TWI650311B - 含有亞乙氧基的化合物及其組合物和應用 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種化合物,所述化合物的結構為通式I所示。本發明所述的化合物具有負的介電各向異性。所述化合物結構、性質穩定,具有絕對值大的負介電各向異性、與其他液晶組分相容性好的特點,可廣泛適用於液晶顯示器件中。含有此化合物的液晶組合物可應用於液晶顯示器中,具有明顯大的電壓保持率。
Description
本發明涉及一種化合物,特別是一種含有亞乙氧基的化合物及其在液晶顯示用材料中的應用,屬於化合物領域。
通常情況下,有機化合物的晶體在加熱至熔點時會轉變為透明液體,冷卻至熔點時轉至為晶體。一些特殊結構的有機物在發生相變時,在三維有序晶體和無序液體之間存在一系列低維有序的液體中間相,其既具有液體的流動性,又具有晶體的各向異性,因此稱之為液晶相,具有這種性質的化合物或混合物稱之為液晶。
液晶應用於多種領域,尤其在平板顯示領域,液晶已得到廣泛的應用,隨著資訊產業的快速發展,對液晶顯示裝置的需求量逐年加大,對液晶顯示技術、液晶材料的要求也在不斷提高。
含有液晶性化合物的顯示原件可廣泛用於時鐘、計算器、文書處理器等的顯示器中。這些顯示元件利用了液晶化合物的光學異向性、介電常數異向性等。
液晶相有向列型液晶相、層列型液晶相、膽固醇型液晶相,但最廣泛使用的是利用了向列型液晶相者。而且,顯示方式有動態散射(DS)、配向型變形(DAP)、賓主(GH)、扭轉向列(TN)、超扭轉向列(STN)、薄膜電晶體(TFT)、垂直配向(VA)、橫向電場切換(IPS)、聚
合物穩定配向(PSA)模式等。
與這些顯示方式中所使用的液晶性化合物,於以室溫為中心的較廣的溫度範圍內顯示出液晶相,於使用顯示元件的條件下非常穩定,另外必須具有用以使顯示元件驅動所需的充分的特性,但目前為止尚未發現以單一的液晶性化合物滿足該條件者。
因此,液晶化合物的應用現狀是藉由混合數種至數十種的液晶性化合物而調製具有所要求的特性的液晶組合物。要求這些液晶組合物於使用顯示元件的條件下對通常存在的水分、光、熱、空氣穩定,且對電場或電磁放射亦穩定,另外對混合的化合物亦化學性質穩定。而且,於液晶組合物中,需要其光學異向性(△n)及介電常數異向性(△ε)等特性依存於顯示方式或顯示元件的形狀而具有適當的值。另外,重要的是液晶組合物中的各成分相互的間具有良好的溶解性。
近年來,作為克服液晶顯示元件的最大問題點,即視角狹窄的顯示方式,在顯示方式中關注IPS、VA、OCB、PSA等模式。在這些模式的顯示元件中,特別是VA模式或IPS模式的液晶顯示元件除了視角廣之外,可獲得高對比的顯示,因此被廣泛開發。這些顯示方式的液晶顯示元件中所使用的液晶組合物的特徵在於介電各向異性(△ε)為負。而且,已知負的介電各向異性絕對值大的液晶組合物可降低含有該液晶組合物的液晶顯示元件的驅動電壓。因此,關於作為該液晶組合物的構成成分的液晶性化合物,也要求其具有更大負△ε絕對值。
而且,自先前以來便開始大量研究苯環上的氫經氟取代的液
晶性化合物作為可用於這些運作模式的液晶顯示元件中的具有負介電常數異向性的液晶組合物的成分。
例如,專利文獻JP2004035698A、JP2005537520A、JP2007031694A、JP2007023071A中揭示了(s-4)類化合物,專利文獻JPH09052852A中揭示了(s-5)類化合物,於CN103459552B中揭示了(s-6)類化合物。
