KR20200073244A - 다이벤조퓨란 및 다이벤조티오펜 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 하기 화학식 I의 다이벤조퓨란 및 다이벤조티오펜, 상기 화합물을 포함하는 액정 매질, 및 상기 매질을 포함하는 고주파 컴포넌트, 특히, 고주파 장치(예컨대, 마이크로파의 위상을 천이시키기 위한 장치, 특히 마이크로파 위상-어레이(phased-array) 안테나)를 위한 마이크로파 컴포넌트에 관한 것이다:
상기 식에서, 존재하는 기 및 매개변수는 청구범위 제 1 항에 제시된 의미를 가진다.
상기 식에서, 존재하는 기 및 매개변수는 청구범위 제 1 항에 제시된 의미를 가진다.
Description
본 발명은, 다이벤조티오펜, 상기 화합물을 포함하는 액정 매질, 및 상기 매질을 포함하는 고주파 컴포넌트, 특히, 고주파 장치(예를 들면, 마이크로파의 위상을 천이시키기 위한 장치, 변조 필터, 변조 메타물질(metamaterial) 구조체 및 전자 빔 조정 안테나(예컨대, 위상-어레이(phased-array) 안테나)를 위한 마이크로파 컴포넌트에 관한 것이다.
액정 매질은 전광 디스플레이(액정 디스플레이: LCD)에서 정보를 표시하기 위해 수년간 사용되었다.
최근, 액정 매질은 또한, 예를 들어 독일 특허 출원 제 10 2004 029 429 A 호 및 일본 특허 출원 제 2005-120208 (A) 호에서와 같이, 마이크로파 기술용 컴포넌트에서의 사용이 제안되었다.
고주파 기술에서의 액정 매질의 산업상 가치있는 용도는, 이의 유전 특성이 특히 기가헤르츠 영역에서 가변 전압에 의해 제어될 수 있다는 이의 특성에 기초한다. 이는, 임의의 이동부(moving part)를 포함하지 않는 변조 안테나의 구축을 가능하게 한다(문헌[A. Gaebler, A. Moessinger, F. Goelden, et al., "Liquid Crystal-Reconfigurable Antenna Concepts for Space Applications at Microwave and Millimeter Waves", International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2009 (2009), article ID 876989, 7 pages, doi:10.1155/2009/876989] 참조).
문헌[A. Penirschke, S. Muller, P. Scheele, C. Weil, M. Wittek, C. Hock and R. Jakoby: "Cavity Perturbation Method for Characterization of Liquid Crystals up to 35 GHz", 34th European Microwave Conference - Amsterdam, pp. 545-548]은, 특히, 공지된 단일 액정 성분인 K15(메르크 카게아아(Merck KGaA), 독일)의 9 GHz 주파수에서의 특성을 기술하고 있다.
독일 특허 출원 제 10 2012 004 393 A1 호에서는, 마이크로파 용도를 위한 액정 매질에 사용하기 위한, 하기와 같은 헤테로환형 화합물이 기술된다:
상기 식에서, R1 및 R2는, 예를 들어 알킬을 나타낸다.
상기 출원은 또한, 이러한 종류의 다이벤조티오펜 유도체를 포괄한다.
지금까지 공지된 조성물 또는 개별적인 화합물은 일반적으로 단점을 가진다. 이들 대부분은, 다른 결함 외에도, 불리하게 높은 손실 및/또는 부적절한 위상 천이 또는 부적절한 물질 품질을 제공한다.
마이크로파 용도에 사용하기 위한 액정 물질 분야에서의 발달은 전혀 완전하지 않다. 마이크로파 장치의 특성을 개선하기 위해, 상기 장치를 최적화할 수 있는 신규 화합물을 개발하고자 하는 시도가 계속되고 있다. 고주파 기술에 사용하기 위해서는, 특히, 현재까지 다소 일반적이지 않은 비-통상적 특성 또는 특성들의 조합을 갖는 액정 매질이 필요하다.
따라서, 개선된 특성을 갖는 액정 매질을 위한 신규 성분이 필요하다. 특히, 마이크로파 범위 내의 손실이 감소되어야 하며, 물질 품질(η)이 개선되어야 한다.
또한, 상기 성분의 저온 거동에서의 개선이 요구된다. 조작 특성 및 또한 저장 수명 둘 다에서의 개선이 필요하다.
따라서, 대응하는 실제적인 용도에 적합한 특성을 갖는 액정 매질이 상당히 요구된다.
본 발명의 목적은, 마이크로파 용도를 위한 컴포넌트에 사용하기 위한 액정 매질에 사용하기에 유리한 특성을 갖는 화합물을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 화합물을 사용하여, 적합한 네마틱 상 범위 및 높은 Δn, 낮은 유전 손실, 높은 조정능(tunability) 및 높은 물질 품질을 갖고, 종래 기술 물질의 단점을 갖지 않거나 상당히 감소된 정도로만 갖는 액정 매질을 달성하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 목적은, 하기 화학식 I의 화합물에 의해 달성된다:
상기 식에서,
W는 O 또는 S를 나타내고,
R1 및 R2는 H, 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때, 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -C≡C- , -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-, 
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 이때, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고, 이때 R1 및 R2 중 적어도 하나는 H가 아니고,
L은, 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, 각각 탄소수 10 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬(이때, 하나 이상의 H 원자는 불소로 대체될 수 있음); 또는 각각 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬 또는 사이클로알켄일; 또는 할로겐, CN, OH, 또는 SF5를 나타내고,
r 및 s는, 동일하거나 상이하게, 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 0 또는 1, 특히 바람직하게는 0이다.
본 발명에 따른 화합물은 비교적 매우 낮은 융점, 높은 등명점 및 높은 광학 이방성(Δn)을 가져서, 기가헤르츠 영역에 사용하기에 특히 적합하다. 마이크로파 스펙트럼 내의 비교적 낮은 유전 손실 및 높은 조정능이 유리하다. 상기 화합물은, 단독으로 또는 다른 메소젠성 성분과의 혼합물로서, 넓은 온도 범위에 걸친 네마틱 상을 가진다. 이들 특성 전체는 고주파 기술용 컴포넌트, 특히, 액정 위상 천이기에 사용하기에 특히 적합하다. 본 발명에 따른 액정 매질은 대응하는 특성을 가진다.
