KR101215660B1 - 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조티오펜 유도체 및 플루오렌유도체 - Google Patents

다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조티오펜 유도체 및 플루오렌유도체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 화합물, 이들의 액정 매질에서의 구성성분으로서의 용도, 및 본 발명의 액정 매질을 함유하는 전광 디스플레이 소자에 관한 것이다:
화학식 I
Figure 112006073677235-pct00092
상기 식에서, Y, X1, X2, X3, R1, R2, A1, A2, Z1, Z2, m 및 n은 청구의 범위 제 1 항에 정의된 바와 같다.

Description

다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조티오펜 유도체 및 플루오렌 유도체{DIBENZOFURAN DERIVATIVES, DIBENZOTHIOPHENE DERIVATIVES, AND FLUORENE DERIVATIVES}
본 발명은 다이벤조퓨란, 다이벤조티오펜 및 플루오렌 유도체, 이들 유도체를 포함하는 액정 매질, 및 이들 액정 매질을 함유하는 전광 디스플레이 소자(element)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 음의 유전 이방성을 갖는 다이벤조퓨란, 다이벤조티오펜 및 플루오렌 유도체에 관한 것이다.
약 30년 전에 최초의 상업적으로 사용가능한 액정 화합물이 발견된 이래로 액정은 광범위하게 사용되어 왔다. 알려져 있는 사용 부문은 특히 시계 및 휴대용 계산기의 디스플레이, 및 기차역, 공항 및 스포츠 경기장에 사용되는 대형 디스플레이 패널이다. 다른 사용 부문은 휴대용 컴퓨터 및 네비게이션 시스템의 디스플레이, 및 비디오 용도이다. 마지막으로 언급된 용도의 경우, 특히 응답 시간 및 이미지의 콘트라스트에 대한 요구가 높다.
액정에서의 분자의 공간 배열은 그의 특성중 다수가 방향-의존성이라는 효과 를 갖는다. 액정 디스플레이에 사용하기 위해 특히 중요한 것은 광학 이방성, 유전 이방성 및 탄성-기계적 이방성이다. 분자의 종방향 축이 커패시터의 두 플레이트에 수직으로 배향되는지 또는 평행하게 배향되는지에 따라, 커패시터는 상이한 용량을 갖는데; 달리 말하자면, 액정 매질의 유전 상수 ε이 두 배향에 대해 상이한 값을 갖는다. 분자의 종방향 축이 커패시터 플레이트에 평행하게 배향될 때보다 수직으로 배향될 때 그의 유전 상수가 더 큰 성분을 양의 유전성을 갖는다고 한다. 달리 말해, 분자의 종방향 축에 평행한 유전 상수 ε?이 분자의 종방향 축에 수직인 유전 상수 ε┴보다 더 큰 경우, 유전 이방성 Δε=ε?-ε┴은 0보다 크다. 통상적인 디스플레이에 사용되는 대부분의 액정은 이 군에 속한다.
분자의 편극도 및 영구 쌍극자 모멘트는 둘 다 유전 이방성에 일익을 담당한다. 디스플레이에 전압을 인가하면, 분자의 종방향 축이 더 큰 유전 상수가 유효해지도록 하는 방식으로 배향된다. 전기장과의 상호작용의 강도는 두 상수 사이의 차이에 따라 달라진다. 차이가 작은 경우에는, 차이가 큰 경우보다 더 높은 스위칭 전압이 필요하다. 예컨대 나이트릴기 또는 플루오르 같은 적합한 극성 기를 액정 분자 내로 도입함으로써 넓은 작동 전압 범위를 달성할 수 있다.
통상적인 액정 디스플레이에 사용되는 액정 분자의 경우, 분자의 종방향 축을 따라 배향된 쌍극자 모멘트는 분자의 종방향 축에 수직으로 배향된 쌍극자 모멘트보다 더 크다. 가장 널리 보급된 TN["꼬인 네마틱(twisted nematic)"] 셀에서는, 겨우 약 5 내지 10㎛ 두께의 액정 층이 두 평면-평행 유리 플레이트 사이에 배 열되어 있고, 그 두 플레이트 위로는 산화주석 또는 산화주석인듐(ITO)의 전기 전도성의 투명한 층이 전극으로서 증착되어 있다. 통상 플라스틱(예컨대, 폴리이미드)으로 이루어진 마찬가지로 투명한 정렬 층이 이들 필름과 액정 층 사이에 위치한다. 이 정렬 층은 인접한 액정 분자의 종방향 축이, 무전압 상태에서는 이들 종방향 축이 디스플레이 표면 내부에서 동일한 배향으로, 편평하게 또는 동일한 작은 경사각으로 균일하게 놓이도록 하는 방식으로, 표면 힘을 통해 선호되는 방향을 향하도록 하는 역할을 한다. 직선-편광만이 들어오고 나갈 수 있도록 하는 두 편광 필름을 특정 배열로 디스플레이의 외부에 가한다.
보다 큰 쌍극자 모멘트가 분자의 종방향 축에 평행하게 배향되는 액정에 의해, 성능이 매우 높은 디스플레이를 이미 개발하였다. 대부분의 경우, 메조상의 충분히 넓은 온도 범위, 짧은 응답 시간 및 낮은 문턱 전압을 달성하기 위하여, 5 내지 20개의 성분의 혼합물을 사용한다. 그러나, 예컨대 랩탑 컴퓨터에 사용되는 액정 디스플레이에서의 강한 시야각 의존성에 의해 여전히 어려움이 야기된다. 디스플레이의 표면이 관찰자의 시야각에 수직인 경우에 가장 우수한 이미징 품질이 획득될 수 있다. 디스플레이가 관찰 방향에 대해 경사진 경우에는, 특정 상황하에 이미징 품질이 급격히 열화된다. 더욱 편리하게 하기 위하여, 이미징 품질을 상당히 감소시키지 않으면서 관찰자의 시야 방향으로부터 디스플레이가 기울어질 수 있는 각도를 최대화하고자 시도하고 있다. 최근에는, 분자의 종방향 축에 수직인 쌍극자 모멘트가 분자의 종방향 축에 평행한 쌍극자 모멘트보다 더 큰 액정 화합물을 사용하여 시야각 의존성을 개선시키려는 시도가 있었다. 유전 이방성 Δε은 음이 다. 무전기장 상태에서, 이들 분자는 그의 종방향 축이 디스플레이의 유리 표면에 수직이도록 배향된다. 전기장을 인가하면, 이들 분자가 유리 표면에 다소 평행하도록 배향된다. 이러한 방식으로, 시야각 의존성을 개선시킬 수 있다. 이러한 유형의 디스플레이는 VA-TFT("수직 정렬된") 디스플레이로 알려져 있다.
액정 물질 분야에서의 발전은 여전히 완성되려면 요원하다. 액정 디스플레이 소자의 특성을 개선시키기 위하여, 이러한 디스플레이를 최적화시킬 수 있는 신규 화합물에 대한 개발 시도가 꾸준히 이루어지고 있다.
WO 02/055463 A1 호는 3-일치환 및 3,7-이치환된 4,6-다이플루오로다이벤조퓨란 및 -티오펜을 개시하고 있으나, 이들의 물리적 또는 전광 특성에 대한 정확한 세부사항은 기재하고 있지 않다.