以上以IPS模式、VA模式或PSA模式而運作的顯示元件主要由具有負介電各向異性的液晶組合物構成。液晶性化合物具有較大的負介電常數異向性的情形時,可降低含有該化合物的液晶組合物的臨界電壓,因此使用包含具有適當的負介電常數異向性的化合物的組合物的顯示元件的情形時,可降低顯示元件的驅動電壓,且亦可減小消耗電力。
本發明提供一種化合物,所述化合物具有負的介電各向異
性,所述化合物的結構、性質穩定,具有絕對值大的負介電各向異性、與其他液晶組分相容性好的特性,可廣泛適用於液晶顯示器件中。含有此化合物的液晶組合物可應用於液晶顯示器中,具有明顯增大的電壓保持率。
為了實現以上目的,本發明提供化合物,該化合物具有通式I結構:
其中,R1表示碳原子數為1-5的烷基;R2表示碳原子數為1-12的烷基,其中一個或多個的CH2基團可以各自彼此獨立地被氧原子以不彼此直接相連的方式替代;和相同或不同,各自獨立地表示或,所述上一個或多個不相鄰的CH2可被O取代,所述上一個或多個H可被F取代;Z1和Z2相同或不同,各自獨立地表示單鍵、-CH2CH2-、-CH2O-或-OCH2-;m和p相同或不同,各自獨立地表示0、1或2,且m+p2;n表示1-6的整數。
在本發明的一些實施方案中,優選地,n表示2、4或6。作為特別優選方案,n表示2。
在本發明的一些實施方案中,所述通式I的化合物為通式Ⅱ所示的化合物:
其中,R1表示碳原子數為1-5的烷基;R2表示碳原子數為1-12的烷基、烷氧基或烷氧烷基;和相同或不同,各自獨立地表示或,所述上一個或多個不相鄰的CH2可被O取代,所述上一個或多個H可被F取代;Z1和Z2相同或不同,各自獨立地表示單鍵、-CH2CH2-、-CH2O-或-OCH2-;m和p相同或不同,各自獨立地表示0、1或2,且m+p2。
在一些實施方案中,m和p各自獨立地表示0或1。
在一些實施方案中,和各自獨立地表示
在一些實施方案中,Z1和Z2各自獨立地表示單鍵。
在一些實施方案中,R1是甲基。
在一些實施方案中,R2表示碳原子數為1-5的烷基或烷氧
基。
在本發明的一些實施方案中,所述通式Ⅱ的化合物選自由以下化合物組成的組:
以及
其中,R1A、R1B和R1C相同或不同,各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基;R2A、R2B和R2C相同或不同,各自獨立地表示碳原子數為1-12的烷基、烷氧基或烷氧烷基;和相同或不同,各自獨立地表示或,所述上一個或多個不相鄰的CH2可被O取代,所述上一個或多個H可被F取代;Z1和Z2相同或不同,各自獨立地表示單鍵、-CH2CH2-、-CH2O-或-OCH2-;m和p相同或不同,各自獨立地表示1或2。
在本發明的一些實施方案中,所述R2A、R2B和R2C相同或不同,各自獨立地表示碳原子數為1-7的烷基、烷氧基或烷氧烷基。
在本發明的一些實施方案中,所述R2A、R2B和R2C相同或不同,各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基、烷氧基或烷氧烷基。
在本發明的一些實施方案中,和相同或不同,各自獨立地表示
在本發明的一些實施方案中,Z1表示單鍵、-CH2CH2-或-CH2O-;所述Z2表示單鍵。
在一些實施方案中,和相同或不同,各自獨立地表示或
在一些實施方案中,所述Z1表示單鍵。
在一些實施方案中,所述m和p表示1。
在本發明的一些實施方案中,所述通式Ⅱ-1的化合物選自由以下化合物組成的組:;以及
其中,
R1A “、R1A ”和R2A ”相同或不同,各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基;R2A ’表示碳原子數為1-5的烷基或烷氧烷基。