본 발명의 또다른 목적은, 마이크로파 범위 내의 용도, 특히, 마이크로파(MW) 영역의 위상 천이기 또는 액정계 안테나 소자에 적합한 액정 매질이다.
본 발명의 또다른 목적은, 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 작동가능한 컴포넌트 및 상기 컴포넌트를 포함하는 장치이다.
바람직한 컴포넌트는 마이크로파 영역에서 작동가능한, 변조 위상 천이기, 변조 필터, 변조 정합 네트워크, 변조 버랙터 또는 액정계 안테나 소자 등이다.
R1 또는 R2가 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄일 수 있고, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖고, 따라서 바람직하게는 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시 또는 헵톡시, 또한 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥톡시, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트라이데콕시 또는 테트라데콕시이다.
옥사알킬은 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(즉, 메톡시메틸), 2-옥사부틸(즉, 에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(즉, 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-옥사노닐, 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실을 나타낸다.
R1 또는 R2가, 하나의 CH2 기가 -CH=CH-로 대체된 알킬 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 비닐, 프로프-1- 또는 -2-엔일, 부트-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, 노느-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 -8-엔일, 또는 데스-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-엔일이다.
R1 또는 R2가, 하나의 CH2 기는 -O-로 대체되고 하나는 -CO-로 대체된 알킬 라디칼인 경우, 이들은 바람직하게는 인접한다. 따라서, 이들은 아실옥시 기(-CO-O-) 또는 옥시카보닐 기(-O-CO-)를 함유한다. 이들은 바람직하게는 직쇄이고, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는다.
따라서, 이들은 특히 아세틸옥시, 프로피오닐옥시, 부틸일옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세틸옥시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부틸일옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부틸일옥시에틸, 3-아세톡시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세톡시부틸, 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 프로폭시카보닐, 부톡시카보닐, 펜톡시카보닐, 메톡시카보닐메틸, 에톡시카보닐메틸, 프로폭시카보닐메틸, 부톡시카보닐메틸, 2-(메톡시카보닐)에틸, 2-(에톡시카보닐)에틸, 2-(프로폭시카보닐)에틸, 3-(메톡시카보닐)프로필, 3-(에톡시카보닐)프로필 또는 4-(메톡시카보닐)부틸이다.
R1 또는 R2가, 비치환된 또는 치환된 -CH=CH-로 하나의 CH2 기가 대체되고 인접한 CH2 기가 CO, CO-O 또는 O-CO로 대체된 알킬 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 4 내지 13개의 탄소 원자를 가진다. 따라서, 이는 특히 아크릴오일옥시메틸, 2-아크릴오일옥시에틸, 3-아크릴오일옥시프로필, 4-아크릴오일옥시부틸, 5-아크릴오일옥시펜틸, 6-아크릴오일옥시헥실, 7-아크릴오일옥시헵틸, 8-아크릴오일옥시옥틸, 9-아크릴오일옥시노닐, 10-아크릴오일옥시데실, 메타크릴오일옥시메틸, 2-메타크릴오일옥시에틸, 3-메타크릴오일옥시프로필, 4-메타크릴오일옥시부틸, 5-메타크릴오일옥시펜틸, 6-메타크릴오일옥시헥실, 7-메타크릴오일옥시헵틸, 8-메타크릴오일옥시옥틸 또는 9-메타크릴오일옥시노닐이다.
R1 또는 R2가, CN 또는 CF3로 일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼인 경우, 상기 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고, CN 또는 CF3에 의한 치환은 ω-위치에 존재한다.
R1 또는 R2가, 할로겐으로 적어도 일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼인 경우, 상기 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다. 다중치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 생성된 라디칼은 과불화된 라디칼도 포함한다. 일치환의 경우, 불소 또는 염소 치환기는 임의의 목적하는 위치에 존재할 수 있지만, 바람직하게는 ω-위치에 존재한다.
분지쇄 날개(wing) 기인 R1 또는 R2를 함유하는 화학식 I의 화합물은 통상적으로 액정 호스트 물질에서의 더 우수한 용해성으로 인해 중요할 수 있지만, 특히, 광학 활성인 경우 키랄 도판트로서 중요할 수 있다. 상기 유형의 스멕틱 화합물은 강유전체 물질의 성분으로서 적합하다.
상기 유형의 분지쇄 기는 일반적으로 분지쇄를 1개 이하로 함유한다. 바람직한 분지쇄 라디칼 R1 또는 R2는 이소프로필, 2-부틸(즉, 1-메틸프로필), 이소부틸(즉, 2-메틸프로필), 2-메틸부틸, 이소펜틸(즉, 3-메틸부틸), 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, 이소프로폭시, 2-메틸프로폭시, 2-메틸부톡시, 3-메틸부톡시, 2-메틸펜톡시, 3-메틸펜톡시, 2-에틸헥속시, 1-메틸헥속시 및 1-메틸헵톡시이다.
R1 또는 R2가, 2개 이상의 CH2 기가 -O- 및/또는 -CO-O-로 대체된 알킬 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 분지쇄이고, 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 비스카복시메틸, 2,2-비스카복시에틸, 3,3-비스카복시프로필, 4,4-비스카복시부틸, 5,5-비스카복시펜틸, 6,6-비스카복시헥실, 7,7-비스카복시헵틸, 8,8-비스카복시옥틸, 9,9-비스카복시노닐, 10,10-비스카복시데실, 비스(메톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(메톡시카복닐)에틸, 3,3-비스(메톡시카복닐)프로필, 4,4-비스(메톡시카복닐)부틸, 5,5-비스(메톡시카복닐)펜틸, 6,6-비스(메톡시카복닐)헥실, 7,7-비스(메톡시카복닐)헵틸, 8,8-비스(메톡시카복닐)옥틸, 비스(에톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(에톡시카보닐)에틸, 3,3-비스(에톡시카보닐)프로필, 4,4-비스(에톡시카보닐)부틸 또는 5,5-비스(에톡시카보닐)헥실이다.
