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JPH0730007B2 - ジフルオロシアノ化合物及びそれを含有する液晶組成物 - Google Patents

ジフルオロシアノ化合物及びそれを含有する液晶組成物

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JPH0730007B2
JPH0730007B2 JP15619286A JP15619286A JPH0730007B2 JP H0730007 B2 JPH0730007 B2 JP H0730007B2 JP 15619286 A JP15619286 A JP 15619286A JP 15619286 A JP15619286 A JP 15619286A JP H0730007 B2 JPH0730007 B2 JP H0730007B2
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JP
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ring
liquid crystal
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trans
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友紀 郡島
豊 中川
えり子 青山
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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  • Liquid Crystal Substances (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は液晶電気および/又は熱光学素子に用いられる
ジフルオロシアノ誘導体化合物およびそれを含有する液
晶組成物に関する。
[従来の技術] 表示素子の分野において、低消費電力、高速応答の電気
および/又は熱光学素子が望まれている。液晶表示素子
は、液晶のネマチツク相、スメクチツク相、コレステリ
ツク相の電気および/又は熱による変化を光学的に利用
したものであり、そのような要求にかなうものとして注
目されている。
液晶表示素子に使用される液晶材料は、単独で作動温度
範囲や動作電圧、応答性能等の点において使用に耐える
ものはなく、数種類の液晶材料を混合して使用している
現状である。
[本発明の解決しようとする問題点] 従来使用されてきた液晶組成物を用いた液晶表示素子は
誘電率異方性が小さいため、作動電圧が高いというよう
な欠点を有していた。
[問題を解決するための手段] 本発明は、前述の問題点を解決するためになされたもの
であり、一般式 (式中環Xと環Yは、トランス−1,4−ジ置換ジクロヘ
キサン環又は1,4−ジ置換フェニレンを示し、Rは炭素
数1〜8のアルキル基を示し、nは0または1を示す。
ただし、環Xと環Yは、同時にはトランス−1,4−ジ置
換シクロヘキサン環ではない。)であらわされるジフル
オロシアノ化合物及び該化合物の少なくとも1種を組成
物中に1〜50wt%混合したことを特徴とする液晶組成物
である。
一般式(I)で示される化合物の一般名は、4−(トラ
ンス−4−′置換エチル)−2,5−ジフルオロベンゾニ
トリルである。
一般式(I)で表される化合物において、Rは炭素数1
〜8のアルキル基を示すが、炭素数が多いと一般に粘度
が高く、少ないと、該化合物を添加された液晶組成物の
クリアリングポイントが低いので、炭素数は2〜6が好
ましい。またRが分枝鎖を有するアルキル基である場合
は、一般に該化合物を添加された液晶組成物のクリヤリ
ングポイントが低いので、Rは直鎖状のアルキル基が好
ましい。
本発明の化合物を含有する液晶組成物の特徴の第1はそ
の誘電率異方性が大きいことであるが、第2の特徴はそ
の粘度が低く、表示素子としての応答速度が速いことで
ある。
本発明のジフルオロシアノ化合物は、それ自体では充分
広い動作温度範囲を示さないため、1種あるいは1種以
上を他の液晶性化合物と混合して、所望の液晶温度範囲
を有する液晶組成物として使用するものであり、その場
合、本発明の化合物は混合物中1〜50wt%、さらに好ま
しくは3〜40wt%使用される。他の液晶性化合物は、用
途、要求性能等により異なるが、液晶性を示す成分と必
