KR20040030824A - 음의 유전 이방성을 갖는 인단 화합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 Ia 또는 Ib의 음의 Δε(유전 이방성)을 갖는 인단에 관한 것이다.
화학식 Ia
화학식 Ib
여기서, R, A, Z, X, Y, V, W, n 및 m은 제 1항에서 정의된 바와 같다.
본 화합물은 VA-TFT 디스플레이를 제조하는 데 특히 적합하다.

Description

음의 유전 이방성을 갖는 인단 화합물{INDANE COMPOUNDS WITH NEGATIVE DIELECTRIC ANISOTROPY}
액정은 30년 전 상업적으로 유용한 액정 화합물들이 처음으로 발견된 이래로 널리 사용되어 왔다. 전형적인 적용분야는 특히 시계, 손목시계 또는 휴대용 계산기의 디스플레이 또는 방송국, 공항 및 스포츠 분야에서 사용되는 대형 디스플레이 패널이다. 그 외 다른 적용분야는 휴대용 컴퓨터나 네비게이션 시스템 및 비디오용의 디스플레이이다. 특히, 후자의 적용분야에서는 개폐시간(switching times) 및 이미지 콘트라스트(image contrast)에 대한 고도의 요건을 충족해야만 한다.
액정 내 분자의 공간배치로 인하여 많은 액정들이 이방성을 띤다. 액정 디스플레이에서의 사용에 있어서 광학적, 유전적 및 탄성기계적으로 이방성을 띠는 것이 특히 중요하다. 분자의 종축 배열이 축전기(capacitor)의 두 평판에 평행인지 수직인지에 따라 그의 용량이 달라지므로 상기 2개의 배열방향에 따라 액정의 유전상수ε값이 서로 다르게 나타난다. 분자의 종축이 축전기 평판에 수직으로 배열된 경우 유전상수가 더 큰 물질은 유전적으로 양성이라 불린다. 통상적인 디스플레이에 사용되는 대부분의 액정은 이 부류에 해당된다.
유전 이방성은 분자의 분극률과 영구적 쌍극자 모멘트에 의해 영향을 받는다. 디스플레이 전반에 걸쳐 전압을 걸었을 때 분자의 종축은 보다 큰 유전상수의 효력이 나타나는 쪽으로 배열한다. 전기장과 상호작용하는 세기는 두 유전상수 간의 차이에 의존한다. 그 차이가 작은 경우가 그 차이가 큰 경우보다 더 높은 개폐전압(switching voltage)이 요구된다. 니트릴(CN-) 또는 불소와 같은 적절한 극성기를 액정분자에 도입함으로써 광범위한 작동전압이 실현될 수 있다.
통상적인 액정 디스플레이에 사용되는 액정분자에 있어서, 분자의 종축에 걸쳐있는 쌍극자 모멘트가 분자의 종축에 수직인 쌍극자 모멘트보다 더 크다. 마찬가지로 분자의 종축에 걸쳐있는 더 큰 쌍극자 모멘트를 나타내는 배열방향은 필드-오프(field-off) 상태에 있는 액정 디스플레이의 분자 배열방향을 결정한다. 가장 흔히 사용되는 TN(Twisted nematic) 셀에서는 5-10㎛정도의 두께를 갖는 액정 층이 두 개의 유리평판 사이에 삽입되며 이들 평판 각각은 산화주석이나 인듐-산화주석의 전기 전도성 투명층을 전극으로 하여 증착시킴으로써 코팅이 된다. 필름과 액정층 사이에는 플라스틱 재질로 된 동일한 투명 정렬층(예: 폴리이마이드)이 있다. 표면장력으로 인하여, 이러한 층은 전압이 차단된 경우 액정분자들이 디스플레이 표면의 내부에 일정하게 배열되고 평평하거나 또는 동일하게 낮은 경사각도로 동일한 배열방향을 갖도록 하는 우선적인 방향으로 인접한 액정분자의 종축을 강제로 배열시킨다. 직선 편광만이 통과할 수 있는 두 개의 편광필름은 특이적인 배열로디스플레이의 외부에 부착된다.
디스플레이는 보다 큰 쌍극자 모멘트가 분자의 종축에 평행한 액정의 사용으로 매우 효율적으로 개발되어 왔다. 충분히 넓은 중간상 온도범위, 짧은 반응시간 및 낮은 임계전압을 이루기 위해서는 대부분 5 내지 20개의 성분들의 혼합물이 사용된다. 그러나, 예컨대 노트북 컴퓨터에 사용되는 경우처럼 액정 디스플레이의 높은 시야각 의존성으로 인하여 여전히 기술적 어려움이 있다. 디스플레이의 표면이 관찰자의 시선방향과 수직일 때 최적의 이미지 품질을 얻을 수 있다. 만일 디스플레이가 시선방향에 대해 기울어져 있다면, 이미지 품질은 현저히 저해될 수도 있다. 이를 개선하기 위하여 관찰자의 시각으로부터 디스플레이가 멀리 떨어져 기울어질 수 있는 각도를 가능한 한 크게 하려는 노력이 이루어지고 있다. 최근에는 분자의 종축에 수직인 쌍극자 모멘트가 분자의 종축에 평행한 쌍극자 모멘트보다 더 큰 액정 화합물을 사용함으로써 시야각 의존성을 개선시키려는 시도가 이루어지고 있다. 필드-오프 상태에서, 이러한 분자들은 디스플레이의 처리되거나 코팅된 유리표면에 수직으로 정렬한다. 이로 인해 시야각 의존성이 개선된다. 이러한 디스플레이를 VA(수직 정렬) TFT 디스플레이라고 한다.
