45˚인 전달 축을 갖는 2개의 교차된 편광자 사이에 위치할 수 있다. 커 셀을 가로질러 0(제로) 전압이 인가되는 경우, 아무런 빛도 전달되지 않고 셀은 폐쇄된 셔터로서 작동한다. 조절 전압을 인가하는 경우에는 커 셀을 유발시키는 장을 발생시켜 가변 파동 판으로서 작용하도록 함으로써 커 셀이 인가된 전기장에 비례적으로 개방될 수 있는 셔터로서 작용하도록 한다.
본 발명의 네마틱 물질은 물질의 복굴절률이 크기 때문에 ECB 효과 소자용으로 특히 적합할 수 있다. 이들은 또한 액정 물질의 소적이 투명 중합체의 매트릭스내에 분산되는 중합체 분산된 액정(PDLC)용으로도 특히 적합할 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하지만 이로써 제한하려는 것은 아니며, 첨부한 도면중의 도 1 내지 도 9는 화학식 1 및 2의 화합물의 전형적인 합성 경로를 나타내고, 도 10 및 도 11는 실시예의 방편으로서만 주어진 것이며 각각 본 발명의 액정 소자 및 커 셀을 도시적으로 나타낸 것이다.
실시예 1
도 1를 참조로 하기 합성 경로를 사용하여 상기 화합물을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.
단계 1.1
3-플루오로아세트아닐리드
빙초산(30ml)중의 아세트산 무수물(30.30g, 0.297mol)의 용액을 교반된 3-플루오로아닐린(30.0g, 0.27mol)에 가한다. 수득한 교반 혼합물을 환류하에 20분 동안 가열하고 냉수 (500ml) 속에 쏟아 부은 다음, 생성물을 에테르로(2회) 추출 시키고 에테르성 추출물을 수세하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에 제거시키고 잔사를 수성 아세트산으로부터 재결정화시켜 무색 결정 28.90g을 수득한다(수율 : 70%).
단계 1.2
4-브로모-3-플루오로아세트아닐리드
실온의 무수 디클로로메탄중의 화합물 1.1(13.50g), 0.088mol)의 교반 용액에 N-브로모석신이미드(15.73g, 0.088mol)를 한번에 모두 가한다. 교반된 혼합물을 환류하에 5시간 동안 가열시키고(glc 분석 결과 완결 반응 및 하나의 생성물 피크만이 존재하는 것으로 나타남), 냉각시킨 다음 다량의 물로 세척한다. 수성 추출물을 디클로로메탄으로 세척하고, 합한 유기 추출물을 수세한 다음 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에서 제거시켜 엷은 오렌지색 고체를 수득하고, 이어서 추가의 샘플을 헥산/디메톡시에탄(99:1)으로 재결정화시켜 무색 결정 20.40g을 수득한다(수율 : 100%).
단계 1.3
4-브로모-3-플루오로아닐린
36% 염산(25ml)을 에탄올(50ml)중의 화합물 1.2(19.75g, 0.085mol)의 교반된 환류용액에 적가한다. 용액을 환류하에 2시간 동안 가열시키고(glc 분석결과 완결 반응을 나타냄), 냉각시킨 다음 물을 가한다. 혼합물을 증류시켜 에탄올 및 에틸아세테이트를 제거시킨 다음, 잔사를 5% 수산화나트륨에 가하고 생성물을 디클로로메탄으로(2회) 추출시킨다. 합한 유기 추출물을 수세하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에서 제거시켜 엷은 황갈색 고체를 15.95% 수득한다(수율:99%).
단계 1.4
1-브로모-2-플루오로-4-요오도벤젠
화합물 1.3(13.68g, 0.072mol) 및 36% 염산(110ml)의 교반 혼합물을 서서히 가온시켜 용액을 수득한 다음, -5℃로 냉각하고, 온도를 -5℃로 유지시키면서 물속의 아질산나트륨(5.47g, 0.079mol) 용액을 적가한다. 혼합물을 0℃에서 30분 동안 교반하고, 사이클로헥산(100ml)을 가한 다음 0 내지 5℃의 온도에서 물속의 요오드화 칼륨(43.5g, 0.26mol) 용액을 적가한다. 혼합물을 실온에서 수 시간 동안 교반하고 생성물을 에테르로 (2회) 추출시킨다. 합한 유기 추출물을 메타중아황산 나트륨, 10% 수산화 나트륨 및 물로 세척하여 건조(MgSO4) 시킨다. 용매를 진공하에서 제거시켜 회색 고체를 35.0g 수득한다(수율 : 87%).
단계 1.5
1-브로모-2-플루오로-4-펜트-1-인일벤젠
양 : 펜트-1-인(4.02g, 0.059mol), n-부틸리튬(6.00ml, 헥산중의 10.0M, 0.060mol), 염화아연(8.16g, 0.060mol), 화합물 1.4(15.5g, 0.051mol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (2.95g, 2.55mol).
