WO2010092989A1 - テトラカルボン酸誘導体、その製造方法、及び液晶配向剤 - Google Patents

テトラカルボン酸誘導体、その製造方法、及び液晶配向剤 Download PDF

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    • C07C2601/04Systems containing only non-condensed rings with a four-membered ring

Definitions

  • the present invention relates to a novel tetracarboxylic acid dialkyl ester, a bis (chlorocarbonyl) compound obtained by chlorinating the same, a production method thereof, and a liquid crystal aligning agent containing polyamic acid and / or polyimide using these compounds as raw materials.
  • Tetracarboxylic acid dialkyl esters and tetracarboxylic acid derivatives such as chlorinated bis (chlorocarbonyl) compounds are important substances that serve as raw materials for polyamide, polyester, polyimide, and the like.
  • chlorinated bis (chlorocarbonyl) compounds are important substances that serve as raw materials for polyamide, polyester, polyimide, and the like.
  • bis (chlorocarbonyl) cyclobutanedicarboxylic acid dimethyl ester and diamine are reacted to obtain polyamic acid methyl ester, and then heated to obtain a polyimide. Examples have been reported (see Non-Patent Document 1).
  • a liquid crystal display element used for a liquid crystal television, a liquid crystal display or the like is usually provided with a liquid crystal alignment film for controlling the alignment state of the liquid crystal in the element.
  • this liquid crystal alignment film is a so-called rubbing method in which the surface of a polyimide film formed on an electrode substrate is rubbed in one direction with a cloth such as cotton, nylon or polyester. It is produced by processing.
  • the method of rubbing the polyimide film is an industrially useful method that is simple and excellent in productivity.
  • Non-Patent Document 2 As a mechanism of liquid crystal alignment by the photo-alignment method, one utilizing a photoisomerization reaction, one utilizing a photocrosslinking reaction, one utilizing a photolysis reaction, and the like have been proposed (see Non-Patent Document 2).
  • Patent Document 1 proposes that a polyimide having an alicyclic structure such as a cyclobutane ring in the main chain is used for the photo-alignment method.
  • a polyimide having an alicyclic structure such as a cyclobutane ring in the main chain is used for the photo-alignment method.
  • the photo-alignment method as described above is advantageous in that it can be produced industrially by a simple manufacturing process as a rubbing-less alignment treatment method, and has attracted attention as a new liquid crystal alignment treatment method.
  • the liquid crystal alignment film subjected to the alignment treatment by the rubbing method has high anisotropy with respect to the rubbing direction because the polymer chain is stretched by physical force.
  • the higher the anisotropy the higher the liquid crystal alignment regulating power.
  • the liquid crystal alignment film obtained by the photo-alignment method has a problem that the anisotropy with respect to the alignment treatment direction of the polymer film is smaller than that by rubbing.
  • the present invention relates to a novel tetracarboxylic acid dialkyl ester having an alkyl group on a cyclobutane ring, a novel bis (chlorocarbonyl) compound obtained by chlorinating the same, a production method thereof, and production of these specific isomers It aims to provide a method.
  • Another object of the present invention is to provide a liquid crystal aligning agent containing polyamic acid and / or polyimide using the bis (chlorocarbonyl) compound as a raw material.
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • 8 The production method according to any one of 5 to 7 above, wherein the tetracarboxylic dianhydride and the alcohol having 1 to 5 carbon atoms are reacted in the presence of an acidic compound or a basic compound. 9. 8. The production method according to any of 5 to 7, wherein tetracarboxylic dianhydride and an alcohol having 1 to 5 carbon atoms are reacted in the presence of a basic compound. 10.
  • 14 The production method according to any one of 10 to 13 above, wherein the tetracarboxylic acid dialkyl ester and the chlorinating agent are reacted in the presence of a basic compound. 15. 14.
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 6 represents a monovalent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms.
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • 20. A liquid crystal alignment film obtained by irradiating a film obtained by applying and baking the liquid crystal aligning agent according to any one of 16 to 19 above with polarized radiation.
  • 20. A method for producing a liquid crystal alignment film, wherein a film obtained by applying and baking the liquid crystal aligning agent according to any one of 16 to 19 is irradiated with polarized radiation.
  • a novel tetracarboxylic acid dialkyl ester having an alkyl group on the cyclobutane ring and a novel bis (chlorocarbonyl) compound having an alkyl group on the cyclobutane ring can be obtained. Furthermore, these specific isomers can be produced efficiently.
  • the liquid crystal aligning agent according to the present invention does not undergo a decomposition reaction of the polymer chain at the time of heating imidization, and a highly ordered polymer film is obtained. A liquid crystal alignment film having properties can be obtained.
  • the liquid crystal alignment film according to the present invention is stable against the external environment such as temperature and humidity, and has a high voltage holding ratio and a low ion density at a high temperature when it is used as a liquid crystal display device.
  • a liquid crystal display element having display characteristics can be obtained.
  • FIG. 5 is an ORTEP diagram of the single crystal X-ray analysis result of the compound (2-1).
  • the tetracarboxylic acid dialkyl ester of the present invention is a compound represented by the following general formula [1] or [2].
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • n represents 1 to 4
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a normal propyl group, an isopropyl group, a normal butyl group, a secondary butyl group, an isobutyl group, and a tertiary butyl group. And a normal pentyl group.
  • R 1 has a small number of carbon atoms and is easily released, more preferably a methyl group.
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a normal propyl group, an isopropyl group, a normal butyl group, a secondary butyl group, an isobutyl group, and a tertiary butyl group. And a normal pentyl group.
  • n represents 1 to 4, and is preferably 2.
  • tetracarboxylic acid dialkyl ester of the present invention when R 2 is a methyl group and n is 2 are shown below, but the tetracarboxylic acid dialkyl ester of the present invention is not limited thereto.
  • a1 to a4 and b1 to b4 represent the respective positions shown in the following formula [6], and the symbols in the table have the following meanings, respectively.
  • Me methyl group, Et: ethyl group, Pr-n: normal propyl group, Pr-iso: isopropyl group, Bu-n: normal butyl group, Bu-sec: secondary butyl group, Bu-iso: isobutyl group, Bu- t: tertiary butyl group, Pen-n: normal pentyl group, OMe: methoxy group, OEt: ethoxy group, OPr-n: normal propyl ether group, OPr-iso: isopropyl ether group, OBu-n: normal butoxy group, OBu-sec: secondary butoxy group, OBu-iso: isobutoxy group, OBu-t: tertiary butoxy group, OPen-n: normal pentyl ether group
  • n 2
  • R 2 is an ethyl group, a normal propyl group, an isopropyl group, a normal butyl group, a secondary butyl group, an isobutyl group, a tertiary butyl group, or a normal pentyl group
  • Me in b1 to b4 in the table is replaced with Et, Pr-n, Pr-iso, Bu-n, Bu-sec, Bu-iso, Bu-t, or Pen-n, respectively.
  • tetracarboxylic acid dialkyl ester of the present invention particularly preferred compounds from the viewpoint of the ease of synthesis and yield of the compounds are represented by the following formulas [1-a], [2-a], or [2-b]. It is a compound.
  • a tetracarboxylic acid dialkyl ester represented by [1-a] is preferable from the viewpoint of obtaining a high molecular weight and low dispersion polymer.
  • the tetracarboxylic acid dialkyl ester of the present invention is produced by reacting tetracarboxylic dianhydride [5] with an alcohol having 1 to 5 carbon atoms represented by R 1 OH as shown in the following reaction formula. can do.
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • n is 1 to 4
  • the above reaction can be carried out in the corresponding alcohol (R 1 OH), and a solvent can be used if necessary.
  • the solvent is not particularly limited as long as it is inert to the reaction.
  • hydrocarbons such as hexane, heptane or toluene, halogenated hydrocarbons such as chloroform, 1,2-dichloroethane or chlorobenzene, diethyl ether or Examples include ethers such as 1,4-dioxane, esters such as ethyl acetate, ketones such as acetone or methyl ethyl ketone, nitriles such as acetonitrile or propionitrile, and mixtures thereof.
  • ethyl acetate or acetonitrile is mentioned, More preferably, it is acetonitrile.
  • the alcohol (R 1 OH) is generally used in an amount of 2 to 100 times mol, preferably 2 to 40 times mol, more preferably 2 to 20 times mol, relative to the tetracarboxylic dianhydride [5].
  • the above reaction proceeds under neutral conditions, but a base or acid may be added.
  • the base or acid is not particularly limited.
  • the base examples include inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate or sodium hydrogen carbonate, triethylamine, pyridine, quinoline, 8-quinolinol, 1,10-phenanthroline, bathophenanthroline, bathocuproine, 2 , 2′-bipyridyl, 2-phenylpyridine, 2,6-diphenylaminopyridine, 2-dimethylaminopyridine, 4-dimethylaminopyridine, 2- (2-hydroxylethyl) pyridine, N, N-dimethylaniline, 1, Organic bases such as 8-diazabicyclo [5,4,0] -7-undene (DBU), and metal alkoxides such as sodium methoxide, potassium methoxide or potassium t-butoxide.
  • inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate or sodium hydrogen carbonate, triethylamine, pyridine, quinoline, 8-quinolino
  • Acids include heteropolyacids such as phosphomolybdic acid and phosphotungstic acid, organic acids such as trimethylborate and triphenylphosphine, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, hydrocarbons such as formic acid, acetic acid and p-toluenesulfonic acid Examples include acids and halogen-based hydrocarbon acids such as trifluoroacetic acid.
  • p-toluenesulfonic acid, phosphoric acid, or acetic acid is used.
  • the base or acid is usually used in an amount of 0 to 100-fold mol, preferably 0.01 to 10-fold mol based on tetracarboxylic dianhydride [5].
  • the reaction temperature is not particularly limited but is, for example, ⁇ 90 to 200 ° C., preferably ⁇ 30 to 100 ° C.
  • the reaction time is usually 0.05 to 200 hours, preferably 0.5 to 100 hours.
  • tetracarboxylic acid dialkyl esters of the present invention in which n is 2 in the general formula [1] or [2], the above-mentioned formula [1-a], [2-a], Alternatively, a method for efficiently producing each of the compounds represented by the formula [2-b] will be described below.
  • a tetracarboxylic acid represented by the following formula [5-a] is used as the tetracarboxylic dianhydride [5] in the above reaction formula. It can be produced by using a dianhydride.
  • the selectivity and the reaction rate of the formula [2-b] can be improved by adding a base or an acid to react, and more preferably a basic compound is added.
  • a base or an acid to react, and more preferably a basic compound is added.
  • examples of the base or acid used at this time include those exemplified above, and preferred bases or acids and preferred addition amounts are also as described above.
  • the present invention is characterized in that the target product produced by the reaction can be easily separated.
  • the alcohol used is distilled off after completion of the reaction, the precipitated crystals are heated to reflux in an organic solvent, and then cooled to cool the precipitated crystals.
  • primary crystals of the high purity product of the formula [1-a] are obtained.
  • organic solvent for example, toluene, acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / n-heptane mixed solution, ethyl acetate / various alcohol mixed solution, acetonitrile / various alcohol mixed solution and the like can be used.
  • Acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / various alcohol mixtures, or acetonitrile / various alcohol mixtures are preferable.
  • various alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropanol and the like.
  • the purity of the primary crystal can be further increased by washing and recrystallization.
  • the recrystallization method include a method of adding an organic solvent to the primary crystal and heating, followed by ice cooling, filtration, and drying.
  • the organic solvent for example, toluene, acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / n-heptane mixed solution, ethyl acetate / various alcohol mixed solution, acetonitrile / various alcohol mixed solution and the like can be used.
  • Acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / various alcohol mixtures, or acetonitrile / various alcohol mixtures are preferable.
  • Examples of various alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropanol and the like.
  • the amount of the organic solvent used for obtaining these primary crystals is usually used in an amount of 2 to 20 times that based on the weight when the desired product is obtained from the raw material in a yield of 100%. Further, when it is desired to improve the yield, it is preferable to reduce the amount of organic solvent used, and when it is desired to obtain a high purity product, it is preferable to increase the amount of organic solvent used. Considering these yields and purity, 2.5 to 5 times is more preferable.
  • a high purity product of the formula [2-a] can be obtained by washing and recrystallizing the filtrate when the primary crystals are obtained. That is, the solvent of the obtained filtrate was distilled off, and the precipitated crystals were heated to reflux in an organic solvent and then cooled, and the precipitated crystals were collected by filtration, washed and dried to obtain the target formula [2-a]. Secondary crystals of high purity are obtained.
  • the organic solvent for example, toluene, acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / n-heptane mixed solution, ethyl acetate / various alcohol mixed solution, acetonitrile / various alcohol mixed solution and the like can be used.
  • Acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / various alcohol mixtures, or acetonitrile / various alcohol mixtures are preferable.
  • various alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropanol and the like.
  • the purity of the secondary crystals can be further increased by washing and recrystallization.
  • the recrystallization method include a method in which an organic solvent is added to the secondary crystal and heated, followed by ice cooling, filtration, and drying.
  • organic solvent for example, toluene, acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / n-heptane mixed solution, ethyl acetate / various alcohol mixed solution, acetonitrile / various alcohol mixed solution and the like can be used.
  • Acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / various alcohol mixtures, or acetonitrile / various alcohol mixtures are preferable.
  • various alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropanol and the like.
  • the amount of the organic solvent used for obtaining these secondary crystals is usually the weight obtained by subtracting the weight of the primary crystals taken out from the weight when the target product was obtained from the raw material in a yield of 100%. 2 to 20 times the amount. Further, when it is desired to improve the yield, it is preferable to reduce the amount of organic solvent used, and when it is desired to obtain a high purity product, it is preferable to increase the amount of organic solvent used. In view of these yields and purity, 2.5 to 5 times the amount is more preferable.
  • the alcohol used is distilled off after completion of the reaction, the precipitated crystals are heated to reflux in an organic solvent, and then cooled to cool the precipitated crystals by filtration and washing. When dried, a high-purity primary crystal of the formula [2-b] is obtained.
  • the organic solvent for example, toluene, acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / n-heptane mixed solution, ethyl acetate / various alcohol mixed solution, acetonitrile / various alcohol mixed solution and the like can be used.
  • Acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / various alcohol mixtures, or acetonitrile / various alcohol mixtures are preferable.
  • the purity of the primary crystal can be further increased by a washing method or a recrystallization method. Examples of the washing method include a method in which an organic solvent is added to the primary crystal and heated, followed by ice cooling, filtration, and drying.
  • organic solvent for example, toluene, acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / n-heptane mixed solution, ethyl acetate / various alcohol mixed solution, acetonitrile / various alcohol mixed solution and the like can be used.
  • Acetonitrile, ethyl acetate, ethyl acetate / various alcohol mixtures, or acetonitrile / various alcohol mixtures are preferable.
  • various alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropanol and the like.
  • the amount of the organic solvent used for obtaining these primary crystals is usually used in an amount of 2 to 20 times that based on the weight when the desired product is obtained from the raw material in a yield of 100%. Further, when it is desired to improve the yield, it is preferable to reduce the amount of organic solvent used, and when it is desired to obtain a high purity product, it is preferable to increase the amount of organic solvent used. In view of these yields and purity, 2.5 to 5 times the amount is more preferable.
  • the bis (chlorocarbonyl) compound of the present invention is a compound represented by the following general formula [3] or [4].
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • n represents 1 to 4
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a normal propyl group, an isopropyl group, a normal butyl group, a secondary butyl group, an isobutyl group, and a tertiary butyl group. And a normal pentyl group.
  • R 2 has a small number of carbon atoms and is easily released, more preferably methyl. It is a group.
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a normal propyl group, an isopropyl group, a normal butyl group, a secondary butyl group, an isobutyl group, and a tertiary butyl group. And a normal pentyl group.
  • n represents 1 to 4, and is preferably 2.
  • Me methyl group, Et: ethyl group, Pr-n: normal propyl group, Pr-iso: isopropyl group, Bu-n: normal butyl group, Bu-sec: secondary butyl group, Bu-iso: isobutyl group, Bu- t: tertiary butyl group, Pen-n: normal pentyl group, OMe: methoxy group, OEt: ethoxy group, OPr-n: normal propyl ether group, OPr-iso: isopropyl ether group, OBu-n: normal butoxy group, OBu-sec: secondary butoxy group, OBu-iso: isobutoxy group, OBu-t: tertiary butoxy group, OPen-n: normal pentyl ether group
  • the polymer using the high-purity product of the formula [3-a] is higher than the polymer using the high-purity product of the formula [4-a] or a mixture of the formula [3-a] and the formula [4-a]. Since it is possible to obtain a high molecular weight and low dispersion polymer, the compound represented by the formula [3-a] is preferable from the viewpoint of obtaining a high molecular weight and low dispersion polymer.
  • the bis (chlorocarbonyl) compound [3] or compound [4] of the present invention chlorinates the tetracarboxylic acid dialkyl ester represented by the formula [1] or the formula [2] as shown in the following reaction formula. Can be manufactured.
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • n represents 1 to 4
  • the substitution position of R 2 in the formula [3] and the formula [4] represents the same substitution position as the corresponding formula [1] and the formula [2]. That is, the bis (chlorocarbonyl) compound [3-a] can be produced by chlorinating the tetracarboxylic acid dialkyl ester [1-a].
  • the compound [4-a] Compound [4-b] can be produced by chlorinating compound [2-b] by chlorinating -a].
  • chlorinating agent examples include thionyl chloride, oxalyl chloride, phosgene, chlorine, phosphorus oxychloride, phosphorus pentachloride, N-chlorosuccinimide and the like.
  • thionyl chloride, oxalyl chloride, phosgene, chlorine, phosphorus oxychloride, or phosphorus pentachloride is used.
  • More thionyl chloride, oxalyl chloride, or phosgene is used.
  • the chlorinating agent is usually used in an amount of 2 to 100 times mol, preferably 2 to 30 times mol, more preferably 2 to 3 times mol, of the tetracarboxylic acid dialkyl ester.
  • the above reaction can be carried out in a chlorinating agent such as thionyl chloride, but a solvent can be used if necessary.
  • the solvent is not particularly limited as long as it is inert to the reaction.
  • hydrocarbons such as hexane, heptane or toluene, halogenated hydrocarbons such as chloroform, 1,2-dichloroethane or chlorobenzene, diethyl ether Or ethers such as 1,4-dioxane, esters such as ethyl acetate, ketones such as acetone or methyl ethyl ketone, nitriles such as acetonitrile or propionitrile, and mixtures thereof.
  • hexane, heptane, or toluene is used. More preferably, hexane or heptane is used.