화학식 I의 화합물은, 상기 화합물의 라세미체 및 이의 광학 거울상체(antipode) 및 혼합물을 포괄한다.
화학식 I 및 이의 하위화학식의 화합물 중에, 상기 화합물에 존재하는 라디칼 중 적어도 하나가 상기 제시된 바람직한 의미 중 하나를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "1 E-알켄일"은, 비닐, 1-E-프로펜일, 1-E-부텐일, 1-E-펜텐일, 1-E-헥센일, 1-E-헵텐일, 1-E-옥텐일, 1-E-노넨일 및 1-E-데센일과 같은 라디칼을 포괄한다. 용어 "2-Z-알켄일"은, 알릴, 2-Z-부텐일, 2-Z-펜텐일, 2-Z-헥센일, 2-Z-헵텐일, 2-Z-옥텐일, 2-Z-노넨일 및 2-Z-데센일과 같은 라디칼을 포괄한다. 용어 "3-E-알켄일"은, 3-E-부텐일, 3-E-펜텐일, 3-E-헥센일, 3-E-헵텐일, 3-E-옥텐일, 3-E-노넨일 및 3-E-데센일과 같은 라디칼을 포괄한다. 용어 "4-알켄일"은, 4-펜텐일, 및 3-헥센일, 4-헵텐일, 4-옥텐일, 4-노넨일 및 4-데센일의 E- 및/또는 Z-형태와 같은 라디칼을 포괄한다.
용어 "알켄일옥시"는, 포화된 탄소 원자에 산소가 직접 연결된 알켄일옥시 기(즉, 이중 결합과 산소 원자 사이에 하나 이상의 탄소 원자를 갖는 기), 예컨대 (2-E-알켄일)옥시, (3-알켄일)옥시, (4-알켄일)옥시, (5 알켄일)옥시 등을 나타낸다. 용어 "(2-E-알켄일)옥시"는, 알릴옥시, (2-E-부텐일)옥시, (2-E-펜텐일)옥시, (2-E-헥센일)옥시, (2-E-헵텐일)옥시, (2-E-옥텐일)옥시, (2-E-노넨일)옥시 및 (2-E-데센일)옥시와 같은 라디칼을 포괄한다. 용어 "(3-알켄일)옥시"는, (3-부텐일)옥시, 및 (3-펜텐일)옥시, (3-헥센일)옥시, (3-헵텐일)옥시, (3-옥텐일)옥시, (3-노넨일)옥시 및 (3-데센일)옥시의 E- 및/또는 Z-형태와 같은 라디칼을 포괄한다. 용어 "(4-알켄일)옥시"는, (4-펜틸)옥시, 및 (4-헥센일)옥시, (4-헵텐일)옥시, (4-옥텐일)옥시, (4-노넨일)옥시 및 (4-데센일)옥시의 E- 및/또는 Z-형태를 포괄한다. 용어 "(5-알켄일)옥시"는, 라디칼, 예컨대 (5-헥센일)옥시, 및 (5-헵텐일)옥시, (5-옥텐일)옥시, (5-노넨일)옥시 및 (5-데센일)옥시의 E- 및/또는 Z-형태를 포괄한다.
할로겐은 F, Cl, Br, 또는 I이다.
바람직한 실시양태에서, 화학식 I의 화합물은 하기 하위화학식의 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
R1 및 R2는 화학식 I에 대해 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 탄소수 7 이하의 알킬 또는 알켄일, 특히 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸을 나타내고,
L은, 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, 화학식 I에 대해 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 F, Cl, CF3, OCF3, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, 사이클로프로필, 사이클로부틸, 특히 바람직하게는 F, 에틸 또는 사이클로프로필을 나타낸다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 화학식 I의 화합물은 하기 하위화학식의 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
R1 및 R2는 화학식 I에 대해 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 탄소수 7 이하의 알킬 또는 알켄일, 특히 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸을 나타내고,
L은, 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, 화학식 I에 대해 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 F, Cl, CF3, OCF3, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, 사이클로프로필, 사이클로부틸, 특히 바람직하게는 F, 에틸 또는 사이클로프로필을 나타낸다.
화학식 I의 화합물은, 문헌(예를 들어, 표준 작업, 예컨대, 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart])에 기술된 바와 같이, 그 자체로 공지된 방법으로, 공지되고 상기 반응에 적합한 반응 조건 하에 정확하게 제조된다. 그 자체로 공지된 변형을 본원에서 사용할 수 있지만, 본원에서 더 상세히 언급하지는 않는다. 바람직한 경우, 출발 물질은 또한, 반응 혼합물로부터 이를 단리함으로써가 아니라 이를 추가로 화학식 I의 화합물로 직접 전환시킴으로써 동일 반응계 내에서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 화합물에 대한 바람직한 합성 경로를 하기 화학식에 도시하며, 이는 작업 실시예에 의해 추가로 예시된다. 이러한 합성은, 적합한 출발 물질을 선택함으로써, 각각의 바람직한 화학식 I의 화합물에 적용될 수 있다.
[반응식 1]
반응식 1에서, R 기는 R1에 대해 상기에서 정의된 의미를 갖고, X1 및 X2는, 말단 알킨과의 소노가쉬라 커플링(이 반응은 문헌으로부터 당업자에게 널리 공지되어 있음)을 겪을 수 있는 이탈 기를 나타낸다. 상기 이탈 기의 예는 Cl, Br, I, 및 설포네이트, 예컨대 토실레이트, 메실레이트, 트라이플루오로메탄 설포네이트, 노실레이트 등이다. X1 및 X2는 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, X1 또는 X2는 동일하고, 바람직하게는 Br이고, 화학식 I의 화합물에 대한 반응식 1에 도시된 절차에 따라 반응될 수 있고, 이때 R1 및 R2는 동일하다.
또다른 바람직한 실시양태에서, X1 또는 X2는 서로 상이하고, 화학식 I의 화합물에 대한 반응식 1에 도시된 절차와 유사하게 단계적으로 반응될 수 있고, 이때 R1 및 R2는 서로 상이하다. 특히 바람직하게는, X1 또는 X2는 Br을 나타내고, X1 및 X2 중 나머지 하나는 I를 나타낸다.