당해 실험 방법은 아연 커플링 반응이다. n-부틸리튬 용액을 무수 질소하에서 무수 THF중의 교반된 냉각 용액(-5℃ 내지 0℃)에 적가한다. 당해 혼합물을 10분 동안 교반한 다음 무수 THF중의 (무수)염화아연 용액을 약 -5℃ 내지 0℃에서 적가한다. 혼합물을 실온에서 15분 동안 교반하고 무수 THF중의 화합물 1.2의 용액을 -5℃ 내지 0℃에서 적가한 다음 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0)을 가한다. 혼합물을 환류하에 22시간 동안 가열한다(glc 분석결과 완전반응을 나타냄). 조 생성물을 증류시켜 11.31g 무색 액체를 수득한다(수율:92%).
단계 1.6
1-브로모-2-플루오로-4-펜틸벤젠
에탄올(150ml)중의 화합물 1.5 (10.95g, 0.045mol) 및 산화팔라듐(IV)(0.25g)을 실온 및 대기압에서 8시간 동안 수소화시킨다(glc 분석결과 완전반응을 나타냄). 촉매를 여과시키고 용매를 진공하에서 제거시켜 엷은 오렌지색 고체 10.58g을 수득한다(수율:98%).
단계 1.7
2-플루오로-4-펜틸페닐보론산
양: 화합물 1.6(9.92g, 0.040mol), n-부틸리튬(4.00ml, 헥산중의 10.0M, 0.040mol), 트리메틸 보레이트(8.35g, 0.080mol).
당해 실험 방법은 표준 보론산의 제조방법이며 갈색 고체를 생성한다. 수득량은 8.28g(수율: 99%)이다.
단계 1.8
2-플루오로-4'-니트로-4-펜틸비페닐
양: 1-브로모-4-니트로벤젠(2.15g, 0.0106mol), 화합물 1.7(2.68g, 0.0128mol), 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0) (0.38g, 0.33mol).
당해 실험 방법은 조 생성물이 컬럼 크로마토그래피 [실리카 겔/석유 분획(비점: 40-60℃)-디클로로메탄, 3:1] 시킴으로써 정제하여 담황색 겔 2.95g을 수득한다(수율: 97%).
단계 1.9
4'-아미노-2-플루오로-4-펜틸비페닐
에탄올(100ml)중의 목탄(1.50g)상의 화합물 1.8(2.80g, 9.76mol) 및 5% 팔라듐의 교반 혼합물을 실온 및 대기압에서 8시간 동안 수소화시킨다(glc 분석 결과 완결 반응을 나타냄). 촉매를 증류시키고 용매를 진공 중에서 제거시켜 엷은 오렌지색 고체를 15.35g 수득한다(수율: 95%).
단계 1.10
2-플루오로-4'-이소티오시아네이토-4-펜틸비페닐
클로로포름중의 화합물 1.9(2.11g, 8.21mol)의 용액을 물, 탄산칼슘(1.28g, 0.013mol), 클로로포름 및 티오포스겐 (1.17g, 0.010mol)의 교반된 냉각 혼합물(0℃)에 가한다. 혼합물을 35℃에서 1.5시간동안 가열한 다음 물속에 쏟아 붓는다. 수성층을 디클로로메탄으로 세척하고 합한 유기 추출물을 1% 수성 염산으로 세척하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에 제거시키고 조 생성물을 컬럼 크로마토 그래피(실리카겔/디클로로메탄)시킴으로써 회색 고체를 수득한 다음 이를 에탄올-에틸 아세테이트(1:1)로 재결정화시켜 무색 결정 1.36g을 수득한다(수율: 55%).
실시예 2
도 2를 참조로 하여 실시예 2는 다음의 합성 경로를 사용하여 상기 화합물을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
단계 2.1
2-펜트-1-인일티오펜
n-부틸리튬(10.0ml, 헥산중의 10.0M, 0.10mol)을 무수 질소하에서 무수 THF중의 펜트-1-인(6.80g, 0.10mol)의 교반된 냉각(-5 내지 0℃) 용액에 적가한다. 당해 혼합물을 10분 동안 교반한 다음 무수 THF중의 무수 염화아연(13.63g, 0.10mol) 용액을 -5℃ 내지 0℃의 온도에서 2-브로모티오펜(16.00g, 0.098mol)에 적가한 다음 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0) (3.40g, 2.94mol)을 가한다. 혼합물을 실온에서 밤새 교반하고 (glc 분석결과 완결반응을 나타냄) 10% 염산속에 쏟아 붓는다. 생성물을 에테르로(2회) 추출시키고 합한 에테르성 추출물을 수성 탄산수소나트륨으로 세척하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에서 제거시킨 다음, 생성물을 여과하고 증류시켜 무색 액체 12.96g을 수득한다(수율: 88%).