액정 재질 분야에 있어서는 여전히 개발할 여지가 상당히 많다. 디스플레이의 최적화를 가능하게 하는 신규 화합물을 개발함으로써 액정 디스플레이의 구성요소들의 물성을 향상시키려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다. 그러므로, 본 발명의 목적은 유용한 물성을 갖는 액정 화합물을 제공하는데 있다.
본 발명은 음의 유전 이방성(Δε)을 갖는 인단 화합물에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 하기 화학식 Ia 또는 Ib의 화합물에 의하여 성취된다.
상기 식에서,
R은 각 경우에 서로 독립적으로 비치환되거나, -CF3에 의한 단일치환되거나 또는 할로겐에 의해 최소한 단일치환된 C1-12의 알킬 또는 알콕시 라디칼, C2-12의 옥사알킬, 알케닐 또는 알케닐옥시 라디칼, 또는 C3-12의 옥사알케닐 라디칼이며, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2기는 각 경우에 서로 독립적으로 이종원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO 또는 -OCO-O-로 치환될 수도 있으며,
A는 각 경우에 서로 독립적으로 =CH-가 =N-에 의하여 한 번 또는 두 번 치환될 수도 있고 할로겐(-F, -Cl, -Br, -I), -CN, -CH3, -CH2F, -CHF2, -CF3, -OCH3, -OCH2F, -OCHF2또는 -OCF3에 의하여 서로 독립적으로 단일 내지 4중 치환될 수도 있는 1,4-페닐렌이거나, 또는 -CH2-가 서로 독립적으로 -O- 또는 -S-에 의하여 한 번 또는 두 번 치환될 수도 있고 할로겐에 의하여 단일 또는 다중 치환될 수도 있는 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-사이클로헥사디에닐렌이며,
Z는 각 경우에 서로 독립적으로 단일결합이거나, 또는 -CH2-CH2-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CH2-, -CH2-O-, O-CF2- 또는 -CF2-O-기이며,
X는 -H, -F, -Cl, -CN, -NCS, -CF3, -OCF3또는 -OCHF2이며,
Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 수소이거나, 또는 비치환되거나, -CF3에 의하여 단일치환되거나 또는 할로겐에 의하여 최소한 단일치환된 1 내지 15개의 탄소원자 또는 2 내지 15개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬, 알콕시, 알케닐 또는 알키닐 라디칼인데, 이러한 라디칼에서 하나 이상의 CH2기는 각 경우에 서로 독립적으로 이종원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO 또는 -OCO-O-에 의하여 치환될 수도 있으며,
Y는 부가적으로 -F 또는 -Cl이며,
W는 각 경우에 서로 독립적으로 -O-, -C(O)-, -CHF-, -CF2-, -CH= 또는 -CF=이고, 화학식 Ib에서 W는 부가적으로 -CH2-이며,
n 및 m은 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이며,
점선은 단일결합 또는 이중결합을 나타내며, 단, 화학식 Ib에서 W가 2개의 -CH2-가 연결된 기일 경우 X는 H가 아니어야 한다.
화학식 Ia와 Ib에서 A는 각 경우에 서로 독립적으로 비치환 또는 치환된 1,4-페닐렌이거나 또는 -CH2-가 -O-에 의해 한 번 또는 두 번 치환될 수 있는 비치환 또는 치환된 1,4-시클로헥실렌이거나 또는 비치환 또는 치환된 1,4-시클로헥세닐렌인 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는, A는 각 경우에 서로 독립적으로,
이다.
화학식 Ia와 Ib에서 R, Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 직쇄 또는 측쇄구조를 갖는 C1-15의 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼일 수도 있다. 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소원자를 갖는 직쇄형 구조로서 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헤속시 또는헵톡시이다.
R, Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 옥사알킬, 바람직하게는 직쇄의 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(=2-메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2, 3, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸이다.
R, Y 및 W는 각각 서로 독립적으로 직쇄 또는 측쇄의 2 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알케닐 라디칼일 수 있다. 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 7개의 탄소원자를 가지므로, 비닐, 프로프-1 또는 프로프-2-에닐, 부트-1-, -2- 또는 부트-3-에닐, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 펜트-4-에닐, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 헥스-5-에닐, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 헵트-6-에닐이다.
R, Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 하나의 CH2기가 -O-에 의하여 치환되고 하나의 CH2기는 -CO-에 의하여 치환되어 이들이 서로 인접해 있는 것이 바람직한 1 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있다. 따라서 이들은 아실옥시기 -CO-O- 또는 옥시카르보닐기 -O-CO-를 포함한다. 이들은 바람직하게는 직쇄이며 2 내지 6개의 탄소원자를 가진다.
R, Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 하나의 CH2기가 비치환 또는 치환된 -CH=CH-에 의하여 치환되고 인접한 CH2기가 -CO- 또는 -CO-O- 또는 -O-CO-에 의하여 치환된 1 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있는데, 이 경우에 이는 직쇄 또는 측쇄이다. 바람직하게는 직쇄이고 4 내지 13개의 탄소원자를 갖는다.
R, Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 -CN 또는 -CF3에 의하여 단일치환된 1 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알킬 라디칼 또는 2 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알케닐 라디칼일 수 있는데, 이들 라디칼은 바람직하게는 직쇄이다. -CN 또는 -CF3에 의한 치환은 어느 위치라도 상관없다.
R, Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 할로겐에 의하여 최소한 단일치환된 1 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알킬 라디칼 또는 2 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알케닐 라디칼일 수 있는데, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄이며 할로겐은 바람직하게는 -F 또는 -Cl이다. 다중치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 -F이다. 결과적으로 얻어지는 라디칼은 또한 과불소화된 라디칼을 포함한다. 단일치환의 경우, 불소 또는 염소 치환체는 어떤 위치에 있을 수도 있으나, 바람직하게는 ω-위치이다.
R, Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 두 개 이상의 CH2기가 -O- 및/또는 -CO-O-에 의하여 치환된 알킬 라디칼일 수 있는데, 이 경우 라디칼은 직쇄 또는 측쇄이다. 바람직하게는 측쇄이고 3 내지 12개의 탄소원자를 갖는다.
화학식 Ia와 Ib에서 R, Y 및 V는 바람직하게는 수소 또는 1 내지 7개 또는 2 내지 7개의 탄소원자를 각각 갖는 알킬 라디칼, 알콕시 라디칼 또는 알케닐 라디칼이다.
Y는 부가적으로 -F 또는 -Cl인 것이 바람직하며, 특히 -F이다.
화학식 Ia 또는 Ib 의 바람직한 인단은 1 또는 2 개의 A환을 포함한다.
본 화합물은 음의 Δε를 가지므로 VA TFT 디스플레이에 사용하기에 적당하다. 이들은 디스플레이용 액정 혼합물에 사용되는 통상적인 물질들과 뛰어난 양립성을 나타낸다.
인단의 골격에서 치환체 X와 W는 분자의 종축에 수직인, 필요에 따라서 펜던트 잔기인 ZAZAR에서 적당한 치환체에 의하여 증가될 수도 있는 쌍극자 모멘트를 발생시킨다. 필드 오프 상태에서 화학식 Ia 또는 Ib의 화합물은 분자의 종축이 디스플레이 유리표면에 수직이 되도록 배열한다.
W, V, A, Y, Z, R, n 및 m이 위에서 정의된 바와 같은 다음 부류의 화합물들은 특히 적합한 것으로 밝혀졌다.
다음의 구조를 갖는 화합물들은 특히 바람직하다:
상기 식에서
상기 식에서
다음의 구조를 갖는 화합물들이 더더욱 특히 바람직하다:
최종적으로 언급한 더더욱 특히 바람직한 구조의 화합물들에서, n이 1이고 R이 n-알킬, 특히 C1-C5-알킬이며, n이 2이고 R이 n-알킬, 특히 C1-C5-알킬이며, n이 1이고 R이 n-알케닐, 특히 비닐, 프로프-1-에닐, 부트-1-에닐 및 부트-3-에닐이며, n이 2이고 R이 n-알케닐, 특히 비닐, 프로프-1-에닐, 부트-1-에닐 및 부트-3-에닐인 화합물들이 특히 바람직하다.
화학식 Ia 및 Ib의 화합물은 문헌(예컨대 호우벤-웨일(Houben-Weyl), 메토덴데어 오르가니쉔 케미(Methoden der Organischen Chemie), 게오르그-팀-페어락(Georg-Thieme-Verlag), 슈투트가르트(Stuttgart)와 같은 표준문헌)에 기술된 바와 같이 원래 공지된 방법에 의해 반응에 대해 공지된 적합한 반응조건 하에서 정확하게 제조된다. 자체 공지되었지만 본문에서는 보다 상세하게 언급되지 않은 다양한 방법들 또한 본원에서 사용될 수 있다.
필요에 따라서, 출발물질을 반응 혼합물로부터 분리하지 않고 즉시 추가적인 반응을 거쳐 화학식 Ia 또는 Ib의 화합물을 얻을 수 있도록 하는 동일 반응계에서 출발물질을 형성할 수도 있다.
아래 대표적인 합성과정을 보이고 있다. 적당한 출발물질을 선택함으로써, 본 합성이 각 경우에 원하는 화학식 Ia 또는 Ib의 화합물을 제조하도록 채택될 수 있다.
3-브로모플루오로벤젠 A는 리튬 디이소프로필아마이드의 존재하에 α, β-불포화 알데히드 B와 반응하여 화합물 C를 생성한다. 팔라듐 촉매와 트리에틸아민의 존재하에 이 화합물은 폐환반응을 거쳐 인다논 D를 생성한다.
DAST 또는 SF4와 같은 적절한 불소화제를 사용하여 케토화합물 D'을 불소화하여 디플루오로 화합물 E를 얻고, 필요하다면 칼륨 3급-부틸레이트과 같은 강염기를 사용하여 불화수소를 제거하여 화합물 F를 얻을 수 있다. F3CSi(CH3)3와 반응시킨 후 KF/CH3OH(G)로 처리하여 트리플루오로메틸기를 분자 내로 도입할 수 있다. 이어 SOCl2/피리딘으로 탈수시켜 화합물 H를 얻는다.