공지된 전구체는, 예를 들어 문헌[K. Kawabata et al., Macromolecules 2013, 46, 2078-2091]에 기술된, 3,7-다이브로모다이벤조퓨란 및 3,7-다이요오도다이벤조퓨란(이들은 시판됨), 3,7-다이브로모다이벤조티오펜; 국제 특허 출원 공개 제 WO 2017/071791 A1 호에 기술된 3-브로모-7-요오도다이벤조티오펜; 및 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/129764 A1 호에 기술된 3-브로모-7-클로로-다이벤조티오펜이다.
본 발명의 또다른 목적은 화학식 I의 화합물의 제조 방법이며, 여기서는 하기 화학식 I'의 화합물을 말단 알킨과 소노가쉬라 반응으로 반응시킨다:
상기 식에서,
L, r 및 s는 화학식 I에 대해 상기 정의된 의미를 갖고,
X1 및 X2는 Cl, Br, I, 알칸설포네이트, 아릴설포네이트 또는 퍼플루오로알칸설포네이트, 바람직하게는 Br, I, 토실레이트 또는 트라이플레이트를 나타낸다.
기술된 반응은 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 당업자는, 화학식 I의 화합물을 수득하기 위해, 기술된 합성의 대응 변형을 수행할 수 있으며, 또한 다른 적합한 합성 경로를 따를 수 있다.
화학식 I의 화합물은 액정 매질에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한, 2개 이상의 액정 화합물을 포함하고 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물, 및 임의적으로, 하나 이상의 다른 화합물, 바람직하게는 메소젠성 화합물을 포함한다. 따라서, 상기 액정 매질은 바람직하게는, 바람직하게는 액정인 2개 이상의 화합물을 포함한다. 바람직한 매질은 바람직한 화학식 I의 화합물을 포함한다.
상기 액정 매질의 다른 성분은 바람직하게는 하기 화학식 II의 화합물로부터 선택된다:
상기 식에서,
L11은 R11 또는 X11을 나타내고,
L12는 R12 또는 X12를 나타내고,
R11 및 R12는, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 17, 바람직하게는 탄소수 3 내지 10의 비불화된 알킬 또는 비불화된 알콕시, 또는 탄소수 2 내지 15, 바람직하게는 탄소수 3 내지 10의 비불화된 알켄일, 비불화된 알킨일, 비불화된 알켄일옥시 또는 비불화된 알콕시알킬, 바람직하게는 알킬 또는 비불화된 알켄일을 나타내고,
X11 및 X12는, 서로 독립적으로, F, Cl, Br, -CN, -NCS, -SCN, SF5, 탄소수 1 내지 7의 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 또는 탄소수 2 내지 7의 불화된 알켄일, 불화된 알켄일옥시 또는 불화된 알콕시알킬, 바람직하게는 CF3, OCF3, Cl, F 또는 NCS를 나타내고,
p 및 q는, 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고,
Z11 내지 Z13은, 서로 독립적으로, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합을 나타내고,
L13은, 각각의 경우, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 분지쇄 또는 비-분지쇄 알킬, 알켄일 또는 알킨일(이때, 하나 이상의 "-CH2-" 기는 또한, 서로 독립적으로, O로 대체될 수 있음)을 나타내거나, 또는 C3-C6 사이클로알킬, C3-C6 사이클로알켄일, 불화된 알킬 또는 알켄일, 불화된 알콕시 또는 알켄일옥시, F, Cl, Br, CN, NCS, SCN 또는 SF5를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 총 5 내지 95%, 바람직하게는 10 내지 90%, 특히 바람직하게는 15 내지 80%의 화학식 I의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 총 10 내지 100%, 바람직하게는 20 내지 95%, 특히 바람직하게는 25 내지 90%의 화학식 I 및 II의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따르면, 화학식 II의 화합물은 바람직하게는 전체 혼합물의 10% 내지 90%, 더욱 바람직하게는 15% 내지 85%, 더더욱 바람직하게는 25% 내지 80%, 매우 바람직하게는 30% 내지 75%의 총 농도로 사용된다.
또한, 상기 액정 매질은 추가의 첨가제, 예컨대 안정화제, 키랄 도판트 및 나노입자를 포함할 수 있다. 첨가되는 개별적인 화합물은 0.005 내지 6%, 바람직하게는 0.1 내지 3%의 농도로 사용된다. 이러한 추가 구성요소의 총 농도는 전체 혼합물을 기준으로 0% 내지 10%, 바람직하게는 0.1% 내지 6% 범위이다. 그러나, 액정 혼합물의 나머지 구성요소(즉, 액정 또는 메소젠성 화합물)에 대한 농도 데이터는, 이러한 첨가제의 농도를 고려하지 않고 제시된다.
상기 액정 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 안정화제를 포함한다. 상기 매질은 바람직하게는, 2,6-다이-3급-부틸페놀, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 및 2-벤조트라이아졸-2-일페놀로부터 선택되는 안정화제를 하나 이상 포함한다. 이러한 첨가제는 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 광 안정화제 또는 산화방지제로서 시판된다.
따라서, 본 발명의 하나의 실시양태는 또한, 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 다른 화합물 및 임의적으로 하나 이상의 첨가제와 혼합하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질의 제조 방법이다. 상기 다른 화합물은 바람직하게는, 전술된 바와 같은 화학식 II의 화합물, 및 임의적으로, 하나 이상의 다른 화합물로부터 선택된다.
본원에서 표현 "양의 유전율을 갖는"은, Δε > 3.0인 화합물을 의미하고, "중성 유전율을 갖는"은, -1.5 ≤ Δε ≤ 3.0인 화합물을 의미하고, "음의 유전율을 갖는"은, Δε < -1.5인 화합물을 의미한다. 각각의 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중의 각각의 개별 화합물의 10%의 용액의 결과로부터 결정된다. 호스트 혼합물 중의 각각의 개별 화합물의 용해도가 10% 미만이면, 상기 농도는 5%로 감소된다. 시험 혼합물의 정전 용량(capacitance)은 호메오트로픽(homeotropic) 정렬을 갖는 셀 및 수평(homogeneous) 정렬을 갖는 셀 모두에서 결정된다. 이 두 유형의 셀의 셀 두께는 약 20 μm이다. 인가된 전압은, 1 kHz의 주파수 및 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V의 유효값을 갖는 방형파지만, 항상 각각의 시험 혼합물의 용량성 임계치 미만으로 선택된다.