단계 2.2
5-펜트-1-인일티오펜-2-일보론산
당해 실험 방법은 화합물 2.1(10.00g, 0.067mol), n-부틸리튬(6.80mol, 헥산중의 10.0M, 0.068mol) 및 트리메틸 보레이트(14.20g, 0.137mol)를 사용하는 표준 보론산의 제조방법이다. 12.00g의 갈색 고체가 수득된다(수율: 93%).
단계 2.3
2-(4-시아네이토페닐)-5-펜틸티오펜
당해 단계는 화합물 2.2(1.85g, 9.54mol), 4-벤조니트릴(1.45g, 7.97mol) 및 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0)(0.30g, 0.26mol)이 용매로서 1,2-디메톡시메탄(35ml) 및 2M-탄산나트륨(35ml)과 함께 사용되는 표준 커플링 반응이다. 조 생성물을 컬럼 크로마토그래피[실리카 겔/석유 분획 (비점 40-60℃)-디클로로메탄, 2:1]시킴으로써 정제하고 실온 및 대기압에서 목탄 촉매상의 5% 팔라듐의 존재하에서 수소화시킨다. 촉매를 여과시키고 진공하에서 용매를 제거시킨 다음 잔사를 크로마토그래피[실리카 겔/석유 분획(비점 40-60℃)- 디클로로메탄, 2:1]시킴으로써 정제하여 무색 오일을 수득하고 연속적으로 증류[0.55mmHg상에서 쿨겔로흐르(Kulgelrohr) 150℃ (최대)]시켜 무색 오일을 수득하여 냉각시킴으로써 결정화한다.
수득량은 1.45g (수율: 71%)이다.
실시예 3
도 3을 참조로 하여 하기 합성경로를 사용하여 상기 화합물을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.
단계 3.1
2-(4-니트로페닐)-5-펜트-1-인일티오펜
양 : 1-브로모-4-니트로벤젠(2.35g, 0.012mol), 화합물 2.2(2.75g, 0.014mol), 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0)(0.42g, 0.36mol).
당해 실험 방법은 조 생성물을 컬럼 크로마토그래피 [실리카 겔/석유 분획(비점 40-60℃)-디클로로메탄; 3:1]시킴으로써 담황색 겔 2.64g을 81%의 수율로 수득하는 표준 질화 반응이다.
단계 3.2
2-(4-아미노페닐)-5-펜틸티오펜
당해 방법은 상기 단계 1.9로 예시된 바와 같은 표준 수소화 반응이고, 화합물 3.1(2.42g, 8.93mol) 및 목탄(2.00g) 상의 5% 팔라듐을 사용한다. 담황색 고체 2.13g을 97%의 수율로 수득한다.
단계 3.3
2-(4-이소티오시아네이토페닐)-5-펜틸티오펜
클로로포름중의 화합물 3.2(1.98g, 8.08mol)의 용액을 물, 탄산칼슘(1.26g, 0.0126mol), 클로로포름 및 티오포스겐 (1.16g, 0.010mol)의 교반된 냉각(0℃) 혼합물에 가한다. 혼합물을 40℃에서 2시간 동안 가열한 다음 물에 가한다. 생성물을 디클로로메탄으로 추출하고 합한 유기 추출물을 10% 수성 염산으로 세척하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에서 제거시키고 조 생성물을 컬럼 크로마토그래피(실리카 겔/디클로로메탄)시킴으로써 회색 고체를 수득하고 이를 에탄올로 결정화시켜 무색 결정 1.63g을 70%의 수율로 수득한다.
실시예 4
도 4를 참조로 하여 상기 화합물이 하기 합성 경로를 사용하여 제조될 수 있다는 것을 알 수 있다.
단계 4.1
3-클로로-4-요오도톨루엔
2-클로로메틸아닐린(25.00g, 0.177mol) 및 36% 염산의 교반 혼합물을 서서히 가온시켜 용액을 수득한 다음, -5℃로 냉각시키고 당해 온도로 유지시키면서 물속의 아질산나트륨(13.45g, 0.195mol) 용액을 적가한다. 혼합물을 0℃에서 30분 동안 교반하고, 100ml의 사이클로헥산을 가한 다음 요오드화 칼륨(58.77g, 0.354mol) 용액을 0 내지 5℃의 온도에서 적가한다. 혼합물을 실온에서(편의상 밤새) 교반한 다음 생성물을 에테르로 (2회) 추출시킨다. 합한 유기 추출물을 메타중아황산나트륨, 10% 수산화나트륨 및 물로 세척하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에서 제거시켜 회색 고체 35.0g을 87%의 수율로 수득한다.
단계 4.2
2-클로로-4-메틸페닐보론산
당해 실험방법은 화합물 4.1(18.50g, 0.073mol), n-부틸 리튬(7.50ml, 헥산중의 10.0M, 0.075mol) 및 트리메틸 보레이트 (15.20g, 0.146mol)를 사용하여 표준 보론산을 제조하는 것이다. 조악한 생성물은 10% 수산화칼륨 용액으로 추출시킨 다음 에테르로 세척한다. 분리된 수성 추출물을 36% 염산으로 산성화시키고 생성물을 에테르로 (2회) 추출시킨다. 합한 에테르성 추출물을 수세하고 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에 건조시켜 무색고체 4.86g을 39%의 수율로 수득한다.