在本發明的一些實施方案中,所述通式Ⅱ-2的化合物選自由以下化合物組成的組:
其中,
R1B ’表示碳原子數為1-5的烷基;
R2B ’表示碳原子數為1-5的烷基、烷氧基或烷氧烷基。
在本發明的一些實施方案中,所述R2B ’碳原子數為1-5的烷基或烷氧烷基。
在本發明的一些實施方案中,所述通式Ⅱ-3的化合物選自由以下化合物組成的組:;以及
其中,
R1C ’、R1C ”和R2C ”相同或不同,各自獨立地表示碳原子數為1-5的烷基;
R2C ’表示碳原子數為1-5的烷基或烷氧烷基。
在本發明的一些實施方案中,優選所述通式Ⅱ-1-1的化合物選自由以下化合物組成的組:
;以及
在本發明的一些實施方案中,優選所述通式Ⅱ-1-2的化合物選自由以下化合物組成的組:
;以及
在本發明的一些實施方案中,優選所述通式Ⅱ-2-1的化合物
選自由以下化合物組成的組:
;以及
在本發明的一些實施方案中,優選所述通式Ⅱ-3-1的化合物選自由以下化合物組成的組:
;以及
在本發明的一些實施方案中,優選所述通式Ⅱ-3-2的化合物選自由以下化合物組成的組:
;以及
僅對上述化合物作簡單的鏈的長短的改變也屬於本發明化合物保護的範圍。
本發明的另一方面還提供了一種液晶組合物,所述液晶組合物包含至少一種通式I及其子通式所示的化合物。
本發明的另一方面提供包含本發明的液晶組合物的液晶顯示器。
有益效果:本發明的化合物具有負的介電各向異性,可作為液晶化合物,具有液晶化合物所必須的一般物性、對熱、光等的穩定性、絕對值大的負介電各向異性及其他液晶化合物的優異的相容性的特點。本發明的化合物與公知的類似結構的化合物相比而言,負介電各向異性的絕對值更大。含有此類化合物的液晶組合物可用於液晶顯示器中,在負介電各向異性相近時,含有此類化合物的液晶組合物具有明顯好的電壓保持率,即具有明顯好的依賴性;在電壓保持率接近時,含有此類化合物的液晶組合物具有明顯大的負介電各向異性值,即更低的閾值電壓。
以下將結合具體實施方案來說明本發明。需要說明的是,下面的實施例為本發明的示例,僅用來說明本發明,而不用來限制本發明。在不偏離本發明主旨或範圍的情況下,可進行本發明構思內的其他組合和各種改良。
為便於表達,以下各實施例中,液晶化合物的基團結構用表1所列的代碼表示:
以如下結構式的化合物為例:
該結構式如用表1所列代碼表示,則可表達為:nCWW,代碼中的n表示左端烷基的C原子數,例如n為“2”,即表示該烷基為-C2H5;代碼中的C代表環己烷基;代碼中的W表示2,3-二氟-1,4-亞苯基。
以下實施例中測試專案的簡寫代號如下:△ε:介電各向異性(1KHz,25℃)
VHR:電壓保持率(%)
其中,△ε=ε∥-ε⊥,其中,ε∥為平行于分子軸的介電常數,ε⊥為垂直于分子軸的介電常數,測試條件:25℃、1KHz、測試盒為TN90型,盒厚7μm。
VHR是使用TOYO6254型液晶物性評價系統測試得;測試溫度為100℃,測試電壓為1V,測試頻率為60Hz。
以下實施例中,除通式I及其子通式相關的化合物外,其餘所使用的化合物單體及相關試劑均可從市場購得。
實施例1
化合物Ⅱ-1-2-2的合成路線如下所示:
其具體製備過程如下:
1)化合物A的合成
500mL三口瓶中,加入11.4g鄰二氟苯、200mL無水THF(四氫呋喃),氮氣保護下降溫至-78℃,滴加42mL正丁基鋰溶液(2.4mol/L正己烷溶液),滴加完畢後,保溫攪拌1h,滴加15.6g 1,4-環己二酮單縮乙二醇溶於100mL無水THF形成的溶液,滴加完畢後,繼續保溫攪拌1h,後處理,水解分液,將油層加入500mL三口瓶中,並加入2g對甲苯磺酸,10mL乙二醇和200mL甲苯,回流分水,反應液溫度達到110℃後,繼續分水3h,後處理,經異丙醇重結晶得到18g白色固體,為化合物A,GC>98%,收率:71%。