要に応じて添加される添加成分とからなり、高温で液晶
性を示す成分、低温用の低粘性成分、他の誘電異方性を
向上させる成分、コレステリツク性を付与する成分、2
色性を有する成分、導電性を付与する成分、その他各種
添加剤を適宜混入して用いれば良い。
具体的には以下のような化合物がある。
以下の式でのR,R′は本発明でのRとは異なり、アルキ
ル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基等の基を
表す。
なお、これらの化合物は単なる例示にすぎなく、水素原
子のハロゲン原子、シアノ基、メチル基等への置換、シ
クロヘキサン環、ベンゼン環の他の六員環、五員環等へ
の置換、環の間の結合基の変更等種々の材料が選択使用
される。
本発明の組成物は、液晶セルに注入されて用いられる。
代表的な電気光学的液晶セルとしては、ツイストネマチ
ツク(TN)型液晶セルがあり、ガラス、プラスチツク等
の透明基板内面にTn2O3−SnO2等の透明電極を所望のパ
ターン状に形成して、必要に応じてSiO2、ポリイミド等
のオーバーコートをし、横配向層を形成した基板を相対
向せしめ周辺をシールし、液晶を注入し注入口を封止し
たものであり、この両外面に偏光板を積層して使用され
る。又、この外、相転移型、ゲストホスト型、動的散乱
型又はそれらを組み合せて用いられても良いし、電気的
にでなく熱による書き込みをするタイプのものに用いて
もよい。
さらにセルの構造としては透明基板と透明電極の間に、
SiO2,Al2O3等のアンダーコート層を設ける、反射性電極
を用いる、2層電極を用いる、カラー偏光板を用いる、
カラーフイルターを用いる、半導体基板を用いる、2層
素子とする等種々の応用が可能であり、時計、電卓、計
測器、自動車用計器、ゲーム、コンピユーター端末機等
種々の用途に使用可能である。
一般式(I)の化合物は例えば次に示す工程を経て合成
される。
すなわち、式(II)の化合物を塩化チオニルの如き塩素
化剤と反応させて酸塩化物(III)とし、3,5−ジフルオ
ロブロモベンゼンとマグネシウムから調整したグリニャ
ー試薬(IV)と(III)とを反応させて(V)とし、
(V)をリチウムアルミニウムハイドライドと塩化アル
ミニウム錯体によって還元し(VI)とし、(VI)をn−
ブチルリチウムの如きリチウム化剤によってリチウム化
したのち、炭酸ガスと反応させてカルボン酸化合物(VI
I)とし、(VII)を塩化チオニルのような塩素化剤と反
応させて酸塩化物(VIII)とし、(VIII)をアンモニア
と反応させて(IX)とし、(IX)をパラトルエンスルホ
ン酸塩化物のような脱水剤と反応させて目的の化合物
(I)を得る。
[実施例] 次に実施例をもって本発明を具体的に説明する。
実施例1 式 の化合物38.1g(0.207モル)、塩化チオニル70mlと四塩
化炭素70mlの混合物を6時間還流下加熱した後、溶媒お
よび過剰の塩化チオニルを留去して、残渣として 式 の化合物を得た。別に、式 の化合物40g(0.207モル)と削り状マグネシウム5.28g
からテトラヒドロフラン300ml中、式 のグリニャー試薬を調整した。
先に合成した式 の化合物、テトラヒドロフラン100ml、鉄(III)アセチ
ルアセトナート3.3gを−55℃に冷却した混合物に、かき
まぜながら、式 のテトラヒドロフラン溶液を、−55℃で1時間を要して
滴下して、その後徐々に室温に戻し、水、希塩酸処理
後、トルエンを加え、有機層を分取し、有機層を水洗、
乾燥後、減圧蒸留して式 の化合物を44.3g得た。収率76.4%、その融点は41.9%
であった。
の化合物18.0g(0.064モル)を50mlのクロロホルムに溶
解した溶液をリチウムアルミニウムハイドライド14.97
g、塩化アルミニウム68.3g,エーテル200mlの混合物中に
室温において徐々に加え、48時間還流下加熱した。室温
に冷却後、水を加えて過剰の試薬を分解し、トルエンを
加えて有機層を分取し、有機層を水洗、乾燥後、減圧蒸
留して式 の化合物を11.9g得た。収率70%。
の化合物3.53g(0.013モル)をテトラヒドロフラン10m
l、溶解した溶液を−55℃に冷却し、これにn−ブチル
リチウム1.28g(0.020モル)のn−ヘキサン12ml、テト
ラヒドロフラン10ml溶液を−55℃にて30分を要して滴下
し、さらに30分この温度でかきまぜた後、炭酸ガスを−
55℃において吹き込み後、徐々に室温に戻し、希塩酸を
加えさらにトルエンを加えて有機層を分取し、水洗、乾