단계 4.3
2-클로로-4-메틸-4'-니트로비페닐
양 : 1-브로모-4-니트로벤젠(2.45g, 0.012mol), 화합물 4.2(2.25g, 0.013mol), 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0)(0.42g, 0.36mol).
당해 실험방법은 조 생성물을 컬럼 크로마토그래피 [실리카 겔/석유 분획(비점 40-60℃)-디클로로메탄, 5:1]시킴으로써 매우 엷은 황색 고체 2.95g을 99%의 수율로 수득한다.
단계 4.4
4'-아미노-2-클로로-4-메틸비페닐
당해 방법은 화합물 4.3(2.91g, 0.012mol), 산화팔라듐(IV)(0.15g), 에틸 아세테이트(60ml) 및 에탄올(60ml)를 사용하고 단계 1.9 및 3.2로 예시된 바와 같은 표준 수소화법이다. 당해 방법으로 2.60g을 100%의 수율로 수득한다.
단계 4.5
2-클로로-4'-이소티오시아네이토-4-비페닐
당해 방법은 단계 3.3에 기술하고 티오포스겐(1.59g, 0.014mol) 및 탄산칼슘(1.73g, 0.017mol)을 지닌 화합물 4.4(2.41g, 0.011mol)를 사용하는 표준방법이다. 조 생성물을 컬럼 크로마토그래피(실리카 겔/디클로로메탄)시킴으로써 정제하여 회색 고체를 수득한 다음, 이를 에탄올로 결정화시켜 무색 결정 2.10g을 74%의 수율로 수득한다.
실시예 5
도 5를 참조로 하여 상기 화합물이 하기 합성 경로를 사용하여 제조될 수 있음을 알 수 있다.
단계 5.1
4-브로모-2,5-디플루오로아닐린
무수 디클로로메탄중의 2,5-디플루오로아닐린(20.00g, 0.155mol)의 교반된 냉각 용액(-10 내지 0℃)에 1.5시간에 걸쳐 N-브로모석신이미드(28.50g, 0.160mol)를 소량 가한다. 혼합물을 0℃에서 2시간 동안 교반한 다음 (glc 분석결과 완전반응을 나타냄), 적색 용액을 다량의 물로(2회) 세척하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에서 제거시켜 적색 고체 32.19g을 100%의 수율로 수득한다.
단계 5.2
1-브로모-2,5-디플루오로-4-요오도벤젠
양 : 화합물 5.1(19.00g, 0.091mol), 아질산나트륨(7.22g, 0.105mol), 요오드화칼륨(30.25g, 0.182mol)
당해 방법은 단계 1.4에 기술된 바와 같이 수행하여 고체 23.74g을 82%의 수율로 수득한다.
단계 5.3
1-브로모-2,5-디플루오로-4-펜트-1-인일벤젠
양 : 펜트-1-인(4.90g, 0.059mol), n-부틸리튬(7.20ml, 헥산중의 10.0M, 0.072mol), 염화아연(9.80g, 0.072mol), 화합물 5.2(20.0g, 0.063mol), 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0) (1.10g, 0.95mol).
당해 실험 방법은 상기한 단계 1.5에 기술된 바와 같이 수행하여 고체 15.58g을 83%의 수율로 수득한다.
단계 5.4
1-브로모-2,5-디플루오로-4-펜틸벤젠
양 : 화합물 5.3(12.60g, 0.049mol), 산화백금(IV) (0.20g), 에탄올(150ml)
당해 실험 방법은 단계 1.6에 기술된 바와 같이 수행하여 12.60g을 98%의 수율로 수득한다.
단계 5.5
2,5-디플루오로-4-펜틸페닐보론산
양 : 화합물 5.4(11.90g, 0.045mol), n-부틸리튬 (4.50ml, 헥산중의 10.0M, 0.045mol), 트리메틸 보레이트 (9.40g, 0.090mol).
당해 실험 방법은 표준 보론산 제조방법이고 갈색 고체를 수득한다. 수득량은 7.76g(수율: 77%)이다.
단계 5.6
4'-시아노-2,5-디플루오로-4-펜틸비페닐
양 : 4-브로모니트로벤질(0.96g, 5.27mol), 화합물 5.5 (1.38g, 6.05mol), 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0) (0.19g, 0.16mol).
당해 실험 방법은 상기한 단계 2.3에 기술된 바와 같다.
실시예 6
도 6을 참조로 하여 상기 화합물이 하기 반응 경로를 사용하여 제조될 수 있음을 알 수 있다.
적합한 보론산의 제조방법은 상기한 단계 5.1 내지 5.5에 기술된 방법으로 수행한다.