Δε은 (ε∥ - ε⊥)로서 정의되며, ε평균은 (ε∥ - 2ε⊥)/3이다.
양의 유전율을 갖는 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-4792이고, 중성 유전율을 갖는 화합물 및 음의 유전율을 갖는 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-3086이며, 이들 혼합물 둘 다 독일 소재의 메르크 카게아아로부터 입수된다. 화합물의 유전 상수의 절대값은, 관심 화합물을 첨가할 경우 호스트 혼합물의 각각의 값의 변화로부터 결정된다. 상기 값은 관심 화합물의 100% 농도로 외삽된다.
20℃의 측정 온도에서 네마틱 상을 갖는 성분은 그 자체로 측정되며, 모든 나머지 성분은 화합물처럼 처리된다.
달리 명확히 언급되지 않는 한, 용어 "임계 전압"은, 광학 임계값을 나타내고 10%의 상대적 콘트라스트(V10)에 대한 것이며, 용어 "포화 전압"은, 광학 포화를 나타내고 90%의 상대적 콘트라스트(V90)에 대한 것이다. 프리데릭스(Freedericks) 임계값(VFr)으로도 지칭되는 용량성 임계 전압(V0)은 명시적으로 언급된 경우에만 사용된다.
본원에 제시된 매개변수 범위는, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 모두 한계값을 포함한다.
서로 조합되어 다양한 범위의 특성에 대해 제시된 상이한 상한값 및 하한값은 추가적인 바람직한 범위를 제공한다.
본원 전체에 걸쳐, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 하기 조건 및 정의가 사용된다. 모든 농도는 중량%로 제시되고, 각각의 전체 혼합물에 관한 것이고, 모든 온도는 섭씨 온도로 제시되고, 모든 온도 차는 차등 °로 제시된다. 액정에 대해 전형적인 모든 물리적 특성은달리, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되고 20℃의 온도에 대해 인용된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3 nm의 파장에서 결정된다. 유전 이방성(Δε)은 1 kHz의 주파수에서 결정된다. 임계 전압뿐만 아니라 모든 다른 전광 특성들은, 독일 소재의 메르크 카게아아에서 제조된 시험 셀을 사용하여 결정된다. Δε을 결정하기 위한 시험 셀은 대략 20 μm의 셀 두께를 가진다. 전극은 1.13 ㎠의 면적 및 가드 링(guard ring)을 갖는 원형 ITO 전극이다. 배향 층은, 호메오트로픽 배향(ε∥)의 경우 일본 소재의 닛산 케미칼즈(Nissan Chemicals)로부터 입수한 SE-1211이고, 수평 배향(ε⊥)의 경우 일본 소재의 재팬 신테틱 러버(Japan Synthetic Rubber)로부터 입수한 폴리이미드 AL-1054이다. 정전 용량은 0.3 Vrms의 전압을 갖는 사인파를 이용하여 솔라트론(Solatron) 1260 주파수 반응 분석기를 사용하여 결정된다. 전광 측정에 사용되는 광은 백색 광이다. 독일 소재의 아우트로닉-멜처스(Autronic-Melchers)로부터 시판되는 DMS 장치를 사용하는 구성(set-up)이 여기에 사용된다. 특징적인 전압은 수직 관찰 하에 결정된다. 임계 전압(V10), 중간-회색 전압(V50) 및 포화 전압(V90)은 각각 10%, 50% 및 90%의 상대적 콘트라스트에 대해 결정된다.
상기 액정 매질은, 문헌[A. Penirschke et al. "Cavity Perturbation Method for Characterization of Liquid Crystals up to 35 GHz", 34th European Microwave Conference - Amsterdam, pp. 545-548]에 기술된 마이크로파 주파수 영역에서 그의 특성에 대해 조사되었다. 또한, 이와 관련하여 문헌[A. Gaebler et al. "Direct Simulation of Material Permittivities ...", 12MTC 2009 - International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Singapore, 2009 (IEEE), pp. 463-467] 및 독일 특허 출원 제 10 2004 029 429 A 호를 참조하며, 여기에는 측정 방법이 또한 상세히 기술되어 있다.
액정을 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 석영 모세관 내로 도입한다. 상기 모세관은 180 ㎛의 내부 반경 및 350 ㎛의 외부 반경을 가진다. 유효 길이는 2.0 ㎝이다. 충전된 모세관을 19 GHz의 공명 주파수를 갖는 원통형 공동(cavity)의 중심 내로 도입한다. 상기 공동은 11.5 ㎜의 길이 및 6 ㎜의 반경을 가진다. 이어서, 입력 신호(공급원)를 적용하고, 상업적인 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 출력 신호의 결과를 기록한다. 다른 주파수에 대해서는, 상기 공동의 치수를 그에 상응하게 조정한다.
액정으로 충전된 모세관을 사용한 측정값과 액정으로 충전된 모세관의 부재 하의 측정값 사이의 공명 주파수 및 Q 인자에서의 변화를 이용하여, 상기 언급된 문헌[A. Penirschke et al., 34th European Microwave Conference - Amsterdam, pp. 545-548]의 식 10 및 11에 의해 대응 표적 주파수에서의 유전 상수 및 손실 각도를 결정한다.
액정의 방향자(director)에 대해 수직 및 수평인 특성의 성분 값은 자기장 내 액정의 정렬에 의해 수득된다. 이를 위해, 영구 자석의 자기장이 사용된다. 자기장의 강도는 0.35 테슬라이다. 자석의 정렬을 대응적으로 설정하고, 이어서 90°에 걸쳐 대응적으로 회전시킨다.
마이크로파 영역에서 유전 이방성은 하기와 같이 정의된다:
Δεr≡(εr,∥-εr,⊥).
조정능(τ)은 하기와 정의된다:
τ≡(Δεr／εr,∥).
