WO2013085234A1 - 액정혼합물의 고속응답 발현을 위한 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 - Google Patents

액정혼합물의 고속응답 발현을 위한 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 Download PDF

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최진욱
최이준
김지훈
박경민
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Definitions

  • the present invention relates to an asymmetric bent-nuclear molecule, and relates to a non-linear mesogenic compound in which fluorine is substituted at various end positions at one end thereof to express high-speed response characteristics when added to the liquid crystal mixture.
  • the liquid crystal display which combines liquid crystal and semiconductor technology, is thin, light and low power consumption. Because of these advantages, LCD displays are leading the market for large displays and TVs as well as computer monitors.
  • the global TV market is the market in which various displays (PDP, OLED, etc.) are competing the most.
  • LCD In order for LCD to lead the TV market, it must satisfy high performance requirements.
  • LCD is rapidly solving key performance factors that are hindering entry into the TV market, such as improving response speed, high visibility, securing wide viewing angles, and improving brightness. It is currently leading the TV market with continuous efforts to lower prices.
  • the large-screen Full-HDTV market is expected to grow dramatically due to the rapid increase in demand for large-screen, high-definition and 3D TVs due to income growth, full-scale digital broadcasting and the spread of home theater. In terms of speed and visibility, they do not fully meet the specifications required for large-screen full-HDTV flat panel displays.
  • Flexoelectric or ferroelectric liquid crystals that exhibit macroscopic spontaneous polarization characteristics can exhibit fast electro-optic response characteristics and are one of the liquid crystal molecules that can satisfy the requirements of fast response speed required in 3D TVs.
  • Curved-nuclear liquid crystal molecules are one of novel liquid crystal materials that can have fast response properties of several ms or less due to the anisotropy of the molecules themselves and the flexoelectricity properties that appear macroscopically when liquid crystals having such molecular structures are oriented.
  • the research on the existing flexoelectricity has been mainly focused on the maximization of flexoelectricity using dopants in the existing nematic liquid crystals.
  • the improvement of the response speed that can be derived was insignificant, and the operating temperature range, orientation characteristics, electro-optic effect, etc. were not commercialized.
  • the present invention by developing and mixing asymmetric bent-nucleus mesogenic molecules of high-speed response liquid crystal material using flexoelectricity to secure a new 3D-compatible liquid crystal material technology.
  • the Blue Phase which appears between the isotropic phase and chiral nematic, is optically isotropic and spontaneously forms clusters with a size smaller than the wavelength of visible light, so that the response is completed within the crust and the response speed is dramatically shortened. It is in the spotlight as a next-generation liquid crystal material. However, it is still urgent to develop a liquid crystal material having a high driving voltage, showing a high Kerr constant and having a low viscosity. In the present invention, by developing asymmetric bent-nuclear molecules and mixing them in a Blue Phase liquid crystal, the performance of the Blue Phase was greatly improved.
  • the present invention relates to an asymmetric bent-nuclear molecule, and relates to a non-linear mesogenic compound in which fluorine is substituted at various end positions at one end thereof to express high-speed response characteristics when added to a liquid crystal mixture.
  • X 1 , X 2 , X 3 and Xz may be ester or simple bonds as the linking group between benzene and Y may be selected from three halogen or electron donor groups or electron acceptors Group or aryl group having different positions.
  • the curved-nuclear compound of the present invention is a liquid crystal compound that exhibits high polarity so that response speed is fast and various physical properties such as threshold voltage, voltage holding ratio and stability can be expressed.
  • the present invention provides a new concept liquid crystal compound for realizing high-speed response, which is a fundamental requirement of the next generation LCD, and improving visibility.
  • the present invention provides an asymmetric bent nuclear molecular compound of the general formula (1) in which the dielectric anisotropy is controlled by substituting a functional group having a polar group in the terminal group:
  • n is an integer of 10
  • X 1 , X 2 , X 3 , X Z may be an ester group or a simple bond number as the linking group between benzene
  • Y is selected from three halogen or electron donor groups or electron acceptors It is a functional group or an aryl group and has different positions.
  • the present invention provides asymmetrically curved nuclear molecular compound of Formula 1 to Formula 6 as a preferred embodiment within the structure of Formula 1.
  • the present invention provides an asymmetrically curved nuclear molecular composition comprising two or more of the above formulas (1) to (6).
  • the present invention provides a method of formula 1 to formula 3 prepared by going through the reaction scheme of steps 1 to 7 as follows.
  • the present invention provides a method of formula 4 to formula 6 prepared by going through the reaction scheme of 8 to 12 steps as follows.
  • x1 ⁇ x5-trifluorobenzoic acid (11), DMAP, DCC, and MC are 4-((4-((4-dodecyloxy) phenoxy) carbonyl) phenoxy) carbonyl) phenyl-3-hydroxybenzoate (16) under nitrogen atmosphere. And reacting with to form an asymmetric bent nuclear molecular compound of Formulas 4-6.
  • This example describes a method for preparing an asymmetrically curved nuclear molecular compound of formulas (4) to (6) derived from the present invention, and shows the test results for the thermal and optical properties of the asymmetrically curved nuclear molecular compound (4) to (6). present.