그러므로, 본 발명의 목적은 액정 매질에 사용하기 유리한 특성을 갖는 화합물을 제공하는 것이다. 특히, 이들은 음의 유전 이방성을 가져야 하는데, 이 특성으로 인해 이들은 VA 디스플레이용 액정 매질에 사용하기 특히 적합해진다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 하기 화학식 I의 화합물에 의해 달성된다:
Figure 112006073677235-pct00001
상기 식에서,
m 및 n은 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이고;
Y는 O, S, S(O), SO2, CH2, CF2, CCl2, CHF, CHCl, CFCl, C(CF3)2, CHCF3, C(CN)2 또는 CHCN을 나타내며;
X1, X2 및 X3은 각각 서로 독립적으로 H, 할로겐, CN, SCN, NCS 또는 SF5를 나타내며;
A1 및 A2는 각각 서로 독립적으로 =CH-가 =N-으로 1회 또는 2회 대체될 수 있고 치환되지 않거나 또는 서로 독립적으로 -CN, -F, -Cl, -Br, -I, C1-C6-알칸일(이는 치환되지 않거나 또는 플루오르 및/또는 염소에 의해 일치환 또는 다치환됨) 또는 C1-C6-알콕시(이는 치환되지 않거나 또는 플루오르 및/또는 염소에 의해 일치환 또는 다치환됨)에 의해 일치환 내지 사치환될 수 있는 1,4-페닐렌; -CH2-가 서로 독립적으로 헤테로 원자가 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O- 또는 -S-로 1회 또는 2회 대체될 수 있고 치환되지 않거나 또는 -F, -Cl, -Br 및/또는 -I에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥센일렌 또는 1,4-사이클로헥사다이엔일렌을 나타내며;
Z1 및 Z2는 각각 서로 독립적으로 단일 결합, 이중 결합, -CF2O-, -OCF2-, -CH2CH2-, -CF2CF2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CHF-CHF-, -C(O)O-, -OC(O)-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -CH=CH- 또는 -C≡C-를 나타내고;
R1 및 R2는 수소; 치환되지 않거나 -CN 또는 -CF3에 의해 일치환되거나 -F, -Cl, -Br 및/또는 -I에 의해 일치환 또는 다치환되고, 또한 하나 이상의 CH2 기가 각각 서로 독립적으로 헤테로 원자가 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-, -SO2-, -CO-, -COO-, -OCO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있는 각각 탄소 원자 1 내지 15개 또는 2 내지 15개의 알칸일, 알콕시, 알켄일 또는 알킨일 라디칼; -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -SCN, -NCS 또는 -SF5를 나타내고;
m 또는 n이 1보다 큰 경우, A1, A2, Z1, Z2, R1 및 R2는 각각 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있으며;
동시에 n=0이고, X1이 F를 나타내고, X2가 H 또는 F를 나타내고, X3이 H를 나타내는 경우, R2는 H를 나타내지 않는다.
화합물은 음의 Δε을 갖고, 따라서 특히 VA-TFT 디스플레이에 사용하기 적합하다. 본 발명에 따른 화합물은 바람직하게는 -2보다 작고, 특히 바람직하게는 -4보다 작은 Δε을 갖는다. 이들은 디스플레이용 액정 혼합물에 사용되는 통상적인 성분과 매우 우수한 상용성을 나타낸다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물은 VA-TFT 디스플레이에 사 용하기 특히 적합한 광학 이방성 Δn 값을 갖는다. 본 발명에 따른 화합물은 바람직하게는 0.05보다 크고 0.40 미만인 Δn을 갖는다.
본 발명에 따른 화합물의 다른 물리적, 물리화학적 또는 전광 매개변수는 또한 이들 화합물을 액정 매질에 사용하는데 유리하다. 화합물 또는 이들 화합물을 포함하는 액정 매질은 특히 충분한 폭의 네마틱 상, 우수한 저온 및 장기 안정성, 및 충분히 높은 등명점을 갖는다.
Y가 산소, 황, CH2, CCl2 또는 CF2를 나타내는 것이 바람직하고; 특히 Y는 산소 원자 또는 CF2이다.
또한, 라디칼 X1, X2 및 X3중 하나 이상이 할로겐을 나타내는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 치환기 X1, X2 및 X3중 둘 이상은 할로겐을 나타내고 세번째 것은 수소 또는 할로겐을 나타낸다. 매우 특히 바람직하게는, 세 라디칼 X1, X2 및 X3 모두가 할로겐이다. 여기에서 할로겐은 특히 플루오르이다.
A1 및 A2는 바람직하게는 또한 서로 독립적으로 임의적으로 치환되는 1,4-페닐렌, -CH2-가 -O-로 1회 또는 2회 대체될 수 있는 임의적으로 치환되는 1,4-사이클로헥실렌, 또는 임의적으로 치환되는 1,4-사이클로헥센일렌이다. n 또는 m이 2 또는 3인 경우, 고리 A1 및 A2는 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다.
A1 및 A2는 특히 바람직하게는 서로 독립적으로
Figure 112006073677235-pct00002
이다.
A1 및 A2는 매우 특히 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌 고리 및/또는 임의적으로 플루오르-치환되는 1,4-페닐렌 고리이다.
Z1 및 Z2는 바람직하게는 서로 독립적으로 단일 결합, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF- 또는 -CF=CF-, 특히 바람직하게는 서로 독립적으로 단일 결합, -CF2O-, -OCF2-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF- 또는 -CF=CF-이다. Z1 및 Z2는 매우 특히 바람직하게는 서로 독립적으로 단일 결합, -CF2O-, -OCF2-, -CF2CF2- 또는 -CF=CF-이다.
화학식 I의 R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지형인 C 원자 1 내지 15개의 알칸일 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼(알킬옥시 라디칼)을 나타낸다. 이들 라디칼은 각각 바람직하게는 직쇄이고, 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 C 원자를 갖고, 따라서 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 뷰톡시, 펜톡시, 헥속시 또는 헵톡시이다.
화학식 I의 R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 또한 옥사알킬 라디칼, 즉 비-말단 CH2 기중 하나 이상이 -O-로 대체된 알칸일 라디칼, 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사뷰틸(=메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸일 수 있다. 상응하는 방식으로, 화학식 I의 R1 및 R2는 또한 서로 독립적으로 티오알칸일 또는 설폰알칸일 라디칼, 즉 하나의 CH2 기가 -S- 또는 -SO2-로 대체된 알칸일 라디칼일 수 있다.
화학식 I의 R1 및 R2는 더욱이 각각 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지형이고 하나 이상의 C-C 이중 결합을 갖는 C 원자 2 내지 15개의 알켄일 라디칼일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 7개의 C 원자를 갖는다. 따라서, 이는 바람직하게는 비닐, 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, 또는 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-엔일이다. C-C 이중 결합의 두 C 원자가 치환되는 경우, 알켄일 라디칼은 E 및/또는 Z 이성질체(트랜스/시스)의 형태일 수 있다. 일반적으로 개별적인 E 이성질체가 바람직하다.
알칸일 라디칼과 동일한 방식으로, 알켄일 라디칼의 CH2 기중 하나 이상도 산소, 황 또는 -SO2-로 대체될 수 있다. -O-로 대체되는 경우에는, 알켄일옥시 라디칼(말단 산소를 가짐) 또는 옥사알켄일 라디칼(비-말단 산소를 가짐)이 존재한다.
화학식 I의 R1 및 R2는 또한 서로 독립적으로 직쇄 또는 분지형이고 하나 이상의 C-C 삼중 결합을 갖는 C 원자 2 내지 15개의 알킨일 라디칼일 수 있다.