2)化合物B的合成
1L催化氫化反應釜中,加入12.5g化合物A、200mL甲苯、200mL乙
醇、2g拉尼鎳催化劑,進行催化氫化反應,6h後,後處理,小心濾除拉尼鎳,蒸除溶劑,以異丙醇重結晶得到11.8g白色固體,為化合物B,GC>98%,收率:94%。
3)化合物C的合成
500mL三口瓶中,加入25.4g化合物B、200mL甲苯,85%甲酸水溶液150mL,在25℃條件下攪拌20小時,後處理,經柱層析提純,得到19g白色固體,為化合物C,GC>97%,收率90%。
4)化合物D的合成
500mL三口瓶中,加入37.6g氯甲醚膦鹽(CH3OCH2ClPPh3)、250mL無水THF,氮氣保護下,降溫至0℃,分批加入12.5g叔丁醇鉀(3g+3g+3g+3.5g),繼續控溫0℃攪拌30min,然後滴加21g化合物C和100mL無水THF的混合物,滴加完畢後,自然升至環境溫度,繼續攪拌6h,後處理,柱層析得到白色固體,為化合物D,GC:92%。
5)化合物E的合成
500mL三口瓶中,加入前述反應所得之化合物D(按0.1mol計算)、200mL THF、100mL 10%鹽酸,控溫40℃攪拌4h,後處理,經柱層析和重結晶提純得到11g白色固體,為化合物E,GC>95%,收率:49%。
6)化合物F的合成
500mL三口瓶中,加入18.8g氯甲醚膦鹽(CH3OCH2ClPPh3)、250mL無水THF,氮氣保護下,降溫至0℃,分批加入6.3g叔丁醇鉀(2g+2g+2.3g),繼續控溫0℃攪拌30min,然後滴加11g化合物A和50mL無水THF的混
合物,滴加完畢後,自然升至環境溫度,繼續攪拌6h,後處理,柱層析得到白色固體,化合物F,GC:90%。
7)化合物G的合成
500mL三口瓶中,加入前述所得之化合物F(按0.05mol計算)、200mL THF、100mL 10%鹽酸,控溫40℃攪拌4h,後處理,經柱層析和重結晶提純得到8.8g白色固體,為化合物G,GC>95%,收率:74%。
8)化合物H的合成
250mL三口瓶中,加入2.1g硼氫化鉀、100mL乙醇,降溫至0℃,滴加8.8g化合物G和50mL乙醇的混合物,攪拌3h,後處理,柱層析提純得到白色固體8.8g,為化合物H,GC:>95%,收率:100%。
9)化合物K的合成
500mL三口瓶中,加入8.8g化合物H、200mL無水THF,氮氣保護下,小心加入4.4g 60%分散於石蠟油的NaH,然後,在氮氣保護下,加熱回流2h,降溫至環境溫度,滴加5.5g化合物J,控溫30-40℃攪拌6h,然後降溫至0℃,滴加50mL無水乙醇進行後處理,分液水洗,經減壓蒸餾得到無色液體3g,為化合物K,GC>97%,收率:32%。
10)化合物L的合成
250mL三口瓶中,加入3g化合物K、100mL無水THF,氮氣保護下,降溫至-78℃,滴加6mL正丁基鋰(2.4mol/L正己烷溶液),滴加完畢後,繼續控溫攪拌1h,然後滴加3.5g硼酸三異丁酯和15mL無水THF的混合物,滴加完畢後,繼續保溫攪拌1h,後處理,得到2.7g類白色固體,為化
合物L,HPLC>95%,收率:77%。
11)化合物Ⅱ-1-2-2的合成
250mL三口瓶中,加入2.6g化合物M、2.7g化合物L、50mL甲苯、25mL乙醇、25mL水、3.8g碳酸鈉、0.04g Pd(PPh3)4,加熱回流6h,後處理,經柱層析提純得到白色固體,為化合物Ⅱ-1-2-2,GC>99%,收率54%。