물질 품질(η)은 하기와 같이 정의된다:
η≡(τ／tanδεr,max.)
상기 식에서, 최대 유전 손실 인자(tanδεr,max.)는 하기와 같고, 이는 tanδεr에 대해 측정된 값의 최대값으로부터 기인한다:
tanδεr,max. ≡ max.{tanδεr,⊥,; tanδεr,∥}.
바람직한 액정 매질의 물질 품질(η)은 6 이상, 바람직하게는 7 이상, 바람직하게는 10 이상, 바람직하게는 15 이상, 특히 바람직하게는 25 이상, 매우 특히 바람직하게는 30 이상이다.
대응 컴포넌트에서, 바람직한 액정 물질은 15°/dB 이상, 바람직하게는 20°/dB 이상, 바람직하게는 30°/dB 이상, 바람직하게는 40°/dB 이상, 바람직하게는 50°/dB 이상, 특히 바람직하게는 80°/dB 이상, 특히 가장 바람직하게는 100°/dB 이상의 위상 천이기 품질을 갖는다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 각각의 경우, -20℃ 내지 80℃, 바람직하게는 -30℃ 내지 85℃, 매우 특히 바람직하게는 -40℃ 내지 100℃의 네마틱 상을 가진다. 상기 상은 특히 바람직하게는 120℃ 이상, 바람직하게는 140℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 180℃ 이상까지 연장된다. 본원에서 표현 "네마틱 상을 갖는"은, 한편으로는, 저온에서 대응 온도에서 스메틱 상 및 결정화가 관찰되지 않고, 다른 한편으로는, 가열시 네마틱 상으로부터 등명화(clearing)가 일어나지 않음을 의미한다. 저온에서의 조사는 대응 온도에서 유동 점도계에서 수행하고, 5 ㎛의 층 두께를 갖는 시험 셀에 100시간 이상 동안 저장하여 확인하였다. 고온에서, 등명점은 통상적인 방법으로 모세관 내에서 측정한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 90℃ 이상, 더욱 바람직하게는 100℃ 이상, 더더욱 바람직하게는 120℃ 이상, 특히 바람직하게는 150℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 170℃ 이상의 등명점을 갖는다.
1 kHz 및 20℃에서, 본 발명에 따른 액정 매질의 Δε은 바람직하게는 1 이상, 더욱 바람직하게는 2 이상, 매우 바람직하게는 3 이상이다.
589 nm(NaD) 및 20℃에서, 본 발명에 따른 액정 매질의 Δn은 바람직하게는 0.20 내지 0.90 범위, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.90 범위, 더더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.85 범위, 매우 특히 바람직하게는 0.35 내지 0.80 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질의 Δn은 바람직하게는 0.50 이상, 더욱 바람직하게는 0.55 이상이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 마이크로파 범위의 높은 이방성을 특징으로 한다. 복굴절률은, 예를 들어, 약 8.3 GHz에서, 바람직하게는 0.14 이상, 특히 바람직하게는 0.15 이상, 특히 바람직하게는 0.20 이상, 특히 바람직하게는 0.25 이상, 매우 특히 바람직하게는 0.30 이상이다. 또한, 복굴절률은 바람직하게는 0.80 이하이다.
사용되는 액정은 단일 성분 또는 혼합물이다. 이는 바람직하게는 네마틱 상을 가진다.
본원에서 용어 "화합물"은, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 하나의 화합물 및 복수개의 화합물 둘 다를 의미한다.
본 발명에 따른 액정 매질 또는 하나 이상의 화합물을 포함하는 바람직한 컴포넌트는 위상 천이기, 버랙터, 안테나 어레이(예를 들어, 라디오, 이동 통신, 마이크로파/레이더 및 다른 데이터 전송용), '정합 회로 적응성 필터(matching circuit adaptive filter)' 등이다. 상기 정의된 바와 같은 고주파 기술용 컴포넌트가 바람직하다. 또한, 상이한 인가 전압에 의해 조절될 수 있는 컴포넌트가 바람직하다. 매우 특히 바람직한 컴포넌트는 변조 위상 천이기이다. 바람직한 실시양태에서, 복수개의 위상 천이기가 기능적으로 연결되어, 예를 들어, 위상-제어된 그룹 안테나(일반적으로, 위상-어레이(phased-array) 안테나로 지칭됨)를 제공한다. 그룹 안테나는, 계면을 통한 번들링(bundling)을 달성하기 위해, 매트릭스에 배열된 전송 또는 수신 소자의 위상 천이를 이용한다. 행(row) 또는 격자(grid) 형태의 위상 천이기의 평행 배열은, 고 주파수(예컨대, 기가헤르츠 범위)에 대한 변조가능한 또는 수동 전송 또는 수신 안테나로서 역할을 할 수 있는 소위 '위상-어레이'의 제조를 가능하게 한다. 본 발명에 따른 위상-어레이 안테나는 매우 넓은 가용 수신 콘(usable reception cone)을 가진다.
바람직한 용도는, 자동차, 선박, 항공기, 우주 여행 및 위성 기술 분야의 유인 또는 무인 차량 상의 레이더 설치 및 데이터 전송 장비이다.
고주파 기술에 적합한 컴포넌트, 특히 적합한 위상 천이기의 제조를 위해, 본 발명에 따른 액정 매질은 전형적으로, 1 mm 미만의 두께, 수 mm의 폭 및 수 cm의 길이를 갖는 직사각형 공동 내로 도입된다. 상기 공동은, 2개의 긴 측면을 따라 장착된 대향 전극을 갖는다. 이런 배열은 당업자에게 친숙하다. 가변 전압의 적용을 통해, 안테나의 상이한 주파수 또는 방향을 설정하기 위해, 안테나의 작동 동안 액정 매질의 유전 특성을 조정할 수 있다.