화학식 I의 R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 하나의 CH2 기가 -O-로 대체되고 하나가 -CO-로 대체된(이들은 바람직하게는 인접함) C 원자 1 내지 15개의 알칸일 라디칼일 수 있다. 따라서, 이는 아실옥시기 -CO-O- 또는 옥시카본일기 -O-CO-를 함유한다. 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 6개의 C 원자를 갖는다. 하기 이들 라디칼이 여기에서 바람직하다: 아세톡시, 프로피온일옥시, 뷰티릴옥시, 펜탄오일옥시, 헥산오일옥시, 아세톡시메틸, 프로피온일옥시메틸, 뷰티릴옥시메틸, 펜탄오일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피온일옥시에틸, 2-뷰티릴옥시에틸, 2-아세톡시프로필, 3-프로피온일옥시프로필, 4-아세톡시뷰틸, 메톡시카본일, 에톡시카본일, 프로폭시카본일, 뷰톡시카본일, 펜톡시카본일, 메톡시카본일메틸, 에톡시카본일메틸, 프로폭시카본일메틸, 뷰톡시카본일메틸, 2-(메톡시-카본일)에틸, 2-(에톡시카본일)에틸, 2-(프로폭시카본일)에틸, 3-(메톡시카본일)프로필, 3-(에톡시카본일)프로필 및 4-(메톡시카본일)뷰틸. 뿐만 아니라, 알칸일 라디칼은 또한 -O- CO-O- 단위도 가질 수 있다. CH2 기를 하나의 -CO- 기(카본일 작용기)로만 대체하는 것도 가능하다.
화학식 I의 R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 바람직하게는 치환되지 않거나 치환된 -C=C- 단위에 인접한 CH2 기가 -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 C 원자 2 내지 15개의 알켄일 라디칼(이 라디칼은 직쇄 또는 분지형일 수 있음)일 수 있다. 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고 4 내지 13개의 C 원자를 갖는다. 여기에서는 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시뷰틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시노닐, 메타크릴로일옥시메틸, 2-메타크릴로일옥시에틸, 3-메타크릴로일옥시프로필, 4-메타크릴로일옥시뷰틸, 5-메타크릴로일옥시펜틸, 6-메타크릴로일옥시헥실, 7-메타크릴로일옥시헵틸 및 8-메타크릴로일옥시옥틸이 특히 바람직하다. 상응하게, 알킨일 라디칼의 치환된 -C≡C- 단위에 인접한 CH2 기는 또한 -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있다.
화학식 I의 R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알칸일 라디칼 또는 알콕시 라디칼, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼 또는 알킨일 라디칼일 수 있으며, 이들은 각각 -CN 또는 -CF3로 일치환되며, 이들은 바람직하게는 직쇄이다. -CN 또는 -CF3에 의한 치환은 임의의 목적하는 위 치에서 가능하다.
화학식 I의 R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 둘 이상의 CH2 기가 -O- 및/또는 -CO-O-로 대체된 알칸일 라디칼일 수 있으며, 이는 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 이는 바람직하게는 분지형이고 3 내지 12개의 C 원자를 갖는다.
화학식 I의 R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알칸일 라디칼 또는 알콕시 라디칼, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼 또는 알킨일 라디칼일 수 있으며, 이들 각각은 F, Cl, Br 및/또는 I에 의해 일치환 또는 다치환되며, 이들 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고, 할로겐은 바람직하게는 -F 및/또는 -Cl이다. 다치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 -F이다. 생성된 라디칼은 또한 -CF3 같은 퍼플루오르화 라디칼도 포함한다. 일치환의 경우, 플루오르 또는 염소 치환기는 임의의 목적하는 위치에 존재할 수 있으나, 바람직하게는 ω 위치이다.
화학식 I의 R1 및 R2는 또한 각각 서로 독립적으로 -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -SCN, -NCS 또는 -SF5일 수 있다.
화학식 I의 R1 및 R2는 특히 바람직하게는 서로 독립적으로 수소, 또는 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이며, 이들 라디칼 각각은 바람직하게는 치환되지 않거나 또는 할로 겐에 의해 일치환 또는 다치환된다.
본 발명과 관련하여, 할로겐은 플루오르, 염소, 브롬 또는 요오드를 나타낸다.
본 발명과 관련하여, 용어 "알킬"은 상세한 설명 또는 청구의 범위에서 달리 정의되지 않는 한 1 내지 15개(즉, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 15개)의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소 라디칼을 나타낸다. 이 라디칼은 치환되지 않거나, 플루오르, 염소, 브롬, 요오드, 카복실, 나이트로, -NH2, -N(알칸일)2 및/또는 사이아노에 의해 일치환 또는 다치환되며, 이 때 다치환은 동일하거나 상이한 치환기로 이루어질 수 있다. 이 알킬 라디칼이 포화 라디칼인 경우, 이는 또한 "알칸일"로도 일컬어진다. 뿐만 아니라, 용어 "알킬"은 또한 치환되지 않거나, 동일하거나 상이한 치환기, 특히 -F, -Cl, -Br, -I 및/또는 -CN 또는 -CF3에 의해 상응하게 일치환 또는 다치환되고, 하나 이상의 CH2 기가 쇄의 헤테로 원자(O 또는 S)가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-("알콕시", "옥사알킬"), -S-("티오알킬"), -SO2-, -CH=CH-("알켄일"), -C≡C-("알킨일"), -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있는 탄화수소 라디칼을 포괄한다.
화학식 I의 바람직한 화합물은 총 0, 1, 2 또는 3개의 단위 -Z1-A1- 및/또는 -Z2-A2-를 갖는다(즉, m 및 n이 각각 0, 1, 2 또는 3인 경우 m+n=0, 1, 2 또는 3임 ). 2개 또는 3개의 단위 -Z1-A1- 및/또는 -Z2-A2-가 존재하는 경우, 이들은 분자의 한쪽에만 결합될 수 있거나(즉, m=2 또는 3이고 n=0이거나, 또는 n=2 또는 3이고 m=0임) 또는 분자의 양쪽에 결합될 수 있다. 특히 바람직하게는, m+n=0, 1 또는 2이다.
m+n=0인 화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 화학식 Ia로 표시된다:
Figure 112006073677235-pct00003
상기 식에서, R1, R2, X1, X2, X3 및 Y는 화학식 I에 대해 상기 정의된 것과 동일한 의미 및 동일한 바람직한 의미를 갖는다.
특히, Y는 산소 원자 또는 CF2 기를 나타낸다.
m+n=1인 화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 화학식 Ib 및 Ic로 표시된다:
Figure 112006073677235-pct00004
Figure 112006073677235-pct00005
상기 식에서, R1, R2, A1, A2, X1, X2, X3, Z1, Z2 및 Y는 화학식 I에 대해 상기 정의된 것과 동일한 의미 및 동일한 바람직한 의미를 갖는다.
특히, Y는 산소 원자 또는 CF2 기를 나타낸다.
m+n=2인 화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 화학식 Id 내지 If로 표시된다:
Figure 112006073677235-pct00006
Figure 112006073677235-pct00007
Figure 112006073677235-pct00008
상기 식에서, R1, R2, A1, A2, X1, X2, X3, Z1, Z2 및 Y는 화학식 I에 대해 상기 정의된 것과 동일한 의미 및 동일한 바람직한 의미를 갖는다.
A1, A2, Z1 또는 Z2가 화학식 Ie 및 If에 2개씩 존재하는 경우, 이들은 각각의 경우에 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다. 특히, Y는 산소 원자 또는 CF2 기를 나타낸다.
m+n=3인 화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 화학식 Ig 내지 Ij로 표시된다:
Figure 112006073677235-pct00009
Figure 112006073677235-pct00010
Figure 112006073677235-pct00011
Figure 112006073677235-pct00012
상기 식에서, R1, R2, A1, A2, X1, X2, X3, Z1, Z2 및 Y는 화학식 I에 대해 상기 정의된 것과 동일한 의미 및 동일한 바람직한 의미를 갖는다.
