KR100976674B1 - 액정 매질의 성분으로서3,3,4,4-테트라플루오로사이클로펜탄 화합물 - Google Patents

액정 매질의 성분으로서3,3,4,4-테트라플루오로사이클로펜탄 화합물 Download PDF

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Abstract

하기 화학식 I의 3,3,4,4-테트라플루오로사이클로펜탄 화합물은 액정 매질의 성분으로 적합하다:
화학식 I
Figure 112004060855923-pct00094
상기 식에서,
R1, A1, A2, Z1, Z2 및 m은 청구항 1에서 정의된 바와 같다.

Description

액정 매질의 성분으로서 3,3,4,4-테트라플루오로사이클로펜탄 화합물{3,3,4,4-TETRAFLUOROCYCLOPENTANE COMPOUNDS AS COMPONENTS OF LIQUID-CRYSTALLINE MEDIA}
본 발명은 하기 화학식 I의 3,3,4,4-테트라플루오로사이클로펜탄 화합물에 관한 것이다:
Figure 112004060855923-pct00001
상기 식에서,
R1은 H, 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 단일치환되거나 또는 할로겐으로 하나 이상이 단일치환된 탄소원자수 15 이하의 알킬 라디칼이고, 이때 라디칼중 하나 이상의 CH2기는 추가로 서로 각각 독립적으로 O 원자가 서로 직접적으로 결합되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-,
Figure 112004060855923-pct00002
, -CO-, -CO-O- -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 치환될 수 있고;
A1 및 A2는 서로 각각 독립적으로
(a) 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼(이때, 하나 이상의 비-인접한 CH2기가 추가로 -O- 및/또는 -S-로 치환될 수 있음),
(b) 1,4-페닐렌 라디칼(이때, 하나 또는 두개의 CH기가 추가로 N으로 치환될 수 있음),
(c) 1,4-사이클로헥세닐렌, 또는
(d) 1,4-바이사이클로[2.2.2]-옥틸렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일 및 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일로 구성된 군에서 선택된 라디칼이고 이때, 라디칼 (a) 내지 (d)는 하나 이상의 불소원자로 치환될 수 있고;
Z1 및 Z2는 서로 각각 독립적으로 -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -(CH2)4-, -CF2O-, -OCF2-, -C2F4-, -CH=CHCH2CH2- 또는 단일 결합이고;
m은 0, 1 또는 2이다.
또한 본 발명은 액정 매질의 성분으로서 이들 화합물의 용도 및 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 액정 및 전자-광학 디스플레이 소자에 관한 것이다.
화학식 I의 화합물은 액정 매질의 성분으로서, 특히 트위스트 셀(twisted cell), 게스트-호스트 효과, 배열된 상의 변형의 효과 또는 역동 산란의 효과의 원리를 기반으로 디스플레이용으로 사용될 수 있다.
본 발명은 신규한 안정한 액정 또는 액정 매질의 화합물로서 적합하고, 특히 동시에 상대적으로 낮은 점도 및 비교적 높은 유전체 이방성을 갖는 메소제닉 화합물을 발견하는데 목적이 있다.
그러나, 높은 △ε을 갖는 이러한 화합물의 적용의 매우 널리 다양한 분야에서, 특정 적용에서 정확하게 주문제작된 특성을 갖는 높은 네마토제닉성(nematogeneity)을 갖는 추가의 이용가능한 화합물을 갖는 것이 목적이다.
화학식 I의 화합물은 액정 매질의 성분으로서 상당히 적합하다. 특히, 이들은 상대적으로 낮은 점도를 갖는다. 본 발명에 따른 화합물은 매우 낮은 △n, 높은 양성 △ε 및 매우 높은 전압 보유율을 갖는 혼합물을 제조하는데 사용될 수 있다. 이 유형의 혼합물은 반사 적용에 특히 적당하다. 이들은 넓은 중간상(mesophase) 범위 및 광학 이방성(△n)과 유전체 이방성(△ε)에 대한 유리한 값을 갖는 적당한 액정 매질에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 매질은 매우 양호한 낮은 온도 거동을 갖는다.
또한, 화학식 I의 화합물의 범위는, 다양한 적용 관점에서, 액정 혼합물의 제조용으로 적당한 액정 물질의 범위를 일반적으로 상당히 넓힌다.