본원에서 "고주파 기술"은, 1 MHz 내지 10 THz, 바람직하게는 1 GHz 내지 3 THz, 더욱 바람직하게는 2 GHz 내지 1 THz, 특히 바람직하게는 5 내지 300 GHz 범위의 주파수를 갖는 용도를 의미한다. 상기 용도는 바람직하게는, 메세지 전송에 적합한 마이크로파 스펙트럼 또는 인접 영역 이내이며, 이때 위상-어레이 모듈이 전송 또는 수신 안테나에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 화합물, 바람직하게는 2 내지 30개, 더욱 바람직하게는 3 내지 20개, 가장 바람직하게는 3 내지 16개의 화합물로 이루어진다. 이들 화합물은 통상적인 방식으로 혼합된다. 일반적으로, 더욱 소량으로 사용되는 바람직한 양의 화합물이, 더욱 다량으로 사용되는 화합물에 용해된다. 더 고농도로 사용되는 화합물의 등명점보다 온도가 높은 경우에, 용해 과정의 완료를 관찰하기가 특히 용이하다. 그러나, 다른 통상적인 방법, 예를 들어 화합물의 동족(homologous) 또는 공융(eutectic) 혼합물일 수 있는 소위 예비-혼합물(pre-mixture)을 사용하거나, 또는 구성요소 자체가 바로-사용 혼합물인 소위 "멀티용기" 시스템을 사용하여 상기 매질을 제조할 수도 있다.
모든 온도, 예를 들어 융점 T(C,N) 또는 T(C,S), 스멕틱 상(S)으로부터 네마틱 상(N)으로의 전이 T(S,N) 및 액정의 등명점 T(N,I)은 섭씨로 인용된다. 모든 온도 차이는 차등 °로 인용된다.
본원 명세서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어로 제시되며, 이때 화학식으로의 전환은 이후의 표 A 및 A-1에 따라 수행된다. 모든 CnH2n+1 및 CmH2m+1 라디칼은, 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고, n, m 및 k는 정수이고, 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12를 나타낸다. 이후의 표 A-1에서의 코드화는 자명하다. 이후의 표 A에서는, 모 구조에 대한 두문자어만 제시된다. 개별적인 경우, 모 구조에 대한 두문자어에 이어, 대시(dash)로 분리된, 치환기 R1*, R2*, L1* 및 L2*에 대한 코드가 뒤따른다:
적합한 혼합물 성분은 하기 표 A 및 A-1에서 확인할 수 있다.
하기 표 B는, 본 발명에 따른 혼합물에 일반적으로 첨가되는 가능한 키랄 도판트를 제시한다. 상기 혼합물은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 3 중량%의 키랄 도판트를 포함한다.
본 발명에 따른 혼합물에 0 내지 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제는, 예를 들어 하기 언급된다.
하기 실시예는 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한함 없이 본 발명을 예시하는 것이다.
그러나, 물리적 특성으로부터 어떤 특성이 달성될 수 있는지 및 어떤 범위가 변형될 수 있는지는 당업자에게 자명하다. 따라서, 특히, 바람직하게 달성될 수 있는 다양한 특성들의 조합이 당업자에게 잘 정의된다.
본원에서, 명시적으로 달리 제시되지 않는 한, 용어의 복수 형태는 단수 형태 및 복수 형태 둘 다를 나타내며, 그 역도 성립한다. 본 발명의 실시양태 및 변형의 다른 조합이 또한 본원 청구범위로부터 유도된다.
약어 목록
THF: 테트라하이드로퓨란,
Xphos: 2-다이사이클로헥실포스피노-2',4',6'-트라이이소프로필바이페닐,
XPhos Pd G2: 클로로(2-다이사이클로헥실포스피노-2',4',6'-트라이이소프로필-1,1'-바이페닐)[2-(2'-아미노-1,1'-바이페닐)]팔라듐(II).
합성 실시예
실시예 1: 3,7-비스(n-헥스-1-인일)다이벤조티오펜(1)
THF(25 mL) 중 3,7-다이브로모다이벤조티오펜(1.7 g, 5.0 mmol) 및 다이이소프로필 아민(27 mL)의 용액을 70℃로 가열하고, XPhos Pd G2(3.9 mg, 0.005 mmol), XPhos(0.006 mmol) 및 CuI(0.95 mg, 0.005 mmol)를 가하고, 이어서 10분 후, n-1-헥신(0.94 g, 11.4 mmol)을 가했다. 이 반응 혼합물을 70℃에서 밤새 교반하고, 여과하고, 진공 중에서 농축시켰다. 잔사를 실리카의 패드(n-헵탄)를 통해 여과하고, 플래시 크로마토그래피(헵탄)로 정제하였다. 생성물을 헵탄으로부터 재결정화시켜, 비스(n-헥스-1-인일)다이벤조티오펜을 무색 결정으로서 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, 클로로폼-d) δ = 7.79 ppm (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.66 (d, J = 1.3 Hz, 2H), 7.26 (dd, J = 8.2, 1.4 Hz, 2H), 2.26 (t, J = 7.0 Hz, 4H), 1.48 - 1.38 (m, 4H), 1.38 - 1.26 (m, 4H), 0.78 (t, J = 7.3 Hz, 6H). EI-MS: 344.2.
상 순서: K 52 I,
Δε: 2.6,
Δn: 0.3220,
Clp: 76.3℃,
γ1: 265 mPa·s,
(모든 값은 ZLI-4792 중 10%로부터 외삽됨).
실시예 1의 합성과 유사하게 하기를 수득하였다:
실시예 2: 비스(n-옥트-1-인일)다이벤조티오펜
1H NMR (400 MHz, 클로로폼-d) δ = 8.02 ppm (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.88 (d, J = 1.3 Hz, 2H), 7.49 (dd, J = 8.2, 1.4 Hz, 2H), 2.47 (t, J = 7.1 Hz, 4H), 1.72 - 1.60 (m, 4H), 1.51 (dq, J = 9.8, 6.9 Hz, 4H), 1.37 (tt, J = 7.5, 3.5 Hz, 8H), 0.99 - 0.91 (m, 6H). EI-MS: 400.1.
상 순서: K 30 I,
Δε: 1.5,
Δn: 0.2756,
Clp: 52.3℃,
γ1: 316 mPa·s,
(모든 값은 ZLI-4792 중 10%로부터 외삽됨).