A1, A2, Z1 또는 Z2가 화학식 Ig 내지 Ij에서 한번보다 많이 존재하는 경우, 이들은 각각의 경우 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다. 특히, Y는 산소 원자 또는 CF2 기를 나타낸다.
본 발명에 따른 화학식 Ia, Ib, Ic 및 Id의 화합물, 특히 화학식 Ia, Ib 및 Id의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 Ia의 매우 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식 Ia-1 내지 Ia-12의 화합물이다:
Figure 112006073677235-pct00013
Figure 112006073677235-pct00014
Figure 112006073677235-pct00015
상기 식에서,
p 및 q는 각각 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이고,
r 및 s는 각각 서로 독립적으로 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이며,
개별적인 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고,
각 라디칼의 수소 원자중 1 내지 4개는 플루오르로 대체될 수 있으며,
Y는 산소 원자 또는 CF2 기를 나타낸다.
화학식 Ia-1 내지 Ia-12의 화합물 중에서, 화학식 Ia-1 내지 Ia-7의 화합물, 특히 화학식 Ia-1의 화합물이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 화학식 Ib의 바람직한 화합물 중에서, 하기 화학식 Ib-1 내지 Ib-15의 화합물이 특히 바람직하다:
Figure 112006073677235-pct00016
Figure 112006073677235-pct00017
Figure 112006073677235-pct00018
상기 식에서, R1, R2 및 Y는 화학식 I에 대해 상기 정의된 것과 동일한 의미 및 동일한 바람직한 의미를 갖는다.
매우 특히 바람직하게는, R1은 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖 는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이고, R2는 수소, 또는 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이며, Y는 산소 원자 또는 CF2 기이다.
본 발명에 따른 화학식 Id의 바람직한 화합물 중에서, 하기 화학식 Id-1 내지 Id-6의 화합물이 특히 바람직하다:
Figure 112006073677235-pct00019
Figure 112006073677235-pct00020
상기 식에서, R1, R2 및 Y는 화학식 I에 대해 상기 정의된 것과 동일한 의미 및 동일한 바람직한 의미를 갖는다.
매우 특히 바람직하게는, R1은 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이고, R2는 수소, 또는 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이며, Y는 산소 원자 또는 CF2 기이다. 화학식 Id-1 내지 Id-6의 화합물 중에서, 화학식 Id-1의 화합물이 가장 바람직하다.
본 발명에 따른 화합물의 라디칼 또는 치환기, 또는 본 발명에 따른 화합물 자체는 이들이 예컨대 비대칭 중심을 갖기 때문에 각각 광학 활성 또는 입체 이성질체 라디칼, 치환기 또는 화합물로서 존재하며, 이들도 본 발명에 의해 포괄된다. 본원에서 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물이 순수한 이성질체 형태로, 예를 들어 순수한 거울상 이성질체, 부분입체 이성질체, E 또는 Z 이성질체, 트랜스 또는 시스 이성질체로서, 또는 복수개의 이성질체의 임의의 목적하는 비의 혼합물, 예컨대 라세미체, E/Z 이성질체 혼합물 또는 시스/트랜스 이성질체 혼합물로서 존재할 수 있음은 말할 것도 없다.
문헌[예를 들어, Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie(Methods of Organic Chemistry), Georg-Thieme-Verlag, 스투트가르트 같은 표준 연구]에 기재되어 있는 바와 같이 그 자체로 공지되어 있는 방법에 의해, 반응에 적합한 공지의 반응 조건하에서 엄밀하게, 화학식 I의 화합물을 제조한다. 그 자체로 공지되어 있으나 본원에서 더욱 상세하게 언급되지는 않는 변형 방법을 이용할 수 있다.
필요한 경우, 출발 물질을 반응 혼합물로부터 단리하지 않고 그 대신 이들을 화학식 I의 화합물로 즉시 추가로 전환시킴으로써, 출발 물질을 동일 반응계 내에서 생성시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 화학식 I의 다양한 화합물의 합성은 예로써 실시예에서 기재된다. 출발 성분은 일반적으로 입수가능한 문헌의 절차에 의해 수득될 수 있거나 시판중이다. 기재된 반응은 문헌으로부터 공지된 것으로 간주되어야 한다.
본 발명에 따른 다이벤조퓨란(Y=O; X1, X2 및 X3=F; m 및 n=0; 및 R1 및 R2=n- 프로필)의 예시적인 합성법이 아래 도시된다. 이 합성법은 적합한 출발 물질의 선택을 통해 개별적으로 요구되는 화학식 I의 화합물에 적용될 수 있다. 개별적인 합성 단계는 마찬가지로 문헌으로부터 공지된 것으로 간주되어야 한다.
화학식 4의 보론산의 합성:
Figure 112006073677235-pct00021
뷰틸리튬 및 N-폼일피페리딘을 사용하여 화학식 1의 트라이플루오로벤젠을 화학식 2의 알데하이드로 전환시킨다. 후속 위티그(Wittig) 반응 후, 팔라듐 촉매상에서 수소화시킨다. 화학식 3의 트라이플루오로프로필벤젠을 표준 조건하에서 화학식 4의 보론산으로 전환시킨다.
화학식 8의 실릴 에터의 합성:
Figure 112006073677235-pct00022
위티그 반응 및 백금 촉매 상에서의 후속 수소화에 의해 화학식 5의 알데하이드를 화학식 6의 브로모플루오로프로필벤젠으로 전환시킨다. 리튬 다이아이소프로필아마이드(LDA) 및 트라이메틸 보레이트로부터 수득된 보론산 에스터를 수소화 붕소 첨가 반응과 유사하게 화학식 7의 페놀로 전환시킨다. 트라이메틸실릴 클로라이드(TMS-Cl) 및 이미다졸을 사용하여 OH 작용기를 화학식 8의 실릴 에터로 전환시킨다.
다이벤조퓨란의 합성:
Figure 112006073677235-pct00023
화학식 8의 실릴 에터를 질소하에서 톨루엔에 용해시키고, 탄산나트륨, 물 및 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐을 첨가한다. 무수 에탄올중 화학식 4의 보론산의 용액을 비점에서 반응 혼합물에 서서히 첨가한다. 환류하에 비등시키고 냉각시킨 후, 상을 분리한다. 수성 상을 MTB 에터로 추출한다. 유기 상을 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨다. 잔류물을 실리카겔 상에서 크로마토그래피시킨다.
Figure 112006073677235-pct00024
화학식 9의 실릴 에터를 THF에 용해시키고 묽은 HCl을 첨가한다. 전환이 종 결될 때까지 용액을 실온에서 교반한다. 이어, 용매를 제거하고 잔류물을 묽은 HCl 용액 및 MTB 에터에 넣는다. 수성 상을 MTB 에터로 3회 추출한다. 유기 상을 건조 및 증발시키고 실리카겔을 통해 통과시킨다.
Figure 112006073677235-pct00025
화학식 10의 페놀을 질소하에서 DMSO에 용해시키고 60% 수소화나트륨/광유 현탁액을 첨가한 다음 혼합물을 120℃까지 가온시킨다. 이 온도에서 5시간 후, 냉각된 배치(batch)를 묽은 HCl 용액에 첨가한다. 수성 상을 MTB 에터로 추출한다. 유기 상을 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨 후 실리카겔 상에서 크로마토그래피시킨다.