  • 2,4,6-trifluorobenzoic acid (11) 0.13g 0.73mmol, DMAP 0.01g 0.08mmol, DCC 0.15g 0.72mmol was dissolved in MC 60ml and stirred under nitrogen atmosphere with 4-((4-((4-dodecyloxy Asymmetric bent nuclear molecular compound of Chemical Formula 6 was prepared by reaction with 0.5 g 0.78 mmol of) phenoxy) carbonyl) phenoxy) carbonyl) phenyl-3-hydroxybenzoate (16).
  • the asymmetric curved nuclear molecular compound of Formula 5 showed an unknown optical structure upon heating and a smectic phase upon cooling based on the optical structure. Based on the asymmetric bent nuclear molecular compound of Formula 5, the smectic phase was shown upon both heating and cooling.
  • the asymmetric bent nuclear molecular compound of the formula (6) was a monotropic liquid crystal exhibiting liquid crystallinity only upon cooling.
  • the curved-nuclear compound of the present invention is a liquid crystal compound that exhibits high polarity so that response speed is fast and various physical properties such as threshold voltage, voltage holding ratio and stability can be expressed.

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Abstract

본 발명은 비대칭성 굽은-핵 분자에 관한 것으로, 한쪽 말단에 불소를 여러 가지 치환위치에 치환시켜 액정혼합물에 첨가시 고속응답특성을 발현할 수 있도록 한 비선형 메소젠성 화합물에 관한 것으로, 본 발명은 말단기에 극성기를 가지는 불소를 치환하여 유전율 이방성이 조절된 하기 일반식 1의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제공한다: 일반식 1에서 n은 10의 정수이며, X1, X2, X3, XZ는 벤젠사이의 연결그룹으로 에스터기 거나 단순한 결합수 일 수 있고 Y는 3개의 할로겐 또는 전자공여기이거나 전자수용기에서 선택되는 기능기 또는 아릴기며 서로 다른 위치를 가진다. 본 발명의 굽은-핵 화합물은 고극성을 나타내어 응답속도가 빠르고 문턱전압, 전압유지율, 안정성 등 여러 가지 물성이 발현될 수 있도록 한 액정화합물이다.

Description

액정혼합물의 고속응답 발현을 위한 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물
본 발명은 비대칭성 굽은-핵 분자에 관한 것으로, 한쪽 말단에 불소를 여러 가지 치환위치에 치환시켜 액정혼합물에 첨가시 고속응답특성을 발현할 수 있도록 한 비선형 메소젠성 화합물에 관한 것이다.
액정과 반도체 기술이 복합된 액정디스플레이는 얇고 가벼우며 소비전력이 낮다. 이러한 장점 때문에 액정디스플레이는 컴퓨터 모니터는 물론 대형 디스플레이와 TV 시장을 주도해 나가고 있다.
최근의 LCD 개발 및 생산은 한국이 주도하고 있다. 특히, 삼성전자와 LG디스플레이가 세계 1, 2위로 세계 시장에서 경쟁하고 있으며 대형 LCD 시장을 선점하기 위하여 많은 예산을 들여 10세대 라인과 같은 최신 LCD 라인 증설을 하고 있다. 특히, 이러한 차세대 LCD 생산 기술은 향후 전개될 고정세 및 스마트 TV를 위한 대화면 LCD 패널의 개발에 초점이 맞춰져 있다.
세계 TV 시장은 여러 가지 디스플레이(PDP, OLED 등)가 가장 치열한 경합을 벌이고 있는 시장이다. LCD가 TV 시장을 주도하기 위해서는 높은 성능요구를 만족시켜야 한다. LCD는 응답속도 개선, 고시인성, 광시야각 확보, 휘도 개선 등 TV 시장 진입에 장애로 작용하고 있는 주요 성능요인을 빠르게 해결해 나아가고 있으며, 지속적인 가격하락 노력으로 현재 TV 시장을 주도해 나가고 있다. 향후 대화면 Full-HDTV 시장은 소득증대, 디지털 방송의 본격화와 홈시어터의 확산 등으로 인해 대화면, 고화질, 3D TV에 대한 수요가 급격히 증가하면서 비약적으로 성장할 것으로 예상되지만, 현재까지 개발된 기술수준이 응답속도 및 시인성 등에서 대화면 Full-HDTV용 평판 디스플레이에서 요구하는 사양을 충분히 충족시키지 못하고 있는 실정이다.
현재 상용화되고 있는 고화질 액정 모드 기술은 초기 네마틱 액정상이 어떻게 배열되는가에 따라 크게 네 그룹으로 나뉠 수 있다: ① TN(twisted nematic) 모드, ② IPS(In-Plane Switching) 또는 FFS(Fringe-Field Switching) 모드, ③ MVA (Multi-domain VA) 및 PVA(Patterned VA) 모드, ④ OCB(Optically Compensated Bend) 모드 등이다. 이처럼 기업에서 양산 중인 LCD는 모두 기존 네마틱상을 이용한 액정모드를 활용하고 있어 액정자체의 특성이 한계점에 도달하여 차세대 3D LCD 구현을 위한 성능을 제대로 제공하지 못하고 있는 실정이다.