MS:m/z 410(100%)378(20%)349(21%)335(20%)322(18%)296(51%)283(21%)268(93% 255(36%)。
參考化合物Ⅱ-1-2-2的合成方法,在步驟9中替換化合物J,和/或在步驟11中替換化合物M,可分別製備得以下的化合物:
MS:m/z 422(42%)364(33%)348(37%)279(66%)266(100%)253(44%);
實施例2
化合物Ⅱ-3-2-2的合成路線如下所示:
其具體製備過程如下:
1)化合物D1的合成
500mL三口瓶中,加入37.6g氯甲醚膦鹽(CH3OCH2ClPPh3)、250mL無水THF、氮氣保護下,降溫至0℃,分批加入12.5g叔丁醇鉀(3g+3g+3g+3.5g),繼續控溫0℃攪拌30min,然後滴加14.2g化合物A1
和50mL無水THF的混合物,滴加完畢後,自然升至環境溫度,繼續攪拌6h,後處理,柱層析得到淡黃色液體,為化合物B1,GC:91%(順式+反式)。
500mL三口瓶中,加入上步所得之淡黃色液體化合物B1(按0.1mol計算)、200mL THF、100mL 10%鹽酸,控溫40℃攪拌4h,後處理,經柱層析得到淡黃色液體,為化合物C1,GC:90%。
500mL三口瓶中,加入5.4g硼氫化鉀、200mL乙醇,降溫至0℃,滴加上步所得化合物C1(按0.1mol計算)和50mL乙醇的混合物,攪拌3h,後處理,減壓蒸餾得到無色液體12g,為化合物D1,GC:97%,收率:76%。
2)化合物E1的合成
500mL三口瓶中,加入12g化合物D1、200mL無水THF,氮氣保護下,小心加入9g 60%分散於石蠟油的NaH,然後,在氮氣保護下,加熱回流2h,降溫至環境溫度,滴加11g化合物J,控溫30-40℃攪拌6h,然後降溫至0℃,滴加50mL無水乙醇進行後處理,分液水洗,經減壓蒸餾得到無色液體4.4g,為化合物E1,GC:97%,收率:34%。
3)化合物F1的合成
250mL三口瓶中,加入4.4g化合物E1、100mL無水THF,氮氣保護下,降溫至-78℃,滴加13mL正丁基鋰(2.4mol/L正己烷溶液),滴加完畢後,繼續控溫攪拌1h,然後滴加7.2g硼酸三異丁酯和25mL無水THF的混合物,滴加完畢後,繼續保溫攪拌1h,後處理,得到4g類白色固體,為化合物F1,HPLC>95%,收率:72%。
4)化合物Ⅱ-3-2-2的合成
250mL三口瓶中,加入4g化合物F1、5.2g化合物M、50mL甲苯、25mL乙醇、25mL水、7.8g碳酸鈉,氮氣保護下,加入0.1g Pd(PPh3)4,加熱回流6h,後處理,經柱層析提純得到白色固體,為化合物Ⅱ-3-2-2,3.3g,GC>99%,收率:54%。
MS:m/z 328(100%)283(65%)268(12%)255(83%)
參考化合物Ⅱ-3-2-2的合成方法,在步驟2中替換化合物J,和/或在步驟4中替換化合物M,可分別製備得以下的化合物:
MS:m/z 298(100%)267(6%)253(83%);
MS:m/z 356(87%)300(50%)268(8%)255(100%);
MS:m/z 356(82%)283(85%)268(9%)255(100%);
實施例3
化合物Ⅱ-2-1-3的合成路線如下所示:
其具體製備過程如下:250mL三口瓶中,加入3.6g化合物M2(4-丙基環己基-2,3-二氟碘苯)、2.1g化合物F1、50mL甲苯、25mL乙醇、25mL水、4.2g碳酸鈉、0.05g Pd(PPh3)4,加熱回流6h,後處理,經柱層析提純得到無色液體,為化合物Ⅱ-2-1-3,2.3g,GC>99%,收率56%。