전술된 합성과 유사하게 하기를 수득하였다:
실시예 3: 3,7-비스(n-헥스-1-인일)다이벤조퓨란(3)
실시예 4: 3,7-비스(n-헥스-1-인일)다이벤조퓨란(4)
동일한 반응 조건 하에, 말단 알킨의 하나의 동족체(homologue)의 첫번째 1/2 당량 및 이어서 말단 알킨의 또다른 동족체의 두번째 1/2 당량을 사용함으로써, 대응 3-브로모-7-요오도다이벤조퓨란 또는 3-브로모-7-요오도다이벤조티오펜을 단계적으로 반응시켜, 하기 화합물을 수득할 수 있다:
실시예 5: 3-(n-헥스-1-인일)-7-옥트-1-인일다이벤조티오펜(5)
실시예 6: 3-(n-헥스-1-인일)-7-옥트-1-인일다이벤조퓨란(5)
용도 실시예
하기 표에 제시되는 조성 및 특성을 갖는 네마틱 액정 매질 N-1을 제조하였다.
혼합물 실시예
혼합물 실시예 M-1을 액정 호스트 물질 N-1 및 합성 실시예 1의 화합물 1로부터 제조하였으며, 혼합물 실시예 M-1은 90 중량%의 N-1 및 10 중량%의 화합물 1로 이루어졌다. 따라서, 혼합물 실시예 M-2는 액정 호스트 물질 N-1(90%) 및 실시예 2(10%)로부터 제조하였고, 혼합물 실시예 M-3 내지 M-6은 각각, 액정 호스트 물질 N-1(90%) 및 실시예 3 내지 6(10%)으로부터 제조하였다.
표 1: 19 GHz(20℃)에서 혼합물 실시예 및 N-1(비교용)의 특성
상기 표 1의 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물을 사용하면, 유전 손실(tanδε r,∥)의 감소 및 조정능(τ)의 개선으로 인해 매질 N-1의 물질 품질(η)이 개선된다.
Claims (12)
- 하기 화학식 I의 화합물:
상기 식에서,
W는 O 또는 S를 나타내고,
R1 및 R2는 H, 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때, 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -C≡C- , -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 이때, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고, 이때 R1 및 R2 중 적어도 하나는 H가 아니고,
L은, 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, 각각 탄소수 10 이하의 알킬, 알콕시, 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬(이때, 하나 이상의 H 원자는 불소로 대체될 수 있음); 또는 각각 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬 또는 사이클로알켄일; 또는 할로겐, CN, OH, 또는 SF5를 나타내고,
r 및 s는, 동일하거나 상이하게, 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 0 또는 1, 특히 바람직하게는 0이다. - 제 1 항에 있어서,
상기 화합물이 하기 화학식 Ia-1 내지 Ia-4의 화합물의 군으로부터 선택되는, 화합물:
상기 식에서, 존재하는 기는 제 1 항에서 제시된 의미를 가진다. - 제 1 항에 있어서,
상기 화합물이 하기 화학식 Ib-1 내지 Ib-4의 화합물의 군으로부터 선택되는, 화합물:
상기 식에서, 존재하는 기는 제 1 항에서 제시된 의미를 가진다. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
R1 및 R2가 탄소수 7 이하의 알킬 또는 알켄일을 나타내고,
L이, 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, F, Cl, CF3, OCF3, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, 사이클로프로필, 또는 사이클로부틸을 나타내는, 화합물. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
- 제 5 항에 있어서,
하기 화학식 II의 화합물을 하나 이상 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
L11은 R11 또는 X11을 나타내고,
L12는 R12 또는 X12를 나타내고,
R11 및 R12는, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 17, 바람직하게는 탄소수 3 내지 10의 비불화된 알킬 또는 비불화된 알콕시, 또는 탄소수 2 내지 15, 바람직하게는 탄소수 3 내지 10의 비불화된 알켄일, 비불화된 알킨일, 비불화된 알켄일옥시 또는 비불화된 알콕시알킬, 바람직하게는 알킬 또는 비불화된 알켄일을 나타내고,
X11 및 X12는, 서로 독립적으로, F, Cl, Br, -CN, -NCS, -SCN, SF5, 탄소수 1 내지 7의 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 또는 탄소수 2 내지 7의 불화된 알켄일, 불화된 알켄일옥시 또는 불화된 알콕시알킬, 바람직하게는 CF3, OCF3, Cl, F 또는 NCS를 나타내고,
p 및 q는, 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고,
Z11 내지 Z13은, 서로 독립적으로, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합을 나타내고,
내지
는, 서로 독립적으로,
를 나타내고,
L13은, 각각의 경우, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 분지쇄 또는 비-분지쇄 알킬, 알켄일 또는 알킨일(이때, 하나 이상의 "-CH2-" 기는 또한, 서로 독립적으로, O로 대체될 수 있음)을 나타내거나, 또는 C3-C6 사이클로알킬, C3-C6 사이클로알켄일, 불화된 알킬 또는 알켄일, 불화된 알콕시 또는 알켄일옥시, F, Cl, Br, CN, NCS, SCN 또는 SF5를 나타낸다. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 화합물의 액정 매질에서의 용도.
- 하기 화학식 I'의 화합물을 말단 알킨과 소노가쉬라(Sonogashira) 반응시키는 것을 특징으로 하는, 제 1 항에 따른 화학식 I의 화합물의 제조 방법:
상기 식에서,
L, r 및 s는 제 1 항에서 화학식 I에 대해 정의된 의미를 갖고,
X1 및 X2는 Cl, Br, I, 알칸설포네이트, 아릴설포네이트 또는 퍼플루오로알칸설포네이트를 나타낸다. - 제 5 항 또는 제 6 항에 따른 액정 매질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 기술용 컴포넌트(component).
- 제 9 항에 있어서,
상기 컴포넌트가 마이크로파 범위에서 작동하기에 적합한 것인, 컴포넌트. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 컴포넌트가, 마이크로파 영역에서 작동가능한 변조(tunable) 위상 천이기(phase shifter), 변조 필터, 변조 정합(matching) 네트워크, 변조 버랙터(varactor) 또는 액정(LC)계 안테나 소자(element)인, 컴포넌트. - 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 컴포넌트를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 안테나 어레이.
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