거시적 자발분극 특성을 보이는 flexoelectric 또는 ferroelectric 액정은 빠른 전기광학적 응답특성을 보일 수 있어 최근 3D TV에서 요구되는 빠른 응답속도의 요구 사양을 만족시킬 수 있는 액정분자 중 하나이다. 굽은-핵 액정 분자의 경우, 분자 자체의 비등방성 및 이러한 분자 구조를 가지는 액정이 배향되었을 때 거시적으로 나타나는 flexoelectricity 특성에 의하여 수 ms 이하의 고속 응답 특성을 가질 수 있는 신규 액정 물질 가운데 하나이다. 기존의 flexoelectricity에 대한 연구는 주로 기존의 네마틱 액정에 dopant를 이용한 flexoelectricity의 극대화를 통한 연구 위주로 진행되어 왔다. 따라서, 도출될 수 있는 응답속도의 개선 효과가 미미하였으며, 동작 온도 범위 및 배향 특성, 전기광학 효과 등도 상용화에 못 미쳤다. 본 발명에서는 flexoelectricity를 이용한 고속 응답 액정 소재를 비대칭성 굽은-핵 메소젠성 분자를 개발하여 혼합하여 줌으로써 3D 대응 신규 액정재료 기술을 확보하고자 하였다.
한편, 등방상과 키랄네마틱 사이에 나타나는 Blue Phase는 광학적으로 등방적이며, 자발적으로 가시광의 파장 보다 작은 크기의 크러스터를 형성하고 있어, 그 크러스트 안에서 응답이 완료되어 응답 속도가 획기적으로 짧아지는 특성을 가지고 있어, 차세대 액정 재료로서 각광을 받고 있다. 그러나, 아직 까지도 구동 전압이 높아, 고 Kerr 상수를 가시면서도, 점도가 낮은 액정 재료의 개발이 시급하다. 본 발명에서는 비대칭성 굽은-핵 분자를 개발하여 Blue Phase 액정에 혼합시켜 줌으로써 그 성능이 획기적으로 개선된 Blue Phase를 개발하고자 하였다.
발명의 요약
본 발명은 비대칭성 굽은-핵 분자에 관한 것으로, 한쪽 말단에 불소를 여러 가지 치환위치에 치환시켜 액정혼합물에 첨가시 고속응답특성을 발현할 수 있도록 한 비선형 메소젠성 화합물에 관한 것으로, 본 발명은 말단기에 극성기를 가지는 불소를 치환하여 유전율 이방성이 조절된 하기 일반식 1의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제공한다:
일반식 1
Figure PCTKR2012010382-appb-I000001
상기 식에서 n은 10의 정수이며, X1, X2, X3, Xz는 벤젠사이의 연결그룹으로 에스터기 거나 단순한 결합수 일 수 있고 Y는 3개의 할로겐 또는 전자공여기이거나 전자수용기에서 선택되는 기능기 또는 아릴기며 서로 다른 위치를 가진다.
본 발명의 굽은-핵 화합물은 고극성을 나타내어 응답속도가 빠르고 문턱전압, 전압유지율, 안정성 등 여러 가지 물성이 발현될 수 있도록 한 액정화합물이다.
도 1. 화학식 4의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 DSC
도 2. 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 DSC
도 3. 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 DSC
도 4. 화학식 4의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 편광현미경 사진
도 5. 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 편광현미경 사진
도 6. 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 편광현미경 사진
발명의 상세한 설명 및 구체적인 구현예
본 발명은 차세대 LCD의 근원적인 요구사항인 고속응답을 구현하고 시인성 개선을 위한 새로운 개념의 액정화합물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 말단기에 극성기를 가지는 기능기를 치환하여 유전율 이방성이 조절된 하기 일반식 1의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제공한다:
일반식 1
Figure PCTKR2012010382-appb-I000002
상기 식에서 n은 10의 정수이며, X1, X2, X3, XZ는 벤젠사이의 연결그룹으로 에스터기 거나 단순한 결합수 일 수 있고 Y는 3개의 할로겐 또는 전자공여기이거나 전자수용기에서 선택되는 기능기 또는 아릴기며 서로 다른 위치를 가진다.
또한, 본 발명은 상기 일반식 1의 구조내에서 바람직한 실시예로서, 다음과 같은 화학식 1 내지 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제공한다.
화학식 1
Figure PCTKR2012010382-appb-I000003
화학식 2
Figure PCTKR2012010382-appb-I000004
화학식 3
Figure PCTKR2012010382-appb-I000005
화학식 4
Figure PCTKR2012010382-appb-I000006
화학식 5
Figure PCTKR2012010382-appb-I000007
화학식 6
Figure PCTKR2012010382-appb-I000008
또한, 본 발명은 상기 화학식 1 내지 화학식 6 중에서 2종류 이상을 포함하는 비대칭성 굽은 핵 분자 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 아래와 같이 1 내지 7단계의 반응식을 진행하면서 제조되는 화학식 1 내지 화학식 3의 제조방법을 제공한다.