단계 6.1
2,5-디플루오로-4'-니트로-4-펜틸비페닐
양 : 1-브로모-4-니트로벤젠(1.25g, 6.19mol), 화합물 5.54(1.55g, 6.80mol), 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0) (0.22g, 0.19mol).
당해 실험 방법을 조 생성물을 컬럼 크로마토그래피 [실리카 겔/석유 분획(비점 40-60℃)-디클로로메탄, 5:1]시킴으로써 정제하여 담황색 오일 1.88g을 100%의 수율로 수득한다.
단계 6.2
4'-아미노-2,5-디플루오로-4-펜틸비페닐
양 : 화합물 6.1(1.75g, 5.74mol), 5% Pd/c (1.30g), 에탄올(150ml).
당해 실험 방법은 단계 1.9로 예시된 표준 수소화 방법이고 1.57g을 99%의 수율로 수득한다.
단계 6.3
2,5-디플루오로-4'-이소티오시아네이토-4-비페닐
양 : 화합물 6.2 (1.47g, 5.35mol), 티오포스겐(0.78g, 6.78mol), 탄산칼슘(0.87g, 8.70mol)
당해 실험 방법은 단계 1.10에 기술된 바와 같이 수행하여 무색 결정 0.80g을 47%의 수율로 수득한다.
실시예 7
도 7을 참조로 하여 실시예 7을 하기 반응 경로를 사용하여 제조할 수 있음을 알 수 있다.
단계 7.1
1-(4-아미노페닐)-2-(4-펜틸페닐)에틴
양 : 4-펜틸페닐렌(2.18g, 0.0127mol), n-부틸리튬 (5.10ml, 헥산중의 2.5g, 0.0127mol), 염화아연(1.74g, 0.0128mol), 4-요오도아닐린(2.5g, 0.011mol), 테트라키스 (트리페닐포스핀)팔라듐(0) (0.38g, 0.33mol).
당해 실험 방법은 상기한 단계 1.5에 기술된 바와 같은 염화아연 커플링 반응이다.
단계 7.2
1-(4-이소시아네이토페닐)-2-(4-펜틸페닐)에틴
양: 화합물 7.1(2.38g, 9.05mol), 티오포스겐(2.38g, 9.08mol), 탄산칼슘(1.45g, 0.015mol).
당해 실험 방법은 단계 1.1에 기술된 바와 같이 수행하여 무색 결정 2.23g을 81%의 수율로 수득한다.
실시예 8
도 8을 참조로 하여 실시예 8을 하기 반응 경로를 사용하여 제조할 수 있음을 알 수 있다.
단계 8.1
1-브로모-4-티오에틸페닐
브로모에탄(70.15g, 0.644mol)을 실온에서 나트륨 에톡사이드(100ml의 초 건조 에탄올중의 3.45g의 나트륨 금속) 중의 4-브로모벤젠티올(27.57g, 0.146mol)의 교반 용액에 가한다. 용액을 80℃에서 2시간 동안 가열하고(glc 분석결과 완전반응을 나타냄) 브롬화나트륨을 여과시킨다. 용매를 진공하에서 제거시키고 잔사를 증류시켜 무색 액체를 수득한다.
수득량 : 29.40g(수율: 93%), 20mmHg에서의 비점: 136-137℃.
단계 8.2
4-티오에틸페닐보론산
부틸리튬(5.1ml, 헥산중의 10.0M, 0.051mol)을 -78℃의 무수 질소하에서 무수 THF(120ml)중의 단계 8.1의 화합물(10.02g, 0.046mol)의 교반된 냉각 용액(-78℃)에 적가한다. 반응 혼합물을 무수 THF중의 트리메틸 보레이트(10.40g, 0.10mol)의 예비 냉각 용액을 -78℃에서 적가하기 전에 당해 조건하에 추가로 0.5시간동안 유지시킨다(glc 분석결과 완전반응을 나타냄). 반응 혼합물을 실온으로 (밤새) 가온시키고 생성물을 에테르 (2x200ml)로 추출시키기 전에 염산(100ml, 10%)으로 1시간 동안 교반하고, 수세하여 건조(MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에 제거시켜 백색 고체를 수득하고, 이를 추가의 정제없이 다음 단계에 사용한다.
수득량 : 17.29g(수율: 98%), 비점: 88 내지 90℃.
단계 8.3
4-티오메틸-4'-니트로비페닐
1-브로모-4-니트로벤젠(7.56g, 0.37mol)을 무수 질소하에서 디메톡시에탄(50ml)중의 테트라키스(트리페닐 포스핀) 팔라듐(0) (1.73g, 0.001mol), 단계 8.2의 화합물 (7.81g, 0.042mol) 및 탄산나트륨 수용액(43ml, 2.0M, 0.09mol)의 급속 교반 혼합물에 한번에 모두 가한다. 반응 혼합물을 밤새 환류시키고(tlc 및 glc 분석결과 완결 반응을 나타냄) 생성물을 에테르(2x200ml)로 추출시키고 합한 에테르성 용액을 포화 염화나트륨 용액(300ml)으로 세척하여 건조 (MgSO4)시킨다. 용매를 진공하에서 제거시키고 생성물을 컬럼 크로마토그래피[실리카 겔/석유 분획(비점 40-60℃), 디클로로 메탄, 5:1]시킴으로써 정제하고 에탄올로부터 재결정화시켜 담황색 고체를 수득하여 진공(P2O5)하에서 건조시킨다.