택일적으로, 하기 반응식 2a에 나타낸 바와 같이 인다논 D'를 추가적으로 반응시킬 수 있다.
케토화합물 D'은 프로판-1,3-디티올과 반응하여 환상의 치오케탈 E'을 생성한다. 디브로모디메틸히단토인의 존재하에 HF-피리딘과의 반응으로 최종생성물인 H'과 약간의 브로마이드 F'이 생성된다. 혼합물을 염기로 처리하여 화합물 F'로부터 HBr을 제거하여 화합물 G'을 얻는다. 그 후 화합물 G'은 G'과 H의 혼합물 내에서 수소화되어 최종생성물 H'을 생성한다.
인단 골격을 형성하기 위한 다른 반응과정을 하기 반응식 3에 나타낸다.
적절히 치환된 요오도벤젠 유도체 J는 먼저 LDA와 같은 강염기를 사용하여 저온에서 탈양성자화시킨 후 적절한 아크롤레인 유도체와 반응시켜 알콜 K를 생성한다. 헤크(Heck)반응으로 폐환시켜 화합물 L을 생성한다.
본 발명에 따른 벤조퓨란과 디하이드로벤조퓨란은 하기 반응식 4에서 보여지는 일반적인 반응순서에 따라 제조될 수 있다.
출발 페놀 유도체 M은 먼저 약염기의 존재하에 요오드와의 반응으로 요오드기를 도입시켜 화합물 N을 생성한다. 이어 촉매로서 팔라듐(II) 아세테이트와 같은 팔라듐(II) 화합물의 존재하에 적합한 아세틸렌 유도체와의 반응으로 폐환이 일어나 벤조퓨란 유도체 O를 생성한다. 화합물 O는 팔라듐/탄소 상에서 접촉적으로수소화되어 디하이드로벤조퓨란 유도체 P가 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 인다센은 하기 반응식 5에서 보여지는 반응순서에 따라 얻을 수 있다.
출발 3,5-디브로모플루오로벤젠 Q는 리튬 디이소프로필아마이드의 존재하에 불포화 알데히드R와 반응하여 화합물 S를 생성한다. 화합물 S는 팔라듐 촉매와 트리에틸아민의 존재하에 폐환반응이 일어나 인다논 T를 생성한다. 이어서, 톨루엔술폰산의 존재하에 에틸렌 글리콜을 사용하여 케토기를 케탈화하고, 이 공정을 불포화 알데히드 V로 반복적으로 수행하여 이다센 X를 생성한다. 산을 사용하여 보호기를 제거하여 디케톤 Y를 생성하고 이를 SF4와 같은 적당한 불소화제로 최종생성물 Z로 전환시킨다.
위에서 보인 반응은 단지 설명을 위한 것일 뿐이다. 이 분야에 숙련된 자라면 화학식 Ia와 Ib의 화합물을 얻기 위하여 위에서 논의된 합성과정들을 적절하게 변형할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 화학식 Ia 및 Ib의 화합물은 액정 혼합물을 제조하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 또한 화학식 Ia 및 Ib의 최소한 1개의 화합물을 포함하는 최소한 2개의 액정 화합물을 포함한 액정 매질을 제공한다.
본 발명은 본 발명에 따른 화학식 Ia 및/또는 Ib의 하나 이상의 화합물 외에도, 추가적 구성요소로서 2 내지 40개, 특히 4 내지 30개의 성분을 포함하는 액정매질을 제공한다. 이들 매질은 본 발명에 따른 하나 이상의 화합물 외에도 7 내지 25개의 성분을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 이들 추가적 구성성분들은 네마틱 또는 네마토제닉(모노트로픽 또는 이소트로픽) 물질 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 특히 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 테르페닐, 페닐 또는 시클로헥실 벤조에이트, 시클로헥산카르복시산의 페닐 또는 시클로헥실 에스테르, 시클로헥실벤조산의 페닐 또는 시클로헥실 에스테르, 시클로헥실시클로헥산카르복시산의 페닐 또는 시클로헥실 에스테르, 벤조산, 시클로헥산카르복시산 및 시클로헥실시클로헥산카르복시산의 시클로헥실페닐 에스테르, 페닐시클로헥산, 시클로헥실바이페닐, 페닐시클로헥실시클로헥산, 시클로헥실시클로헥산, 시클로헥실시클로헥실시클로헥센, 1,4-비스-시클로헥실벤젠, 4',4'-비스-시클로헥실바이페닐, 페닐- 또는 시클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 시클로헥실피리딘, 페닐- 또는 시클로헥실디옥산, 페닐- 또는 시클로헥실-1,3-디티안, 1,2-디페닐에탄, 1,2-디시클로헥실에탄, 1-페닐-2-시클로헥실에탄, 1-시클로헥실-2-(4-페닐시클로헥실)에탄, 1-시클로헥실-2-바이페닐릴에탄, 1-페닐-2-시클로헥실페닐에탄, 할로겐화 또는 비할로겐화 스틸벤, 벤질 페닐 에테르, 톨란 및 치환된 신남산의 부류에 속하는 물질로부터 선택된다. 이 화합물들에서 1,4-페닐렌기는 불소화될 수도 있다.