반응식 1
Figure PCTKR2012010382-appb-I000009
반응식 1에서는 4-(benzyloxy)phenol(2)에 DMF를 넣고 완전히 용해될 때까지 교반시킨 후 탄산칼슘을 첨가한 후 1-bromododecane(1)을 가하여 1-(benzyloxy)-4-(dodecyloxy)benzene(3)을 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 2917(aliphaticC-H, st), 1511(aromatic C=C, st), 1240(C-O, st); 1H NMR(CDCl3, δ in ppm): 7.39-7.29 (t, 5H, Ar-H), 6.9-6.49 (m, 4H, Ar-H), 5.34 (s, 2H, Ar-CH2-O-), 3.90-3.84 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.76-1.55 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.55-1.24 (m, 18H, -CH2-), 0.85-0.82 (t, 3H, -CH3).
반응식 2
Figure PCTKR2012010382-appb-I000010
반응식 2에서는 1-(benzyloxy)-4-(dodecyloxy)benzene(3)을 THF에 용해시킨 후 Pd/C을 넣고 교반하면서 수소를 지속적으로 공급하여 4-(dodecyloxy)phenol(4)을 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 3367 (OH, st), 2916, 2850 (aliphatic CH, st), 1517 (aromatic C=C, st), 1242 (C-O, st); 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 6.77-6.67 (m, 4H, Ar-H), 4.05 (s, 1H, Ar-OH), 3.87-3.81 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.74-1.63 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.37-1.06 (m, 18H, -CH2-), 0.86-0.80 (t, 3H, -CH3).
반응식 3
Figure PCTKR2012010382-appb-I000011
반응식 3에서는 4-(benzyloxy)benzoic acid(5)과 DCC, DMAP을 MC 에 용해시킨 후 질소분위기에서 교반하면서 4-(dodecyloxy)phenol(4)을 반응시켜 4-(dodecyloxy)phenyl-4-(benzyloxy)benzoate(6)을 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 2917, 2850 (aliphatic CH, st), 1727 (C=O, st), 1606, 1509 (aromatic C=C, st), 1193 (C-O, st); 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 8.14-8.10 (d, 2H, Ar-H), 7.41-7.35 (m, 5H, Ar-H), 7.09-7.00 (d, 2H, Ar-H), 6.91-6.87 (d, 2H, Ar-H), 6.68-6.66 (d, 2H, Ar-H), 5.13 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 3.96-3.89 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.93-1.76 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.55-1.24 (m, 18H, -CH2-), 0.88-0.86 (t, 3H, -CH3).
반응식 4
Figure PCTKR2012010382-appb-I000012
반응식 4에서는 4-(dodecyloxy)phenyl-4-(benzyloxy)benzoate(6)을 THF에 용해시킨 후 Pd/C에서 수소를 계속 공급해 주며 반응시켜 4-(dodecyloxy)phenyl-4-hydroxybenzoate(7)을 제조하는 단계이다.
FT-IR (KBr pellet, cm-1): 2917, 2849 (aliphatic CH, st), 1732 (C=O, st), 1604, 1508 (aromatic C=C, st), 1279 (C-O, st). 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 8.27-8.22 (d, 2H, Ar-H), 8.17-8.13 (d, 2H, Ar-H), 7.41-7.31 (m, 6H, Ar-H), 7.15-7.03 (m, 5H, Ar-H), 6.93-6.88 (d, 2H, Ar-H), 5.15 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 3.97-3.90 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.80-1.73 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.42-1.08 (m, 18H, -CH2-), 0.86-0.83 (t, 3H, CH3).
반응식 5
Figure PCTKR2012010382-appb-I000013
반응식 5에서는 3-(benzyloxy)benzoid acid(8)을 클로로포름에 교반하며 용해시킨 후 DMAP(4-dimethylaminopyridine), DCC(N. N'-dicyclohexyl carbonate), 4-(dodecyloxy)phenyl-4-hydroxybenzoate(7)을 반응시켜 4-(dodecyloxy)phenyl-4-(carboxyloxy)phenyl-3-(benzyloxy)benzoate(9)를 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 2917, 2850 (aliphatic CH, st), 1727 (C=O, st), 1606, 1509 (aromatic C=C, st), 1193 (C-O, st). 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 7.9-7.75 (d, 2H, Ar-H), 7.41-7.35 (m, 5H, Ar-H), 7.09-7.00 (d, 2H, Ar-H), 6.91-6.87 (d, 2H, Ar-H), 6.80-6.70 (d, 2H, Ar-H), 5.13 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 3.96-3.89 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.93-1.76 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.55-1.24 (m, 18H, -CH2-), 0.88-0.86 (t, 3H, -CH3).
반응식 6
Figure PCTKR2012010382-appb-I000014
반응식 6에서는 4-(dodecyloxy)phenyl-4-(carboxyloxy)phenyl-3-(benzyloxy)benzoate(9)을 10% Pd/C에 테트라하이드로퓨란(THF)을 넣고 용해시킨 후 수소분위기하에서 4-((4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(10)을 제조하는 단계이다.