화학식 I의 화합물은 넓은 적용 범위를 갖는다. 치환체의 선택에 따라, 이들 화합물은 액정 매질을 우선적으로 구성하는 기본 물질로서 제공될 수 있지만; 또한 예를 들어 유전체 및/또는 이 유형의 유전체의 광학 이방성을 변형하고/하거나 그것의 역치 전압 및/또는 그것의 점도를 최적화하기 위해서 화학식 I의 화합물을 화합물의 다른 종류로부터 액정 염기 물질에 첨가하는 것이 가능하다.
순수한 상태에서, 화학식 I의 화합물은 무색이고 전자-광학 용도에 유리하게 위치하는 온도 범위중에 액정 중간상을 형성한다. 이들은 화학적으로 열적으로 광에 안정하다.
따라서, 본 발명은 화학식 I의 화합물 및 액정 매질의 성분으로서 이들 화합물의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 화학식 I의 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질 및 액정 디스플레이 소자, 특히 이러한 매질을 함유하는 전자-광학 디스플레이 소자에 관한 것이다.
약어로서, 하기 A3은 화학식
Figure 112004060855923-pct00003
의 라디칼이고,
Cyc는 1,4-사이클로헥실 라디칼이고,
Che는 1,4-사이클로헥실렌 라디칼이고,
Dio는 1,3-다이옥산-2,5-다이일 라디칼이고,
Dit는 1,3-다이싸이안-2,5-다이일 라디칼이고,
Phe는 1,4-페닐렌 라디칼이고,
Pyd는 피리딘-2,5-다이일 라디칼이고,
Pyr은 피리미딘-2,5-다이일 라디칼이고,
Bi는 바이사이클로[2.2.2]-옥틸렌 라디칼이고,
이때 Cyc 및/또는 Phe는 비치환되거나 또는 F에 의해 단일치환되거나 또는 이치환될 수 있다.
A1 및 A2는 바람직하게 Cyc, Che, Phe, Pyr, Pyd 및 Dio로 구성된 군에서 선택된다.
따라서, 화학식 I의 화합물은 하위부류의(sub) 화학식 Ia 및 Ib의 이환 화합물 및 하위부류의 화학식 Ic 내지 Ie의 삼환 화합물 및 하위부류의 화학식 If 내지 Ii의 사환 화합물을 포함한다:
R1-A2-A3
R1-A2-Z2-A3
R1-A1-A2-A3
R1 -A1-Z1-A2-A3
R1-A1-A2-Z2-A3
Rl-A1-Al-A2-A3
R1-A1-Z1-A1-A2-A3
R1-A1-A1-A2-Z2-A3
R1-A1-Z1-A1-A2-Z2-A3
A1 및/또는 A2가 F로 단일치환되거나 또는 이치환된 1,4-페닐렌인 화학식 I 및 모든 하위부류의 화학식의 화합물을 제공하는 것이 바람직하다. 특히 이들은 2-플루오로-1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌 및 3,5-다이플루오로-1,4-페닐렌이다.
A1 및 A2는 바람직하게
Figure 112004060855923-pct00004
이다.
Z1 및 Z2는 바람직하게 단일 결합, -CO-O-, -O-CO-, -CF20- 및 -CH2 CH2-, 두 번째로 바람직하게는 -OCF2-, -CH20- 및 -OCH2-이다. 라디칼 Z1 및 Z2중 하나가 -(CH2)4- 또는 -CH=CH-CH2CH2-라면, 나머지 라디칼 Z1 또는 Z2(존재한다면)는 바람직하게 단일 결합이다.
R1은 바람직하게 각각 탄소원자수 7 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이다.
m은 바람직하게는 0 또는 1이다.
만약 R1이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼이면, 이는 직쇄 또는 분지쇄이다. 직쇄이고 탄소원자수 1, 2, 3, 5, 6 또는 7인 것이 바람직하며, 따라서 메틸, 에틸, 프로필, 펜틸, 헵틸, 뷰틸, 헥실, 에톡시, 프로폭시, 뷰톡시, 펜톡시, 헥실옥시 또는 헵틸옥시, 게다가 옥틸, 논일, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥틸옥시, 논일옥시, 데실옥시, 운데실옥시, 도데실옥시, 트라이데실옥시 또는 테트라데실옥시가 바람직하다.