본 발명에 따른 매질의 추가적 구성요소로서 적합한 대부분의 중요한 화합물은 하기 화학식 II, III, IV, V 및 VI로 특징지어진다:
R'-L-E-R"(II)
R'-L-COO-E-R"(III)
R'-L-OOC-E-R"(IV)
R'-L-CH2CH2-E-R"(V)
R'-L-CF2O-E-R"(VI)
화학식 II, III, IV, V 및 VI에서, L과 E는 서로 동일 또는 상이할 수 있으며 각 경우에 서로 독립적으로 -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-에 의해 형성된 그룹 및 이들의 거울상으로부터 선택된 2가 라디칼이며, 여기서 Phe는 비치환 또는 불소-치환된 1,4-페닐렌이고, Cyc는 트랜스-1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-시클로헥실렌이고, Pyr는 피리미딘-2,5-디일 또는 피리딘-2,5-디일이고, Dio는 1,3-디옥산-2,5-디일이고, G는 2-(트랜스-1,4-시클로헥실)에틸, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일 또는 1,3-디옥산-2,5-디일이다.
라디칼 L과 E 중의 하나는 바람직하게는 Cyc 또는 Phe이다. E는 바람직하게는 Cyc, Phe 또는 Phe-Cyc이다. 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 라디칼 L 및 E가 Cyc와 Phe로 구성된 그룹으로부터 선택된 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하고, 동시에 라디칼 L과 E 중의 하나는 Cyc와 Phe로 구성된 그룹으로부터 선택되고 다른 라디칼은 -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-로 구성된 그룹으로부터 선택된 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하며, 선택적으로 라디칼 L 및 E가 -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- 및 -G-Cyc-로 구성된 그룹으로부터 선택된 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 성분으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함한다.
화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물 중 더 작은 소그룹(smaller group)에서 R'와 R"는 각 경우에 서로 독립적으로 8개까지의 탄소원자를 갖는 알킬, 알케닐, 알콕시, 알콕시알킬, 알케닐옥시 또는 알카노일옥시이다. 이러한 소그룹을 이하에서는 그룹 A로 하며, 이 화합물들은 소화학식 IIa, IIIa, IVa, Va 및 VIa로 명명된다. 대부분의 이러한 화합물에 있어서 R'과 R"는 서로 다르며, 이 라디칼들 중 하나는 일반적으로 알킬, 알케닐, 알콕시 또는 알콕시알킬이다.
그룹 B로 불리는 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물의 다른 더 작은 소그룹(another smaller subgroup)에서, E는
이다.
소화학식 IIb, IIIb, IVb, Vb 및 VIb로 불리는 그룹 B의 화합물에서 R'과 R"는 소화학식 IIa에서 VIa까지의 화합물에 대하여 정의된 바와 같고 바람직하게는 알킬, 알케닐, 알콕시 또는 알콕시알킬이다.
더 나아가 화학식 II, II, IV, V 및 VI의 화합물의 더 작은 소그룹에서, R"는 -CN이다. 이 소그룹을 이하에서는 그룹 C라고 하며, 이 소그룹의 화합물들은 소화학식 IIc, IIIc, IVc, Vc 및 VIc로 상응하게 기술한다. 소화학식 IIc, IIIC, IVc, Vc 및 VIc의 화합물에서, R'는 소화학식 IIa, IIIa, IVa, Va 및 VIa의 화합물에 대하여 정의된 바와 같고, 바람직하게는 알킬, 알콕시 또는 알케닐이다.
바람직한 그룹 A, B 및 C의 화합물뿐 아니라, 제안된 치환체들 중 다른 치환체를 갖는 화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물들도 통상적으로 사용된다. 이러한 물질들은 문헌이나 유사문서에서 공지된 방법으로 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 Ia 및/또는 Ib의 화합물 외에도, 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 그룹 A 및/또는 그룹 B 및/또는 그룹 C로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 매질에서 이러한 그룹에 속하는 화합물의 무게 비율은 바람직하게는 다음과 같다.
그룹 A: 0 내지 90%, 바람직하게는 20 내지 90%, 특히 30 내지 90%
그룹 B: 0 내지 80%, 바람직하게는 10 내지 80%, 특히 10 내지 70%
그룹 C: 0 내지 80%, 바람직하게는 5 내지 80%, 특히 5 내지 50%
본 발명에 따른 특정 매질에 존재하는 그룹 A 및/또는 B 및/또는 C 화합물의 무게 비율의 합은 바람직하게는 5 내지 90%이며, 특히 10 내지 90%이다.
본 발명에 따른 매질은 본 발명에 따른 화학식 Ia 및/또는 Ib의 화합물을 1 내지 40% 포함하는 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 5 내지 30%를 포함한다. 보다 바람직한 매질은 본 발명에 따른 화학식 Ia 및/또는 Ib의 화합물을 40% 이상, 특히 45 내지 90%를 포함한다. 매질은 바람직하게는 4 또는 5개의 본 발명에 따른 화학식 Ia 및/또는 Ib의 화합물을 포함한다.