  • the above reaction proceeds even without a catalyst, but by adding a catalyst, the amount of chlorinating agent used can be reduced and the reaction can be accelerated.
  • the catalyst include organic bases such as triethylamine, pyridine, quinoline, N, N-dimethylaniline, N, N-dimethylformamide, and metals such as sodium methoxide, potassium methoxide or potassium t-butoxide. Although alkoxide is mentioned, it is not limited to these.
  • triethylamine, pyridine, or N, N-dimethylformamide is used. More preferably, pyridine is used.
  • These catalysts are generally used in an amount of 0 to 100 times mol, preferably 0.01 to 10 times mol for the tetracarboxylic acid dialkyl ester.
  • the reaction temperature is not particularly limited, but is usually ⁇ 90 to 200 ° C., preferably ⁇ 30 to 100 ° C., more preferably 50 to 80 ° C.
  • the reaction time is usually 0.05 to 200 hours, preferably 0.5 to 100 hours, more preferably 0.5 to 5 hours.
  • the bis (chlorocarbonyl) compound obtained as described above can be isolated and purified as follows, for example. After completion of the reaction, the remaining chlorinating agent is distilled off, and then a certain amount of solvent is added and heated and stirred. Thereafter, the crystals precipitated by cooling are collected by filtration, washed and dried to obtain primary crystals of the desired product.
  • the crystals are dissolved, and if necessary, the insoluble matter is further filtered by hot filtration, and then the same operation is performed to obtain a higher-purity target product.
  • the chlorinating agent is easier to distill off than the solvent used, after the chlorinating agent and the solvent remaining after the completion of the reaction are distilled off, a residual solution is heated to dissolve the crystals or heat and stir. After cooling, the precipitated crystals are collected by filtration, washed and dried to obtain primary crystals of the target product.
  • the temperature at the time of distilling off the solvent and at the time of dissolution by heating or at the time of heating and stirring is, for example, 30 to 100 ° C., preferably 30 to 50 ° C.
  • organic solvent for example, toluene, acetonitrile, ethyl acetate, n-hexane, n-heptane, an ethyl acetate / n-heptane mixed solution, an ethyl acetate / n-hexane mixed solution, or the like can be used.
  • N-hexane or n-heptane, an ethyl acetate / n-hexane mixture, or an ethyl acetate / n-heptane mixture is preferred.
  • the purity of the primary crystal can be further increased by a washing method or a recrystallization method.
  • toluene, acetonitrile, ethyl acetate, n-hexane, n-heptane, ethyl acetate / n-heptane mixed solution, ethyl acetate / n-hexane mixed solution or the like is added to the primary crystal, and the crystals are heated. After being dissolved, a high purity product can be obtained by ice cooling, filtration and drying.
  • the desired product can be obtained by distilling off the remaining chlorinating agent after the reaction and distilling the remaining liquid.
  • a chlorination reaction is carried out using a high-purity single stereoisomer [1] obtained by purifying the raw material tetracarboxylic acid dialkyl ester, and after completion of the reaction, the same procedure as described above is followed. 3] can be obtained in high yield.
  • a high purity single stereoisomer [2] a high purity compound [4] can be obtained in a high yield.
  • the tetracarboxylic acid dialkyl ester or bis (chlorocarbonyl) compound of the present invention obtained as described above can be used as a monomer raw material for polyamide, polyimide, polyester and the like.
  • polyamides can be obtained by polycondensing the tetracarboxylic acid dialkyl ester of the present invention and various diamine compounds in the presence of a condensing agent, or by reacting the bis (chlorocarbonyl) compound of the present invention with various diamine compounds. Can be synthesized.
  • a polyimide can also be synthesize
  • polyester can be synthesized by using various dialcohol compounds instead of the diamine compounds.
  • these compounds of the present invention can provide a polyimide, polyamide or polyester having an alkyl group on a cyclobutane ring, which is useful in the field of materials.
  • a liquid crystal alignment film obtained by a photo-alignment method using an anisotropic photodecomposition reaction of polyimide by polarized radiation generally has anisotropy with respect to the alignment direction of polymer chains as compared with that by rubbing. Get smaller. This is considered to be due to the fact that the molecular weight of the polyimide is lowered by the photodecomposition reaction and that many low molecular weight components exist in addition to the orientation direction.
  • a polyamic acid is used as the polyimide precursor, a reverse reaction to diamine and acid dianhydride proceeds simultaneously with imidization during firing, and the molecular weight of the resulting polyimide is lower than that of the original polyamic acid.
  • the polyamic acid obtained from acid dianhydride and diamine has four types of structures with different amide bond bonding positions as shown in the following formulas (A), (B), (C), (D), In addition, these structures are present randomly in the molecular chain.
  • Polyamic acid coating film can be dehydrated and ring-closed by firing to form polyimide, but if imidization does not proceed completely, the polyamic acid in which the above four types of structures are present at random remains. The order of the polymer chain is reduced.
  • the inventors of the present invention have used a polyimide precursor that has a high order of polymer chains and that does not have a reduced molecular weight during firing. It has been found that a polyimide film having high anisotropy can be obtained. Specifically, by using, as a liquid crystal aligning agent, a highly symmetrical polyamic acid ester obtained by using a highly symmetrical acid chloride and diamine with controlled substitution positions of the chlorocarbonyl group and the ester group on the cyclobutane ring, Also in the photo-alignment method, it discovered that the polyimide film which has high anisotropy with respect to the alignment process direction was obtained, and based on this knowledge, this invention was completed.
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 represent a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, which may be the same or different. May be.
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a normal propyl group, an isopropyl group, a normal butyl group, a secondary butyl group, an isobutyl group, a tertiary butyl group, and a normal pentyl group.
  • the polyamic acid ester has a higher temperature at which imidization proceeds as the number of carbon atoms increases, such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group. Therefore, from the viewpoint of easiness of imidization by heat, a methyl group or an ethyl group is preferable, and a methyl group is particularly preferable.
  • R 2 , R 3 , R 4 and R 5 represent a hydrogen atom and a monovalent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, and may be the same or different.
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group include an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a t-butyl group, a hexyl group, an octyl group, and a decyl group; a cycloalkyl group such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; A bicycloalkyl group such as a cyclohexyl group; an alkenyl group such as a vinyl group, a 1-propenyl group, a 2-propenyl group, an isopropenyl group, a 1-methyl-2-propenyl group, a 1 or 2 or 3-butenyl group, a hexenyl group; Examples thereof include aryl groups such as phenyl group, xylyl group, tolyl group, biphenyl group and naphthyl group; aralkyl
  • some or all of the hydrogen atoms of these monovalent hydrocarbon groups are halogen atoms, phosphate ester groups, ester groups, thioester groups, amide groups, nitro groups, organooxy groups, organosilyl groups, organothio groups, It may be substituted with an acyl group, an alkyl group, a cycloalkyl group, a bicycloalkyl group, an alkenyl group, an aryl group, an aralkyl group, or the like.
  • R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are preferably a substituent having a small steric hindrance, and particularly preferably a hydrogen atom or a methyl group.
  • all of R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are the same substituent, or R 2 , R 4, and R 3 and R 5 are preferably the same substituent.
  • Specific examples of the configuration of R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , chlorocarbonyl group and ester group include the following formulas (106) to (121).
  • Specific structures of the acid chloride when one or more of R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 in the formula (101) are hydrogen atoms include the following formulas (122) to (129). It is done.
  • the formula (126) or (127) is preferable. Further, by substituting the chlorocarbonyl group and R 2 or R 4 with the same carbon of the cyclobutane ring, isomerization due to heat is suppressed, and the symmetry of the monomer or polymer is not lost even at high temperatures. 126) is particularly preferred. In addition, when R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are the same substituent, the symmetry of the acid chloride is improved and a highly ordered polyamic acid ester is obtained. Therefore, the following formula (102) is preferable. .
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • R 6 represents a monovalent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms.
  • Examples of the monovalent hydrocarbon group include structures similar to those exemplified as the structures of R 2 , R 3 , R 4 and R 5 . From the above, as a specific example of the acid chloride represented by the formula (101), the formula (103) or (104) is particularly preferable.
  • the acid chloride of formula (101) can be synthesized by a two-stage reaction of esterification of tetracarboxylic dianhydride and chlorination of carboxylic acid as described below.
  • the esterification reaction in the first stage can be performed by reacting tetracarboxylic dianhydride with an alcohol represented by R 1 OH.
  • the reaction temperature is, for example, ⁇ 90 to 200 ° C., preferably ⁇ 30 to 100 ° C.
  • the reaction time is, for example, 0.5 to 200 hours, preferably 0.5 to 100 hours.
  • the alcohol used in this reaction is, for example, 2 to 100 times mol, preferably 2 to 40 times mol, more preferably 2 to 20 times mol based on tetracarboxylic dianhydride.
  • the purification method include various purification methods such as recrystallization and column chromatography, and purification by recrystallization is preferable from the viewpoint of simplicity of operation.
  • Various organic solvents can be combined as the recrystallization solvent.
  • the second-stage chlorination reaction can be performed by reacting the ester obtained above with a chlorinating agent in the presence of an organic solvent.
  • the reaction temperature is, for example, ⁇ 90 to 200 ° C., preferably ⁇ 30 to 100 ° C., more preferably 50 to 80 ° C.
  • the reaction time is, for example, 0.5 to 200 hours, preferably 0.5 to 100 hours, more preferably 0.5 to 5 hours.
  • the chlorinating agent used in this reaction is, for example, 2 to 100 times mol, preferably 2 to 30 times mol, more preferably 2 to 3 times mol, of the ester.
  • chlorinating agent examples include thionyl chloride, oxalyl chloride, phosgene, chlorine, phosphorus oxychloride, phosphorus pentachloride, N-chlorosuccinimide and the like.
  • the reaction solvent is not particularly limited as long as it is inert to the reaction.
  • hydrocarbons such as hexane, heptane, or toluene, and halogenated hydrocarbons such as chloroform, 1,2-dichloroethane, or chlorobenzene.
  • Ethers such as diethyl ether or 1,4-dioxane, esters such as ethyl acetate, ketones such as acetone or methyl ethyl ketone, nitriles such as acetonitrile or propionitrile, and mixtures thereof.
  • the chlorination reaction proceeds even without a catalyst, but the addition of a catalyst can reduce the amount of chlorinating agent used and can accelerate the reaction.
  • the catalyst examples include organic bases such as triethylamine, pyridine, quinoline, N, N-dimethylaniline, N, N-dimethylformamide, and metal alkoxides such as sodium methoxide, potassium methoxide or potassium t-butoxide. It is done. These catalysts are used in an amount of, for example, 0 to 100 times mol, preferably 0.01 to 10 times mol for the ester. Since the molecular weight of the polyamic acid ester obtained increases as the purity of the acid chloride increases, it is preferable to purify the reaction product after the chlorination reaction. Examples of the purification method include recrystallization, and the recrystallization solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent that does not react with acid chloride.
  • the polyamic acid ester used in the liquid crystal aligning agent of the present invention is obtained by a reaction between a bis (chlorocarbonyl) compound containing the acid chloride represented by the above formula (101) as an essential component and a diamine.
  • the bis (chlorocarbonyl) compound used in this reaction is an acid chloride other than that represented by formula (101), for example, a chlorocarbonyl group bonded to the 1,4-position and an alkyl ester group bonded to the 2,3-position of the cyclobutane ring.
  • the acid chloride may be mixed, but in this case, the acid chloride represented by the formula (101) is preferably 60 mol% or more.
  • the acid chloride represented by the formula (101) is preferably 80 mol% or more, more Preferably, it is 95 to 100 mol%.
  • the diamine to be reacted with the bis (chlorocarbonyl) compound include a diamine represented by the following formula (130).
  • the diamine compound is preferably an aromatic diamine.
  • A-7 A-7, A-11, A-12, A-13, A-14, A-20, A- 22, A-23, A-24, A-26, A-27, A-28, A-30, A-42, A-43, A-44, A-45, A-46, A-48, A-63, A-69, A-71, A-72, A-73, A-74, or A-75 are particularly preferred.
  • the polyamic acid ester comprises a diamine and a bis (chlorocarbonyl) compound in the presence of a base and an organic solvent at ⁇ 20 ° C. to 150 ° C., preferably 0 ° C. to 50 ° C., for 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 4 It can synthesize
  • a base pyridine, triethylamine, 4-dimethylaminopyridine and the like can be used, but pyridine is preferable because the reaction proceeds gently. If the amount of the base is too large, removal is difficult, and if it is too small, the molecular weight is small.
  • the amount is preferably 2 to 4 times the mole of the bis (chlorocarbonyl) compound.
  • the solvent used for the synthesis of the polyamic acid ester is preferably N-methyl-2-pyrrolidone or ⁇ -butyrolactone in view of the solubility of the monomer and polymer, and these may be used alone or in combination.
  • concentration at the time of synthesis is too high, polymer precipitation is likely to occur, and when it is too low, the molecular weight does not increase, so 1 to 30% by weight is preferable, and 5 to 20% by weight is more preferable.
  • the solvent used for the synthesis of the polyamic acid ester is preferably dehydrated as much as possible, and it is preferable to prevent mixing of outside air in a nitrogen atmosphere.
  • the solution of the polyamic acid ester obtained as described above can be precipitated by pouring into a poor solvent while stirring well. Precipitation is performed several times, and after washing with a poor solvent, a purified polyamic acid ester powder can be obtained by normal temperature or heat drying.
  • the said poor solvent is not specifically limited, Water, methanol, ethanol, hexane, butyl cellosolve, acetone, toluene etc. are mentioned.
  • the ratio of the diamine component used in the polymerization reaction to the bis (chlorocarbonyl) compound is preferably 1.0 / 0.5 to 1.0 in terms of molar ratio from the viewpoint of molecular weight control. The closer the molar ratio is to 1: 1, the greater the molecular weight of the polymer obtained.
  • the molecular weight of the polymer affects the viscosity of the liquid crystal aligning agent and the physical strength of the liquid crystal aligning film. If the molecular weight of the polymer is too large, the coating workability and coating film uniformity of the liquid crystal aligning agent will deteriorate. If the molecular weight is too small, the strength of the coating film obtained from the liquid crystal aligning agent may be insufficient. Accordingly, the molecular weight of the polymer used in the liquid crystal aligning agent of the present invention is preferably 2,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 300,000, and still more preferably 10,000 in terms of weight average molecular weight. ⁇ 100,000.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention is a coating liquid for forming a liquid crystal aligning agent in which the polymer obtained as described above is uniformly dissolved in an organic solvent.
  • the solvent used in the liquid crystal aligning agent of the present invention is not particularly limited as long as it dissolves the polymer contained in the liquid crystal aligning agent.
  • N-dimethylformamide N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, 2-pyrrolidone, N- Examples include ethyl pyrrolidone, N-vinyl pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, hexamethyl sulfoxide, ⁇ -butyrolactone, 1,3-dimethyl-imidazolidinone, 3-methoxy-N, N-dimethylpropanamide and the like. You may use these 1 type or in mixture of 2 or more types. Furthermore, even a solvent that does not dissolve the polymer alone may be mixed as long as the polymer does not precipitate.
  • a solvent for improving the uniformity of the coating film when the liquid crystal aligning agent is applied to the substrate may be added.
  • solvents include ethyl cellosolve, butyl cellosolve, hexyl cellosolve, ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, ethyl carbitol, butyl carbitol, ethyl carbitol acetate, butyl carbitol acetate, ethylene glycol, diethylene glycol diethyl ether, 1-methoxy -2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 1-butoxy-2-propanol, 1-phenoxy-2-propanol, propylene glycol monoacetate, propylene glycol diacetate, propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate , Propylene glycol-1-monoethyl ether-2-acetate, dipropylene glycol, dipropylene glyco
  • the polymer concentration of the liquid crystal aligning agent of the present invention can be appropriately changed depending on the thickness of the liquid crystal alignment film to be formed, but is preferably 1 to 10% by weight. If it is less than 1% by weight, it is difficult to form a uniform and defect-free coating film, and if it exceeds 10% by weight, the storage stability of the solution may deteriorate.
  • an additive such as a silane coupling agent may be added to the liquid crystal aligning agent of the present invention. If the said silane coupling agent is a well-known thing, the kind will not be chosen.
  • the adhesiveness is improved by heating and reacting with the polymer after the addition, and the influence on the properties of the liquid crystal aligning agent can be suppressed.
  • the reaction may be performed at 20 ° C. to 80 ° C., more preferably at 40 ° C. to 60 ° C. for 1 to 24 hours. If the addition amount of the silane coupling agent is too large, unreacted ones may adversely affect the liquid crystal orientation, and if it is too little, the effect on the adhesion will not appear. 5.0 wt% is preferable, and 0.1 to 1.0 wt% is more preferable.
  • liquid crystal aligning agent of the present invention various additives such as a crosslinking agent and an imidization accelerator may be further used in the liquid crystal aligning agent of the present invention.
  • the polymer contained in the liquid crystal aligning agent of this invention may be 2 or more types, and if at least 1 type is the polyamic acid ester of this invention, the kind will not be limited about another polymer.
  • the liquid crystal aligning agent of this invention can be manufactured with the following method.
  • the polyamic acid ester powder is dissolved in the solvent to form a polyamic acid ester solution.
  • the polymer concentration is preferably 10 to 30%, particularly preferably 10 to 15%.
  • heating may be performed when the polyamic acid ester powder is dissolved.
  • the heating temperature is preferably 20 ° C to 150 ° C, particularly preferably 20 ° C to 80 ° C.
  • the obtained polyamic acid ester solution can be used as the liquid crystal aligning agent of the present invention by diluting with the above-mentioned solvent so as to have a predetermined polymer concentration.
  • silane coupling agent or a crosslinking agent When a silane coupling agent or a crosslinking agent is added, it is preferably added before adding a solvent having low polymer solubility in order to prevent polymer precipitation.
  • an imidation accelerator since imidation may advance by heating, it is preferable to add it after a dilution process.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention can be applied to a substrate after filtration, dried and baked to form a coating film, and is used as a liquid crystal alignment film by orienting the coating surface.
  • Examples of the method for applying the liquid crystal aligning agent include a spin coating method, a printing method, and an ink jet method.
  • Arbitrary temperature and time can be selected for the drying and baking steps after applying the liquid crystal aligning agent. For example, in order to sufficiently remove the organic solvent contained in the liquid crystal aligning agent, it is dried at 50 to 120 ° C. for 1 to 10 minutes and then baked at 150 to 300 ° C. for 5 to 120 minutes.
  • the thickness of the coating film after baking is too thick, it is disadvantageous in terms of power consumption of the liquid crystal display element, and if it is too thin, the reliability of the liquid crystal display element may be lowered, so that it is 5 to 300 nm, preferably 10 to 200 nm. It is.