수득량 : 6.51g(수율: 60%), 비점: 86.2 내지 86.4℃.
단계 8.4
4'-아미노-4-티오에틸비페닐
에탄올(30ml) 및 테트라하이드로푸란(30ml)중의 단계 8.3의 화합물(5.16g, 0.020mol) 및 탄소상의 팔라듐(5%, 1.96g)을 수소하에 밤새 교반한다. 결정은 하이플로 슈퍼셀 (Hyflo supercel)을 통해 여과시킴으로써 제거하고 용매를 진공하에서 제거시켜 진홍색 고체를 수득하여, 이를 추가의 정제없이 다음 단계에 사용한다.
수율 : 4.61g(100%).
단계 8.5
4-티오에틸-4'-이소티오시아네이토비페닐
클로로포름(75ml)중의 단계 8.4(4.61g, 0.020mol)의 화합물(4.61g, 0.020mol)의 용액을 0 내지 5℃에서 물(40ml) 및 클로로포름(20ml)중의 탄산칼슘(2.59g, 0.026mol) 및 티오 포스겐(2.30g, 0.020mol)의 교반된 냉각(0 내지 5℃) 용액에 가한다. 혼합물을 35℃에서 1시간 동안 가열시키고(glc 및 tlc 분석 결과 완전 반응을 나타냄) 물(50ml)속에 쏟아 붓는다. 유기층을 염산(1%, 100ml)으로 세척하여 건조(MgSO4)시킨다. 화합물은 컬럼 크로마토그래피[실리카 겔/석유 (비점 40-60℃), 티클로로메탄, 5:1]시킴으로써 정제하고 재결정화시켜 0.57g (22% 수율)의 백색 고체를 수득하고, 이를 진공(CaCO3)하에 건조시킨 결과 순도가 99% 보다 큰 것으로 나타났다(hplc).
실시예 9
도 9를 참조로 하여 상기 화합물이 하기 합성 경로를 사용하여 제조될 수 있음을 알 수 있다.
단계 9.1
2-브로모티오펜
클로로포름(80ml) 및 빙초산(80ml)의 혼합물중의 티오펜 (31.88g, 0.380mol) 및 N-브로모석신이미드(64.00g, 0.360mol)의 용액을 환류하에 0.5시간 동안 가열한다(일정 glc 분석 결과 2,5-디브로모티오펜이 최소로 형성되는 완전 반응을 나타냄). 반응 혼합물을 물로 희석시키고 디클로로메탄(2x100ml)으로 세척하고, 합한 유기 추출물을 건조(MgSO4)시키기 전에 물 (300ml) 및 수성 수산화칼륨(5%, 300ml)으로 연속적으로 세척한다. 용매를 진공하에 제거시키고 잔사를 증류시켜 무색 액체를 수득한다.
수율 : 24.34g(42%)
단계 9.2
2-브로모-5-니트로티오펜
0℃의 아세트산 무수물(50ml)중의 질산(24.00g, 1.42 비중, 0.381mol)을 아세트산 무수물(50ml)중의 단계 5.1 (24.77g, 0.152mol)의 냉각(0℃)된 급속 교반용액에 적가한다. 첨가반응 말기에 0.5시간 동안 계속 교반하고 혼합물을 밤새 냉동시킨다. 혼합물을 빙수(400ml)속에 쏟아붓고 침전물을 여과시킨 다음, 에테르(2x200ml)중에 용해시키고, 산이 제거될때 까지 수세한다. 용매를 진공하에 제거시키고 잔사를 컬럼 크로마토그래피[실리카 겔/석유 분획(비점: 40-60℃), 디클로로 메탄, 5:1]시킴으로써 정제하여 담황색 고체를 수득하고, 이를 진공(P2O5)하에 건조시켜 20.89g을 66%의 수율로 수득한다.
단계 9.3
2-(4-부톡시페닐)-5-니트로티오펜
양 : 4-부톡시-1-페닐보론산(3.38g, 0.017mol), 단계 9.2의 화합물(3.31g, 0.016mol), 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(0) (0.910g, 0.001mol), 탄산나트륨(15.8ml, 2.0M, 0.03mol).
당해 실험 방법은 상기 단계 8.3에 기술된 바와 같이 수행한다. 생성물은 컬럼 크로마토그래피[실리카 겔/석유 분획 (비점: 40-60℃), 디클로로메탄, 3:1]시킴으로써 정제하고 에탄올로부터 재결정화시켜 담황색 고체 4.57g을 94%의 수율로 수득하여 이를 진공(P2O5)하에서 건조시킨다.