본 발명에 따른 플루오렌 유도체(Y=CF2; X1, X2 및 X3=F; m 및 n=0; R1=에톡시; R2=n-프로필)의 예시적인 합성법이 아래 도시된다. 이 합성법은 적합한 출발 물질의 선택을 통해 각각의 요구되는 화학식 I의 화합물에 적용될 수 있다. 개별적인 합성 단계는 마찬가지로 문헌으로부터 공지된 것으로 간주되어야 한다.
Figure 112006073677235-pct00026
사이클로헥세인/에틸벤젠/THF중 리튬 다이아이소프로필아마이드의 2M 용액을 질소하에 -70℃에서 THF중 화학식 21의 방향족 화합물의 용액에 첨가한다. 화학식 22의 N-폼일피페리딘을 배치에 첨가한다. 배치를 0℃에서 가수분해시키고 염산을 사용하여 산성화시킨다. 후처리에 의해 화학식 23의 알데하이드를 제공한다.
Figure 112006073677235-pct00027
사이클로헥세인/에틸벤젠/THF중 리튬 다이아이소프로필아마이드의 2M 용액을 질소하에 -70℃에서 THF중 화학식 24의 방향족 화합물의 용액에 첨가한다. THF에 용해된 화학식 23의 알데하이드를 배치에 첨가한다. 배치를 가수분해시키고 염산을 사용하여 산성화시킨다. 후처리함으로써 화학식 25의 다이페닐메탄올을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00028
질소하에, 이미다졸 및 화학식 25의 다이페닐메탄올을 DMF에 용해시키고, 화학식 26의 트라이메틸실릴 클로라이드를 첨가한 다음, 혼합물을 실온에서 하룻밤동안 교반한다. 후처리시켜 화학식 27의 실릴 에터를 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00029
DMF를 질소하에 아연, 비스트라이페닐포스핀니켈(II) 클로라이드, 브롬화나트륨 및 트라이페닐포스핀에 첨가하고, 혼합물을 80℃까지 가온한다. 30분 후, DMF에 용해된 화학식 27의 실릴 에터를 배치에 적가한다. 후처리에 의해 화학식 28의 플루오렌올을 제공한다.
Figure 112006073677235-pct00030
피리디늄 클로로크롬에이트(PCC)를 질소하에 다이클로로메테인중 셀라이트의 현탁액에 첨가한다. 이어, 다이클로로메테인중 화학식 28의 플루오렌올의 용액을 이 현탁액에 첨가한다. 배치를 실온에서 하룻밤동안 교반한다. 후처리시킴으로써화학식 29의 플루오렌온을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00031
삼플루오르화붕소/다이에틸 에터 착체를 질소하에 -10℃에서 다이클로로메테인중 화학식 29의 플루오렌온 및 화학식 30의 에테인다이티올의 용액에 첨가한다. 배치를 하룻밤동안 해동시키고 탄산수소나트륨 포화 용액에 조심스럽게 첨가한다. pH를 8로 조정한다. 후처리시켜 화학식 31의 티오케탈을 제공한다.
Figure 112006073677235-pct00032
다이클로로메테인중 화학식 31의 티오케탈의 용액을 질소하에 -65℃ 미만에서 다이클로로메테인중 1,3-다이브로모-5,5-다이메틸히단토인의 현탁액 및 피리딘중 HF의 65% 용액에 첨가한다. 5시간 후, 냉각을 중지하고 배치를 하룻밤동안 교반한다. 이어, 배치를 빙냉 1N 수산화나트륨 용액(여기에는 19% 아황산수소나트륨 용액이 첨가되었음)에 첨가한다. pH를 8로 조정한다. 후처리시킴으로써, 화학식 32a 및 화학식 32b의 플루오렌의 혼합물을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00033
플루오렌 혼합물을 질소하에 다이에틸 에터에 용해시키고 n-헥세인중 뷰틸리튬의 15% 용액을 -70℃에서 첨가한다. 1시간 후, 1:1 THF/물 혼합물을 용액에 첨 가하고 배치를 실온으로 가온시킨다. 후처리시켜 화학식 32a의 플루오렌을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00034
n-헥세인중 뷰틸리튬의 15% 용액을 질소하에 -70℃에서 THF중 화학식 32a의 플루오렌의 용액에 첨가한다. 화학식 22의 N-폼일피페리딘을 배치에 첨가한다. 배치를 가수분해시키고 염산을 사용하여 산성화시키다. 후처리시켜 화학식 33의 알데하이드를 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00035
THF중 3급-뷰톡시화칼륨의 용액을 질소하에 0℃의 THF중 에틸트리스트라이페닐포스포늄 브로마이드의 현탁액에 첨가한다. 1시간 후, THF에 용해된 화학식 33의 알데하이드를 서서히 첨가한다. 배치를 실온에서 하룻밤동안 교반한 다음, 물을 첨가한다. 후처리에 의해 화학식 34의 올레핀을 제공한다.
Figure 112006073677235-pct00036
THF에 화학식 34의 올레핀을 용해시키고 팔라듐 촉매 상에서 수소화시킨다. 수소화 용액을 증발시킨다. 후처리시킴으로써 화학식 35의 펜타플루오로플루오렌을 제공한다.
도시된 반응식은 예시로만 간주되어야 한다. 당해 분야의 숙련자는 화학식 I의 화합물을 수득하기 위하여, 기재된 합성법의 상응하는 변형법을 수행할 수 있으며 또한 다른 적합한 합성 경로를 따를 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 화학식 I의 화합물은 액정 매질에 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명은 또한 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 둘 이상의 액정 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 하나 이상의 화학식 I의 화합물 외에 추가적인 구성성분으로서 2 내지 40개, 바람직하게는 4 내지 30개의 성분을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다. 이들 매질은 특히 바람직하게는 본 발명에 따른 하나 이상의 화합물 외에 7 내지 25개의 성분을 포함한다. 이들 추가적인 구성성분은 네마틱 또는 네마틱원성(nematogenic)[모노트로픽(monotropic) 또는 등방성] 성분, 특히 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 1,3-다이옥세인, 2,5-테트라하이드로피란, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 사이클로헥세인카복실산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 사이클로헥실벤조산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 사이클로헥실사이클로헥세인카복실산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터; 벤조산, 사이클로헥세인카복실산 또는 사이클로헥실사이클로헥세인카복실산의 사이클로헥실페닐 에스터; 페닐사이클로헥세인, 사이클로헥실바이페닐, 페닐사이클로헥실사이클로헥세인, 사이클로헥실사이클로헥세인, 사이클로헥실사이클로헥실사이클로헥 센, 1,4-비스사이클로헥실벤젠, 4',4'-비스사이클로헥실바이페닐, 페닐- 또는 사이클로헥실-피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실피리딘, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥세인, 페닐- 또는 사이클로헥실-1,3-다이티에인, 1,2-다이페닐에테인, 1,2-다이사이클로헥실-에테인, 1-페닐-2-사이클로헥실에테인, 1-사이클로헥실-2-(4-페닐사이클로-헥실)에테인, 1-사이클로헥실-2-바이페닐에테인, 1-페닐-2-사이클로헥실-페닐에테인, 임의적으로 할로겐화되는 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 부류의 성분으로부터 바람직하게는 선택된다. 이들 화합물의 1,4-페닐렌기는 또한 일플루오르화 또는 다플루오르화될 수 있다.