화학식 II, III, IV, V 및 VI의 화합물의 예로는 다음의 화합물들이 있다.
(상기 식에서, R1및 R2는 -CnH2n+1또는 -OCnH2n+1이며, 이때 n은 1 내지 8이고, L1및 L2는 -H 또는 -F이다.)
(상기 식에서, m 및 n은 1 내지 8이다.)
본 발명에 따른 매질은 원래의 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로 성분들은 적절히 승온에서 용해된다. 액정상은 적당한 첨가제의 사용으로 본문에 개시된 모든 형태의 액정 디스플레이 구성요소에서 사용될 수 있도록 한 방식으로 본 발명에 따라 변형될 수 있다. 이러한 첨가제는 이 분야에서의 숙련자에게 알려져 있으며, 문헌(에이치. 켈커/알. 하츠(H. Kelker/R. Hatz), 핸드북 오브 리퀴드 크리스탈(Handbook of Liquid Crystals), 페어락 케미(Verlag Chemie),바인하임(Weinheim), 1980)에 자세하게 기술되어 있다. 예컨대, 착색된 게스트-호스트 시스템의 제조를 위해 다색성 염료가 부가될 수 있거나 네마틱 상의 유전 이방성, 점도 및/또는 배열방향을 변형하기 위한 물질들이 부가될 수 있다.
음의 Δε로 인하여, 화학식 I의 화합물은 VA TFT 디스플레이에 사용하기에 적당하다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전기-광학적 액정 디스플레이를 제공한다.
합성 실시예:
실시예 1:
1-(2-플루오로-6-요오도-4-메틸-페닐)-2-(4'-프로필바이시클로헥실-4-일)-프로프-2-엔-1-올
350ml의 테트라하이드로퓨란 중의 초회량 31.1g(0.22 mol)의 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘을 -20℃로 냉각시킨다. 이 온도에서 헥산(0.22 mol) 중의 1.6M의 부틸리튬 135ml를 적가한다. 혼합물을 -18℃로 냉각시키고, 이 온도에서 47.2g(0.2 mol)의 1-플루오로-3-요오도-5-메틸벤젠을 적가한다. 반응 혼합물을 -80℃에서 1시간동안 교반시킨 후, 52.5g(0.2 mol)의 3-(4'-프로필바이시클로헥실-4-일)프로페날로 처리한다. 이 혼합물을 0℃로 가온시키고 물과 묽은 염산으로 가수분해시킨 후, 통상적인 후처리를 거친다.
수율 75g (이론치의 75%)
실시예 2:
7-플루오로-5-메틸-2-(4'-프로필바이시클로헥실-4-일)-인단-1-온
75g(0.15 mol)의 1-(2-플루오로-6-요오도-4-메틸페닐)-2-(4'-프로필-바이시클로헥실-4-일)-프로프-2-엔-1-올, 50ml의 트리에틸아민, 400mg(1.8mmol)의 팔라듐(II) 아세테이트 및 960mg(3.7mmol)의 트리페닐포스핀을 200ml의 아세토니트릴에 용해시키고 하룻밤동안 환류시킨다. 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 통상적인 후처리를 한다.
수율 44.5g (이론치의 80%)
실시예 3:
4-프로필-4'-(1,1,7-트리플루오로-5-메틸인단-2-일)바이시클로헥실
44.5g(0.12 mol)의 7-플루오로-5-메틸-2-(4'-프로필바이시클로헥실-4-일)인단-1-온을 400ml의 디클로로메탄에 용해시키고 이 용액을 실온 중 오토클레이브에서 32.4g(0.3 mol)의 SF4로 처리한다. 반응이 끝난 후, 이 혼합물에 대해 통상적인 후처리를 한다.
수율 33.5g (이론치의 71%)
실시예 4:
4'-(3,4-디플루오로-6-메틸-1H-인덴-2-일)-4-프로필바이시클로헥실
10.0g(0.025 mol)의 4-프로필-4'-(1,1,7-트리플루오로-5-메틸인단-2-일)-바이시클로헥실을 200ml의 테트라하이드로퓨란 중의 5.6g의 칼륨 4급-부틸레이트와 함께 60℃에서 6시간동안 교반시킨다. 그 후 이 혼합물에 대해 통상적인 후처리를 한다.
수율 5.9g (이론치의 63%)
실시예 5:
4'-(4-플루오로-6-메틸-3-트리플루오로메틸-1H-인덴-2-일)-4-프로필바이시클로헥실
8.5g(0.023 mol)의 7-플루오로-5-메틸-2-(4'-프로필바이시클로헥실-4-일)-인단-1-온을 50ml의 테트라하이드로퓨란에 용해시키고 이 용액을 0℃로 냉각시킨다음, 3.7ml(0.025 mol)의 트리플루오로메틸트리메틸실란을 가하고, 0.1ml의 불화4급부틸암모늄(THF 중 1M 용액)을 가한다. 반응이 끝난 후 혼합물에 대해 통상적인 후처리를 한 후, 생성물을 40ml의 메탄올에 취하여, 200mg의 불화칼륨을 가하고, 이 혼합물을 10시간 동안 환류시킨다. 생성된 카르비놀을 30ml의 피리딘에 용해시키고, 1.7ml(0.024 mol)의 염화티오닐을 적가한다. 혼합물을 실온에서 10시간 교반시킨 후 통상적인 후처리를 한다.