옥사알킬은 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사뷰틸(=2-메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사논일, 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이 바람직하다.
R1이, 하나의 CH2기가 -CH=CH-로 대체된 알킬 라디칼이면, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 직쇄가 바람직하고 탄소원자수 2 내지 10이다. 따라서, 특히 바이닐, 프로프-1- 또는 -2-엔일, 뷰트-1-, -2- 또는 -3-엔일, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 -4-엔일, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 -5-엔일, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-엔일, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 -7-엔일, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 -8-엔일, 또는 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-엔일이다.
R1이, 하나의 CH2기가 -O-로 대체되고 다른 하나가 -CO-로 대체된 알킬 라디칼이면, 이들은 인접하는 것이 바람직하다. 따라서, 이들은 아실옥시기 -CO-O- 또는 옥시카보닐기 -O-CO-를 함유한다. 이들은 직쇄이고 탄소원자수 2 내지 6인 것이 바람직하다.
따라서, 이들은 특히 아세톡시, 프로피온일옥시, 뷰티릴옥시, 펜탄오일옥시, 헥산오일옥시, 아세톡시메틸, 프로피온일옥시메틸, 뷰티릴옥시메틸, 펜탄오일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피온일옥시에틸, 2-뷰티릴옥시에틸, 3-아세톡시프로필, 3-프로피온일옥시프로필, 4-아세톡시뷰틸, 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 프로폭시카보닐, 뷰톡시카보닐, 펜톡시카보닐, 메톡시카보닐메틸, 에톡시카보닐메틸, 프로폭시카보닐메틸, 뷰톡시카보닐메틸, 2-(메톡시카보닐)에틸, 2-(에톡시카보닐)에틸, 2-(프로폭시카보닐)에틸, 3-(메톡시카보닐)-프로필, 3-(에톡시카보닐)프로필 또는 4-(메톡시카보닐)뷰틸이다.
R1이, 하나의 CH2기가 비치환되거나 치환된 -CH=CH-로 대체되고, 인접한 CH2기가 CO 또는 CO-0 또는 O-CO로 대체된 알킬 라디칼이면, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 직쇄이고 탄소원자수 4 내지 13인 것이 바람직하다. 따라서, 특히 아크릴오일옥시메틸, 2-아크릴오일옥시에틸, 3-아크릴오일옥시프로필, 4-아크릴오일옥시뷰틸, 5-아크릴오일옥시펜틸, 6-아크릴오일옥시헥실, 7-아크릴오일옥시헵틸, 8-아크릴오일옥시옥틸, 9-아크릴오일옥시논일, 10-아크릴오일옥시데실, 메타크릴오일옥시메틸, 2-메타크릴오일옥시에틸, 3-메타크릴오일옥시프로필, 4-메타크릴오일옥시뷰틸, 5-메타크릴오일옥시펜틸, 6-메타크릴오일옥시헥실, 7-메타크릴오일옥시헵틸, 8-메타크릴오일옥시옥틸 또는 9-메타크릴오일옥시논일이다.
R1이 CN 또는 CF3으로 단일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼이면, 이 라디칼은 직쇄가 바람직하고, CN 또는 CF3으로의 치환은 ω-위치에서 일어난다.
R1이 할로겐으로 하나 이상의 단일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼이면, 이 라디칼은 직쇄가 바람직하고, 할로겐은 F 또는 Cl이 바람직하다. 다치환의 경우에, 할로겐은 F가 바람직하다. 생성된 라디칼은 또한 과불화된 라디칼을 포함한다. 단일치환의 경우에, 불소 또는 염소 치환체는 임의의 필요한 위치일 수 있지만 ω-위치가 바람직하다.
중합 반응에 적합한 측쇄(wing)기 R1을 갖는 화학식 I의 화합물은 액정 중합체의 제조용으로 적합하다.
분지된 측쇄기 R을 함유하는 화학식 I의 화합물은 경우에 따라 통상적인 액정 염기 물질중에 더욱 양호한 용해도를 위해 중요할 수 있지만, 특히 이들이 광학적으로 활성이라면 키랄 도펀트로서 중요하다. 이 유형의 스멕틱(smectic) 화합물은 강유전체 물질의 성분으로서 적합하다.
SA 상을 갖는 화학식 I의 화합물은, 예를 들어 열적 구동(thermally addressed) 디스플레이에 적합하다.