본 발명에 따른 매질의 추가적인 구성성분으로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 II 내지 VI을 그 특징으로 할 수 있다:
R'-L-E-R"
R'-L-COO-E-R"
R'-L-OOC-E-R"
R'-L-CH2CH2-E-R"
R'-L-CF2O-E-R"
화학식 II 내지 VI에서, 동일하거나 상이할 수 있는 L 및 E는 각각 서로 독립적으로 -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -Thp-, -G-Phe- 및 -G-Cyc- 및 이들의 거울상에 의해 이루어지는 군으로부터의 2가 라디칼을 나타내며, 이 때 Phe는 치환되지 않거나 플루오르-치환된 1,4-페닐렌을 나타내고, Cyc는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-사이클로헥센일렌을 나타내며, Pyr은 피리미딘-2,5-다이일 또는 피리딘-2,5-다이일을 나타내고, Dio는 1,3-다이옥세인-2,5-다이일을 나타내고, Thp는 테트라하이드로피란-2,5-다이일을 나타내며, G는 2-(트랜스-1,4-사이클로헥실)에틸, 피리미딘-2,5-다이일, 피리딘-2,5-다이일, 1,3-다이옥세인-2,5-다이일 또는 테트라하이드로피란-2,5-다이일을 나타낸다.
라디칼 L 및 E중 하나는 바람직하게는 Cyc 또는 Phe이다. E는 바람직하게는 Cyc, Phe 또는 Phe-Cyc이다. 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 L 및 E가 Cyc 및 Phe로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 성분을, 라디칼 L 및 E중 하나가 Cyc 및 Phe로 이루어진 군으로부터 선택되고 나머지 하나의 라디칼이 -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 성분 및 임의적으로는 라디칼 L 및 E가 -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-로 이루어진 군으로부터 선택되는 화 학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 성분과 동시에 포함한다.
화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물의 보다 작은 아군에서, R' 및 R"은 각각 서로 독립적으로 8개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알켄일, 알콕시, 알콕시알킬(옥사알킬), 알켄일옥시 또는 알칸오일옥시이다. 보다 작은 이 아군은 아래에서 A군이라고 불리며, 화합물은 화학식 IIa, IIIa, IVa, Va 및 VIa로 일컬어진다. 이들 화합물 대부분에서, R' 및 R"은 서로 상이한데, 이들 라디칼중 하나는 통상 알킬, 알켄일, 알콕시 또는 알콕시알킬(옥사알킬)이다.
화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물의 다른 더 작은 아군(B군이라고 함)에서, E는
Figure 112006073677235-pct00037
를 나타낸다.
화학식 IIb, IIIb, IVb, Vb 및 VIb로 일컬어지는 B군의 화합물에서, R' 및 R"은 화학식 IIa 내지 VIa의 화합물에 대해 정의된 바와 같고, 바람직하게는 알킬, 알켄일, 알콕시 또는 알콕시알킬(옥사알킬)이다.
화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물의 추가의 더 작은 아군에서, R"은 -CN을 나타낸다. 이 아군은 아래에서 C군으로 불리며, 이 아군의 화합물은 상응하게 화학식 IIc, IIIc, IVc, Vc 및 VIc로 기재된다. 화학식 IIc, IIIc, IVc, Vc 및 VIc의 화합물에서, R'은 화학식 IIa 내지 VIa의 화합물에 대해 정의된 바와 같고, 바람직하게는 아릴, 알켄일, 알콕시 또는 알콕시알킬(옥사알킬)이다.
군 A, B 및 C의 바람직한 화합물 외에, 제안된 치환기의 다른 형태를 갖는 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 다른 화합물도 통상적이다. 이들 성분은 모두 문헌으로부터 공지되어 있는 방법에 의해 또는 그와 유사하게 수득될 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 I의 화합물 외에, 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 A, B 및/또는 C군으로부터의 하나 이상의 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 매질중 이들 군으로부터의 화합물의 중량비는 다음과 같다:
A군:
0 내지 90%, 바람직하게는 20 내지 90%, 특히 30 내지 90%.
B군:
0 내지 80%, 바람직하게는 10 내지 80%, 특히 10 내지 70%.
C군:
0 내지 80%, 바람직하게는 5 내지 80%, 특히 5 내지 50%.
본 발명에 따른 매질은 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물 1 내지 40%, 특히 바람직하게는 5 내지 30%를 바람직하게 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물 40% 이상, 특히 45 내지 90%를 포함하는 매질도 바람직하다. 매질은 바람직하게는 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물 1 내지 5개를 포함한다.
화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물의 예는 아래 기재된 화합물이다:
Figure 112006073677235-pct00038
Figure 112006073677235-pct00039
Figure 112006073677235-pct00040
[상기 식에서,
Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 -CpH2p +1 또는 -OCpH2p +1이고,
p는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이고,
L1 및 L2는 서로 독립적으로 -H 또는 -F이다]
Figure 112006073677235-pct00041
Figure 112006073677235-pct00042
[상기 식에서, m 및 n은 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이다].
본 발명에 따른 매질은 그 자체로 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로는, 성분을 바람직하게는 승온에서 서로 용해시킨다. 적합한 첨가제에 의해, 본 발명의 액정 상을 지금까지 개시된 모든 유형의 액정 디스플레이 소자에 사용할 수 있도록 하는 방식으로 상기 액정 상을 개질시킬 수 있다. 이러한 유형의 첨가제는 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있으며, 문헌[켈커(H. Kelker)/하츠(R. Hatz), Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, 바인하임, 1980]에 상세하게 기재되어 있다. 예를 들어, 칼라 게스트-호스트 시스템을 생성시키기 위하여 다색성 염료를 사용할 수 있거나, 또는 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱 상의 정렬을 변화시키기 위하여 성분을 첨가할 수 있다.
이들의 음의 Δε때문에, 화학식 I의 화합물은 VA-TFT 디스플레이에 사용하기 특히 적합하다.
그러므로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전광 액정 디스플레이 소자에 관한 것이다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만 이들로 제한되지는 않는다.
상기 및 하기에서, Δn은 광학 이방성(589nm, 20℃)이고, Δε은 유전 이방성(1kHz, 20℃)이다.
본 발명에 따른 화합물의 Δε 및 Δn 값은 본 발명에 따른 개별적인 화합물 10% 및 시판중인 액정 혼합물 ZLI-2857(Δε의 경우) 또는 ZLI-4792(Δn의 경우)[메르크 카가아(Merck KGaA), 다름스타트] 90%로 이루어진 액정 혼합물로부터 외삽함으로써 수득된다. 용해도가 제한되는 경우, 화합물을 5%만 포함하는 혼합물에서 화합물을 측정하며, 이는 해당 값 뒤에 (5%)를 부가함으로써 표시한다.
출발 성분은 통상적으로 입수가능한 문헌의 절차에 의해 수득될 수 있거나 또는 시판되고 있다. 기재된 반응은 문헌으로부터 공지되어 있다.
실시예 1
Figure 112006073677235-pct00043
화학식 8의 실릴 에터 7.0g(22.9밀리몰)을 질소하에 톨루엔 20ml에 용해시키고, 탄산나트륨 5.0g(49.3밀리몰), 물 10ml 및 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 175mg(0.2밀리몰)을 첨가한다. 무수 에탄올 10ml중 화학식 4의 보론산 5.0g(22.9밀리몰)의 용액을 비점에서 반응 혼합물에 서서히 첨가한다. 5시간동안 환류시키고 냉각시킨 후, 상을 분리한다. 수성 상을 MTB 에터로 추출한다. 유기 상을 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨다. 잔류물을 실리카겔 상에서 크로마토그래피시켜, 화학식 9의 실릴 에터 6.5g을 수득한다(수율: 71%).