FT-IR (KBr pellet, cm-1): 2908, 2838 (aliphatic CH, st), 1755 (C=O, st), 1594, 1488 (aromatic C=C, st), 1255 (C-O, st). 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 7.94-7.85 (d, 2H, Ar-H), 7.77-7.54 (d, 2H, Ar-H), 7.41-7.31 (m, 6H, Ar-H), 7.14-7.05 (m, 5H, Ar-H), 6.93-6.88 (d, 2H, Ar-H), 5.15 (s, 2H, -O-CH2-Ar), 3.97-3.90 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.80-1.73 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.42-1.08 (m, 18H, -CH2-), 0.86-0.83 (t, 3H, CH3).
반응식 7
Figure PCTKR2012010382-appb-I000015
반응식 7에서는 4-((4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(10), x1~x5-trifluorobenzoic acid(11)를 DCC, DMAP, MC에 용해시켜 교반하면서 화학식 1 내지 화학식 3의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제조하는 단계이다. 반응식 7에서 화학식 1의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 X1=F, X2=F, X3=F, X4=H, X5=H 인 경우이며, 화학식 2의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 X1=H, X2=F, X3=F, X4=F, X5=H 인 경우이며, 화학식 3의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 X1=F, X2=H, X3=F, X4=H, X5=F 인 경우에 해당한다.
화학식 1: IR (KBr pellet, cm-1): 2917, 2850 (aliphatic CH, st), 1727 (C=O, st), 1606, 1509 (aromatic C=C, st), 1193 (C-O, st), 1270 (C-F, st); 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 8.29-8.24 (d, 2H, Ar-H), 8.16-8.12 (d, 1H, Ar-H), 8.08-8.06 (s, 1H, Ar-H), 7.98-7.81 (m, 1H, Ar-H), 7.68-7.47 (m, 2H, Ar-H) 7.41-7.32 (d, 2H, Ar-H), 7.197.09 (m, 2H, Ar-H), 6.96-6.89 (d, 2H, Ar-H), 3.99-3.89 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.761.55 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.55-1.24 (m, 18H, -CH2-), 0.85-0.82 (t, 3H, -CH3).
화학식 2: IR (KBr pellet, cm-1): 2917, 2850 (aliphatic CH, st), 1727 (C=O, st), 1606, 1510 (aromatic C=C, st), 1193 (C-O, st), 1273 (C-F, st); 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 8.30-8.24 (d, 2H, Ar-H), 8.16-8.11 (d, 1H, Ar-H), 8.08-8.05 (s, 1H, Ar-H), 7.98-7.83 (t, 2H, Ar-H), 7.70-7.49 (m, 2H, Ar-H) 7.41-7.32 (d, 2H, Ar-H), 7.207.08 (d, 2H, Ar-H), 6.97-6.88 (d, 2H, Ar-H), 3.99-3.90 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.811.68 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.55-1.24 (m, 18H, -CH2-), 0.88-0.83 (t, 3H, -CH3).
화학식 3: IR (KBr pellet, cm-1): 2917, 2850 (aliphatic CH, st), 1727 (C=O, st), 1607, 1509 (aromatic C=C, st), 1192 (C-O, st), 1271 (C-F, st); 1H NMR (CDCl3, δ in ppm): 8.21-8.12 (d, 2H, Ar-H), 8.14-8.03 (m, 2H, Ar-H), 7.70-7.49 (m, 4H, Ar-H), 7.21-7.09 (d, 2H, Ar-H), 7.06-6.76 (m, 4H, Ar-H), 4.02-3.87 (t, 2H, Ar-O-CH2-), 1.87-1.65 (m, 2H, Ar-O-CH2-CH2-), 1.63-1.27 (m, 18H, -CH2-), 0.91-0.87 (t, 3H, CH3).
또한, 본 발명은 아래와 같이 8 내지 12단계의 반응식을 진행하면서 제조되는 화학식 4 내지 화학식 6의 제조방법을 제공한다.
반응식 8
Figure PCTKR2012010382-appb-I000016
반응식 8에서는 4-(benzyloxy)benzoic acid(5)와 DMAP, MCC, MC를 용해시킨 후 4-(dodecyloxy)phenyl-4-hydroxybenzoate(7)을 넣고 질소분위기하에서 반응시켜 4-[(4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl]phenyl-4-(benzyloxy)benzoate(13)를 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 3065 (Aromatic C-H stretch), 2917, 2850 (Aliphatic C-H stretch), 1732 (Conj. C=O stretch), 1606, 1511 (Aromatic C=C stretch), 1277, 1194 (C-O stretch); 1H NMR (200 MHz, CDCl3, δ in ppm): 8.35-8.25 (d, J=5.1 Hz, 2H), 8.21-8.09 (d, J=5.2 Hz, 2H), 7.57-7.32 (m, 7H), 7.22-7.03 (t, J=4.8 Hz, 4H), 7.01-6.89 (d, J=5.4 Hz, 2H), 5.25-5.11 (s, 2H), 3.99-3.87 (t, J=3.9 Hz, 2H), 1.93-1.75 (m, 2H), 1.57-1.14 (s, 20H), 0.98-0.82 (t, J=3.8 Hz, 3H).