이 유형의 분지된 기는 일반적으로 하나 이하의 분지를 함유한다. 바람직한 분지된 라디칼 R은 아이소프로필, 2-뷰틸(=1-메틸프로필), 아이소뷰틸(=2-메틸프로필), 2-메틸뷰틸, 아이소펜틸(=3-메틸뷰틸), 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, 아이소프로폭시, 2-메틸프로폭시, 2-메틸뷰톡시, 3-메틸뷰톡시, 2-메틸펜톡시, 3-메틸펜톡시, 2-에틸헥실옥시, 1-메틸헥실옥시 및 1-메틸헵틸옥시이다.
R1이, 둘 이상의 CH2 기가 -O- 및/또는 -CO-O-기로 대체된 알킬 라디칼이면, 이는 직쇄 또는 분지될 수 있다. 분지되고 탄소원자수 3 내지 12인 것이 바람직하다. 따라서, 특히 비스카복시메틸, 2,2-비스카복시에틸, 3,3-비스카복시프로필, 4,4-비스카복시뷰틸, 5,5-비스카복시펜틸, 6,6-비스카복시헥실, 7,7-비스카복시헵틸, 8,8-비스카복시옥틸, 9,9-비스카복시논일, 10,10-비스카복시데실, 비스(메톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(메톡시카보닐)에틸, 3,3-비스(메톡시카보닐)프로필, 4,4-비스(메톡시카보닐)뷰틸, 5,5-비스(메톡시카보닐)펜틸, 6,6-비스(메톡시카보닐)헥실, 7,7-비스(메톡시카보닐)헵틸, 8,8-비스(메톡시카보닐)옥틸, 비스(에톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(에톡시카보닐)에틸, 3,3-비스(에톡시카보닐)프로필, 4,4-비스-(에톡시카보닐)뷰틸 또는 5,5-비스(에톡시카보닐)헥실이다.
중축합용으로 적합한 측쇄기 R1을 갖는 화학식 I의 화합물은 액정 중축합체의 제조용으로 적합하다.
화학식 I은 이들 화합물의 라세미체, 광학 이성질체 및 이들의 혼합물 모두를 포함한다.
화학식 I 및 하위부류의 화학식의 화합물들중, 바람직한 것은 이들 중에 존재하는 하나 이상의 라디칼이 지시된 바람직한 의미중 하나를 갖는 것이다.
화학식 I의 화합물중, 바람직한 것은 Cyc 및 피페리딘 환이 트랜스-1,4-이치환체인 입체이성질체이다. 각각의 경우에 하나 이상의 Pyd, Pyr 및/또는 Dio 기를 함유하는 상기 언급된 화학식은 두 개의 2,5-위치 이성질체를 포함한다.
화합물의 바람직한 더 작은 기는 하기 하위부류의(sub) 화학식 I1 내지 I30이다:
Figure 112004060855923-pct00005
Figure 112004060855923-pct00006
Figure 112004060855923-pct00007
Figure 112004060855923-pct00008
Figure 112004060855923-pct00009
Figure 112004060855923-pct00010
Figure 112004060855923-pct00011
Figure 112004060855923-pct00012
Figure 112004060855923-pct00013
Figure 112004060855923-pct00014
Figure 112004060855923-pct00015
Figure 112004060855923-pct00016
Figure 112004060855923-pct00017
Figure 112004060855923-pct00018
Figure 112004060855923-pct00019
Figure 112004060855923-pct00020
Figure 112004060855923-pct00021
Figure 112004060855923-pct00022
Figure 112004060855923-pct00023
Figure 112004060855923-pct00024
Figure 112004060855923-pct00025
Figure 112004060855923-pct00026
Figure 112004060855923-pct00027
Figure 112004060855923-pct00028
Figure 112004060855923-pct00029
Figure 112004060855923-pct00030
Figure 112004060855923-pct00031
Figure 112004060855923-pct00032
Figure 112004060855923-pct00033
Figure 112004060855923-pct00034
1,4-사이클로헥실렌기는 바람직하게 하기 구조를 갖는다:
Figure 112004060855923-pct00035
화학식 I의 화합물은, 공지되고 적합한 반응 조건하에서 문헌(예를 들어 표준 공정, 예컨대 호우벤-웰리의 문헌[Methoden der Organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 바와 같은 공지된 방법에 의해 정밀하게 제조된다.