Figure 112006073677235-pct00044
화학식 9의 실릴 에터 5.0g(12.6밀리몰)을 THF 40ml에 용해시키고 묽은 HCl 10ml를 첨가한다. 전환이 종결될 때까지(TLC 점검) 용액을 실온에서 교반한다. 이어, 용매를 제거하고 잔류물을 묽은 HCl 용액 10ml 및 MTB 에터 20ml에 넣는다. 수성 상을 MTB 에터로 3회 추출한다. 유기 상을 건조 및 증발시키고 실리카겔을 통해 통과시켜, 화학식 10의 페놀 3.7g을 수득한다(수율: 90%).
Figure 112006073677235-pct00045
화학식 10의 페놀 3.0g(9.2밀리몰)을 질소하에 DMSO 40ml에 용해시키고, 60% 수소화나트륨/광유 현탁액 736mg(18.4밀리몰)을 첨가한 후 혼합물을 120℃까지 가온한다. 이 온도에서 5시간 후, 냉각된 배치를 묽은 HCl 용액에 첨가한다. 수성 상을 MTB 에터로 추출한다. 유기 상을 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨 후 실리카겔 상에서 크로마토그래피시켜, 화학식 11의 다이벤조퓨란 1.8g을 수득한다(수율: 62%). Δε: -4.3. Δn: 0.064.
상응하는 전구체를 사용하여 실시예 1과 유사한 방식으로, 본 발명에 따른 하기 화합물을 수득한다:
실시예 2 내지 64
Figure 112006073677235-pct00046
Figure 112006073677235-pct00047
Figure 112006073677235-pct00048
Figure 112006073677235-pct00049
실시예 65 내지 128
Figure 112006073677235-pct00050
Figure 112006073677235-pct00051
Figure 112006073677235-pct00052
실시예 129 내지 192
Figure 112006073677235-pct00053
실시예 193 내지 256
Figure 112006073677235-pct00054
Figure 112006073677235-pct00055
Figure 112006073677235-pct00056
Figure 112006073677235-pct00057
실시예 257 내지 320
Figure 112006073677235-pct00058
실시예 321 내지 384
Figure 112006073677235-pct00059
Figure 112006073677235-pct00060
Figure 112006073677235-pct00061
실시예 385 내지 448
Figure 112006073677235-pct00062
실시예 449 내지 512
Figure 112006073677235-pct00063
Figure 112006073677235-pct00064
Figure 112006073677235-pct00065
Figure 112006073677235-pct00066
실시예 513 내지 576
Figure 112006073677235-pct00067
실시예 577 내지 640
Figure 112006073677235-pct00068
Figure 112006073677235-pct00069
Figure 112006073677235-pct00070
Figure 112006073677235-pct00071
실시예 641
Figure 112006073677235-pct00072
사이클로헥세인/에틸벤젠/THF중 리튬 다이아이소프로필아마이드의 2M 용액 220ml(440밀리몰)를 질소하에 -70℃에서 THF 500ml중 화학식 21의 방향족 화합물 77.2g(400밀리몰)의 용액에 첨가한다. 저온에서 1.5시간 후, 화학식 22의 N-폼일피페리딘 55.5ml(500밀리몰)를 -50 내지 -40℃에서 배치에 첨가한다. -40℃에서 3시간 후, 배치를 0℃에서 가수분해시키고 염산으로 산성화시킨다. 수성 상을 MTB 에터로 추출하고 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척한 다음, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시키고 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:20)을 통해 통과시켜, 화학식 23의 알데하이드 72.1g(81%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00073
사이클로헥세인/에틸벤젠/THF중 리튬 다이아이소프로필아마이드의 2M 용액 16.1ml(120밀리몰)를 질소하에 -70℃에서 THF 150ml중 화학식 24의 방향족 화합물 24.0g(110밀리몰)의 용액에 첨가한다. 저온에서 1.5시간 후, THF 50ml에 용해된 화학식 23의 알데하이드 22.1g(100밀리몰)을 배치에 첨가한다. -70℃에서 3시간 후, 배치를 실온으로 가온하고 가수분해시킨 후 염산을 사용하여 산성화시킨다. 수성 상을 MTB 에터로 추출하고 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척한 다음, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨 다음 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:10)을 통해 통과시켜, 화학식 25의 다이페닐메탄올 40.2g(83%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00074
질소하에 이미다졸 14.7g(213밀리몰) 및 화학식 25의 다이페닐메탄올 35.0g(79.5밀리몰)을 DMF 100ml에 용해시키고, 화학식 26의 트라이메틸실릴 클로라이드 14.4ml를 첨가한 후, 혼합물을 실온에서 하룻밤동안 교반한다. 포화 염화나트륨 용액을 배치에 첨가하고 이를 MTB 에터로 추출한다. 유기 상을 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨 다음 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:20)을 통해 통과 시켜, 화학식 27의 실릴 에터 37.9g(93%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00075
DMF 200ml를 질소하에 아연 12.4g(189밀리몰), 비스트라이페닐포스핀니켈(II) 클로라이드 19.6g(30밀리몰), 브롬화나트륨 18.5g(180밀리몰) 및 트라이페닐포스핀 47.6g(180밀리몰)에 첨가하고, 혼합물을 80℃까지 가온한다. 30분 후, DMF 50ml에 용해시킨 화학식 27의 실릴 에터 30.7g(60밀리몰)을 배치에 적가한다. 3일 후, 물을 냉각된 배치에 첨가하고, 이를 MTB 에터로 추출한다. 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척하고 황산나트륨 상에서 건조시킨 후 증발시킨다. 잔류물을 THF에 넣고 진한 염산을 첨가한다. 전환이 종결된(TLC) 후, 포화 염화나트륨 용액을 배치에 첨가하고, 이를 MTB 에터로 추출한다. 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척하고 황산나트륨 상에서 건조시킨 다음 증발시킨다. 실리카겔 상에서 크로마토그래피(MTB 에터/n-헵테인 1:1)시켜, 화학식 28의 플루오렌올 2.5g(15%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00076
피리디늄 클로로크롬에이트(PCC) 15g을 질소하에 다이클로로메테인 150ml중 셀라이트 40g의 현탁액에 첨가한다. 이어, 다이클로로메테인 25ml중 화학식 28의 플루오렌올 10.0g(35.6밀리몰)의 용액을 현탁액에 첨가한다. 배치를 실온에서 하룻밤동안 교반한다. 셀라이트를 분리해내고 다이클로로메테인으로 세척한다. 유기 상을 증발시키고 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:3)을 통해 통과시켜, 화학식 29의 플루오렌온 9.0g(91%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00077
삼플루오르화붕소/다이에틸 에터 착체 16.1ml를 질소하에 -10℃에서 다이클로로메테인 50ml중 화학식 29의 플루오렌온 8.5g(30.6밀리몰) 및 화학식 30의 에테인다이티올 3.8ml(45밀리몰)의 용액에 첨가한다. 배치를 하룻밤동안 해동시키고 포화 탄산수소나트륨 용액에 조심스럽게 첨가한다. pH를 8로 조정한다. 수성 상을 다이클로로메테인으로 추출하고 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척한 후, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨다. 잔류물을 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:15)을 통해 통과시켜, 화학식 31의 티오케탈 9.6g(89%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00078
다이클로로메테인 50ml중 화학식 31의 티오케탈 9.0g(25.4밀리몰)의 용액을 질소하에 -65℃ 미만의 온도에서 다이클로로메테인 150ml 및 피리딘중 HF의 65% 용액 29.2ml중 1,3-다이브로모-5,5-다이메틸히단토인 28.6g(100밀리몰)의 현탁액에 첨가한다. 5시간 후, 냉각을 중지하고 배치를 하룻밤동안 교반한다. 이어, 배치를 19% 아황산수소나트륨 용액 35ml가 첨가된 빙냉 1N 수산화나트륨 용액 1l에 첨가한다. pH를 8로 조정한다. 수성 상을 다이클로로메테인으로 추출하고 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척한 후, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨 다음 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:30)을 통해 통과시켜, 화학식 32a 및 32b의 플루오렌의 혼합물 8g을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00079