단계 9.4
2-아미노-5-(4-부톡시페닐)티오펜
양 : 단계 9.3(2.98g, 0.011mol)의 화합물, 탄소상의 팔라듐(5%, 1.97g).
당해 실험 방법은 상기 단계 8.4의 화합물의 제조 방법에 기술된 바와 같이 수행하여 진홍색 고체를 수득한 다음 추가의 정제없이 다음 단계에서 사용할 수 있다.
수득량 = 2.72g(수율: 100%).
단계 9.5
2-(4-부톡시페닐)-5-이소티오네이토티오펜
양 : 단계 9.4의 화합물(2.72g, 0.011mol), 티오포스겐 (2.07g, 0.018mol), 탄산칼슘(2.20g, 0.022mol).
당해 실험 기술 및 방법은 상기 단계 8.5에 기술된 바와 같다. 이후에, 생성물은 컬럼 크로마토그래피[실리카 겔/석유 분획(비점 40-60), 디클로로메탄, 5:1]시킴으로써 정제하고 헥산으로부터 재결정화시켜 백색 고체를 수득하고, 이를 진공 (CaCO3)하에서 건조시킨다. 수득량 : 2.00g(수율: 63%).
화학식 1 및 2의 화합물에 대한 결정성(K), 네마틱(N), 스멕틱 B(SB) 및 등방성(I) 사이의 액정 전이 온도를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 하기 또는 편광성 △n에서의 이방성과 4-시아노-(4'-펜틸)-1-페닐사이클로헥산 (5PCH)의 이방성과의 비교 및 화합물들의 복굴절률(△n)을 포함한다. [ ] 표시는 실질적인 상 전이를 나타낸다.
△n 측정치는 아베 복굴절률 측정기(Abbe refractometer)를 사용하고 비극성 공융 네마틱 호스트[예;
(여기서, R 및 R1은 알킬이다)]에서 측정된 3중량%의 화합물을 사용하여 측정한 다음 25℃에서 정규분포시킨 값이다.
도 10에서 액정 셀은 표면에 전도층(3)[예; 인듐 주석 옥사이드]을 갖는 유리 슬라이드(2)와 이의 표면에 투명 전도층(5)을 갖는 유리 슬라이드(4) 사이에 샌드위칭되는 상태로 화학식 1의 화합물을 혼입시킨 혼합물인 액정 물질층(1)을 포함한다. 층(3,5)을 지닌 슬라이드(2,4)는 각각 폴리아미드 층의 막(6,7)으로 피복시킨다. 셀을 제작하기 전에 막(6,7)을 연질의 티슈로 소정의 방향으로 루빙 (rubbing)[여기서, 루빙은 셀의 배열방향과 평행하게 실시한다]시킨다. 스페이서(8)(예; 폴리메틸메타크릴레이트)는 슬라이드(2,4)를 필요한 거리(예; 5μ)만큼 이격시킨다. 슬라이드(2,4)와 스페이서(8) 사이의 공간에 충전시킨 다음 진공 중에서 스페이서(8)를 공지된 방법으로 밀봉시킴으로써 슬라이드(2,4) 사이에 액정 물질(1)을 도입시킨다.
편광자(9)는 막(6,7) 위에서 루빙 방향과 평행인 편광 축에 배열되고 분석기(횡 편광자)(10)는 루빙 방향과 수직인 편광 축에 배열된다. 층(3,5)과 접촉시킴으로써 셀을 가로질러 전압을 인가하는 경우, 셀이 걔폐된다.
도 10에 나타낸 바와 같은 셀의 구조를 기준으로 한 또 다른 소자(도시되지 않음)에서, 층(3,5)은 공지된 방법[예; 마스크를 통한 광침식법 또는 침착법]으로 선택적으로 침식시켜 하나 이상의 디스플레이 심벌[예; 문자, 숫자, 단어, 그래픽 등과 같이 디스플레이에서 통상적으로 나타나는 것]을 제공할 수 있다. 이로 인한 전극 부분은 다중 작동을 포함하는 각종 방법으로 부호화시킬 수 있다.
도 11은 커 셀(20)을 나타낸다. 이는 화학식 2의 화합물과 같은 극성 이방성 매체 또는 하나 이상의 화학식 2의 화합물을 포함하는 물질로 충전될 수 있는, 2개의 전극 (22, 23)을 갖는 유리 셀(21)을 포함한다. 셀(20)은 전달 축들이 인가된 전기장에 대하여 ±45˚로 배열되는 교차된 선형 편광자(24, 25) 사이에 위치할 수 있다. 전극(22, 23)을 가로 질러 인가된 전압이 제로인 경우, 셀(20)은 폐쇄된 셔터로서 작용한다. 전압 공급원(26)으로부터의 변조 전기장을 인가하는 경우에는 전기장을 생성하여 셀(20)이 가변 파동 판으로서 작동하게 함으로써 가변 구멍 셔터[여기서, 개방은 전기장에 비례한다]로서 작동한다.