또한, 공지된 변형체를 사용할 수 있지만 본원에서는 더욱 상세하게 언급하지 않는다.
Figure 112004060855923-pct00036
Figure 112004060855923-pct00037
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Figure 112004060855923-pct00042
Figure 112004060855923-pct00043
Figure 112004060855923-pct00044
Figure 112004060855923-pct00045
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게 본 발명에 따른 하나 이상의 화합물을 외에 추가의 구성요소로서 2 내지 40개, 특히 4 내지 30개 성분을 포함한다. 이들 매질은 매우 특히 바람직하게 본 발명에 따른 하나 이상의 화합물 외에 7 내지 25개 성분을 포함한다. 이들 추가의 구성요소는 바람직하게 네마틱 또는 네마토제닉(단변성 또는 등방성) 물질, 특히 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 사이클로헥산카복실산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 사이클로헥실벤조산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 사이클로헥실사이클로헥산카복실산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 벤조산의, 사이클로헥산카복실산의 또는 사이클로헥실사이클로헥산카복실산의 사이클로헥실페닐 에스터, 페닐사이클로헥산, 사이클로헥실바이페닐, 페닐사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실사이클로헥실사이클로헥센, 1,4-비스사이클로헥실벤젠, 4,4'-비스사이클로헥실바이페닐, 페닐- 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실피리딘, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥산, 페닐- 또는 사이클로헥실-1,3-다이싸이안, 1,2-다이페닐에탄, 1,2-다이사이클로헥실에탄, 1-페닐-2-사이클로헥실에탄, 1-사이클로헥실-2-(4-페닐사이클로헥실)에탄, 1-사이클로헥실-2-바이페닐일에탄, 1-페닐-2-사이클로헥실페닐에탄, 선택적으로 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 부류의 물질로부터 선택된다. 이들 화합물중 1,4-페닐렌기가 또한 불소화될 수 있다.
본 발명에 따른 매질의 추가의 구성요소로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 1, 2, 3, 4 및 5에 의해 특징지어질 수 있다:
R'-L-E-R"
R'-L-COO-E-R"
R'-L-OOC-E-R"
R'-L-CH2CH2-E-R"
R'-L-C≡C-E-R"
동일하거나 또는 상이할 수 있는 화학식 1, 2, 3, 4 및 5, L 및 E에서, 서로 각각 독립적으로 -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- 및 -G-Cyc- 및 이들의 거울 상을 형성하는 이가 라디칼이고, 이때 Phe는 비치환되거나 또는 불소-치환된 1,4-페닐렌이고, Cyc는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-사이클로헥센일렌이고, Pyr은 피리미딘-2,5-다이일 또는 피리딘-2,5-다이일이고, Dio는 1,3-다이옥산-2,5-다이일이고, G는 2-(트랜스-1,4-사이클로헥실)에틸이고, Pyr은 피리미딘-2,5-다이일이고, Pyd는 피리미딘-2,5-다이일이거나 또는 Py는 피란 환이다.
라디칼 L 및 E중 하나는 바람직하게 Cyc, Phe 또는 Pyr이다. E는 바람직하게 Cyc, Phe 또는 Phe-Cyc이다. 본 발명에 따른 매질은 바람직하게 L 및 E가 Cyc, Phe, Py 및 Pyr로 구성된 군에서 선택된 화학식 1, 2, 3, 4 및 5의 화합물에서 선택된 하나 이상의 성분 및 동시에 라디칼 L 및 E중 하나가 Cyc, Phe 및 Pyr로 구성된 군에서 선택되고 나머지 라디칼이 -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 성분 및 선택적으로 라디칼 L 및 E가 -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-로 구성된 군에서 선택된 화학식 1, 2, 3, 4 및 5의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함한다.
화학식 1, 2, 3, 4 및 5의 화합물의 더 작은 하위 군에서, R' 및 R"는 서로 각각 독립적으로 탄소원자수 8 이하의 알킬, 알켄일, 알콕시, 알콕시알킬, 알켄일옥시 또는 알칸오일옥시이다. 이 더 작은 하위 군은 하기 A 군으로 불리고 화합물은 하위부류의 화학식 1a, 2a, 3a, 4a 및 5a로 지칭된다. 이들 화합물의 대부분에서, R' 및 R"는 서로 상이하고 이들 라디칼의 하나가 주로 알킬, 알켄일, 알콕시 또는 알콕시알킬이다.