MS:m/z 408(100%)363(50%)265(25%)252(42%)239(18%)
參考化合物Ⅱ-2-1-3的合成方法,在上述反應中替換化合物M2和/或化合物F1,可分別製備以下化合物:
MS:m/z 422(100%)377(56%)265(20%)252(33%)239(14%);
實施例4
使用上述實施例中合成方法得到的化合物Ⅱ-3-2-2、化合物Ⅱ-2-1-3、化合物Ⅱ-1-2-2分別與母體液晶(host)按照重量比10%:90%混合,得到混合物M1、M2、M3,另將上述化合物與Host按照重量比30%:70%混合,得到混合物N1、N2、N3。將化合物4PWO2、化合物3C1OWO2、化合物4CWWO2分別與Host按照重量比10%:90%混合,得到混合物M4、M5、M6,另將上述化合物與Host按照重量比30%:70%混合,得到混合物N4、N5、N6。分別測試混合物M1、M2、M3、M4、M5和M6的△ε,混合物N1、N2、N3、N4、N5和N6的VHR值,並外推出化合物Ⅱ-3-2-2、化合物Ⅱ-2-1-3、化合物Ⅱ-1-2-2、4PWO2、3C1OWO2、4CWWO2的△ε如下:
母體液晶為下述化合物按照比例混合所得:
從以上資料可以看出,化合物Ⅱ-3-2-2、化合物Ⅱ-2-1-3、化合物Ⅱ-1-2-2與已知負介電化合物4PWO2,3C1OWO2,4CWWO2相比,應用於液晶組合物中時,在負介電接近的情況下,具有明顯好的VHR數值,即具有明顯好的信賴性;在VHR數值接近的情況下,具有明顯大的負介電絕對數值。
以上所述,僅是本發明的較佳實施例而已,並非對本發明作任何形式上的限制,雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然而並非用以限定本發明,任何熟悉本專業的技術人員,在不脫離本發明技術方案範圍內,當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例,但凡是未脫離本發明技術方案內容,依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾,均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
Claims (11)
- 一種具有通式I結構的化合物:
- 如申請專利範圍第1項所述之化合物,其中,該通式I的化合物為通式Ⅱ所示的化合物:
- 如申請專利範圍第2項所述之化合物,其中,該通式Ⅱ的化合物選自由以下化合物組成的組:
- 如申請專利範圍第3項所述之化合物,其中,該通式Ⅱ-1的化合物選自由以下化合物組成的組:
- 如申請專利範圍第3項所述之化合物,其中,該通式Ⅱ-2的化合物選自由以下化合物組成的組:
- 如申請專利範圍第3項所述之化合物,其中,該通式Ⅱ-3的化合物選自由以下化合物組成的組:
- 如申請專利範圍第4項所述之化合物,其中,該通式Ⅱ-1-1的化合物選自由以下化合物組成的組:
- 如申請專利範圍第5項所述之化合物,其中,該通式Ⅱ-2-1的化合物選自由以下化合物組成的組:
- 如申請專利範圍第6項所述之化合物,其中,該通式Ⅱ-3-1的化合物選自由以下化合物組成的組:
- 一種液晶組合物,其包含如申請專利範圍第1-9項中任一項所述之化合物。
- 一種液晶顯示器,其包含如申請專利範圍第10項所述之液晶組合物。
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