반응식 9
Figure PCTKR2012010382-appb-I000017
반응식 9에서는 4-[(4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl]phenyl-4-(benzyloxy)benzoate(13)을 THF에 용해시킨 후 Pd/C를 넣고 수소를 계속 공급해 주면서 반응시켜 4-((4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenyl-4-hydroxy-benzoate(14)를 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 3382 (O-H stretch), 3075 (Aromatic C-H stretch), 2923, 2853 (Aliphatic C-H stretch), 1732 (Conj. C=O stretch), 1606, 1514 (Aromatic C=C stretch), 1280, 1194 (C-O stretch); 1H NMR (200 MHz, CDCl3, δ in ppm): 8.32-8.23 (d, J=5.2 Hz, 2H), 8.20-8.06 (d, J=5.2 Hz, 2H), 7.42-7.29 (d, J=3.9 Hz, 2H), 7.18-7.07 (d, J=5.4 Hz, 2H), 7.00-6.87 (d, J=4.0 Hz, 4H), 5.39-32 (s, 1H), 4.013.91 (t, J=3.8 Hz, 2H), 1.93-1.78 (m, 2H), 1.58-1.05 (m, 20H), 0.98-0.82 (t, J=4.0 Hz, 3H).
반응식 10
Figure PCTKR2012010382-appb-I000018
반응식 10에서는 3-(benzyloxy)benzoid acid(8)와 DCC, DMAP, MC에 용해시킨 후 질소분위기하에서 4-((4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenyl-4-hydroxy-benzoate(14)와 반응시켜 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-(benzyloxy)benzoate(15)를 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 3069 (Aromatic C-H stretch), 2920, 2850 (Aliphatic C-H stretch), 1729 (Conj. C=O stretch), 1603, 1511 (Aromatic C=C stretch), 1277, 1194 (C-O stretch); 1H NMR (200 MHz, CDCl3, δ in ppm): 8.42-8.24 (m, 4H), 7.93-7.79 (d, J=4.5 Hz, 2H), 7.61-7.35 (m, 10H), 7.21-7.07 (d, J=5.3 Hz, 3H), 6.99-6.87 (d, J=5.3 Hz, 1H), 5.23-5.11 (s, 2H), 3.99-3.91 (t, J=3.9 Hz, 2H), 1.87-1.72 (m, 2H), 1.54-1.07 (s, 20H), 1.4-1.18 (m, 18H), 0.98-0.81 (t, J=4.0 Hz, 3H).
반응식 11
Figure PCTKR2012010382-appb-I000019
반응식 11에서는 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-(benzyloxy)benzoate(15)를 THF에 용해시킨 후 Pd/C를 넣고 수소를 공급해 주면서 반응시켜 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(16)를 제조하는 단계이다.
IR (KBr pellet, cm-1): 3369 (O-H stretch), 3065 (Aromatic C-H stretch), 2917, 2850 (Aliphatic C-H stretch), 1739 (Conj. C=O stretch), 1603, 1514 (Aromatic C=C stretch), 1283, 1207 (C-O stretch); 1H NMR (200 MHz, CDCl3, δ in ppm): 8.46-8.21 (m, 3H), 8.17-8.03 (d, J=5.0 Hz, 1H), 7.87-7.73 (d, J=4.6 Hz, 1H), 7.71-7.65 (s, 1H), 7.52-7.31 (m, 5H), 7.21-7.08 (d, J=5.3 Hz, 3H), 7.02-6.87 (d, J=5.3 Hz, 2H), 5.08-4.99 (s, 1H), 4.05-3.92 (t, J=3.8 Hz, 2H), 1.93-1.75 (m, 2H), 1.59-1.15 (s, 20H), 0.98-0.81 (t, J=3.9 Hz, 3H).
반응식 12
Figure PCTKR2012010382-appb-I000020
반응식 12에서는 x1~x5-trifluorobenzoic acid(11), DMAP, DCC, MC를 질소분위기하에서 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(16)와 반응시켜 화학식 4 내지 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제조하는 단계이다. 반응식 12에서 화학식 4의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 X1=F, X2=F, X3=F, X4=H, X5=H인 경우이며, 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 X1=H, X2=F, X3=F, X4=F, X5=H인 경우이며, 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 X1=F, X2=H, X3=F, X4=H, X5=F 인 경우에 해당한다.
화학식 4: IR (KBr pellet, cm-1): 3075 (Aromatic C-H stretch), 2917, 2850 (Aliphatic C-H stretch), 1739 (Conj. C=O stretch), 1603, 1511 (Aromatic C=C stretch), 1273, 1193, 1166 (C-O, C-F stretch); 1H NMR (400 MHz, CDCl3, δ in ppm): 8.35-8.25 (t, J=9.6 Hz, 4H), 8.2-8.14 (d, J=6.6 Hz, 1H), 8.09 (s, 1H), 7.96-7.89 (m, 1H), 7.66-7.59 (t, J=7.86 Hz, 1H), 7.58-7.53 (d, J=6.6 Hz, 1H), 7.44-7.34 (m, 4H), 7.18-7.07 (m, 3H), 6.97-6.89 (d, 8.46 Hz, 2H), 3.99-3.91 (t, J=6.6 Hz, 2H), 1.83-1.72 (m, 2H), 1.5-1.4 (m, 2H), 1.4-1.18 (m, 18H), 0.92-0.84 (t, J=6.6 Hz, 3H).