B 군으로 공지된 화학식 1, 2, 3, 4 및 5의 화합물의 또다른 더 작은 하위 군에서 R"는 -F, -Cl, -NCS 또는 -(O)iCH3-(k+l)FkCll(이때, i는 0 또는 1이고, k+l은 1, 2 또는 3임)이고; R"가 하위부류의 화학식 1b, 2b, 3b, 4b 및 5b로 지칭된 의미를 갖는 화합물이다. R"가 -F, -Cl, -NCS, -CF3, -OCHF2 또는 -OCF3인 하위부류의 화학식 1b, 2b, 3b, 4b 및 5b의 화합물로 제공되는 것이 특히 바람직하다.
하위부류의 화학식 1b, 2b, 3b, 4b 및 5b의 화합물에서, R'는 하위부류의 화학식 1a 내지 5a의 화합물로 정의되고 알킬, 알켄일, 알콕시 또는 알콕시알킬이 바람직하다.
화학식 1, 2, 3, 4 및 5의 화합물의 추가의 더 작은 하위 군에서, R"는 -CN이고; 이 하위 군은 C 군으로서 하기에서 지칭되고, 이 하위 군의 화합물은 하위부류의 화학식 1c, 2c, 3c, 4c 및 5c에 상응하게 기술되어 있다. 하위부류의 화학식 1c, 2c, 3c, 4c 및 5c의 화합물에서, R'는 하위부류의 화학식 1a 내지 5a의 화합물과 정의된 바가 같고 바람직하게는 알킬, 알콕시 또는 알켄일이다.
A, B 및 C 군의 바람직한 화합물 외에도, 제안된 치환체의 다른 변형체를 갖는 화학식 1, 2, 3, 4 및 5의 다른 화합물이 또한 시판된다. 이들 모든 물질을 문헌 또는 그에 유사하게 공지된 방법에 따라 수득하였다.
본 발명에 따른 화학식 I의 화합물을 제외하고, 본 발명에 따른 매질은 바람직하게 A 군 및/또는 B 군 및/또는 C 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 매질중 이들 군으로부터 화합물의 중량비가 바람직하고 이때 본 발명에 따른 각각 매질에 존재하는 A 군 및/또는 B 군 및/또는 C 군 화합물의 중량비의 합은 5 내지 90%, 특히 10 내지 90%이다:
Figure 112004060855923-pct00046
본 발명에 따른 매질은 바람직하게 본 발명에 따른 화합물의 1 내지 40%, 특히 바람직하게 5 내지 30%를 포함한다. 더욱이 본 발명에 따른 화합물의 40% 이상, 특히 45 내지 90%를 포함하는 매질을 제공하는 것이 바람직하다. 매질은 바람직하게 본 발명에 따른 3, 4 또는 5의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 매질을 통상적인 방식으로 제조한다. 일반적으로, 성분을 유리하게 높은 온도에서 서로 용해한다. 적합한 첨가제의 의해, 본 발명에 따른 액정 상을 본원에 개시되어 있는 액정 디스플레이 소자의 모든 유형에 사용할 수 있는 이러한 방식으로 변형할 수 있다. 이 유형의 첨가제는 당해분야 숙련자에게 공지되어 있고 문헌에 상세하게 기술되어 있다[H. Kelker/R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim, 1980]. 예를 들어, 착색된 게스트-호스트 시스템의 제조용으로 다색성의 염료를 첨가하거나 유전체 이방성, 점도 및/또는 네마틱 상의 배열을 변화시키기 위해 물질을 첨가할 수 있다. 또한, 안정제 및 항산화제가 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 혼합물은 TN, STN, ECB 및 IPS 용도, 특히 TFT 용도에 적합하다.
본원 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조를 두문자로 기술하였고, 화학식으로 변환하여 하기 표 A 및 B에 나타내었다. 모든 라디칼 CnH2n+1 및 CmH2m+1은 각각 탄소원자수 n 및 m의 직쇄 알킬 라디칼이다. 표 B에서 코딩은 자명하다. 표 A에서, 모체 구조에 대한 두문자만이 지시된다. 개별적인 경우에서, 모체 구조에 대한 두문자는 대시(-)로, 치환체 R1, R2, L1 및 L2에 대한 코드로 분리하게된다.