수율 6.9g (이론치의 71%)
실시예 6:
2-요오도-4-메틸-6-플루오로페놀
55.5g(0.44 mol)의 2-플루오로-4-메틸페놀 및 120.3g(0.87 mol)의 탄산칼륨을 275ml의 물에 용해시키고 5℃로 냉각시킨다. 127.5g(0.5 mol)의 요오드를 가한다. 반응이 끝난 후, 혼합물에 대해 통상적인 후처리를 한다.
수율 86.5g(이론치의 78%)
실시예 7:
7-플루오로-5-메틸-2-(4'-프로필바이시클로헥실-4-일)-벤조퓨란
디메틸포름아마이드에 용해시킨 46.5g(0.2 mol)의 4'-프로필바이시클로헥실아세틸렌을, 200ml의 디메틸포름아마이드 중의 초회량 50.5g(0.2 mol)의 2-요오도-4-메틸-6-플루오로페놀, 4.2g(6 mmol)의 비스(트리페닐포스핀)-팔라듐(II) 클로라이드, 1.2g(6.3 mmol)의 요오드화 구리(I) 및 40.5g(0.4 mol)의 트리에틸아민에 실온에서 적가한다. 이 혼합물을 실온에서 1시간동안, 그리고 40℃에서 2시간동안 교반시킨 후 통상적인 후처리를 한다.
수율 38.5g (이론치의 54%)
이 화합물은 탄소상 팔라듐(palladium-on-carbon)(10%)을 사용하여 대기압 하에서 수소화에 의하여 디하이드로벤조퓨란으로 전환될 수 있다.
실시예 8:
시클로헥산/에틸벤젠/테트라하이드로퓨란 중 초회량 41ml의 리튬 디이소프로필아마이드 2몰 용액(79.612 mmol) 및 150ml의 THF를 -74℃에서 20ml의 THF 중 60.3g(93.143 mmol)의 1-브로모-3-플루오로벤젠으로 처리한다. 이 혼합물을 1시간 동안 교반하고 40ml의 THF 중 18.4g(70.111 mmol)의 a 용액을 부가한다. 이 혼합물을 12시간 동안 교반하고 1n의 HCl로 산성화시키고 메틸 3급-부틸 에테르로 추출한다. 유기상(organic phase)을 건조, 증발시켜 생성물을 n-헥산으로 결정화시킨다.
수율 25.9g (이론치의 84.4%)
실시예 9:
95.8g(58.98 mmol)의 b를 185ml의 아세토니트릴 및 40ml의 트리에틸아민의 가온 혼합물 중에 용해시킨다. 이 용액에 2.5g(2.538 mmol)의 비스-(트리-o-톨릴포스핀)팔라듐(II) 클로라이드 촉매를 가한다. 이 혼합물을 질소 하에 가열한 후 통상적인 후처리를 한다. 헥산으로 결정화시켜 16.2g의 c를 얻는다.
수율 16.2g (이론치의 77.0%)
실시예 10:
5.9g(16.548 mmol)의 c 및 3.207ml(32.0 mmol)의 1,3-프로판디티올을 50ml의 디클로로메탄에 용해시킨다. 이 용액에 10ml(79.617 mmol)의 보론 트리플루오라이드 디에틸에테르 착화합물을 -10℃에서 가한다. 이 혼합물을 -5 내지 -10℃에서 교반한 후 하룻밤동안 실온까지 가온시킨다. 생성물 용액을 중탄산염에 붓고 이 혼합물을 가스 발생이 중단될 때까지 교반시킨다. 혼합물을 디클로로메탄으로 2번 추출하고 건조시키고, 메틸 3급-부틸 에테르/헵탄 혼합물(1:10)을 사용하여 크로마토그래피를 실시한다.
실시예 11:
초회량 41ml의 65% 농도의 피리딘 중 불화수소 용액 및 35ml의 디클로로메탄중 11.4g(39.87 mmol)의 1,3-디브로모-5,5-디메틸히단토인을 -75℃로 냉각시킨다. 이 용액에 25ml의 디클로로메탄 중 4.1g(9.178 mmol)의 d를 가한다. 냉각조를 제거하고 반응 혼합물을 하룻밤동안 교반시킨다. 얼음으로 냉각시킨 200ml의 아황산수소나트륨 용액 및 500ml의 2 n 수산화나트륨을 가한다. 수층은 디클로로메탄으로 3번 추출하고 유층은 포화 염화나트륨 용액으로 세척하고 건조하고 증발시킨다. 생성물에 대하여 디에틸 에테르/헵탄(1:20)을 사용하여 크로마토그래피를 실시한다.
실시예 12:
실시예 11에서 얻은 4.20g의 가공처리하지 않은 생성물에 8ml의 THF 중 8ml의 디아자바이시클로[5.4.0]운데크-7-엔을 가한다. 반응이 종결할 때까지 혼합물을 실온에서 교반시킨다(TLC). 그리고 나서 혼합물을 증발시키고, 잔여물을 물과 디클로로메탄에 취하여 추출하고 건조시키고 헥산을 사용하여 크로마토그래피를 실시한다.