화학식 5: IR (KBr pellet, cm-1): 3075 (Aromatic C-H stretch), 2920, 2850 (Aliphatic C-H stretch), 1736 (Conj. C=O stretch), 1603, 1511 (Aromatic C=C stretch), 1273, 1197, 1163 (C-O, C-F stretch); 1H NMR (400 MHz, CDCl3, δ in ppm): 8.34-8.24 (t, J=9.8 Hz, 4H), 8.18-8.13 (d, J=7.56 Hz, 1H), 8.04 (s, 1H), 7.917.82 (t, J=6.0 Hz, 1H), 7.65-7.58 (t, J=8.3 Hz, 1H), 7.54-7.48 (d, J=8.3 Hz, 1H), 7.42-7.33 (m, 4H), 7.13-7.07 (d, J=9.1 Hz, 2H), 6.94-6.88 (d, J=9.1 Hz, 2H), 3.97-3.91 (t, J=6.0 Hz, 2H), 1.81-1.72 (m, 2H), 1.48-1.39 (m, 2H), 1.37-1.16 (m, 18H), 0.9-0.83 (t, J=6.0 Hz, 3H).
화학식 6: IR (KBr pellet, cm-1): 3075 (Aromatic C-H stretch), 2920, 2850 (Aliphatic C-H stretch), 1745 (Conj. C=O stretch), 1603, 1511 (Aromatic C=C stretch), 1263, 1197, 1166 (C-O, C-F stretch); 1H NMR (400 MHz, CDCl3, δ in ppm): 8.24-8.24 (t, J=8.1 Hz, 4H), 8.17-8.12 (d, J=7.2 Hz, 1H), 8.07 (s, 1H), 7.647.57 (t. J=6.4 Hz, 1H), 7.57-7.52 (d, J=8.0 Hz, 1H), 7.44-7.33 (m, 4H), 7.147.07 (d, J=8.8 Hz, 2H), 6.95-6.88 (d, J=8.8 Hz, 2H), 6.85-6.77 (t, J=8.0 Hz, 2H), 3.97-3.91 (t, J=6.4 Hz, 2H), 1.81-1.72 (m, 2H), 1.49-1.39 (m, 2H), 1.38-1.16 (m, 18H), 0.9-0.83 (t, J=6.9 Hz, 3H).
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 기재한다. 그러나 본 발명의 기술범위가 아래의 실시예에 국한되는 것이 아니며 본 발명은 당업계의 알려진 기술을 이용하여 다양한 실시가 가능하다.
실시예 1
본 실시예는 본 발명에서 도출한 화학식 4 내지 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 제조방법을 기재하고, 화학식 4 내지 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 열적 및 광학적 성질에 대한 시험결과를 제시한다.
(1) 화학식 4의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 제조공정
4-(benzyloxy)benzoic acid(5) 2.18gm 9.53mol과 DMAP 0.3g 2.45mmol, DCC 1.97g 9.53mmol을 MC 80ml에 용해시킨 후 질소분위기에서 30분간 교반시킨 후 4-(dodecyloxy)phenyl-4-hydroxybenzoate(7) 3.8g 9.53mmol을 넣고 질소분위기하에서 24시간 교반하면서 4-[(4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl]phenyl-4-(benzyloxy)benzoate(13)를 제조하고, 4-[(4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl]phenyl-4-(benzyloxy)benzoate(13) 2.00g 3.85mmol을 THF 100ml에 용해시킨 후 Pd/C 0.87g 8.17mmol을 넣고 60℃에서 수소를 계속 공급해 주면서 12시간 교반을 시키면서 반응시켜 4-((4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenyl-4-hydroxy-benzoate(14)를 제조하고, 3-(benzyloxy)benzoid acid(8) 0.44g 1.92mmol과 DCC 0.40g 1.93mmol, DMAP 0.023g 0.18mmol을 MC 60ml에 용해시킨 후 질소분위기하에서 30분간 교반시키면서 4-((4-(dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenyl-4-hydroxy-benzoate(14)와 질소분위기하에서 반응시켜 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-(benzyloxy)benzoate(15)를 제조하고, 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-(benzyloxy)benzoate(15)1.00g 1.37mmol을 THF 100ml에 용해시킨 후 Pd/C 0.87g 8.17mmol을 넣고 60℃에서 수소를 공급해 주면서 12시간 교반하면서 반응시켜 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(16)를 제조하고, 마지막 단계에서 2,3,4-trifluorobenzoic acid(11) 0.16g 0.90mmol, DMAP 0.01g 0.08mmol, DCC 0.18g 0.87mmol을 MC 60ml에 용해시킨 후 질소분위기하에서 교반시키면서 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(16) 0.6g 0.93mmol과 반응시켜 화학식 4의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제조하였다.