  • the method for aligning the coating film include a rubbing method and a photo-alignment method.
  • the liquid crystal aligning agent of the present invention is particularly useful when used in the photo-alignment method.
  • the photo-alignment treatment method there is a method of imparting liquid crystal alignment ability by irradiating the coating film surface with radiation deflected in a certain direction, and further subjecting to a temperature of 150 to 250 ° C. in some cases.
  • ultraviolet rays and visible rays having a wavelength of 100 nm to 800 nm can be used.
  • ultraviolet rays having a wavelength of 100 nm to 400 nm are preferable, and those having a wavelength of 200 nm to 400 nm are particularly preferable.
  • radiation may be irradiated while heating the coated substrate at 50 to 250 ° C. Dose of the radiation is preferably in the range of 1 ⁇ 10,000mJ / cm 2, and particularly preferably in the range of 100 ⁇ 5,000mJ / cm 2.
  • the liquid crystal alignment film produced as described above can stably align liquid crystal molecules in a certain direction.
  • 1,3-DM 1,3-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride
  • 1,3-DM 1,3-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride
  • -CBDA abbreviated 220 g (0.981 mol)
  • methanol 2200 g 6.87 mol, 10 wt times with respect to 1,3-DM-CBDA
  • the compound (1-1) which is 2,4-bis (methoxycarbonyl) -1,3-dimethylcyclobutane-1,3-dicarboxylic acid is also abbreviated as 1,3-DM-CBDE.
  • the filtrate after taking out the above-mentioned white crystals was distilled off with an evaporator, 172.24 g of white crystals were obtained.
  • 380.09 g of acetonitrile was added to 156.01 g of this white crystal and heated to 65 ° C., the crystal was completely dissolved. Then, it cooled to 30 degreeC over 1 hour, and then cooled until the internal temperature became 25 degreeC over 2 hours.
  • the HPLC measurement data at the end of the reaction was analyzed using the compound (1-1), compound (2-1), etc. obtained above as a sample, and the compound (1- The proportion of 1) was 50% in terms of HPLC relative area, and 47% for compound (2-1). Further, in the filtrate after removing the crystal of the compound (1-1) from the reaction solution, the ratio of the compound (1-1) was 21% in terms of HPLC relative area, and the compound (2-1) was 74%. .
  • FIG. 1 shows an ORTEP diagram of the analysis result of the single crystal X-ray measurement of the compound (1-1).
  • Crystal data Molecular formula C 12 H 16 O 8
  • FIG. 2 shows an ORTEP diagram of the analysis result of the single crystal X-ray measurement of the compound (2-1).
  • Example 2 Synthesis of Tetracarboxylic Acid Dialkyl Ester under Neutral Conditions at 20 ° C. Under a nitrogen stream, 10 g (0.045 mol) of 1,3-DM-CBDA and methanol were placed in a 200 mL four-necked flask. Was stirred at 69 ° C. for 69 hours at 14 to 20 ° C. to obtain a uniform reaction solution. When this reaction solution was analyzed by HPLC, the HPLC relative area of the compound (1-1) was 56%, and the HPLC relative area of the compound (2-1) was 44%.
  • Example 3 Synthesis of Tetracarboxylic Acid Dialkyl Ester under Neutral Conditions at 40 ° C. Under a nitrogen stream, 10 g (0.045 mol) of 1,3-DM-CBDA and methanol were placed in a 200 mL four-necked flask. Was added at 50 g (1.56 mol, 5 wt times with respect to 1,3-DM-CBDA) and stirred at 40 ° C. for 7 hours and 30 minutes to obtain a uniform reaction solution. When this reaction solution was analyzed by HPLC, the HPLC relative area of the compound (1-1) was 48%, and the HPLC relative area of the compound (2-1) was 45%.
  • Example 4 Synthesis of tetracarboxylic acid dialkyl ester in the presence of pyridine at 25 ° C. Under a nitrogen stream, 240 g (1.07 mol) of 1,3-DM-CBDA and ethyl acetate were placed in a 3 L four-necked flask. 720 g was added, 8.47 g (0.107 mol) of pyridine was added, and the mixture was suspended at 25 ° C. with stirring with a magnetic stirrer. To this suspension, 600 g of methanol (18.73 mol, 2.5 wt times with respect to 1,3-DM-CBDA) was added dropwise over 1 hour so that the internal temperature was 25 ° C. or less.
  • Example 5 Synthesis of tetracarboxylic acid dialkyl ester in the presence of pyridine at 0 ° C.
  • 5 g (0.022 mol) of 1,3-DM-CBDA and methanol were placed in a 100 mL four-necked flask.
  • 25 g (0.78 mol, 5 wt times with respect to 1,3-DM-CBDA) and 0.176 g (0.0022 mol) of pyridine were charged and stirred at 0 ° C. for 8 hours under magnetic stirrer stirring.
  • a homogeneous reaction solution was obtained.
  • this reaction solution was analyzed by HPLC, the HPLC relative area of compound (1-1) was 79%, and the HPLC relative area of compound (2-1) was 20%.
  • Example 6 Synthesis of tetracarboxylic acid dialkyl ester in the presence of pyridine at 40 ° C.
  • 5 g (0.022 mol) of 1,3-DM-CBDA and methanol were placed in a 100 mL four-necked flask.
  • 25 g (0.78 mol, 5 wt times with respect to 1,3-DM-CBDA) and 0.176 g (0.0022 mol) of pyridine were charged and stirred for 20 minutes at 40 ° C. with magnetic stirrer stirring.
  • a homogeneous reaction solution was obtained.
  • this reaction solution was analyzed by HPLC, the HPLC relative area of compound (1-1) was 74%, and the HPLC relative area of compound (2-1) was 25%.
  • Examples 7 to 14> A series of operations were carried out in the same manner as in Example 4 with the number of equivalents of pyridine added and the temperature shown in the following table. The analysis results by HPLC of the reaction solutions obtained here and the results of the reaction solutions obtained in Examples 1 to 6 are also shown in the table.
  • Examples 15 to 43> A series of operations were carried out in the same manner as in Example 4, and the reaction was carried out by adding various additives instead of pyridine.
  • the following table shows the types of additives, the number of equivalents of the additives, the temperature, the reaction time, and the analysis results of the reaction solution by HPLC.
  • surface is as showing next.
  • Example 46 Synthesis of Compounds (1-10) and (2-10)
  • 1,3-DM-CBDA 10 g (0.045 mol)
  • acetonitrile 50 g (1 .22 mol, 5 wt times with respect to 1,3-DM-CBDA
  • 0.353 g (0.0045 mol) of pyridine was added, and the mixture was heated and stirred at 50 ° C. with stirring with a magnetic stirrer.
  • 416 mol, 2.5 wt times with respect to 1,3-DM-CBDA) was added dropwise over 1 hour. It stirred for 7 days after completion
  • the HPLC relative area percentages of the compounds (1-10) and (2-10) were 83% and 17%, respectively.
  • this crystal was found to be compound (3-1), that is, dimethyl-1,3-bis (chlorocarbonyl) -1,3-dimethylcyclobutane-2,4-dicarboxylate (hereinafter referred to as 1,3 -DM-CBDE-C1) (HPLC relative area 99.5%) (yield 77.2%).
  • 1H NMR (CDCl3, ⁇ ppm): 3.78 (s, 6H), 3.72 (s, 2H), 1.69 (s, 6H).
  • Example 48 to 53 A series of operations were carried out in the same manner as in Example 47, and the type of catalyst, the number of catalyst equivalents, and the temperature were each set to the values shown in the following table.
  • the reaction end time was the time when the reaction solution was a homogeneous solution and gas generation was completely stopped.
  • 1,2-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride compound of formula (5-2), hereinafter 1,2-DM.
  • -CBDA 1,2-dimethylcyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride
  • -CBDA ethyl acetate
  • pyridine 0.70 g (0.009 mol)
  • 49.75 g (1.55 mol, 2.5 wt times with respect to 1,2-DM-CBDA) was added dropwise over 1 hour so that the internal temperature was 30 ° C. or lower.
  • reaction solution 20 minutes after the completion of the dropping, the reaction solution was completely dissolved and stirred as it was at 20-30 ° C. for 40 minutes.
  • the solvent of this reaction solution was distilled off with an evaporator at a water bath of 40 ° C. and 170 to 140 Torr until the internal volume reached 51.18 g.
  • 127.94 g of ethyl acetate was added and stirred, and then the solvent was distilled off with an evaporator at a water bath of 40 ° C. and 170 to 140 Torr until the internal volume reached 51.18 g.
  • CBDA cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid-1: 2,3: 4-dianhydride
  • the funnel used for the addition was washed with 3 mL of N-methylpyrrolidone, purged with nitrogen, and stirred at 0 ° C. for 20 minutes. After 20 minutes, the temperature was raised to 20 ° C. and then stirred for 3 hours at 20 ° C. The polymerization solution was sampled 1 hour later, 2 hours later, and the viscosity was measured to find that it was 1 hour later (1300 mPa ⁇ s) and 2 hours later (1500 mPa ⁇ s).
  • the funnel used for the addition was washed with 3 mL of N-methylpyrrolidone, purged with nitrogen, and stirred at 0 ° C. for 20 minutes. After 20 minutes, the temperature was raised to 20 ° C. and then stirred for 3 hours at 20 ° C. The polymerization solution was sampled 1 hour later, 2 hours later, and the viscosity was measured to find that it was 1 hour later (28 mPa ⁇ s) and 2 hours later (28 mPa ⁇ s).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • ⁇ -BL ⁇ -butyrolactone
  • BCS butyl cellosolve
  • DMF N, N-dimethylformamide
  • DEF N, N-diethylformamide
  • the viscosity of the polyamic acid ester and the polyamic acid solution is an E-type viscometer TVE-22H (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The temperature was measured at 25 ° C.
  • the molecular weights of the polyamic acid ester and the polyamic acid were measured by a GPC (normal temperature gel permeation chromatography) apparatus, and the number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) were calculated as polyethylene glycol and polyethylene oxide equivalent values.
  • GPC device manufactured by Shodex (GPC-101) Column: manufactured by Shodex (series of KD803 and KD805) Column temperature: 50 ° C Eluent: N, N-dimethylformamide (as additives, lithium bromide-hydrate (LiBr ⁇ H 2 O) 30 mmol / L, phosphoric acid / anhydrous crystals (o-phosphoric acid) 30 mmol / L, tetrahydrofuran) (THF) is 10 ml / L) Flow rate: 1.0 ml / min Standard sample for preparation of calibration curve: TSK standard polyethylene oxide (weight average molecular weight (Mw) of about 900,000, 150,000, 100,000, 30,000) manufactured by Tosoh Corporation, and polymer laboratory Polyethylene glycol manufactured by the company (peak top molecular weight (Mp) of about 12,000, 4,000, 1,000). In order to avoid the overlapping of peaks, the measurement was performed by mixing four types of 900,000, 100,000, 12,000
  • the anisotropy of the alignment film was measured as follows. Measurement was performed using a liquid crystal alignment film evaluation system “Ray Scan Lab H” (LYS-LH30S-1A) manufactured by Moritex Corporation. The polyimide film having a thickness of 100 nm was irradiated with ultraviolet rays through a polarizing plate, and the magnitude of anisotropy with respect to the alignment direction of the obtained alignment film was measured.
  • the voltage holding ratio of the liquid crystal cell was measured as follows. By applying a voltage of 4 V for 60 ⁇ s and measuring the voltage after 16.67 ms, the fluctuation from the initial value was calculated as the voltage holding ratio. At the time of measurement, the temperature of the liquid crystal cell was 23 ° C. and 60 ° C., and the measurement was performed at each temperature.
  • the ion density of the liquid crystal cell was measured as follows. Measurement was carried out using a 6254 type liquid crystal property evaluation apparatus manufactured by Toyo Technica. A triangular wave of 10 V and 0.01 Hz was applied, and an area corresponding to the ion density of the obtained waveform was calculated by a triangle approximation method to obtain an ion density. At the time of measurement, the temperature of the liquid crystal cell was 23 ° C. and 60 ° C., and the measurement was performed at each temperature.
  • the mixture was stirred as it was at 75 ° C. for 1 hour and 30 minutes, and then the solvent was distilled off with an evaporator until the internal volume reached 924.42 g in a water bath at 40 ° C. This was heated to 60 ° C., the crystals precipitated when the solvent was distilled off were dissolved, the insoluble matter was filtered by performing hot filtration at 60 ° C., and then the filtrate was heated to 25 ° C. at a rate of 1 ° C. for 10 minutes. It was cooled with. After stirring for 30 minutes at 25 ° C., the precipitated white crystals were taken out by filtration, and the crystals were washed with 264.21 g of n-heptane.
  • this crystal has 1,3-DM-CBDE-Cl which is the target compound, that is, a chlorocarbonyl group at the 1,3-position and a methyl ester group at the 2,4-position of the cyclobutane ring. It was confirmed that the acid chloride was bound.
  • 1 H NMR (CDCl 3 , ⁇ ppm): 3.78 (s, 6H), 3.72 (s, 2H), 1.69 (s, 6H).
  • Synthesis Example 103 Production of Polyamic Acid Ester Resin (A-2)
  • a 300 mL four-necked flask equipped with a stirrer was placed in a nitrogen atmosphere, and 2.820 g (26.08 mmol) of p-PDA, 4,4′-diamino 1,357 g (6.519 mmol) of Tran was added, 226 g of NMP and 5.82 g (73.54 mmol) of pyridine as a base were added, and dissolved by stirring.
  • 9.963 g (30.64 mmol) of 1,3DM-CBDE-Cl of Synthesis Example 1 was added while stirring the diamine solution, and the mixture was reacted for 4 hours under water cooling.
  • Example 101 Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent (AI) 1.28 g of the polyamic acid ester resin (A-1) powder obtained in Synthesis Example 102 was placed in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stir bar, and DMF12. 71 g was added and stirred at room temperature for 24 hours to dissolve to obtain a polyamic acid ester resin solution. To this solution, 4.36 g of ⁇ -BL and 4.20 g of BCS were added, and stirred for 30 minutes with a magnetic stirrer to obtain the liquid crystal aligning agent (AI) of the present invention.
  • AI Liquid Crystal Alignment Agent
  • Example 102 Preparation of liquid crystal aligning agent (A-II) 1.66 g of the polyamic acid ester resin (A-2) powder obtained in Synthesis Example 103 was placed in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stir bar, and DEF14. 96 g was added, and the mixture was stirred and dissolved at room temperature for 24 hours to obtain a polyamic acid ester resin (A-2) solution.
  • A-II liquid crystal aligning agent
  • Example 103 Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent (A-III) 1.15 g of the polyamic acid ester resin (A-3) powder obtained in Synthesis Example 104 was placed in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stir bar, and DEF10.
  • Example 104 Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent (A-IV) 4.12 g of the polyamic acid ester resin (A-2) solution obtained in Example 102 was placed in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stir bar, and ⁇ - BL0.88 g, BCS 1.40 g, 0.1084 g (amide) of N- ⁇ , N- ⁇ 1, N- ⁇ 2-tri-t-butoxycarbonyl-L-arginine (hereinafter abbreviated as Boc-Arg) as an imidization accelerator 0.1 mol equivalent to 1 mol of acid ester group) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes to completely dissolve Boc-Arg to obtain the liquid crystal aligning agent (A-IV) of the present invention.
  • Boc-Arg N- ⁇ , N- ⁇ 1, N- ⁇ 2-tri-t-butoxycarbonyl-L-arginine
  • Example 105 Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent (AV) 3.16 g of the polyamic acid ester resin (A-3) solution obtained in Example 103 was placed in a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stirrer, and ⁇ - Add 1.03 g of BL, 1.03 g of BCS, 0.0650 g of Boc-Arg as an imidization accelerator (0.1 mol equivalent to 1 mol of amic acid ester group), and stir at room temperature for 30 minutes to completely remove Boc-Arg. To obtain a liquid crystal aligning agent (AV) of the present invention.
  • AV liquid crystal aligning agent
  • Comparative Example 101 Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent (BI) 14.10 g of the polyamic acid (B-1) solution obtained in Comparative Synthesis Example 101 was dispensed into a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stir bar, and NMP13 .57 g and 6.93 g of BCS were added, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes to obtain a liquid crystal aligning agent (BI).
  • BI Liquid Crystal Alignment Agent
  • Comparative Example 102 Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent (B-II) 6.34 g of the polyamic acid (B-2) solution obtained in Comparative Synthesis Example 102 was dispensed into a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stir bar, and NMP2 .34 g and BCS 2.17 g were added and stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes to obtain a liquid crystal aligning agent (B-II).
  • Comparative Example 103 Preparation of Liquid Crystal Alignment Agent (B-III) 6.47 g of the polyamic acid (B-3) solution obtained in Comparative Synthesis Example 103 was dispensed into a 50 mL Erlenmeyer flask containing a stir bar, and NMP1 .85 g and BCS 2.10 g were added and stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes to obtain a liquid crystal aligning agent (B-III).
  • Example 106 The liquid crystal aligning agent (AI) obtained in Example 101 was filtered through a 1.0 ⁇ m filter, spin-coated on a glass substrate, dried on a hot plate at a temperature of 80 ° C. for 5 minutes, and then 230 ° C. For 30 minutes (firing condition 1) or at 250 ° C. for 30 minutes (firing condition 2) to obtain a polyimide film having a thickness of 100 nm.
  • the coating surface was irradiated with 1.0 J / cm 2 of 254 nm ultraviolet light through a polarizing plate to obtain a liquid crystal alignment film.
  • Example 107 A liquid crystal alignment film was prepared in the same manner as in Example 106 except that the liquid crystal aligning agent (A-II) obtained in Example 102 was used, and the degree of anisotropy and the imidization ratio with respect to the alignment direction were measured. did. The measurement results of the magnitude of anisotropy and the imidization rate are shown in the table described later.
  • Example 108> A liquid crystal alignment film was prepared in the same manner as in Example 106 except that the liquid crystal aligning agent (A-III) obtained in Example 103 was used, and the anisotropy and the imidization ratio with respect to the alignment direction were measured. did. The measurement results of the magnitude of anisotropy and the imidization rate are shown in the table described later.
  • the liquid crystal aligning agent (A-IV) obtained in Example 104 was filtered through a 1.0 ⁇ m filter, spin-coated on a glass substrate, dried on a hot plate at a temperature of 80 ° C. for 5 minutes, and then 230 ° C.