Figure 112004060855923-pct00047
화학식 I의 하나 이상의 화합물 외에도, 본 발명에 따른 액정 혼합물은 표 A 및 B에서 선택된 2개, 3개 또는 그 이상의 성분을 포함한다.
Figure 112004060855923-pct00048
Figure 112004060855923-pct00049
Figure 112004060855923-pct00050
Figure 112004060855923-pct00051
표 C는 일반적으로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가되는 가능한 도펀트를 나타낸다.
Figure 112004060855923-pct00052
Figure 112004060855923-pct00053
다음 실시예는 본 발명을 한정하지 않고 설명하기 위해 제공된 것이다. 상기 및 하기에서, 퍼센트는 중량 퍼센트이다. 모든 온도는 ℃로 m.p.는 융점을 나타내고, cl.p.은 등명점(clearing point)을 나타낸다. 또한, C는 결정 상태이고, N은 네마틱 상이고, S는 스멕틱 상이고 I는 등방성 상이다. 이들 기호중 데이터는 전이 온도를 나타낸다. △n은 광학 이방성(589nm, 20℃)를 나타내고, 유동 점도 ν20(mm2/sec) 및 회전 점도 γ1[mPa·s]는 20℃에서 각각 결정된다.
"통상적인 후처리(work-up)"는 필요하다면 물을 첨가하고, 혼합물을 다이클로로메탄, 다이에틸 에터, 메틸 3차-뷰틸 에터 또는 톨루엔으로 추출하고, 상을 분리하고, 유기 상을 건조 및 증발하고,생성물을 감소된 압력하에서 증류 또는 결정 및/또는 크로마토그래피에 의해 정제함을 의미한다. 하기 약어를 사용한다:
DAST: 다이에틸아미노설퍼 트라이불화물
DMEU: 1,3-다이메틸-2-이미다졸리딘온
POT: 칼륨 3차-뷰톡사이드
THF: 테트라하이드로퓨란
pTsOH: p-톨루엔설폰산
실시예 1
Figure 112004060855923-pct00054
단계 1.1
Figure 112004060855923-pct00055
20% 수산화 나트륨 수용액 150㎖을 메탄올 200㎖중 4-브로모벤즈알데하이드 0.195몰 및 3,3-다이메톡시-2-뷰탄온 0.185몰의 혼합물에 첨가하고 혼합물을 실온 에서 10시간동안 교반한다. 메탄올을 감압하에서 증류 제거하고, 잔류물을 메틸 3차-뷰틸 에터로 추출하고, 추출물을 황산 나트륨상에서 건조하고 증발한다. 잔류물을 감압하에서 증류한다. 증류물을 p-톨루엔설폰산 10g 및 아세톤 1ℓ로 실온에서 15시간동안 교반하고, 아세톤을 증발 제거하고, 잔류물을 메틸 3차-뷰틸 에터로 보충하고, 용액을 중성화될 때까지 물로 세척한다. 용액을 증발하고, 잔류물을 펜탄으로부터 결정화한다.
단계 1.2
Figure 112004060855923-pct00056
다이온 A 40g을 메탄올 400㎖중에 용해시키고 가열하에 메탄올중에 마그네슘 메톡사이드 20g 용액에 적가한다. 혼합물을 1시간동안 가열하고, 메탄올을 증발 제거하고, 잔류물을 염산 용리액으로 산성화한다. 혼합물을 메틸 3차-뷰틸 에터로 추출하고, 건조 및 증발한다. 잔류물을 재결정으로 정제한다.
단계 1.3
Figure 112004060855923-pct00057
브로모페닐사이클로펜타디온 B 0.1몰을 오토클레이브(autoclave) 내에 50℃에서 12시간동안 SF4 0.7몰과 반응시킨다. 혼합물을 실온으로 냉각하고 반응 기체를 방출시킨 후, 반응 혼합물을 다이클로로메탄중에 보충하고 중성화될 때까지 세척하고, 비극성 생성물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 제거한다.
단계 1.4
Figure 112004060855923-pct00058
4-브로모페닐테트라플루오로사이클로펜탄 C 0.1몰을 톨루엔 200㎖중에 4-프로필사이클로헥실페닐보론산 0.1몰 및 2몰 소다 용액 100㎖로 용해시키고 Pd(PPh3)4 촉매 0.002몰을 첨가한다. 혼합물을 12시간동안 환류하고 최종적으로 통상적인 후처리를 수행한다.