(2) 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 제조공정
3,4,5-trifluorobenzoic acid(11) 0.13g 0.73mmol, DMAP 0.01g 0.08mmol, DCC 0.15g 0.72mmol을 MC 60ml에 용해시킨 후 질소분위기하에서 교반시키면서 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(16) 0.5g 0.78mmol과 반응시켜 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제조하였다.
(3) 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 제조공정
2,4,6-trifluorobenzoic acid(11) 0.13g 0.73mmol, DMAP 0.01g 0.08mmol, DCC 0.15g 0.72mmol을 MC 60ml에 용해시킨 후 질소분위기하에서 교반시키면서 4-((4-((4-dodecyloxy)phenoxy)carbonyl)phenoxy)carbonyl)phenyl-3-hydroxybenzoate(16) 0.5g 0.78mmol과 반응시켜 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 제조하였다.
실시예 2
상기와 같이 제조된 화학식 4 내지 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 열적 성질을 아래 표1과 같이 제시한다.
표 1
Figure PCTKR2012010382-appb-T000001
상기 표 1 및 도 1 내지 도6에서 알 수 있는 바와 같이 편광현미경 관찰과 DSC 측정을 통하여 모두 액정상을 나타냄을 확인하였다. 도4는 화학식 4의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 159℃에서 냉각시 편광현미경 사진, 도5는 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 150℃에서 냉각시 편광현미경 사진, 도6은 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 153℃에서 냉각시 편광현미경 사진으로서 액정상을 확인할 수 있다. 그리고, 화학식 4의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 가열과 냉각시 모두 액정상을 나타내는 양방성 액정임을 확인하였다. 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 광학조직을 기준으로 판단시 가열시에는 미지의 광학조직이 나타났으며 냉각시에는 스멕틱상이 나타났다. 화학식 5의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 기준으로 판단시 가열과 냉각시에 모두 스멕틱상이 나타내었다. 화학식 6의 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 냉각시에만 액정성이 나타나는 단방성 액정이었다.
본 발명의 굽은-핵 화합물은 고극성을 나타내어 응답속도가 빠르고 문턱전압, 전압유지율, 안정성 등 여러 가지 물성이 발현될 수 있도록 한 액정화합물이다.

Claims (7)

  1. 말단기에 극성기를 가지는 기능기를 치환하여 유전율 이방성이 조절된 하기 일반식 1로 표시되는 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물.
    일반식 1
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000021
    상기 식에서 n은 10의 정수이며, X1, X2, X3, XZ는 벤젠사이의 연결그룹으로 에스터기이거나 단순한 결합수 일 수 있고 Y는 3개의 할로겐 또는 전자공여기이거나 전자수용기에서 선택되는 기능기 또는 아릴기며 서로 다른 위치를 가진다.
  2. 청구항 1에 있어서, 말단기에 극성기를 가지는 기능기를 치환하여 유전율 이방성이 조절된 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 6 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물.
    화학식 1
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000022
    화학식 2
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000023
    화학식 3
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000024
    화학식 4
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000025
    화학식 5
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000026
    화학식 6
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000027
  3. 말단기에 극성기를 가지는 기능기를 치환하여 유전율 이방성이 조절된 하기 일반식 1로 표시되는 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물을 1종류 이상 포함하는 조성물.
    일반식 1
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000028
    상기 식에서 n은 10의 정수이며, X1,X2,X3,Xz는 벤젠사이의 연결그룹으로 에스터기이거나 단순한 결합수 일 수 있고 Y는 3개의 할로겐 또는 전자공여기이거나 전자수용기에서 선택되는 기능기 또는 아릴기며 서로 다른 위치를 가진다.
  4. 청구항 3에 있어서, 말단기에 극성기를 가지는 기능기를 치환하여 유전율 이방성이 조절된 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 6의 화합물에서 1종 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 조성물.
    화학식 1
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000029
    화학식 2
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000030
    화학식 3
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000031
    화학식 4
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000032
    화학식 5
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000033
    화학식 6
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000034
  5. 아래 반응식 1 내지 반응식 7을 진행하면서 제조되는 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 제조방법. 단, 반응식 7에서 X1~X5는 수소 또는 플루오르에 한정된다.
    반응식 1
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000035
    반응식 2
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000036
    반응식 3
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000037
    반응식 4
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000038
    반응식 5
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000039
    반응식 6
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000040
    반응식 7
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000041
  6. 아래 반응식 8 내지 반응식 12를 진행하면서 제조되는 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물의 제조방법. 단, 반응식 12에서 X1~X5는 수소 또는 플루오르에 한정된다.
    반응식 8
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000042
    반응식 9
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000043
    반응식 10
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000044
    반응식 11
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000045
    반응식 12
    Figure PCTKR2012010382-appb-I000046
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 해당하는 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 또는 그 조성물을 포함하는 액정 디스플레이.
PCT/KR2012/010382 2011-12-05 2012-12-03 액정혼합물의 고속응답 발현을 위한 비대칭성 굽은 핵 분자 화합물 WO2013085234A1 (ko)

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