  • Example 110 A liquid crystal alignment film was prepared in the same manner as in Example 109 except that the liquid crystal aligning agent (AV) obtained in Example 105 was used, and the anisotropy and the imidization ratio with respect to the alignment direction were measured. did. The measurement results of the magnitude of anisotropy and the imidization rate are shown in the table described later.
  • AV liquid crystal aligning agent
  • ⁇ Comparative Example 104> A liquid crystal alignment film was prepared in the same manner as in Example 106 except that the liquid crystal aligning agent (BI) obtained in Comparative Example 101 was used, and the degree of anisotropy and the imidization ratio with respect to the alignment direction were measured. did. The measurement results of the magnitude of anisotropy and the imidization rate are shown in the table described later.
  • ⁇ Comparative Example 105> A liquid crystal alignment film was prepared in the same manner as in Example 106 except that the liquid crystal aligning agent (B-II) obtained in Comparative Example 102 was used, and the degree of anisotropy and the imidization ratio with respect to the alignment direction were measured. did.
  • Example 106 A liquid crystal alignment film was prepared in the same manner as in Example 106 except that the liquid crystal aligning agent (B-III) obtained in Comparative Example 103 was used, and the degree of anisotropy and the imidization ratio with respect to the alignment direction were measured. did.
  • the measurement results of the magnitude of anisotropy and the imidization rate are shown in the table described later.
  • the anisotropy measurement results with respect to the orientation direction in Examples 106 to 110 and Comparative Examples 104 to 106 are shown in Table 101 below.
  • the liquid crystal alignment film produced by the photoalignment treatment using the liquid crystal aligning agent of the present invention has the same or lower imidation ratio than the liquid crystal alignment film of the comparative example made of polyamic acid. It was confirmed to have higher anisotropy.
  • Example 111> The liquid crystal aligning agent (AI) obtained in Example 101 was filtered through a 1.0 ⁇ m filter, spin-coated on a glass substrate with a transparent electrode, and dried on a hot plate at a temperature of 80 ° C. for 5 minutes. A polyimide film having a thickness of 100 nm was obtained after baking at a temperature of 230 ° C. for 20 minutes. The coating film surface was irradiated with 1.0 J / cm 2 of 254 nm ultraviolet light through a polarizing plate to obtain a substrate with a liquid crystal alignment film.
  • AI liquid crystal aligning agent
  • the voltage holding ratio was 98.5% at a temperature of 23 ° C., 97.2% at a temperature of 60 ° C., and the ion density was 23 ° C. in 79pC / cm 2, was 584pC / cm 2 at a temperature 60 ° C..
  • Example 107 A twisted nematic liquid crystal cell was produced in the same manner as in Example 111 except that the liquid crystal aligning agent (BI) obtained in Comparative Example 101 was used. When the alignment state of the liquid crystal cell was observed with a polarizing microscope, it was confirmed that the liquid crystal cell had a uniform alignment without defects. With respect to this cell, the voltage holding ratio was measured and then the ion density was measured. As a result, the voltage holding ratio was 98.4% at a temperature of 23 ° C., 96.4% at a temperature of 60 ° C., and the ion density was 23 ° C. 247 pC / cm 2 at a temperature of 60 ° C. and 1160 pC / cm 2 .
  • the liquid crystal element using the liquid crystal alignment film produced by the method of the present invention was excellent in liquid crystal alignment, high voltage holding ratio even at high temperature, and low ion density.
  • the tetracarboxylic acid dialkyl ester or bis (chlorocarbonyl) compound of the present invention can be used as a raw material monomer for polyamide, polyimide, polyester and the like.
  • the liquid crystal aligning agent of this invention can be utilized suitably for the use which produces a liquid crystal aligning film by photo-alignment processing.
  • the liquid crystal alignment film produced by the method of the present invention is useful for producing various liquid crystal elements.

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Abstract

 シクロブタン環上にアルキル基を有する新規なテトラカルボン酸ジアルキルエステル、及びこれを塩素化した新規なビス(クロロカルボニル)化合物の提供、並びに、これらの製造方法の提供。更には、これらの特定の異性体の製造方法を提供する。 下記式[1]又は[2]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステル、及びこれを塩素化したビス(クロロカルボニル)化合物、並びにこれらの製造方法。 (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)

Description

テトラカルボン酸誘導体、その製造方法、及び液晶配向剤
 本発明は、新規なテトラカルボン酸ジアルキルエステル、これを塩素化したビス(クロロカルボニル)化合物、その製造方法、及び、これらの化合物を原料とするポリアミック酸及び/又はポリイミドを含む液晶配向剤に関する。
 テトラカルボン酸ジアルキルエステル、及びこれを塩素化したビス(クロロカルボニル)化合物などのテトラカルボン酸誘導体は、ポリアミド、ポリエステル又はポリイミドなどの原料となる重要な物質である。
 例えば、主鎖にシクロブタン骨格を有するポリイミドの合成例としては、ビス(クロロカルボニル)シクロブタンジカルボン酸ジメチルエステルとジアミンとを反応させてポリアミド酸メチルエステルを得た後、これを加熱してポリイミドとした例が報告されている(非特許文献1参照)。
 しかしながら、シクロブタン環上に置換基を有するシクロブタンテトラカルボン酸類では、テトラカルボン酸ジアルキルエステル、及びこれを塩素化したビス(クロロカルボニル)化合物を合成した報告例はない。
 一方、ポリイミドなどの樹脂は、その特徴である高い機械的強度、耐熱性、絶縁性、耐溶剤性のために、液晶表示素子や半導体における保護材料、絶縁材料、カラーフィルターなどの電子材料として広く用いられており、また、最近では、光導波路用材料等の光通信用材料としての用途も期待されている。そして、このような分野で用いられる樹脂は、近年、益々高度な特性、並びに品質が要求される様になってきており、これらの樹脂の原料となるモノマーの構造や品質などは、これまで以上に重要となってきている。
 他方、液晶テレビ、液晶ディスプレイなどに用いられる液晶表示素子は、通常、液晶の配列状態を制御するための液晶配向膜が素子内に設けられている。
 現在、工業的に最も普及している方法によれば、この液晶配向膜は、電極基板上に形成されたポリイミド膜の表面を、綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一方向に擦る、いわゆるラビング処理を行うことで作製されている。
 ポリイミド膜をラビング処理する方法は、簡便で生産性に優れた工業的に有用な方法である。しかし、液晶表示素子の高性能化、高精細化、大型化への要求は益々高まり、ラビング処理によって発生する配向膜表面の傷、発塵、機械的な力や静電気による影響、配向処理の面内均一性など様々な問題が明らかとなってきている。
 ラビング処理に代わる手段としては、偏光された放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する光配向法が知られている。光配向法による液晶配向のメカニズムとしては、光異性化反応を利用したもの、光架橋反応を利用したもの、光分解反応を利用したものなどが提案されている(非特許文献2参照)。
 特許文献1では、主鎖にシクロブタン環などの脂環構造を有するポリイミドを光配向法に用いることが提案されている。ポリイミドを用いた光配向用配向膜に用いた場合、他に比べて高い耐熱性を有することからその有用性が期待されている。
 上記のような光配向法は、ラビングレス配向処理方法として、工業的にも簡便な製造プロセスで生産できることが利点であり、新たな液晶配向処理方法として注目されているが、液晶テレビや液晶ディスプレイなどに利用するためには、液晶の配向規制力や液晶表示素子としての電気特性、これら特性の安定性などに課題があり、一般的には実用化に至っていない。
 すなわち、ラビング法により配向処理を行った液晶配向膜は、物理的な力により高分子鎖が延伸されるため、ラビング方向に対して高い異方性を有する。この異方性が高いほど、高い液晶配向規制力を発現する。これに対して、光配向法により得られる液晶配向膜は、ラビングによるものに比べて、高分子膜の配向処理方向に対する異方性が小さいという課題があった。
特開平9-297313号公報
ハイパフォーマンスポリマーズ(High Performance Polymers)、(1998)、10(1)、p11-21 木戸脇匡俊、市村國宏、液晶光配向膜、月刊機能材料1997年11月号、株式会社シーエムシー出版、第17巻、第11号、p.13-22
 本発明は、シクロブタン環上にアルキル基を有する新規なテトラカルボン酸ジアルキルエステル、及びこれを塩素化した新規なビス(クロロカルボニル)化合物、これらの製造方法、及び、これらの特定の異性体の製造方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、上記ビス(クロロカルボニル)化合物を原料とするポリアミック酸及び/又はポリイミドを含む液晶配向剤を提供することも目的とする。
 本発明は、上記の課題を解決するものであり、以下の要旨を有する。
 1.下記式[1]又は式[2]で表される、テトラカルボン酸ジアルキルエステル。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
 2.下記式[1-a]、式[2-a]又は式[2-b]で表される、上記1に記載のテトラカルボン酸ジアルキルエステル。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
 3.下記式[3]又は式[4]で表される、ビス(クロロカルボニル)化合物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
 4.下記式[3-a]、式[4-a]又は式[4-b]で表される、上記3に記載のビス(クロロカルボニル)化合物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
 5.下記式[5]で表されるテトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを反応させる、前記式[1]又は式[2]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
 6.下記式[5-a]で表されるテトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを反応させる、前記式[1-a]又は式[2-a]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
 7.下記式[5-b]で表されるテトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを反応させる、前記式[2-b]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
 8.テトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを、酸性化合物又は塩基性化合物の存在下で反応させる、上記5~7のいずれかに記載の製造方法。
 9.テトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを、塩基性化合物の存在下で反応させる、上記5~7のいずれかに記載の製造方法。
 10.前記式[1]又は式[2]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、前記式[3]又は式[4]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
 11.前記式[1-a]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、前記式[3-a]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
 12.前記式[2-a]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、前記式[4-a]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
 13.前記式[2-b]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、前記式[4-b]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
 14.テトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを、塩基性化合物存在下で反応させる上記10~13のいずれかに記載の製造方法。
 15.テトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを、ピリジン存在下で反応させる上記10~13のいずれかに記載の製造方法。
 16.シクロブタン環の1,3位にクロロカルボニル基、2,4位にアルキルエステル基が結合した下記式(101)で表される酸クロライドを60モル%以上含有するビス(クロロカルボニル)化合物とジアミンとを反応させて得られるポリアミド酸エステルを含有することを特徴とする液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表し、R、R、R、Rは水素原子または炭素数1~30の1価炭化水素基を表し、同一でも異なってもよい。)
17.酸クロライドが、下記式(102)で表される構造を有する、上記16に記載の液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表し、Rは炭素数1~30の1価炭化水素基を表す。)
18.酸クロライドが、下記式(103)で表される構造を有する、上記16に記載の液晶配向剤。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す。)
19.上記16~19のいずれかに記載の液晶配向剤を塗布、焼成して得られる被膜に、偏光させた放射線を照射して得られる液晶配向膜。
20.上記16~19のいずれかに記載の液晶配向剤を塗布、焼成して得られる被膜に、偏光させた放射線を照射する液晶配向膜の製造方法。
 本発明によれば、シクロブタン環上にアルキル基を有する新規なテトラカルボン酸ジアルキルエステル、及びシクロブタン環上にアルキル基を有する新規なビス(クロロカルボニル)化合物を得ることができる。更には、これらの特定の異性体を効率的に製造できる。
 本発明による液晶配向剤は、加熱イミド化時に高分子鎖の分解反応が起こらず、尚且つ、高秩序の高分子膜が得られるため、光配向法においても配向処理方向に対して高い異方性を有する液晶配向膜が得られる。
 さらに、本発明による液晶配向膜は、温度・湿度などの外部環境に対して安定であり、液晶表示素子とした場合、高温時で高い電圧保持率、低いイオン密度を有するため、安定で良好な表示特性を有する液晶表示素子が得られる。
化合物(1-1)の単結晶X線解析結果のORTEP図である。 化合物(2-1)の単結晶X線解析結果のORTEP図である。
 [テトラカルボン酸ジアルキルエステル]
 本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルは、下記一般式[1]又は式[2]で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
 Rは炭素数1~5のアルキル基であり、アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、セカンダリーブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ノルマルペンチル基などが挙げられる。なお、本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルからポリアミド酸エステルを合成した後、イミド化することでポリイミドとして使用する場合は、Rは炭素数が少なく脱離しやすいものが好ましく、より好ましくはメチル基である。
 Rは炭素数1~5のアルキル基であり、アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、セカンダリーブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ノルマルペンチル基などが挙げられる。
 nは1~4を表し、好ましくは2である。
 以下に、Rがメチル基であり、nが2である場合の本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルの具体例を挙げるが、本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルはこれらに限定されるものではない。なお、以下の表において、a1~a4及びb1~b4は、下記式[6]に示したそれぞれの位置を表し、表中の記号はそれぞれ以下の意味を示す。
Me:メチル基、Et:エチル基、Pr-n:ノルマルプロピル基、Pr-iso:イソプロピル基、Bu-n:ノルマルブチル基、Bu-sec:セカンダリーブチル基、Bu-iso:イソブチル基、Bu-t:ターシャリーブチル基、Pen-n:ノルマルペンチル基、OMe:メトキシ基、OEt:エトキシ基、OPr-n:ノルマルプロピルエーテル基、OPr-iso:イソプロピルエーテル基、OBu-n:ノルマルブトキシ基、OBu-sec:セカンダリーブトキシ基、OBu-iso:イソブトキシ基、OBu-t:ターシャリーブトキシ基、OPen-n:ノルマルペンチルエーテル基
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
 また、nが2であり、且つRがエチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、セカンダリーブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、又はノルマルペンチル基である化合物の場合は、上記表のb1~b4におけるMeをEt、Pr-n、Pr-iso、Bu-n、Bu-sec、Bu-iso、Bu-t、又はPen-nで、それぞれ置き換えた化合物を例示できる。
 本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルにおいて、化合物の合成し易さ、および収率の観点から特に好ましい化合物は、下記式[1-a]、[2-a]、又は[2-b]で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 さらには、[1-a]の高純度品を用いた場合、[2-a]の高純度品又は[1-a]と[2-a]の混合物を用いたポリマーよりも高分子量かつ低分散のポリマーを得ることが可能であるため、高分子量かつ低分散のポリマーを得る観点からは[1-a]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルが好ましい。
 本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルは、下記反応式に示すように、テトラカルボン酸二無水物[5]とROHで表される炭素数が1~5のアルコールとを反応させることにより製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4である)
 上記の反応は、対応するアルコール(ROH)中で行うことができ、また、必要に応じて溶媒を使用することができる。溶媒は反応に不活性なものであれば特に限定はないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル又は1,4-ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、並びにこれらの混合物が挙げられる。好ましくは、酢酸エチル、又はアセトニトリルが挙げられ、より好ましくは、アセトニトリルである。
 アルコール(ROH)は、テトラカルボン酸二無水物[5]に対して、通常2~100倍モル、好ましくは2~40倍モル、より好ましくは2~20倍モル使用される。
 上記の反応は、中性条件下において進行するが、塩基又は酸を添加しても良い。塩基又は酸は特に限定されるものではない。
 塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム又は炭酸水素ナトリウムなどの無機塩基類、トリエチルアミン、ピリジン、キノリン、8-キノリノール、1,10-フェナンスロリン、バソフェナンスロリン、バソクプロイン、2,2’-ビピリジル、2-フェニルピリジン、2,6-ジフェニルアミノピリジン、2-ジメチルアミノピリジン、4-ジメチルアミノピリジン、2-(2-ヒドロキシルエチル)ピリジン、N、N-ジメチルアニリン、1,8-ジアザビシクロ[5、4、0]-7-ウンデン(DBU)などの有機塩基類、並びに、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド又はカリウムt-ブトキシドなどの金属アルコキシド類が挙げられる。好ましくは、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、又はピリジンが挙げられる。より好ましくは、ピリジンが挙げられる。