실시예 13:
실시예 12에서 얻은 2.3g의 가공처리하지 않은 생성물을 30ml의 테트라하이드로퓨란 중에서 1.8g의 5% 탄소상 팔라듐 존재하에 수소화한다.
실시예 8 내지 13과 유사한 방식으로 다음의 화합물을 얻는다.
상기한 cl.p는 투명점(clearing point)를, Δε은 유전 이방성을, Δn은 복굴절율을 나타낸다.
혼합 실시예:
다음과 같은 화합물에 대해 다음과 같은 약어표기를 사용한다:
이외에도, cl.p는 투명점[℃]를 나타내고, Δn은 20℃ 및 589nm에서의 광학 이방성(복굴절율)을 나타내고, Δε은 20℃ 및 1kHz에서의 유전 이방성을 나타내고, εH는 20℃ 및 1kHz에서의 검출기에 평행한 유전상수를 나타내고, K3/K1은 탄성상수 K3및 K1의 비를 나타내고, γ1은 회전점도[mPas]를 나타내고(달리 언급되지않는 한 20℃에서의 회전점도이다), V0는용량임계전압[V]을 나타낸다.
용량임계전압은 20㎛의 거리로 분리된 두 개의 평면-평행 외부 평판(plane-parallel outer plates)과 외부 평판의 내면에 고무를 입힌 폴리이마이드 정렬층으로 덮인 액정 분자의 동일한 방향의 가장자리 배열(homeotropic edge alignment)를 생성하는 전극 층을 갖는 디스플레이를 이용하여 측정한다.
약 2분동안 28mW/㎠에서의 UV 조사와 동시에 디스플레이를 가로지르는 10V의 전압을 가함으로써 중합가능한 화합물들은 디스플레이 내에서 중합된다.
다음의 액정 혼합물을 제조하였으며, 이 혼합물을 사용하여 아래의 값이 얻어졌다.
실시예 14:
실시예 15:

Claims (5)

  1. 하기 화학식 Ia 또는 Ib의 음의 Δε(유전 이방성)을 갖는 인단:
    화학식 Ia
    화학식 Ib
    상기 식에서,
    R은 각 경우에 서로 독립적으로 비치환되거나, -CF3에 의한 단일치환되거나 또는 할로겐에 의해 최소한 단일치환된 C1-12의 알킬 또는 알콕시 라디칼, C2-12의 옥사알킬, 알케닐 또는 알케닐옥시 라디칼, 또는 C3-12의 옥사알케닐 라디칼이며, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2기는 각 경우에 서로 독립적으로 이종원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO 또는 -OCO-O-로 치환될 수도 있으며,
    A는 각 경우에 서로 독립적으로 =CH-가 =N-에 의하여 한 번 또는 두 번 치환될 수도 있고 할로겐(-F, -Cl, -Br, -I), -CN, -CH3, -CH2F, -CHF2, -CF3, -OCH3, -OCH2F,-OCHF2또는 -OCF3에 의하여 서로 독립적으로 단일 내지 4중 치환될 수도 있는 1,4-페닐렌이거나, 또는 -CH2-가 서로 독립적으로 -O- 또는 -S-에 의하여 한 번 또는 두 번 치환될 수도 있고 할로겐에 의하여 단일 또는 다중 치환될 수도 있는 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-사이클로헥사디에닐렌이며,
    Z는 각 경우에 서로 독립적으로 단일결합이거나, 또는 -CH2-CH2-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CH2-, -CH2-O-, O-CF2- 또는 -CF2-O-기이며,
    X는 -H, -F, -Cl, -CN, -NCS, -CF3, -OCF3또는 -OCHF2이며,
    Y 및 V는 각각 서로 독립적으로 수소이거나, 또는 비치환되거나, -CF3에 의하여 단일치환되거나 또는 할로겐에 의하여 최소한 단일치환된 1 내지 15개의 탄소원자 또는 2 내지 15개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬, 알콕시, 알케닐 또는 알키닐 라디칼인데, 이러한 라디칼에서 하나 이상의 CH2기는 각 경우에 서로 독립적으로 이종원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO 또는 -OCO-O-에 의하여 치환될 수도 있으며,
    Y는 부가적으로 -F 또는 -Cl이며,
    W는 각 경우에 서로 독립적으로 -O-, -C(O)-, -CHF-, -CF2-, -CH= 또는 -CF=이고, 화학식 Ib에서 W는 부가적으로 -CH2-이며,
    n 및 m은 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이며,
    점선은 단일결합 또는 이중결합을 나타내며,
    단, 화학식 Ib에서 W가 2개의 -CH2-가 연결된 기일 경우 X는 H가 아니어야 한다.
  2. 제 1항에 있어서, 하기의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 인단:
  3. 제 1항에 있어서, 하기의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 인단:
  4. 적어도 하나의 화학식 I의 화합물을 비롯하여 적어도 두 개의 액정 화합물을 포함하는 액정 매질.
  5. 제 4항의 액정 매질을 포함하는 전기-광학적 액정 디스플레이.
KR1020047000880A 2001-07-20 2002-07-19 음의 유전 이방성을 갖는 인단 화합물 KR100884117B1 (ko)

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