본 발명에 따른 액정 화합물은 바람직한 액정 특성, 특히 액정 물질에 사용하기 위한 고 복굴절률을 가지고 광학 커 효과 소자와 같은 소자에 이용된다.

Claims (10)

  1. 화학식 1의 액정 화합물.
    화학식 1
    상기 식에서,
    A, D 및 G는 페닐, 모노-불소화 페닐 및 디-불소화 페닐로부터 독립적으로 선택되고, B 및 E는 단일 결합, C≡C, OOC, COO로부터 독립적으로 선택되며, m 및 n은 m+n이 1 또는 2가 되도록 1 및 0으로부터 독립적으로 선택되고, R1은 탄소수 0 내지 15를 함유하는 알킬, 알키닐, 티오알킬 및 수소로부터 선택되며(여기서, 알킬은 직쇄알킬 또는 수소이다), R2는 CN으로부터 선택되고;
    단, A, D 및 G 중의 하나 이상은 페닐이고;
    n+m이 2이면 B 및 E 중 하나는 단일 결합이며;
    R1이 알키닐 또는 티오알킬인 것, n+m이 1일때 두 고리가 페닐이고 존재하는 B 또는 E의 어느 것이든지 단일 결합인 것, n+m이 2일 때 세 고리 모두 페닐이고 B 및 E 둘다 단일 결합인 것은 제외되고;
    R1이 알킬인 것, n+m이 1일 때 두 고리가 페닐이고 존재하는 B 또는 E의 어느 것이든지 단일 결합이거나 COO 또는 C≡C인 것, n+m이 2일때 세 고리 모두 페닐이고 B 및 E의 하나가 단일 결합이고 나머지 하나는 단일 결합이거나 COO 또는 C≡C인 것은 제외되며;
    R1이 알킬이고 n+m이 1일 때 A가 페닐이고 존재하는 D 또는 G의 어느 것이든지 불소화 페닐이고 존재하는 B 또는 E의 어느 것이든지 COO인 것, n+m이 2이고 A 및 D가 둘 다 페닐이고 G가 불소화 페닐이며 B가 단일 결합이고 E가 COO인 것은 제외된다.
  2. 화합물의 하나이상이 제1항에 따르는 화합물인, 화합물의 혼합물로서 존재하는 액정물질.
  3. 제2항에 있어서, 하기 화학식 3의 화합물을 하나이상 포함함을 특징으로 하는 액정물질.
    화학식 3
    상기 식에서,
    RB는 탄소수 1 내지 8의 직쇄인 알킬, 티오알킬 또는 알콕시이고 d는 1 또는 0이다.
  4. 제2항에 있어서, 하기 화학식 4의 화합물을 하나이상 포함함을 특징으로 하는 액정물질.
    화학식 4
    상기 식에서,
    R1은 CN, 알킬 및 알콕시로부터 선택된다.
  5. 제2항에 따르는 액정물질을 사용하는 액정소자.
  6. 액정물질의 예비전이 특성이 등방성상에서 제공됨을 이용하는 소자에 포함시키기에 적합한 화학식 2의 화합물.
    화학식 2
    R3-J-X-Y-R4
    상기 식에서,
    J 및 Y는 페닐, 모노-염소화 페닐, 디-염소화 페닐, 모노-불소화 페닐 및 디-불소화 페닐로부터 독립적으로 선택되고, X는 단일 결합, C≡C, OOC, COO로부터 선택되며, R3은 탄소수 0 내지 15를 함유하는 알킬, 알키닐, 티오알킬 및 수소로부터 선택되고(여기서, 알킬은 직쇄알킬 또는 수소이다), R4는 CN으로부터 선택되며;
    단, J 및 Y의 하나이상은 페닐이고;
    두 고리가 페닐일 때 X가 단일 결합인 것은 제외되고;
    R3이 알킬일때 J가 페닐이고 Y가 불소화 페닐이며 X가 COO인 것은 제외되며;
    J 및 Y 둘 다가 페닐일 때, R3이 알킬이고 X가 단일 결합 및 COO로부터 선택된 것은 제외된다.
  7. 화합물의 하나이상이 제6항에 따르는 화합물인, 화합물들의 혼합물로서 존재하는 액정물질.
  8. 제7항에 있어서, 하기 화학식 3의 화합물을 하나이상 포함함을 특징으로 하는 액정물질.
    화학식 3
    상기 식에서,
    RB는 탄소수 1 내지 8의 직쇄인 알킬, 티오알킬 또는 알콕시이고 d는 1 또는 0이다.
  9. 제7항에 있어서, 하기 화학식 4의 화합물을 하나이상 포함함을 특징으로 하는 액정물질.
    화학식 4
    상기 식에서,
    R1은 CN, 알킬 및 알콕시로부터 선택된다.
  10. 제7항에 따르는 액정물질을 사용하는 액정소자.
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