 酸としては、リンモリブデン酸、リンタングステン酸などのヘテロポリ酸、トリメチルボレート、トリフェニルホスフィンなどの有機酸、塩酸、硫酸又は燐酸などの無機酸、蟻酸、酢酸又はp-トルエンスルホン酸などの炭化水素酸、並びにトリフルオロ酢酸などのハロゲン系炭化水素酸が挙げられる。好ましくは、p-トルエンスルホン酸、燐酸、又は酢酸が挙げられる。より好ましくは、p-トルエンスルホン酸が挙げられる。
 塩基又は酸はテトラカルボン酸二無水物[5]に対して通常0~100倍モル、好ましくは0.01~10倍モル使用される。
 反応温度は特に限定されないが、例えば-90~200℃、好ましくは-30~100℃である。
 反応時間は、通常、0.05ないし200時間、好ましくは0.5ないし100時間である。
 一般式[1]又は[2]において、nが2である本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルの中で、特定の位置異性体である前記式[1-a]、式[2-a]、又は式[2-b]で表される化合物をそれぞれ効率的に製造する方法を以下に述べる。
 式[1-a]又は式[2-a]で表される化合物の場合、前記反応式のテトラカルボン酸二無水物[5]として、下記式[5-a]で表されるテトラカルボン酸二無水物を使用することにより製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
 このとき、反応温度が低い程、式[1-a]の選択率が向上する。このため、式[1-a]の反応収率を向上させたい場合、より好ましい反応温度は10~30℃である。一方、式[2-a]の反応収率を向上させたい場合、より好ましい反応温度は50~100℃である。
 また、塩基又は酸を添加して反応させた場合にも、式[1-a]の選択率および反応速度を向上させることができ、より好ましくは塩基性化合物を添加することである。このとき使用する塩基又は酸は前記で例示したものが挙げられ、好ましい塩基又は酸、及び好ましい添加量も前記したとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 式[2-b]で表される化合物の場合、下記式[5-b]で表されるテトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコール(前記のROH)とを反応させることにより製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
 このとき、塩基又は酸を添加して反応させることで、式[2-b]の選択率および反応速度を向上させることができ、より好ましくは塩基性化合物を添加することである。このとき使用する塩基又は酸は前記で例示したものが挙げられ、好ましい塩基又は酸、及び好ましい添加量も前記したとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基である)
 また、本発明では、反応で生成する目的物の分離が容易であるところに特徴がある。例えば、式[5-a]を原料とした場合、反応終了後、使用したアルコールを留去し、析出した結晶を有機溶媒中で加熱還流した後、冷却することで析出した結晶を濾取・洗浄し乾燥すると式[1-a]の高純度品の一次結晶が得られる。有機溶媒としては、例えば、トルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・各種アルコール混合液、アセトニトリル・各種アルコール混合液等が使用できる。好ましくはアセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・各種アルコール混合液、又はアセトニトリル・各種アルコール混合液である。各種アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール等が挙げられる。
 一次結晶は洗浄や再結晶によって更に純度を上げることもできる。再結晶方法としては、一次結晶に有機溶媒を加えて加温した後、氷冷・ろ過・乾燥する方法が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、トルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・各種アルコール混合液、アセトニトリル・各種アルコール混合液等が使用できる。好ましくはアセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・各種アルコール混合液、又はアセトニトリル・各種アルコール混合液である。各種アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール等があげられる。
 これら一次結晶を得る場合に使用する有機溶媒量は、通常、原料から目的生成物が100%の収率で得られた場合の重量を基準とし、その2倍~20倍量使用される。また、収率を向上させたい場合は有機溶媒使用量を少なくした方が好ましく、高純度品を得たい場合は有機溶媒使用量を多くした方が好ましい。これら収率、純度を考慮した場合、2.5倍~5倍がより好ましい。
 一方、一次結晶を得た際のろ液を洗浄、再結晶することにより、式[2-a]の高純度品を得ることができる。即ち、得られたろ液を溶媒留去し、析出した結晶を有機溶媒中で加熱還流した後、冷却することで析出した結晶を濾取後、洗浄し乾燥すると目的の式[2-a]の高純度品の二次結晶が得られる。有機溶媒としては、例えば、トルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・各種アルコール混合液、アセトニトリル・各種アルコール混合液等が使用できる。好ましくはアセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・各種アルコール混合液、又はアセトニトリル・各種アルコール混合液である。各種アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール等が挙げられる。
 二次結晶は洗浄や再結晶によって更に純度を上げることもできる。再結晶方法としては、二次結晶に有機溶媒を加えて加温した後、氷冷・ろ過・乾燥する方法が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、トルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・各種アルコール混合液、アセトニトリル・各種アルコール混合液等が使用できる。好ましくはアセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・各種アルコール混合液、又はアセトニトリル・各種アルコール混合液である。各種アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール等が挙げられる。
 これら二次結晶を得る場合に使用する有機溶媒量は、通常、原料から目的生成物が100%の収率で得られた場合の重量から上記で取り出した一次結晶の重量の分を引いた重量を基準とし、その2倍~20倍量使用される。また、収率を向上させたい場合は有機溶媒使用量を少なくした方が好ましく、高純度品を得たい場合は有機溶媒使用量を多くした方が好ましい。これら収率、純度を考慮した場合、2.5倍~5倍量がより好ましい。
 式[5-b]を原料とした場合、反応終了後、使用したアルコールを留去し、析出した結晶を有機溶媒中で加熱還流した後、冷却することで析出した結晶を濾取・洗浄し乾燥すると式[2-b]の高純度品の一次結晶が得られる。有機溶媒としては、例えば、トルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・各種アルコール混合液、アセトニトリル・各種アルコール混合液等が使用できる。好ましくはアセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・各種アルコール混合液、又はアセトニトリル・各種アルコール混合液である。又、一次結晶の精製方法は洗浄方法や再結晶法によって更に純度を上げることもできる。洗浄方法としては、一次結晶に有機溶媒を加えて加温し、後氷冷・ろ過・乾燥する方法が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、トルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・各種アルコール混合液、アセトニトリル・各種アルコール混合液等が使用できる。好ましくはアセトニトリル、酢酸エチル、酢酸エチル・各種アルコール混合液、又はアセトニトリル・各種アルコール混合液である。各種アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール等が挙げられる。
 これら一次結晶を得る場合に使用する有機溶媒量は、通常、原料から目的生成物が100%の収率で得られた場合の重量を基準とし、その2倍~20倍量使用される。また、収率を向上させたい場合は有機溶媒使用量を少なくした方が好ましく、高純度品を得たい場合は有機溶媒使用量を多くした方が好ましい。これら収率、純度を考慮した場合、2.5倍~5倍量がより好ましい。
[ビス(クロロカルボニル)化合物]
 本発明のビス(クロロカルボニル)化合物は、下記一般式[3]又は[4]で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
 Rは炭素数1~5のアルキル基であり、アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、セカンダリーブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ノルマルペンチル基などが挙げられる。なお、本発明のビス(クロロカルボニル)化合物からポリアミド酸エステルを合成した後、イミド化することでポリイミドとして使用する場合は、Rは炭素数が少なく脱離しやすいものが好ましく、より好ましくはメチル基である。
 Rは炭素数1~5のアルキル基であり、アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、セカンダリーブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ノルマルペンチル基などが挙げられる。
 nは1~4を表し、好ましくは2である。
 以下に、Rがメチル基であり、nが2である場合の本発明のビス(クロロカルボニル)化合物の具体例を挙げるが、本発明のビス(クロロカルボニル)化合物はこれらに限定されるものではない。なお、以下の表において、a1~a4及びb1~b4は、下記式[6]に示したそれぞれの位置を表し、表中の記号はそれぞれ以下の意味を示す。
Me:メチル基、Et:エチル基、Pr-n:ノルマルプロピル基、Pr-iso:イソプロピル基、Bu-n:ノルマルブチル基、Bu-sec:セカンダリーブチル基、Bu-iso:イソブチル基、Bu-t:ターシャリーブチル基、Pen-n:ノルマルペンチル基、OMe:メトキシ基、OEt:エトキシ基、OPr-n:ノルマルプロピルエーテル基、OPr-iso:イソプロピルエーテル基、OBu-n:ノルマルブトキシ基、OBu-sec:セカンダリーブトキシ基、OBu-iso:イソブトキシ基、OBu-t:ターシャリーブトキシ基、OPen-n:ノルマルペンチルエーテル基
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
 また、nが2であり、且つRがエチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、セカンダリーブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、又はノルマルペンチル基である化合物の場合は、上記表のb1~b4におけるMeをEt、Pr-n、Pr-iso、Bu-n、Bu-sec、Bu-iso、Bu-t、又はPen-nで、それぞれ置き換えた化合物を例示できる。
 本発明のビス(クロロカルボニル)化合物において、原料となるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの入手が容易であり、高い収率で得られることから、下記式[3-a]、[4-a]又は[4-b]で表される化合物が特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
 さらには、式[3-a]の高純度品を用いたポリマーは、式[4-a]の高純度品又は式[3-a]と式[4-a]の混合物を用いたポリマーよりも高分子量かつ低分散のポリマーを得ることが可能であるため、高分子量かつ低分散のポリマーを得る観点からは式[3-a]で表される化合物が好ましい。
 本発明のビス(クロロカルボニル)化合物[3]又は化合物[4]は、下記の反応式に示すように、式[1]又は式[2]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルを塩素化することで製造することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
 (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
 上記反応式で、式[3]及び式[4]のRの置換位置は、対応する式[1]及び式[2]と同じ置換位置を表す。即ち、ビス(クロロカルボニル)化合物[3-a]は、前記テトラカルボン酸ジアルキルエステル[1-a]を塩素化することで製造することができ、同様に化合物[4-a]は化合物[2-a]を塩素化することで、化合物[4-b]は化合物[2-b]を塩素化することでそれぞれ製造することができる。
 上記反応に使用する塩素化剤としては、塩化チオニル、オギザリルクロライド、ホスゲン、塩素、オキシ塩化リン、五塩化リン、N-クロロコハク酸イミドなどが挙げられる。好ましくは、塩化チオニル、オギザリルクロライド、ホスゲン、塩素、オキシ塩化リン、又は五塩化リンが挙げられる。また、より好ましくは、塩化チオニル、オギザリルクロライド、又はホスゲンが挙げられる。塩素化剤はテトラカルボン酸ジアルキルエステルに対して、通常2~100倍モル、好ましくは2~30倍モル、より好ましくは2~3倍モル使用される。
 上記の反応は、塩化チオニルなどの塩素化剤中でも行うことができるが、必要に応じて溶媒を使用することができる。溶媒は反応に不活性なものであれば特に限定はないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、又はトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン又はクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテル又は1,4-ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリル又はプロピオニトリル等のニトリル類、並びにこれらの混合物が挙げられる。好ましくは、ヘキサン、ヘプタン、又はトルエンが挙げられる。また、より好ましくは、ヘキサン、又はヘプタンが挙げられる。
 また、上記の反応は、触媒なしでも進行するが、触媒を添加することで塩素化剤の使用量を減らすことができ、かつ反応の進行を早くすることができる。触媒の具体例を挙げると、トリエチルアミン、ピリジン、キノリン、N、N-ジメチルアニリン、N、N-ジメチルホルムアミドなどの有機塩基類、並びに、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド又はカリウムt-ブトキシドなどの金属アルコキシド類が挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、トリエチルアミン、ピリジン、又はN、N-ジメチルホルムアミドが挙げられる。また、より好ましくは、ピリジンが挙げられる。これら触媒はテトラカルボン酸ジアルキルエステルに対して通常0~100倍モル、好ましくは0.01~10倍モル使用される。
 反応温度は、特に限定されないが、通常、-90~200℃、好ましくは-30~100℃、より好ましくは50~80℃である。
 反応時間は、通常、0.05~200時間、好ましくは0.5~100時間、より好ましくは0.5~5時間である。
 また、上記のようにして得られたビス(クロロカルボニル)化合物は、例えば、以下のようにして単離精製することができる。
 反応終了後、残った塩素化剤を留去し、その後溶媒を一定量加え、加熱撹拌させる。その後、冷却して析出した結晶をろ取し、洗浄し乾燥すると目的物の一次結晶が得られる。また、上記の加熱撹拌時、結晶を溶解させた後必要に応じてさらに熱時ろ過にて不溶物をろ過し、その後同様の操作をすることにより、より高純度の目的物が得られる。また、塩素化剤が使用溶媒よりも留去しやすい場合は、反応終了後残った塩素化剤および溶媒を一定量留去後、残液を加熱することで結晶を溶解あるいは加熱撹拌させた後、冷却して析出した結晶をろ取し、洗浄、乾燥すると目的物の一次結晶が得られる。上記の溶媒留去時、および加熱溶解時あるいは加熱撹拌時の温度としては例えば30~100℃、好ましくは30~50℃である。有機溶媒としては、例えば、トルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、n-ヘキサン、n-ヘプタン又は酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・n-ヘキサン混合液等が使用できる。好ましくはn-ヘキサン又はn-ヘプタン、酢酸エチル・n-ヘキサン混合液、又は酢酸エチル・n-ヘプタン混合液である。又、一次結晶の精製方法は洗浄方法や再結晶法によって更に純度を上げることもできる。再結晶方法としては、一次結晶にトルエン、アセトニトリル、酢酸エチル、n-ヘキサン、n-ヘプタン又は酢酸エチル・n-ヘプタン混合液、酢酸エチル・n-ヘキサン混合液等を加えて加温し、結晶を溶解させた後、氷冷・ろ過・乾燥することにより高純度品が得られる。
 また別の処理方法としては、反応終了後、残った塩素化剤を留去し、残液を蒸留することにより、目的物を得ることができる。
 一方、原料となるテトラカルボン酸ジアルキルエステルを精製した高純度の単一の立体異性体[1]を用いて塩素化反応を行い、反応終了後上記と同様の操作をするとより高純度の化合物[3]を高収率で得ることができる。同様に高純度の単一の立体異性体[2]を用いることで、高純度の化合物[4]を高収率で得ることができる。
 以上のようにして得た本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルあるいはビス(クロロカルボニル)化合物は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステルなどのモノマー原料として用いることができる。例えば、本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステルと種々のジアミン化合物とを縮合剤存在下、重縮合させることにより、又は本発明のビス(クロロカルボニル)化合物と種々のジアミン化合物とを反応させることによりポリアミドを合成することができる。また、それらポリアミドに必要に応じて触媒を添加し、加熱することでポリイミドを合成することもできる。一方、上記のジアミン化合物に替えて種々のジアルコール化合物を用いることでポリエステルを合成することができる。
 以上のように、本発明のこれらの化合物は、材料分野などに有用なシクロブタン環上にアルキル基を有するポリイミド、ポリアミド又はポリエステルを提供することができる。
[液晶配向剤]
 偏光させた放射線によるポリイミドの異方的な光分解反応を利用した光配向法により得られる液晶配向膜は、一般的に、ラビングによるものに比べて、高分子鎖の配向方向に対する異方性が小さくなる。これは、光分解反応によりポリイミドの分子量が低下し、かつ配向方向以外に低分子量成分が多く存在することに起因すると考えられる。
 ポリイミド前駆体として、ポリアミド酸を使用した場合、焼成時にイミド化と同時にジアミンと酸二無水物への逆反応が進行し、結果として得られるポリイミドの分子量はもとのポリアミド酸よりも低下する。よって、焼成による分子量低下も異方性を低下させる要因となる。また、酸二無水物とジアミンから得られるポリアミド酸は下記式(A)、(B)、(C)、(D)に示すようにアミド結合の結合位置が異なる4種類の構造が存在し、且つ分子鎖中にはこれらの構造がランダムに存在する。ポリアミド酸の塗膜は、焼成することで脱水閉環し、ポリイミドとすることができるが、イミド化が完全に進行しなかった場合、上記4種類の構造がランダムに存在するポリアミド酸が残存するため、高分子鎖の秩序性は低下する。高分子鎖の秩序性が低下すると、立体反発によりポリマー同士の相互作用が低下し、高秩序のポリイミド膜を得ることができない。よって、ポリアミド酸のように、アミド基の結合位置がランダムであると、得られるポリイミド膜の配向方向に対する異方性は小さくなると考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
 本発明者らは、鋭意研究をしたところ、高分子鎖の秩序性が高く、かつ、焼成時に、分子量が低下しないポリイミド前駆体を用いることにより、上記光配向法においても、配向方向に対して高い異方性を有するポリイミド膜が得られることを見出した。具体的には、シクロブタン環上のクロロカルボニル基およびエステル基の置換位置を制御した対称性の高い酸クロライドとジアミンにより得られる高い秩序性を有するポリアミド酸エステルを液晶配向剤として用いることで、上記光配向法においても、配向処理方向に対して高い異方性を有するポリイミド膜が得られることを見出し、かかる知見に基づき、本発明を完成させた。
[酸クロライド]
 本発明に用いるシクロブタン環の1,3位にクロロカルボニル基、2,4位にエステル基が結合した酸クロライドは下記式(101)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
(式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表し、R、R、R、Rは水素原子または炭素数1~30の1価炭化水素基を表し、同一でも異なってもよい。)
 式(101)で表される酸クロライドにおいて、Rは、炭素数1~5のアルキル基を表す。ここで、アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、セカンダリーブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ノルマルペンチル基などが挙げられる。一般に、ポリアミド酸エステルは、メチル基、エチル基、プロピル基と炭素数が増えるに従ってイミド化が進行する温度が高くなる。したがって、熱によるイミド化のしやすさの観点から、メチル基、又はエチル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
 式(101)で表される酸クロライドにおいて、R、R、R、Rは、水素原子および炭素数1~30の1価炭化水素基を表し、同一でも異なってもよい。
 一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、t-ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビシクロヘキシル基等のビシクロアルキル基;ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基、イソプロペニル基、1-メチル-2-プロペニル基、1または2または3-ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、キシリル基、トリル基、ビフェニル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルシクロヘキシル基等のアラルキル基などが挙げられる。
 なお、これらの一価炭化水素基の水素原子の一部または全部は、ハロゲン原子、リン酸エステル基、エステル基、チオエステル基、アミド基、ニトロ基、オルガノオキシ基、オルガノシリル基、オルガノチオ基、アシル基、アルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基などで置換されていてもよい。
 液晶配向性の観点から、R、R、R、Rには立体障害の小さい置換基が好ましく、水素原子、又はメチル基が特に好ましい。また配向方向に対して高い異方性を有する液晶配向膜を得られるためには、R、R、R、Rのすべてが同一の置換基、または、R、RおよびR、Rが同一の置換基であることが好ましい。
 R、R、R、R、クロロカルボニル基およびエステル基の立体配置の具体例としては、下記式(106)~(121)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
 上記の中でも、酸クロライドの対称性が高いほど高秩序のポリアミド酸エステルが得られ、かつ高分子鎖の直線性が高いほどイミド化率が低くても、高秩序の高分子膜となり、配向方向に対して高い異方性を有する液晶配向膜が得られるため、式(106)、(107)、(108)、(109)が特に好ましい。
 式(101)中のR、R、R、Rのうち1つ以上が水素原子である場合の酸クロライドの具体的な構造としては、下記式(122)~(129)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
 上記のうち、酸クロライドの対称性が高いほど高秩序のポリアミド酸エステルが得られ、かつ高分子鎖の直線性が高いほどイミド化率が低くても、高秩序の高分子膜となり、高い異方性を有する液晶配向膜が得られるため、式(126)、又は(127)が好ましい。さらに、クロロカルボニル基と、R又はRとが、シクロブタン環の同一炭素に置換することで、熱による異性化が抑制され、高温時でもモノマーまたはポリマーの対称性が崩れないので、式(126)が特に好ましい。
 加えて、R、R、R、Rが同一の置換基である場合、酸クロライドの対称性が向上し、高秩序のポリアミド酸エステルが得られるため、下記式(102)が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
 式(102)中、Rは炭素数1~4のアルキル基を表し、Rは炭素数1~30の1価炭化水素基を表す。1価炭化水素基としては、R、R、R、Rの構造として例示したものと同様の構造が挙げられる。
 以上から、式(101)で表される酸クロライドの具体例としては、式(103)又は(104)が特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
 式(101)の酸クロライドは、下記のようにテトラカルボン酸二無水物のエステル化、及びカルボン酸の塩素化の2段階の反応によって合成することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
 1段階目のエステル化反応は、テトラカルボン酸二無水物とROHで表されるアルコールとを反応させることにより行うことができる。反応温度は、例えば-90~200℃、好ましくは-30~100℃である。反応時間は、例えば0.5~200時間、好ましくは0.5~100時間である。この反応に使用するアルコールは、テトラカルボン酸二無水物に対して、例えば2~100倍モル、好ましくは2~40倍モル、より好ましくは2~20倍モルである。