하기 화학식의 화합물을 유사하게 제조한다:
Figure 112004060855923-pct00059
Figure 112004060855923-pct00060
Figure 112004060855923-pct00061

Claims (7)

  1. 하기 화학식 I의 3,3,4,4-테트라플루오로사이클로펜탄 화합물:
    화학식 I
    Figure 112008042359768-pct00062
    상기 식에서,
    R1은 H, 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 단일치환되거나 또는 할로겐으로 하나 이상이 단일치환된 탄소원자수 15 이하의 알킬 라디칼이고, 이때 라디칼중 하나 이상의 CH2기는 추가로 서로 각각 독립적으로 O 원자가 서로 직접적으로 결합되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-,
    Figure 112008042359768-pct00063
    , -CO-, -CO-O- -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 치환될 수 있고;
    A1 및 A2는 서로 각각 독립적으로
    (a) 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼(이때, 하나 이상의 비-인접한 CH2기가 추가로 -O- 및/또는 -S-로 치환될 수 있음),
    (b) 1,4-페닐렌 라디칼(이때, 하나 또는 두개의 CH기가 추가로 N으로 치환될 수 있음),
    (c) 1,4-사이클로헥세닐렌, 또는
    (d) 1,4-바이사이클로[2.2.2]-옥틸렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일 및 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일로 구성된 군에서 선택된 라디칼이고, 이때 라디칼 (a) 내지 (d)는 하나 이상의 불소원자로 치환될 수 있고;
    Z1 및 Z2는 서로 각각 독립적으로 -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C-, -(CH2)4-, -CF2O-, -OCF2-, -C2F4-, -CH=CHCH2CH2- 또는 단일 결합이고;
    m은 0, 1 또는 2이다.
  2. 하기 화학식 I1 내지 I30으로 구성된 군에서 선택된 화합물:
    화학식 I1
    Figure 112004060855923-pct00064
    화학식 I2
    Figure 112004060855923-pct00065
    화학식 I3
    Figure 112004060855923-pct00066
    화학식 I4
    Figure 112004060855923-pct00067
    화학식 I5
    Figure 112004060855923-pct00068
    화학식 I6
    Figure 112004060855923-pct00069
    화학식 I7
    Figure 112004060855923-pct00070
    화학식 I8
    Figure 112004060855923-pct00071
    화학식 I9
    Figure 112004060855923-pct00072
    화학식 I10
    Figure 112004060855923-pct00073
    화학식 I11
    Figure 112004060855923-pct00074
    화학식 I12
    Figure 112004060855923-pct00075
    화학식 I13
    Figure 112004060855923-pct00076
    화학식 I14
    Figure 112004060855923-pct00077
    화학식 I15
    Figure 112004060855923-pct00078
    화학식 I16
    Figure 112004060855923-pct00079
    화학식 I17
    Figure 112004060855923-pct00080
    화학식 I18
    Figure 112004060855923-pct00081
    화학식 I19
    Figure 112004060855923-pct00082
    화학식 I20
    Figure 112004060855923-pct00083
    화학식 I21
    Figure 112004060855923-pct00084
    화학식 I22
    Figure 112004060855923-pct00085
    화학식 I23
    Figure 112004060855923-pct00086
    화학식 I24
    Figure 112004060855923-pct00087
    화학식 I25
    Figure 112004060855923-pct00088
    화학식 I26
    Figure 112004060855923-pct00089
    화학식 I27
    Figure 112004060855923-pct00090
    화학식 I28
    Figure 112004060855923-pct00091
    화학식 I29
    Figure 112004060855923-pct00092
    화학식 I30
    Figure 112004060855923-pct00093
    상기 식에서,
    R1은 제 1 항에서 정의된 바와 같고;
    L1 및 L2는 서로 각각 독립적으로 H 또는 F이다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    R1이 각각 탄소원자수 7 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시인 화합물.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 따른 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는, 둘 이상의 액정 성분을 갖는 액정 매질.
  6. 제 5 항에 따른 액정 매질을 함유하는 액정 디스플레이 소자.
  7. 제 5 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는 전자-광학 디스플레이 소자.
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