플루오렌 혼합물 8g을 질소하에 다이에틸 에터 50ml에 용해시키고, n-헥세인중 뷰틸리튬 15% 용액 15.7ml(25.0밀리몰)를 -70℃에서 첨가한다. 1시간 후, 1:1 THF/물 혼합물 10ml를 용액에 첨가하고 배치를 실온으로 가온시킨다. 배치를 포화 염화나트륨 용액으로 세척하고 황산나트륨 상에서 건조시킨 다음 증발시켰다. 수득된 잔류물을 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:30)을 통해 통과시켜, 화학식 32a의 플루오렌 5.3g(70%, 이전 단계에 기초하여)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00080
n-헥세인중 뷰틸리튬의 15% 용액 10.7ml(17.0밀리몰)를 질소하에 -70℃에서 THF 75ml중 화학식 32a의 플루오렌 5.0g(16.7밀리몰)의 용액에 첨가한다. 저온에서 1.5시간 후, 화학식 22의 N-폼일피페리딘 2.2ml(20밀리몰)를 -50 내지 -40℃에서 배치에 첨가한다. -40℃에서 3시간 후, 배치를 0℃에서 가수분해시키고 염산을 사용하여 산성화시킨다. 수성 상을 MTB 에터로 추출하고 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척한 후, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시키며 실리카겔(MTB 에터/n-헵테인 1:15)을 통해 통과시켜, 화학식 33의 알데하이드 4.3g(79%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00081
THF 15ml중 3급-뷰톡시화칼륨 1.7g(15밀리몰)의 용액을 질소하에 0℃의 THF 30ml중 에틸트리스트라이페닐포스포늄 브로마이드 6.0g(16.2밀리몰)의 현탁액에 첨가한다. 1시간 후, THF 10ml에 용해된 화학식 33의 알데하이드를 서서히 첨가하고, 그 동안 배치 온도는 10℃를 초과하지 않는다. 배치를 실온에서 하룻밤동안 교반한 다음 물을 첨가한다. 수성 상을 MTB 에터로 추출하고 유기 상을 포화 염화나트륨 용액으로 세척한 후, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시킨다. 실리카 겔(MTB 에터/n-헵테인 1:15)을 통해 잔류물을 통과시켜 화학식 34의 올레핀 3.7g(79%)을 수득한다.
Figure 112006073677235-pct00082
화학식 34의 올레핀 3.5g(10.3밀리몰)을 THF 40ml에 용해시키고 팔라듐 촉매 상에서 수소화시킨다. 수소화 용액을 증발시킨다. 수득되는 잔류물을 실리카겔을 통해 통과시켜, 화학식 35의 펜타플루오로플루오렌 3.2g(92%)을 수득한다.
상응하는 전구체를 사용하여 실시예 641과 유사한 방식으로, 본 발명에 따른 하기 화합물을 수득한다:
실시예 642 내지 704
Figure 112006073677235-pct00083
실시예 705 내지 768
Figure 112006073677235-pct00084
Figure 112006073677235-pct00085
Figure 112006073677235-pct00086
Figure 112006073677235-pct00087

Claims (14)

  1. 하기 화학식 I의 화합물:
    화학식 I
    Figure 112012000211269-pct00088
    상기 식에서,
    m 및 n은 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이고;
    Y는 O, S, S(O), SO2, CH2, CF2, CCl2, CHF, CHCl, CFCl, C(CF3)2, CHCF3, C(CN)2 또는 CHCN을 나타내며;
    X1, X2 및 X3은 F를 나타내며;
    A1 및 A2는 각각 서로 독립적으로 =CH-가 =N-으로 1회 또는 2회 대체될 수 있고 치환되지 않거나 또는 서로 독립적으로 -CN, -F, -Cl, -Br, -I, C1-C6-알칸일(이는 치환되지 않거나 또는 플루오르 및 염소로부터 선택되는 하나 이상의 치환기에 의해 일치환 또는 다치환됨) 또는 C1-C6-알콕시(이는 치환되지 않거나 또는 플루오르 및 염소로부터 선택되는 하나 이상의 치환기에 의해 일치환 또는 다치환됨)에 의해 일치환 내지 사치환될 수 있는 1,4-페닐렌; 또는 -CH2-가 서로 독립적으로 헤테로 원자가 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O- 또는 -S-로 1회 또는 2회 대체될 수 있고 치환되지 않거나 또는 -F, -Cl, -Br 및 -I로부터 선택되는 하나 이상의 치환기에 의해 일치환 또는 다치환될 수 있는 1,4-사이클로헥실렌을 나타내며;
    Z1 및 Z2는 각각 서로 독립적으로 단일 결합, 이중 결합, -CF2O-, -OCF2-, -CH2CH2-, -CF2CF2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CHF-CHF-, -C(O)O-, -OC(O)-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -CH=CH- 또는 -C≡C-를 나타내고;
    R1 및 R2는 수소; 치환되지 않거나 -CN 또는 -CF3에 의해 일치환되거나 F, Cl, Br 및 I로부터 선택되는 하나 이상의 치환기에 의해 일치환 또는 다치환되고, 또한 하나 이상의 CH2 기가 각각 서로 독립적으로 헤테로 원자가 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-, -SO2-, -CO-, -COO-, -OCO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있는, 탄소 원자 1 내지 15개 또는 2 내지 15개의 알칸일, 알콕시, 알켄일 또는 알킨일 라디칼; -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -SCN, -NCS 또는 -SF5를 나타내고;
    m 또는 n이 1보다 큰 경우, A1, A2, Z1, Z2, R1 및 R2는 각각 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (m+n)이 3 이하임을 특징으로 하는 화합물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    Y가 O 또는 CF2임을 특징으로 하는 화합물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    치환기 X1, X2 및 X3중 둘 이상이 할로겐을 나타내고, 세번째 치환기가 수소 또는 할로겐을 나타냄을 특징으로 하는 화합물.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    Z1 및 Z2가 서로 독립적으로 단일 결합, -CF2O-, -OCF2-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF- 또는 -CF=CF-임을 특징으로 하는 화합물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    A1 및 A2가 서로 독립적으로
    Figure 112010016490207-pct00089
    임을 특징으로 하는 화합물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    R1 및 R2가 각각 서로 독립적으로 치환되지 않거나 또는 할로겐에 의해 일치환 또는 다치환된 각각 탄소 원자 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이거나, 또는 수소를 나타냄을 특징으로 하는 화합물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    m 및 n이 둘 다 0이고;
    R1 및 R2가 각각 서로 독립적으로 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 분지되지 않은 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼임을 특징으로 하는 화합물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    m이 1이고;
    n이 0이며;
    A1이
    Figure 112010016490207-pct00090
    이고;
    Z1이 단일 결합, -CF2O-, -OCF2-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF- 또는 -CF=CF-이며;
    R1이 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이며;
    R2가 수소, 또는 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼임을 특징으로 하는 화합물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    m 및 n이 1이고;
    A1 및 A2가 둘 다
    Figure 112010016490207-pct00091
    이며;
    Z1 및 Z2가 단일 결합이고;
    R1이 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼이고;
    R2가 수소, 또는 각각 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알칸일 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알켄일 라디칼임을 특징으로 하는 화합물.
  12. 삭제
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 둘 이상의 액정 화합물을 포함하는 액정 매질.
  14. 제 13 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전광 디스플레이 소자.
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