 上記のエステル化反応後には、2,4位以外の位置がエステル基となっている異性体が多く含まれていることが多々あるので、本発明に用いる酸クロライドを得るためには、2,4位がエステル基であるジエステル体を精製することが望ましい。精製方法としては、再結晶やカラムクロマトグラフィーなどの種々の精製方法が挙げられ、操作の簡便性から、再結晶による精製が好ましい。再結晶溶媒としては、種々の有機溶剤を組み合わせることができる。
 2段階目の塩素化反応は、上記で得られたエステル体と塩素化剤とを有機溶剤の存在下で反応させることによって行うことができる。反応温度は、例えば-90~200℃、好ましくは-30~100℃、より好ましくは50~80℃である。反応時間は、例えば0.5~200時間、好ましくは0.5~100時間、より好ましくは0.5~5時間である。この反応に使用する塩素化剤は、エステル体に対して、例えば2~100倍モル、好ましくは2~30倍モル、より好ましくは2~3倍モルである。
 塩素化剤としては、塩化チオニル、オギザリルクロライド、ホスゲン、塩素、オキシ塩化リン、五塩化リン、N-クロロコハク酸イミドなどが挙げられる。
 反応溶媒としては、反応に不活性なものであれば特に限定はないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、またはトルエンなどの炭化水素類、クロロホルム、1,2-ジクロロエタンまたはクロロベンゼンなどのハロゲン系炭化水素類、ジエチルエーテルまたは1,4-ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトンまたはメチルエチルケトンなどのケトン類、アセトニトリルまたはプロピオニトリル等のニトリル類、並びにこれらの混合物が挙げられる。
 上記の塩素化反応は、触媒なしでも進行するが、触媒を添加することで塩素化剤の使用量を減らすことができ、かつ反応の進行を早くすることができる。触媒としては、トリエチルアミン、ピリジン、キノリン、N、N-ジメチルアニリン、N、N-ジメチルホルムアミドなどの有機塩基類、並びに、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシドまたはカリウムt-ブトキシドなどの金属アルコキシド類が挙げられる。これら触媒はエステル体に対して例えば0~100倍モル、好ましくは0.01~10倍モル使用される。
 酸クロライドの純度が高いほど、得られるポリアミド酸エステルの分子量が向上するため、塩素化反応後、反応生成物を精製するのが好ましい。精製方法としては、再結晶が挙げられ、再結晶溶媒としては、酸クロライドと反応しない有機溶剤であれば、特に限定されない。
 [ポリアミド酸エステル]
 本発明の液晶配向剤に使用するポリアミド酸エステルは、上述した式(101)で表される酸クロライドを必須成分として含有するビス(クロロカルボニル)化合物とジアミンとの反応により得られるものである。
 この反応に用いるビス(クロロカルボニル)化合物は、式(101)で表される以外の酸クロライド、例えば、シクロブタン環の1,4位にクロロカルボニル基、2,3位にアルキルエステル基が結合した酸クロライドが混在していても構わないが、この場合は式(101)で表される酸クロライドが60モル%以上であることが望ましい。得られるポリアミド酸エステルをより高秩序のものとし、配向処理方向に対する異方性をより高めるという観点からは、式(101)で表される酸クロライドが80モル%以上であることが好ましく、より好ましくは95~100モル%である。
 ビス(クロロカルボニル)化合物と反応させるジアミンとしては下記式(130)で表されるジアミンが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
(Xは2価の有機基を示す。)
 以下に式(130)中のXの構造の具体例を以下に示すが、本発明はこれに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000059
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
 本発明の液晶配向膜の製造方法では、ジアミン化合物中に芳香族環が存在する場合、その芳香環が光吸収部位となり、シクロブタン環の開裂反応は促進される。よって、光反応効率の観点から、ジアミン化合物としては芳香族ジアミンが好ましい。さらに、イミド化により生成したポリイミド分子鎖の直線性が高いほど液晶配向性が向上するため、A-7、A-11、A-12、A-13、A-14、A-20、A-22、A-23、A-24、A-26、A-27、A-28、A-30、A-42、A-43、A-44、A-45、A-46、A-48、A-63、A-69、A-71、A-72、A-73、A-74、又はA-75が特に好ましい。
 [ポリアミド酸エステルの合成]
 ポリアミド酸エステルは、ジアミンとビス(クロロカルボニル)化合物とを塩基と有機溶剤の存在下で-20℃~150℃、好ましくは0℃~50℃において、30分~24時間、好ましくは1~4時間反応させることによって合成することができる。
 前記塩基には、ピリジン、トリエチルアミン、4-ジメチルアミノピリジンなどが使用できるが、反応が穏和に進行するためにピリジンが好ましい。塩基の添加量は、多すぎると除去が難しく、少なすぎると分子量が小さくなるため、ビス(クロロカルボニル)化合物に対して、2~4倍モルであることが好ましい。
 ポリアミド酸エステルの合成に用いる溶媒は、モノマーおよびポリマーの溶解性からN-メチル-2-ピロリドン、又はγ-ブチロラクトンが好ましく、これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。合成時の濃度は、高すぎるとポリマーの析出が起こりやすく、低すぎると分子量が上がらないので、1~30重量%が好ましく、5~20重量%がより好ましい。また、ビス(クロロカルボニル)化合物の加水分解を防ぐため、ポリアミド酸エステルの合成に用いる溶媒はできるだけ脱水されていることが良く、窒素雰囲気中で、外気の混入を防ぐのが良い。
 以上のようにして得られるポリアミド酸エステルの溶液は、よく撹拌させながら貧溶媒に注入することで、ポリマーを析出させることができる。析出を数回行い、貧溶媒で洗浄後、常温あるいは加熱乾燥して精製されたポリアミド酸エステルの粉末を得ることができる。
 前記貧溶媒は、特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、ヘキサン、ブチルセロソルブ、アセトン、トルエン等が挙げられる。
 [ポリアミド酸エステルの分子量]
 重合反応に用いるジアミン成分とビス(クロロカルボニル)化合物の比率は分子量制御の観点からモル比で1.0/0.5~1.0であることが好ましい。このモル比が1:1に近いほど得られる重合体の分子量は大きくなる。重合体の分子量は、液晶配向剤の粘度や、液晶配向膜の物理的な強度に影響を与え、重合体の分子量が大きすぎると液晶配向剤の塗布作業性や塗膜均一性が悪くなる場合があり、分子量が小さすぎると液晶配向剤から得られる塗膜の強度が不十分となる場合がある。従って、本発明の液晶配向剤に用いる重合体の分子量は、重量平均分子量で2,000~500,000が好ましく、より好ましくは5,000~300,000であり、さらに好ましくは、10,000~100,000である。
 [液晶配向剤]
 本発明の液晶配向剤は、上記のように得られたポリマーが有機溶媒に均一に溶解している液晶配向剤形成用の塗布液である。
 本発明の液晶配向剤に使用される溶媒は、液晶配向剤に含有される重合体を溶解させるものであれば特に限定されない。あえて、その具体例を挙げるならば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、2-ピロリドン、N-エチルピロリドン、N-ビニルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ヘキサメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、1,3-ジメチル-イミダゾリジノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド等を挙げることができる。これらは1種又は2種以上を混合して用いてもよい。更に、単独では重合体を溶解させない溶媒であっても、重合体が析出しない範囲であれば、混合してもよい。
 また、液晶配向剤を基板へ塗布する際の塗膜均一性を向上させるための溶媒を加えてもよい。このような溶媒としては、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ヘキシルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、ジエチレングリコールジエチルエーテル、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、1-ブトキシ-2-プロパノール、1-フェノキシ-2-プロパノール、プロピレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセテート、プロピレングリコール-1-モノエチルエーテル-2-アセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、2-(2-エトキシプロポキシ)プロパノール、乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸n-プロピルエステル、乳酸n-ブチルエステル、乳酸イソアミルエステル等が挙げられる。これらの溶媒は2種類上を併用してもよい。
 本発明の液晶配向剤のポリマー濃度は、形成させようとする液晶配向膜の厚みの設定によって適宜変更することができるが、1~10重量%とすることが好ましい。1重量%未満では均一で欠陥のない塗膜を形成させることが困難となり、10重量%よりも多いと溶液の保存安定性が悪くなる場合がある。
 本発明の液晶配向剤に、基板に対する塗膜の密着性を向上させるために、シランカップリング剤などの添加剤を加えても良い。前記シランカップリング剤は、公知のものであれば、その種類を選ばない。
 前記カップリング剤を配合するにあたって、添加後に加熱しポリマーと反応させることで、密着性が向上し、また、液晶配向剤の特性への影響を抑えることができる。添加後、20℃~80℃で、より好ましくは40℃~60℃で、1~24時間反応させると良い。
 シランカップリング剤の添加量は、多すぎると未反応のものが液晶配向性に悪影響を及ぼすことがあり、少なすぎると密着性への効果が現れないため、ポリマー粉末に対して0.01~5.0重量%が好ましく、0.1~1.0重量%がより好ましい。
 本発明の液晶配向剤に、さらに架橋剤、イミド化促進剤などの各種添加剤などを使用しても構わないことは言うまでもない。また、本発明の液晶配向剤に含有される重合体は2種類以上であってもよく、少なくとも1種類が本発明のポリアミド酸エステルであれば、その他の重合体についてその種類は限定されない。
 [液晶配向剤の製造方法]
本発明の液晶配向剤は、以下の方法で製造することができる。
 ポリアミド酸エステルの粉末を、前記溶媒に溶解させて、ポリアミド酸エステル溶液とする。この時、ポリマー濃度は10~30%が好ましく、10~15%が特に好ましい。また、ポリアミド酸エステルの粉末を溶解する際に加熱してもよい。加熱温度は、20℃~150℃が好ましく、20℃~80℃が特に好ましい。
 得られたポリアミド酸エステル溶液は、前記した溶媒で所定のポリマー濃度になるように希釈することで、本発明の液晶配向剤とすることができる。
 シランカップリング剤や架橋剤を添加する場合は、ポリマーの析出を防ぐため、ポリマーの溶解性が低い溶媒を加える前に添加するのが好ましい。イミド化促進剤を添加する場合は、加熱することでイミド化が進行する可能性があるため、希釈工程の後に加えるのが好ましい。
 [液晶配向膜の製造方法]
 本発明の液晶配向剤は、ろ過した後、基板に塗布し、乾燥、焼成して塗膜とすることができ、この塗膜面を配向処理することにより液晶配向膜として使用されるものである。
 液晶配向剤の塗布方法としては、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などが挙げられる。
 液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択することができる。例えば、液晶配向剤に含有される有機溶媒を十分に除去するために50℃~120℃で1分~10分乾燥させ、その後150℃~300℃で5分~120分焼成される。
 焼成後の塗膜の厚みは、厚すぎると液晶表示素子の消費電力の面で不利となり、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nm、好ましくは10~200nmである。
 この塗膜を配向処理する方法としては、ラビング法、光配向処理法などが挙げられるが、本発明の液晶配向剤は光配向処理法で使用する場合に特に有用である。
 光配向処理法の具体例としては、前記塗膜表面に、一定方向に偏向した放射線を照射し、場合によってはさらに150~250℃の温度で加熱処理を行い、液晶配向能を付与する方法が挙げられる。放射線としては、100nm~800nmの波長を有する紫外線および可視光線を用いることができる。このうち、100nm~400nmの波長を有する紫外線が好ましく、200nm~400nmの波長を有するものが特に好ましい。また、液晶配向性を改善するために、塗膜基板を50~250℃で加熱しつつ、放射線を照射してもよい。前記放射線の照射量は、1~10,000mJ/cmの範囲にあることが好ましく、100~5,000mJ/cmの範囲にあることが特に好ましい。
 以上の様にして作製した液晶配向膜は、液晶分子を一定の方向に安定して配向させることができる。
 以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
<実施例1>65℃、中性条件下におけるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000061
 窒素気流下中、3Lの四つ口フラスコに、1,3-ジメチルシクロブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物(式(5-1)の化合物、以下1,3-DM-CBDAと略す)を220g(0.981mol)と、メタノールを2200g(6.87mol、1,3-DM-CBDAに対して10wt倍)仕込み、65℃にて加熱還流を行ったところ、30分で均一な溶液となった。反応溶液はそのまま4時間30分加熱還流下で撹拌した。この反応液を高速液体クロマトグラフィー(以下、HPLCと略す)にて測定した。この測定結果の解析は後述する。
 エバポレーターにて、この反応液から溶媒を留去した後、酢酸エチル1301gを加えて80℃まで加熱し、30分還流させた。その後、10分間に2~3℃の速度で内温が25℃になるまで冷却し、そのまま25℃で30分撹拌した。析出した白色結晶をろ過によって取り出し、この結晶を酢酸エチル141gにて2回洗浄した後、減圧乾燥することで、白色結晶を103.97g得た。
 この結晶は、1H NMR分析、及びX線結晶構造解析の結果により、化合物(1-1)であることを確認した(HPLC相対面積97.5%)(収率36.8%)。
1H NMR (DMSO-d6, δppm);12.82 (s, 2H), 3.60 (s, 6H), 3.39 (s, 2H), 1.40 (s, 6H).
 2,4-ビス(メトキシカルボニル)-1,3-ジメチルシクロブタン-1,3-ジカルボン酸である化合物(1-1)を以下において1,3-DM-CBDEとも略称する。
 一方、上記の白色結晶を取り出した後のろ液をエバポレーターにて溶媒留去したところ、172.24gの白色結晶が得られた。この白色結晶156.01gにアセトニトリル385.09gを加え、65℃まで加熱すると、結晶は完全に溶解した。その後、1時間かけて30℃まで冷却し、その後2時間かけて内温が25℃になるまで冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取りだし、この結晶をアセトニトリル30.7gにて洗浄した。これを減圧乾燥することで、52.74gの白色結晶を得た。
 この結晶は、1H NMR分析、及びX線結晶構造解析の結果により、化合物(2-1)であることを確認した(HPLC相対面積99.2%)(収率20.6%)。
1H NMR (DMSO-d6, δppm);12.82 (s, 2H), 3.60 (s, 6H), 3.48 (s, 1H), 3.30(s, 1H), 1.45 (s, 3H), 1.38 (s, 3H).
 なお、上記で得られた化合物(1-1)、化合物(2-1)等を標品に用いて、反応終了時のHPLCの測定データを解析したところ、反応生成物全体に対する化合物(1-1)の割合は、HPLC相対面積で50%、化合物(2-1)は47%であった。また、反応液から化合物(1-1)の結晶を取り出した後のろ液では、化合物(1-1)の割合がHPLC相対面積で21%、化合物(2-1)は74%であった。
 [X線結晶構造解析]
装置:DIP2030(MacScience社製)
X線:Mokα(40kV,200mA)
測定温度:298.0K
 測定用試料は、得られた化合物をアセトニトリルに溶解させ、室温でゆっくり濃縮して単結晶を作成した。
 化合物(1-1)の単結晶X線測定の解析結果のORTEP図を図1に示す。
結晶データー
分子式 C1216
分子量 288.252
色相、形状 colorless, block
晶系 Monoclinic
空間群 P2/c
格子定数 a=8.3460(10)Å,b=8.256(2)Å,c=10.630(2)Å
α=90.00°,β=109.738(10)°,γ=90.00°
V=689.4(3)Å
Z値=2
R(gt)=0.111
wR(gt)=0.548
 化合物(2-1)の単結晶X線測定の解析結果のORTEP図を図2に示す。
結晶データー
分子式 C1216
分子量 288.252
色相、形状 colorless, cube
晶系 triclinic
空間群 P-1
格子定数 a=7.422(2)Å,b=8.0390(10)Å,c=12.232(2)Å
α=106.055(10)°,β=99.018(10)°,γ=103.537(10)°
V=662.4(2)Å
Z値=2
R(gt)=0.06
wR(gt)=0.07
<実施例2>20℃、中性条件下におけるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの合成
 窒素気流下中、200mLの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDAを10g(0.045mol)と、メタノールを50g(1.56mol、1,3-DM-CBDAに対して5wt倍)仕込み、14~20℃で69時間撹拌したところ均一な反応溶液が得られた。この反応液をHPLCにて分析したところ、化合物(1-1)のHPLC相対面積は56%であり、化合物(2-1)のHPLC相対面積は44%であった。
 エバポレーターにて、この反応液から溶媒を留去した後、酢酸エチル60gを加えて80℃まで加熱し、30分還流させた。その後、10分間に2~3℃の速度で内温が25℃になるまで冷却し、そのまま25℃で30分撹拌した。析出した白色結晶をろ過によって取り出し、酢酸エチル6.43gにて2回洗浄した後、減圧乾燥することで、白色結晶を5.50g得た。
 この結晶は、1H NMR分析、及びX線結晶構造解析の結果により、化合物(1-1)であることを確認した(HPLC相対面積99.0%)(収率45.7%)。
<実施例3>40℃、中性条件下におけるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの合成
 窒素気流下中、200mLの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDAを10g(0.045mol)と、メタノールを50g(1.56mol、1,3-DM-CBDAに対して5wt倍)仕込み、40℃で7時間30分撹拌したところ均一な反応溶液が得られた。この反応液をHPLCにて分析したところ、化合物(1-1)のHPLC相対面積は48%であり、化合物(2-1)のHPLC相対面積は45%であった。
<実施例4>25℃、ピリジン存在下におけるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの合成
 窒素気流下中、3Lの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDAを240g(1.07mol)と、酢酸エチル720gとを仕込み、ピリジン8.47g(0.107mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下25℃にて懸濁させた。この懸濁液に、メタノール600g(18.73mol、1,3-DM-CBDAに対して2.5wt倍)を内温が25℃以下になるように1時間かけて滴下し、滴下終了後も20分攪拌したところ均一な反応溶液が得られた。この反応液をHPLCにて分析したところ、化合物(1-1)のHPLC相対面積は77%であり、化合物(2-1)のHPLC相対面積は22%であった。
 この反応液をエバポレーターにて内容量が561.65gになるまで水浴40℃、170~140Torrにて溶媒留去した。続いて酢酸エチル1450gを加え撹拌した後、エバポレーターにて内容量が597.51gになるまで水浴40℃、170~140Torrにて溶媒留去した。その後、再度酢酸エチル1450gを加え撹拌した後、エバポレーターにて内容量が1852gになるまで水浴40℃、170~140Torrにて溶媒留去した。また、この時留去した溶媒をガスクロマトグラフィーで分析したところ、メタノールの面積%は0.3%であった。続いて残ったスラリー溶液を80℃まで加熱し、30分還流させた後10分間に2~3℃の速度で内温が25℃になるまで冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶を酢酸エチル192.88gにて2回洗浄した。これを減圧乾燥することで白色結晶を223.77g得た。この結晶は、1H NMR分析結果により、化合物(1-1)であることを確認した(HPLC相対面積99.0%)(収率72.5%)。
<実施例5>0℃、ピリジン存在下におけるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの合成
 窒素気流下中、100mLの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDAを5g(0.022mol)と、メタノールを25g(0.78mol、1,3-DM-CBDAに対して5wt倍)と、ピリジンを0.176g(0.0022mol)とを仕込み、マグネチックスターラー攪拌下0℃にて8時間撹拌したところ、均一な反応溶液が得られた。この反応液をHPLCにて分析したところ、化合物(1-1)のHPLC相対面積は79%であり、化合物(2-1)のHPLC相対面積は20%であった。
<実施例6>40℃、ピリジン存在下におけるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの合成
 窒素気流下中、100mLの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDAを5g(0.022mol)と、メタノールを25g(0.78mol、1,3-DM-CBDAに対して5wt倍)と、ピリジンを0.176g(0.0022mol)とを仕込み、マグネチックスターラー攪拌下40℃にて20分間撹拌したところ、均一な反応溶液が得られた。この反応液をHPLCにて分析したところ、化合物(1-1)のHPLC相対面積は74%であり、化合物(2-1)のHPLC相対面積は25%であった。
<実施例7~14>
 一連の操作は実施例4と同様に、添加したピリジンの当量数、温度をそれぞれ以下の表に示す値にて実施した。また、ここで得られた反応液のHPLCによる分析結果、及び実施例1~6で得られた反応液の結果を合わせて表に示す。
 HPLC分析条件
カラム:Atlantis cd18 (Waters)、 5um、4.6×250mm
オーブン:40℃
溶離液:アセトニトリル/0.5%リン酸水溶液=22/78、検出波長:209nm
流速:1.0mL/分、サンプル注入量:10μL
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000062
<実施例15~43>
 一連の操作は実施例4と同様にし、ピリジンに替えて種々の添加物を加えて反応を行った。この際の添加物の種類、添加物の当量数、温度、反応時間、HPLCによる反応液の分析結果を以下の表に示す。なお、表中に記した添加物は次に示すとおりである。
Add-1:カリウムメトキシド
Add-2:炭酸カリウム
Add-3:トリエチルアミン
Add-4:t-ブトキシカリウム
Add-5:キノリン
Add-6:8-キノリノール
Add-7:1,10-フェナンスロリン
Add-8:バソフェナンスロリン
Add-9:バソクプロイン
Add-10:2,2’-ビピリジル
Add-11:2-フェニルピリジン
Add-12:2,6-ジフェニルアミノピリジン
Add-13:2-ジメチルアミノピリジン
Add-14:4-ジメチルアミノピリジン
Add-15:2-(2-ヒドロキシエチル)ピリジン
Add-16:5-ブロモ-2-クロロピリジン
Add-17:1,8-ジアザビシクロ[5、4、0]-7-ウンデン
Add-18:p-トルエンスルホン酸
Add-19:リン酸
Add-20:蟻酸
Add-21:トリフェニルホスフィン
Add-22:トリメチルボレート
Add-23:リンタングステン酸( H[PW1240]・30HO )
Add-24:リンモリブデン酸( H[PMo1240]・30HO )
Add-25:水
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000063
<実施例44>化合物(1-4)及び(2-4)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000064
 窒素気流下中、200mLの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDAを10g(0.045mol)と、テトラヒドロフランを50gとを仕込み、ピリジン10.59g(0.004mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下にて25℃にて懸濁させた後、エタノール50g(1.561mol、1,3-DM-CBDAに対して5wt倍)を1時間かけて滴下した。滴下終了後5日間撹拌したところ均一な反応溶液が得られた。
 この反応液をエバポレーターにて溶媒留去した後、酢酸エチル70.55gを加え、80℃まで加熱撹拌し、30分還流させた後、10分間に2~3℃の速度で内温が25℃になるまで冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶を酢酸エチル7.05gにて2回洗浄した。これを減圧乾燥することで白色結晶を9.15gを得た。
 この結晶は、1H NMR分析結果により、化合物(1-4)であることを確認した(HPLC相対面積99.6%)(収率64.8%)。
1H NMR (DMSO-d6, δppm) : 12.82 (s, 2H), 4.09-4.04 (q, 4H), 3.36 (s, 2H), 1.41 (s, 6H), 1.16-1.41 (t, 6H).
 なお、反応溶液のHPLC測定データを、標品を用いて解析した結果、化合物(1-4)と(2-4)のHPLC相対面積は、それぞれ83%、17%であった。
<実施例45>化合物(1-10)及び(2-10)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000065
 窒素気流下中、200mLの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDAを10g(0.045mol)と、アセトニトリルを50gとを仕込み、ピリジン0.353g(0.0045mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下25℃にて懸濁させた後、2-プロパノール50g(0.416mol、1,3-DM-CBDAに対して2.5wt倍)を1時間かけて滴下した。滴下終了後12日間撹拌した。
 この反応液をエバポレーターにて溶媒留去した後(13.05g)、アセトニトリル52.20g、2-プロパノール6.53gを加え、71℃まで加熱溶解させ、内温27℃まで1時間放冷した。これを、水冷にて1時間撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶をアセトニトリル13.05gにて洗浄した。これを減圧乾燥することで白色結晶を6.08g得た。
 この結晶は、1H NMR分析結果により、(1-10)であることを確認した(HPLC相対面積88.8%)(収率46.6%)。
1H NMR (DMSO-d6, δppm) : 12.76 (s, 2H), 4.92-4.85 (m, 2H), 3.31 (s, 2H), 1.41 (s, 6H), 1.19-1.17 (q, 6H).
 なお、反応溶液のHPLC測定データを、標品を用いて解析した結果、化合物(1-10)と(2-10)のHPLC相対面積は、それぞれ88%、12%であった。
<実施例46>化合物(1-10)及び(2-10)の合成
 窒素気流下中、200mLの四つ口フラスコに、1,3-DM-CBDA 10g(0.045mol)、アセトニトリル50g(1.22mol、1,3-DM-CBDAに対して5wt倍)を仕込み、ピリジン0.353g(0.0045mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下50℃に加熱撹拌し、2-プロパノール50g(0.416mol、1,3-DM-CBDAに対して2.5wt倍)を1時間かけて滴下した。滴下終了後7日間撹拌した。
 反応液をHPLCにて分析した結果、化合物(1-10)と(2-10)のHPLC相対面積%は、それぞれ83%、17%であった。
<実施例47>ビス(クロロカルボニル)化合物(3-1)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000066
 窒素気流下中、3Lの四つ口フラスコに、化合物(1-1)234.15g(0.81mol)、n-ヘプタン1170.77g(11.68mol.5wt倍)を仕込んだ後、ピリジン0.64g(0.01mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下にて75℃まで加熱撹拌した。続いて、塩化チオニル289.93g(11.68mol)を1時間かけて滴下した。滴下直後から発泡が開始し、滴下終了30分後に反応溶液は均一となり、発泡は停止した。続いてそのまま75℃にて1時間30分撹拌した後、エバポレーターにて水浴40℃で内容量が924.42gになるまで溶媒を留去した。これを60℃に加熱し、溶媒留去時に析出した結晶を溶解させ、60℃にて熱時ろ過を行うことで不溶物をろ過した後、ろ液を25℃まで10分間に1℃の速度で冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶をn-ヘプタン264.21gにて洗浄した。これを減圧乾燥することで、白色結晶を226.09g得た。
 続いて窒素気流下中、3Lの四つ口フラスコに、上記で得られた白色結晶226.09g、n-ヘプタン452.18gを仕込んだ後、60℃に加熱撹拌して結晶を溶解させた。その後、25℃まで10分間に1℃の速度で冷却撹拌し、結晶を析出させた。そのまま25℃で1時間撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶をn-ヘキサン113.04gにて洗浄した後、減圧乾燥することで白色結晶を203.91g得た。この結晶は、1H NMR分析結果により、化合物(3-1)すなわち、ジメチル-1,3-ビス(クロロカルボニル)-1,3-ジメチルシクロブタン-2,4-ジカルボキシレート(以下、1,3-DM-CBDE-C1という。)であるであることを確認した(HPLC相対面積99.5%)(収率77.2%)。
1H NMR (CDCl3, δppm) : 3.78 (s, 6H), 3.72 (s, 2H), 1.69 (s, 6H).
<実施例48~53>
 一連の操作は実施例47と同様にし、触媒の種類、触媒の当量数、温度をそれぞれ下記表に示す値にて実施した。また、反応終了時間は、反応液が均一溶液且つ、ガスの発生が完全に停止した時点とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000067
<実施例54>ビス(クロロカルボニル)化合物(4-1)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000068
 窒素気流下中、200mLの四つ口フラスコに、化合物(2-1)20.01g(69.38mmol)、n-ヘプタン100gを仕込んだ後、ピリジン0.055g(0.69mmol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下にて70℃まで加熱撹拌した。続いて、塩化チオニル24.75g(208.15mmol)を1時間かけて72℃にて滴下した。滴下直後から発泡が開始し、滴下終了1時間後に発泡は停止した。続いてそのまま73℃にて1時間30分撹拌し、エバポレーターにて水浴40℃で内容量が53.9gになるまで溶媒を留去した。続いて残液を60℃に加熱し、30分間加熱撹拌した後、30分かけて28℃まで冷却した。そのまま20℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶をn-ヘプタン22.57gにて洗浄した。これを減圧乾燥することで、白色結晶21.93gを得た。この結晶は、1H NMR分析結果により、化合物(4-1)であることを確認した(HPLC相対面積98.5%)(収率97.2%)。
1H NMR (CDCl3, δppm) : 4.15 (s, 1H), 3.84(s, 3H), 3.80 (s, 3H), 3.44 (s, 1H), 1.74 (s, 3H), 1.59 (s, 3H).
<実施例55>化合物(2-2)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000069
 窒素気流下中、3Lの四つ口フラスコに、1,2-ジメチルシクロブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸二無水物(式(5-2)の化合物、以下1,2-DM-CBDAと略す)19.9g(0.089mol)、酢酸エチル49.7gを仕込み、ピリジン0.70g(0.009mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下25℃にて懸濁させた後、メタノール49.75g(1.55mol、1,2-DM-CBDAに対して2.5wt倍)を内温が30℃以下になるように1時間かけて滴下した。滴下終了20分後に反応溶液は完全に溶解し、そのまま20~30℃にて40分間撹拌した。
 この反応液をエバポレーターにて内容量が51.18gになるまで水浴40℃、170~140Torrにて溶媒留去した。続いて酢酸エチル127.94gを加え撹拌した後、エバポレーターにて内容量が51.18gになるまで水浴40℃、170~140Torrにて溶媒留去した。その後、再度酢酸エチル127.94gを加え撹拌した後、エバポレーターにて内容量が117.71gになるまで水浴40℃、170~140Torrにて溶媒留去した。また、この時留去した溶媒をガスクロマトグラフィーにて測定した結果、メタノールの面積は0.3%であった。続いて残ったスラリー溶液を80℃まで加熱し、30分還流させた後、10分間に2~3℃の速度で内温が25℃になるまで冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過によって取り出し、この結晶を酢酸エチル12.8gにて2回洗浄した。これを減圧乾燥することで、白色結晶を16.96g得た。この結晶は、1H NMR分析結果により、化合物(2-2)であることを確認した(HPLC相対面積95.5%)(収率66.7%)。
1H NMR (DMSO-d6, δppm) : 13.16 (s, 2H), 3.56 (s, 6H), 3.21 (s, 2H), 1.30 (s, 6H).
 なお、反応溶液のHPLC測定データを、標品を用いて解析した結果、化合物(2-2)のHPLC相対面積は96%であった。
<実施例56>ビス(クロロカルボニル)化合物(4-2)の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000070
 窒素気流下中、3Lの四つ口フラスコに、化合物(2-2)16.46g(0.06mol)、n-ヘプタン82.3gを仕込んだ後、ピリジン0.045g(0.6mmol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下にて75℃まで加熱撹拌した。続いて、塩化チオニル20.38g(0.17mol)を1時間かけて滴下した。滴下直後から発泡が開始し、滴下終了30分後に反応溶液は均一となり発泡は停止した。続いてそのまま75℃にて1時間30分撹拌した後、エバポレーターにて水浴40℃で内容量が64.98gになるまで溶媒を留去した。これを60℃に加熱し、溶媒留去時に析出した結晶を溶解させ、60℃にて熱時ろ過を行うことで不溶物をろ過した後、ろ液を25℃まで10分間に1℃の速度で冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過で取り出し、この結晶をn-ヘプタン18.57gにて洗浄した。これを減圧乾燥することで白色結晶16.42gを得た。この結晶は、1H NMR分析結果により、化合物(4-2)であることを確認した(HPLC相対面積95.5%)(収率 88.5%)。
1H NMR (CDCl3, δppm) : 3.72 (s, 6H), 3.42 (s, 2H), 1.82 (s, 6H).
<参考例1>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000071
 窒素気流下中、3Lの四つ口フラスコに、シクロブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸-1:2,3:4-二無水物(以下CBDAと略す)300g(1.53mol)、アセトニトリル900gを仕込み、ピリジン12.1g(0.153mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下25℃にて懸濁させた後、メタノール750g(23.4mol、CBDAに対して2.5wt倍)を内温が30℃以下になるように1時間かけて滴下した。滴下終了20分後に反応溶液は完全に溶解し、そのまま20~30℃にて1時間撹拌した。この反応液をHPLCにて分析した結果、CB-2,4-DMEとCB-2,3-DMEの相対面積は、それぞれ49.2%、49.8%であり、ピリジン存在下で反応を行っても位置異性体の選択性は得られなかった。
 この反応液をエバポレーターにて内容量が796.08gになるまで水浴40℃にて溶媒留去した。続いてアセトニトリル995.10gを加え撹拌した後、エバポレーターにて内容量が796.08gになるまで水浴40℃にて溶媒留去した。さらに、再度アセトニトリル995.10gを加え撹拌した後、エバポレーターにて内容量が796.08gになるまで水浴40℃にて溶媒留去した。また、この時留去した溶媒をガスクロマトグラフィーにて測定した結果、メタノールの面積は0.3%であった。続いてアセトニトリル398.04gを加え、80℃まで加熱し30分還流させた後、10分間に2~3℃の速度で内温が25℃になるまで冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過によって取り出し、この結晶をアセトニトリル199.02gにて2回洗浄した。これを減圧乾燥することで白色結晶を157.54g得た。この結晶は、1H NMR分析結果により、CB-2,4-DMEであることを確認した(HPLC相対面積96.4%)(収率39.6%)。
1H NMR (DMSO-d6, δppm) : 12.81 (s, 2H), 3.61 (s, 6H), 3.59-3.54 (m, 2H).
<応用例1>化合物(3-1)とパラフェニレンジアミンの重合
 窒素気流下中、50mLの二口フラスコに、パラフェニレンジアミン0.6005g(5.5527mmol)、N-メチルピロリドン10mL、γ-ブチロラクトン10mL、ピリジン1.06mLを仕込み、25℃にてマグネチックスターラーにて攪拌し、パラフェニレンジアミンを完全溶解させた。その後、反応液を氷冷し、マグネチックスターラーにて攪拌しながら化合物(3-1)をロートを使用して30秒かけて添加した。その後添加に使用したロートをN-メチルピロリドン3mLで洗浄し、窒素置換を行い、20分間0℃にて撹拌した。20分後、温度を20℃にあげ、その後3時間20℃にて撹拌した。この重合溶液を1時間後、2時間後サンプリングして粘度を測定したところ1時間後(1300mPa・s)、2時間後(1500mPa・s)であった。
<応用例2>化合物(4-1)とパラフェニレンジアミンの重合
 窒素気流下中、50mLの二口フラスコに、パラフェニレンジアミン0.6005g(5.5527mmol)、N-メチルピロリドン10mL、γ-ブチロラクトン10mL、ピリジン1.06mLを仕込み、25℃にてマグネチックスターラーにて攪拌し、パラフェニレンジアミンを完全溶解させた。その後、反応液を氷冷し、マグネチックスターラーにて攪拌しながら化合物(4-1)をロートを使用して30秒かけて添加した。その後添加に使用したロートをN-メチルピロリドン3mLで洗浄し、窒素置換を行い、20分間0℃にて撹拌した。20分後、温度を20℃にあげ、その後3時間20℃にて撹拌した。この重合溶液を1時間後、2時間後サンプリングして粘度を測定したところ1時間後(28mPa・s)、2時間後(28mPa・s)であった。
〈合成例101~104、比較合成例101~103、実施例101~111、比較例101~107〉
 以下に、下記の合成例、比較合成例、実施例、及び比較例で使用した化合物の略号と構造を示す。
1,3-DM-CBDA:1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
1,3-DM-CBDE:2,4-ビス(メトキシカルボニル)-1,3-ジメチルシクロブタン-1,3-ジカルボン酸
p-PDA:p-フェニレンジアミン
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000072
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000073
 (有機溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
γ-BL:γ-ブチロラクトン
BCS:ブチルセロソルブ
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
DEF:N,N-ジエチルホルムアミド
 以下に、HNMR、FT-IR、X線結晶構造解析、粘度、分子量、配向膜の異方性、電圧保持率、イオン密度の各測定方法を示す。
HNMR]
装置:フーリエ変換型超伝導核磁気共鳴装置(FT-NMR)INOVA-400(Varian社製):400MHz
標準物質:テトラメチルシラン(TMS)
[FT-IR]
装置:NICOLET5700(Thermo ELECTRON社製)
Smart Orbitアクセサリー
測定法:ATR法
[X線結晶構造解析]
装置:DIP2030(MacScience社製)
X線:Mokα(40kV,200mA)
測定温度:298.0K
[粘度]
 合成例において、ポリアミド酸エステルおよびポリアミド酸溶液の粘度はE型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
[分子量]
 また、ポリアミド酸エステルおよびポリアミド酸の分子量はGPC(常温ゲル浸透クロマトグラフィー)装置によって測定し、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド換算値として数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)を算出した。
GPC装置:Shodex社製(GPC-101)
カラム:Shodex社製(KD803、KD805の直列)
カラム温度:50℃
溶離液:N,N-ジメチルホルムアミド(添加剤として、臭化リチウム-水和物(LiBr・HO)が30mmol/L、リン酸・無水結晶(o-リン酸)が30mmol/L、テトラヒドロフラン(THF)が10ml/L)
流速:1.0ml/分
検量線作成用標準サンプル:東ソー社製 TSK 標準ポリエチレンオキサイド(重量平均分子量(Mw) 約900,000、150,000、100,000、30,000)、及び、ポリマーラボラトリー社製 ポリエチレングリコール(ピークトップ分子量(Mp) 約12,000、4,000、1,000)。測定は、ピークが重なるのを避けるため、900,000、100,000、12,000、1,000の4種類を混合したサンプル、および150,000、30,000、4,000の3種類を混合したサンプルの2サンプルを別々に測定。
[配向膜の異方性]
 配向膜の異方性の測定は以下のようにして行った。
 モリテックス社製の液晶配向膜評価システム「レイ・スキャン ラボH」(LYS-LH30S-1A)を用いて測定を行った。膜厚100nmのポリイミド膜に偏光板を介して紫外線を照射し、得られた配向膜の配向方向に対する異方性の大きさを測定した。
[電圧保持率]
 液晶セルの電圧保持率の測定は以下のようにして行った。
 4Vの電圧を60μs間印加し、16.67ms後の電圧を測定することで、初期値からの変動を電圧保持率として計算した。測定の際、液晶セルの温度を23℃、60℃とし、それぞれの温度で測定を行った。
[イオン密度]
 液晶セルのイオン密度の測定は以下のようにして行った。
 東陽テクニカ社製の6254型液晶物性評価装置を用いて測定を行った。10V、0.01Hzの三角波を印加し、得られた波形のイオン密度に相当する面積を三角形近似法により算出し、イオン密度とした。測定の際、液晶セルの温度を23℃、60℃とし、それぞれの温度で測定を行った。
(合成例101)
<ジメチル 1,3-ビス(クロロカルボニル)-1,3-ジメチルシクロブタン-2,4-ジカルボキシレート(1,3-DM-CBDE-Cl)の合成>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000074
 窒素気流下中、3L の四つ口フラスコに、実施例1と同様の操作で得られた1,3-DM-CBDEを234.15g(0.81mol)と、n-ヘプタン1170.77gとを仕込んだ後、ピリジン0.64g(0.01mol)を加え、マグネチックスターラー攪拌下にて75℃まで加熱撹拌した。続いて、塩化チオニル289.93g(11.68mol) を1時間かけて滴下した。滴下直後から発泡が開始し、滴下終了30分後に反応溶液は均一となり、発泡は停止した。続いてそのまま75℃にて1時間30分撹拌した後、エバポレーターにて水浴40℃で内容量が924.42gになるまで溶媒を留去した。これを60℃に加熱し、溶媒留去時に析出した結晶を溶解させ、60℃にて熱時ろ過を行うことで不溶物をろ過した後、ろ液を25℃まで10分間に1℃の速度で冷却した。そのまま25℃で30分撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶をn-ヘプタン264.21gにて洗浄した。これを減圧乾燥することで、白色結晶を226.09g得た。
 続いて窒素気流下中、3L の四つ口フラスコに、上記で得られた白色結晶226.09g、n-ヘプタン452.18gを仕込んだ後、60℃に加熱撹拌して結晶を溶解させた。その後、25℃まで10分間に1℃の速度で冷却撹拌し、結晶を析出させた。そのまま25℃で1時間撹拌させた後、析出した白色結晶をろ過により取り出し、この結晶をn-ヘキサン113.04gにて洗浄した後、減圧乾燥することで白色結晶を203.91g得た(HPLC相対面積99.5%)。
 この結晶は、H NMR等の分析結果により、目的化合物である1,3-DM-CBDE-Cl、即ち、シクロブタン環の1,3位にクロロカルボニル基、2,4位にメチルエステル基が結合した酸クロライドであることを確認した。
H NMR (CDCl,δppm) : 3.78(s,6H), 3.72 (s,2H), 1.69(s,6H).
(合成例102)ポリアミド酸エステル樹脂(A-1)の製造
 撹拌装置付きの50mL四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、p-PDAを0.600 g(5.55mmol)入れ、NMP 27.5g、塩基としてピリジン 1.03g(13.05mmol) を加え、撹拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を撹拌しながら合成例101の1,3DM-CBDE-Clを1.77g(5.44mmol)添加し、水冷下2時間反応させた。得られたポリアミド酸エステルの溶液を、197gの水に撹拌しながら投入し、析出した白色沈殿をろ取し、続いて、197gの水で1回、197gのメタノールで1回、49gのメタノールで3回洗浄し、乾燥することで白色のポリアミド酸エステル樹脂(A-1)の粉末1.72gを得た。収率は、87.4%であった。また、このポリアミド酸エステルの分子量はMn=24,868、Mw=51,727であった。
(合成例103)ポリアミド酸エステル樹脂(A-2)の製造
 撹拌装置付きの300mL四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、p-PDAを2.820 g(26.08mmol)、4,4’-ジアミノトランを1,357g(6.519mmol)入れ、NMP226g、塩基としてピリジン 5.82g(73.54mmol) を加え、撹拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を撹拌しながら合成例1の1,3DM-CBDE-Clを9.963g(30.64mmol)添加し、水冷下4時間反応させた。得られたポリアミド酸エステルの溶液を、1190gの水に撹拌しながら投入し、析出した白色沈殿をろ取し、続いて、1190gの水で1回、1190gのエタノールで1回、298gのエタノールで3回洗浄し、乾燥することで白色のポリアミド酸エステル樹脂(A-2)の粉末10.64gを得た。収率は、89.4%であった。また、このポリアミド酸エステルの分子量はMn=14,153、Mw=35,239であった。
(合成例104)ポリアミド酸エステル樹脂(A-3)の製造
 撹拌装置付きの50mL四つ口フラスコを窒素雰囲気とし、4,4’-エチレンジアニリンを0.998g(4.70mmol)入れ、NMP19.7g、塩基としてピリジン 0.783g(9.89mmol) を加え、撹拌して溶解させた。次にこのジアミン溶液を撹拌しながら合成例101の1,3DM-CBDE-Clを1.532g(4.71mmol)添加し、水冷下2時間反応させた。得られたポリアミド酸エステルの溶液を、197gの水に撹拌しながら投入し、析出した白色沈殿をろ取し、続いて、219gの水で1回、219gのメタノールで1回、55gのメタノールで3回洗浄し、乾燥することで白色のポリアミド酸エステル樹脂(A-3)の粉末1.70gを得た。収率は、77.7%であった。また、このポリアミド酸エステルの分子量はMn=19,210、Mw=35,076であった。
(比較合成例101)ポリアミド酸(B-1)の溶液の調製
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの300mL四つ口フラスコに1,3DM-CBDAを19.05g(85.98mol)取り、γ-BL63gを加え、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。この酸二無水物溶液を撹拌しながらNMP100gを加えた後、p-PDA8.87(82.02mmol)を添加し、更に固形分濃度が10質量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌してポリアミド酸(B-1)の溶液を得た。このポリアミド酸溶液の温度25℃における粘度は356mPa・sであった。また、このポリアミド酸の分子量はMn=21,137、Mw=43,145であった。
(比較合成例102)ポリアミド酸(B-2)の溶液の調製
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコにp-PDAを1.730g(16.0mmol)、4,4’-ジアミノトランを0.835g(4.01g)取り、γ-BL21.23g、NMP24.81gを加え、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら1,3DM-CBDAを4.46g(19.90mol)を添加し、更に固形分濃度が10質量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌してポリアミド酸(B-2)の溶液を得た。このポリアミド酸溶液の温度25℃における粘度は158.8mPa・sであった。また、このポリアミド酸の分子量はMn=15,213、Mw=31,700であった。
(比較合成例103)ポリアミド酸(B-3)の溶液の調製
 撹拌装置付き及び窒素導入管付きの100mL四つ口フラスコに4,4’-エチレンジアニリンを4.314g(20.32mmol)取り、γ-BL26.90g、NMP30.73gを加え、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら1,3DM-CBDAを4.45g(19.85mol)を添加し、更に固形分濃度が10質量%になるようにNMPを加え、室温で24時間撹拌してポリアミド酸(B-3)の溶液を得た。このポリアミド酸溶液の温度25℃における粘度は168.7mPa・sであった。また、このポリアミド酸の分子量はMn=19,322、Mw=45,601であった。
<実施例101>液晶配向剤(A-I)の調製
 合成例102で得られたポリアミド酸エステル樹脂(A-1)の粉末1.28gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに取り、DMF12.71g を加え、室温で24時間撹拌し溶解させてポリアミド酸エステル樹脂溶液とした。この溶液にγ-BL4.36g、BCS4.20gを加え、マグネチックスターラーで30分間撹拌して本発明の液晶配向剤(A-I)を得た。
<実施例102>液晶配向剤(A-II)の調製
 合成例103で得られたポリアミド酸エステル樹脂(A-2)の粉末1.66gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに取り、DEF14.96gを加え、室温で24時間撹拌し溶解させてポリアミド酸エステル樹脂(A-2)の溶液を得た。この溶液6.61gを撹拌子の入った別の50mL三角フラスコに分取し、γ-BL2.20g、BCS2.20gを加え、マグネチックスターラーで30分間撹拌して本発明の液晶配向剤(A-II)を得た。
<実施例103>液晶配向剤(A-III)の調製
 合成例104で得られたポリアミド酸エステル樹脂(A-3)の粉末1.15gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに取り、DEF10.42gを加え、室温で24時間撹拌し溶解させてポリアミド酸エステル樹脂(A-3)の溶液を得た。この溶液5.66gを撹拌子の入った別の50mL三角フラスコに分取し、γ-BL1.90g、BCS1.92gを加え、マグネチックスターラーで30分間撹拌して本発明の液晶配向剤(A-III)を得た。
<実施例104>液晶配向剤(A-IV)の調製
 実施例102で得られたポリアミド酸エステル樹脂(A-2)の溶液4.12gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに取り、γ-BL1.38g、BCS1.40g、イミド化促進剤としてN-α, N-ω1, N-ω2-トリ-t-ブトキシカルボニル-L-アルギニン(以下、Boc-Argと略す)を0.1084g(アミド酸エステル基1モルに対して0.1モル当量)加え、室温で30分撹拌し、Boc-Argを完全に溶解させて、本発明の液晶配向剤 (A-IV)を得た。
<実施例105>液晶配向剤(A-V)の調製
 実施例103で得られたポリアミド酸エステル樹脂(A-3)の溶液3.16gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに取り、γ-BL1.03g、BCS1.03g、イミド化促進剤としてBoc-Argを0.0650g(アミド酸エステル基1モルに対して0.1モル当量)加え、室温で30分撹拌し、Boc-Argを完全に溶解させて、本発明の液晶配向剤 (A-V)を得た。
<比較例101>液晶配向剤(B-I)の調製
 比較合成例101で得られたポリアミド酸(B-1)の溶液14.10gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに分取し、NMP13.57g、BCS6.93gを加え、マグネチックスターラーで30分間撹拌して液晶配向剤(B-I)を得た。
<比較例102>液晶配向剤(B-II)の調製
 比較合成例102で得られたポリアミド酸(B-2)の溶液6.34gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに分取し、NMP2.34g、BCS2.17gを加え、マグネチックスターラーで30分間撹拌して液晶配向剤(B-II)を得た。
<比較例103>液晶配向剤(B-III)の調製
 比較合成例103で得られたポリアミド酸(B-3)の溶液6.47gを撹拌子の入った50mL三角フラスコに分取し、NMP1.85g、BCS2.10gを加え、マグネチックスターラーで30分間撹拌して液晶配向剤(B-III)を得た。
<実施例106>
 実施例101で得られた液晶配向剤(A-I)を1.0μmのフィルターで濾過した後、ガラス基板上にスピンコートし、温度80℃のホットプレート上で5分間の乾燥後、230℃で30分(焼成条件1)、又は250℃で30分(焼成条件2)焼成し、膜厚100nmのポリイミド膜を得た。この塗膜面に偏光板を介して254nmの紫外線を1.0J/cm照射し、液晶配向膜を得た。得られた液晶配向膜の配向方向に対する異方性の大きさを測定した。また、各焼成条件でのイミド化率をIRにて測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
<実施例107>
 実施例102で得られた液晶配向剤(A-II)を用いた以外は、実施例106と同様にして液晶配向膜を作製し、配向方向に対する異方性の大きさ及びイミド化率を測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
<実施例108>
 実施例103で得られた液晶配向剤(A-III)を用いた以外は、実施例106と同様にして液晶配向膜を作製し、配向方向に対する異方性の大きさ及びイミド化率を測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
<実施例109>
 実施例104で得られた液晶配向剤(A-IV)を1.0μmのフィルターで濾過した後、ガラス基板上にスピンコートし、温度80℃のホットプレート上で5分間の乾燥後、230℃で30分(焼成条件1)焼成し、膜厚100nmのポリイミド膜を得た。この塗膜面に偏光板を介して254nmの紫外線を1.0J/cm照射し、液晶配向膜を得た。得られた液晶配向膜の配向方向に対する異方性の大きさを測定した。また、各焼成条件でのイミド化率をIRにて測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
<実施例110>
 実施例105で得られた液晶配向剤(A-V)を用いた以外は、実施例109と同様にして液晶配向膜を作製し、配向方向に対する異方性の大きさ及びイミド化率を測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
<比較例104>
 比較例101で得られた液晶配向剤(B-I)を用いた以外は、実施例106と同様にして液晶配向膜を作製し、配向方向に対する異方性の大きさ及びイミド化率を測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
<比較例105>
 比較例102で得られた液晶配向剤(B-II)を用いた以外は、実施例106と同様にして液晶配向膜を作製し、配向方向に対する異方性の大きさ及びイミド化率を測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
<比較例106>
 比較例103で得られた液晶配向剤(B-III)を用いた以外は、実施例106と同様にして液晶配向膜を作製し、配向方向に対する異方性の大きさ及びイミド化率を測定した。異方性の大きさ及びイミド化率の測定結果は後述する表に示す。
 実施例106~110及び比較例104~106における配向方向に対する異方性測定結果を下記の表101に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000075
 実施例106~110及び比較例104~106における、イミド化率の測定結果を下記の表102に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000076
 以上のように、本発明の液晶配向剤を用いて光配向処理により作製した液晶配向膜は、ポリアミド酸からなる比較例の液晶配向膜よりもイミド化率が低い場合であっても、同等若しくはより高い異方性を有することが確認された。
<実施例111>
 実施例101で得られた液晶配向剤(A-I)を1.0μmのフィルターで濾過した後、透明電極付きガラス基板上にスピンコートし、温度80℃のホットプレート上で5分間の乾燥、温度230℃で20分間の焼成を経て膜厚100nmのポリイミド膜を得た。この塗膜面に偏光板を介して254nmの紫外線を1.0J/cm照射し、液晶配向膜付き基板を得た。このような液晶配向膜付き基板を2枚用意し、一方の基板の液晶配向膜面に4μmのスペーサーを散布した後、2枚の基板の配向方向が平行から85度捩れるように組み合わせ、液晶注入口を残して周囲をシールし、セルギャップが4μmの空セルを作製した。この空セルに液晶(MLC-2041、メルク社製)を常温で真空注入し、注入口を封止してツイストネマチック液晶セルとした。
 この液晶セルの配向状態を偏光顕微鏡にて観察したところ、欠陥のない均一な配向をしていることが確認された。この液晶セルについて、電圧保持率を測定し、その後イオン密度の測定を行った結果、電圧保持率は温度23℃で98.5%、温度60℃で97.2%であり、イオン密度は23℃で79pC/cm、温度60℃で584pC/cmであった。
<比較例107>
 比較例101で得られた液晶配向剤(B-I)を用いた以外は、実施例111と同様にしてツイストネマチック液晶セルを作製した。
 この液晶セルの配向状態を偏光顕微鏡にて観察したところ、欠陥のない均一な配向をしていることが確認された。このセルについて、電圧保持率を測定し、その後イオン密度の測定を行った結果、電圧保持率は温度23℃で98.4%、温度60℃で96.4%であり、イオン密度は23℃で247pC/cm、温度60℃で1160pC/cmであった。
 以上のように、本発明の方法により作製した液晶配向膜を用いた液晶素子は、液晶配向性に優れ、かつ高温時においても電圧保持率が高く、イオン密度が低いことが確認された。
 本発明のテトラカルボン酸ジアルキルエステル又はビス(クロロカルボニル)化合物は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステルなどの原料モノマーとして使用することができる。
 本発明の液晶配向剤は、光配向処理で液晶配向膜を作製する用途に好適に利用できる。また、本発明の方法によって作製された液晶配向膜は、各種の液晶素子を作製するのに有用である。
 なお、2009年2月12日に出願された日本特許出願2009-030285号及び2009年2月12日に出願された日本特許出願2009-030292号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (20)

  1.  下記式[1]又は式[2]で表される、テトラカルボン酸ジアルキルエステル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
  2.  下記式[1-a]、式[2-a]又は式[2-b]で表される、請求項1に記載のテトラカルボン酸ジアルキルエステル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
  3.  下記式[3]又は式[4]で表される、ビス(クロロカルボニル)化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
  4.  下記式[3-a]、式[4-a]又は式[4-b]で表される、請求項3に記載のビス(クロロカルボニル)化合物。
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
  5.  下記式[5]で表されるテトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを反応させる、請求項1に記載の式[1]又は式[2]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは1~4を表す)
  6.  下記式[5-a]で表されるテトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを反応させる、請求項2に記載の式[1-a]又は式[2-a]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
  7.  下記式[5-b]で表されるテトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを反応させる、請求項2に記載の式[2-b]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す)
  8.  テトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを、酸性化合物又は塩基性化合物の存在下で反応させる、請求項5~7のいずれかに記載の製造方法。
  9.  テトラカルボン酸二無水物と炭素数1~5のアルコールとを、塩基性化合物の存在下で反応させる、請求項5~7のいずれかに記載の製造方法。
  10.  請求項1に記載の式[1]又は式[2]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、請求項3に記載の式[3]又は式[4]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
  11.  請求項2に記載の式[1-a]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、請求項4に記載の式[3-a]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
  12.  請求項2に記載の式[2-a]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、請求項4に記載の式[4-a]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
  13.  請求項2に記載の式[2-b]で表されるテトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを反応させる、請求項4記載の式[4-b]で表されるビス(クロロカルボニル)化合物の製造方法。
  14.  テトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを、塩基性化合物存在下で反応させる請求項10~13のいずれかに記載の製造方法。
  15.  テトラカルボン酸ジアルキルエステルと塩素化剤とを、ピリジン存在下で反応させる請求項10~13のいずれかに記載の製造方法。
  16.  シクロブタン環の1,3位にクロロカルボニル基、2,4位にアルキルエステル基が結合した下記式(101)で表される酸クロライドを60モル%以上含有するビス(クロロカルボニル)化合物とジアミンとを反応させて得られるポリアミド酸エステルを含有することを特徴とする液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表し、R、R、R、Rは水素原子または炭素数1~30の1価炭化水素基を表し、同一でも異なってもよい。)
  17.  酸クロライドが、下記式(102)で表される構造を有する、請求項16に記載の液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表し、Rは炭素数1~30の1価炭化水素基を表す。)
  18. 酸クロライドが、下記式(103)で表される構造を有する、請求項16に記載の液晶配向剤。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    (式中、Rは炭素数1~5のアルキル基を表す。)
  19.  請求項16~19のいずれかに記載の液晶配向剤を塗布、焼成して得られる被膜に、偏光させた放射線を照射して得られる液晶配向膜。
  20.  請求項16~19のいずれかに記載の液晶配向剤を塗布、焼成して得られる被膜に、偏光させた放射線を照射する液晶配向膜の製造方法。
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