燥後、溶媒を留去した。得られた残渣をヘキサンから2
回再結晶して融点173.7℃の白色結晶として式 の化合物を2.6g得た。収率64.5%。
の化合物2.6g(0.0084モル)を過剰の塩化チオニルと還
流下加熱することにより、式 の化合物を得、これをトルエン10mlに溶解し、この溶液
を0℃に冷却した濃アンモニア水100ml中に滴下し、析
出した白色結合として式 の化合物を2.4g得た。収率92%。
の化合物2.4g(0.0077モル)を式 の化合物2.2g、ピリジン1.8g,ベンゼン25mlと混合し、1
0時間還流下加熱した。反応混合物を室温に戻して過
後、液をアルミナ−n−ヘキサンクロマトにかけ、n
−ヘキサンから2度再結晶して、白色結晶の式 であらわせられる4−(トランス−4′−n−プロピル
シクロヘキシルエチル)−2,5−ジフルオロベンゾニト
リルを1.3g得た。収率58%。この化合物の赤外スペクト
ル(KBr板ぬりつけ)を第1図に示す。
この化合物の1HNMRスペクトルは以下のとおりであっ
た。1 HNMR(CDCl3溶媒、TMS内部標準) δ(ppm) 0.6〜2.0(complex m. 19H) 2.72(triplet J=7Hz 2H) 6.93(d J=7Hz 2H) 実施例2 乾燥したテトラヒドロフラン100ml中に、リチウムアル
ミニウムハイドライド15.3gを加え、激しく撹拌しなが
ら、テトラヒドロフラン500mlに溶解した式 の化合物100g(0.384モル)を1時間を要して滴下し、
その後、室温にて一晩撹拌した。希塩酸600mlにより、
過剰のリチウムアルミニウムハイドライドを分解した
後、生成物にトルエンを加えて有機層を分取し、有機層
を水洗、乾燥後、溶媒を留去し、ヘキサンにより再結晶
を行い、式 の化合物86.1gを得た。収率91%。
得られた式 の化合物39.7g(0.161モル)をアセトニトリル200mlに
溶解した溶液を、アセトニトリル100ml、トリフェニル
ホスフィン43.2g(0.165モル)及び臭素25.8g(0.162モ
ル)より調整したトリフェニルホスフィンジブロマイド
の溶液中に、15分を要して滴下し、その後、室温にて一
晩撹拌した。生成物にn−ヘキサンを加えて有機層を分
取し、有機層を水洗、乾燥後、溶媒を留去し、アルミナ
−ヘキサンのカラムクロマトにかけ、溶媒留去後、エチ
ルアルコールにより再結晶を行い、式 の化合物41.8gを得た。収率84%。
得られた式 の化合物41.8g(0.135モル)と削り状マグネシウム3.61
gからテトラヒドロフラン150ml中調製した式 のグリニヤール試薬を、式 の化合物21.7g(0.113モル)、テトラヒドロフラン80m
l、ビス(1,2−ジフェニルホスフィノ)エタンニッケル
(II)クロライド4.16g(7.88ミリモル)の混合物にか
きまぜながら、室温にて30分を要して滴下し、さらに室
温にて一晩撹拌した後、希塩酸240mlを加えて、有機層
を分離し、水層をトルエンで抽出した。有機層を一つに
まとめて水洗し、溶媒留去後、減圧蒸留をし、さらにエ
チルアルコールにより再結晶を行うことにより、式 の化合物13.5gを得た。沸点197〜198℃/2mmHg。収率35
%。
得られた式 の化合物10.3g(0.003モル)を、テトラヒドロフラン80
mlに溶解し、−50℃に冷却後、これにn−ブチルリチウ
ム2.50g(0.039モル)のn−ヘキサン25ml、テトラヒド
ロフラン30mlの混合溶液を−50℃にて20分を要して滴下
した。さらに、1時間この温度で撹拌し、炭酸ガスを−
50℃において吹き込んだ後、徐々に室温に戻し、希塩酸
を加え、さらにトルエンを加えて有機層を分取し、水
洗、乾燥の後、溶媒を留去し、トルエン−ヘキサン混合
溶媒により再結晶を行い、式 の化合物8.9gを得た。融点225℃。収率77%。
得られた式 の化合物8.8g(0.023モル)を過剰の塩化チオニルと還
流下加熱することにより、式 の化合物を得、これをトルエン120mlに溶解し、この溶
液を0℃に冷却したトルエン80ml、濃アンモニア水30ml
の溶液中に滴下し、析出した白色結晶として式 の化合物8.8gを得た。収率100%。
この式 の化合物8.8g(0.023モル)をトルエン50ml、塩化チオ
ニル10mlと混合し、10時間還流下加熱した。冷却後、水
を加え、トルエンにて抽出を行い、抽出液を水洗、無水
硫酸マグネシウムによる乾燥の後、アルミナ−トルエン
のカラムクロマトにかけ、溶媒留去後、エチルアルコー
ルにより2回再結晶を行い、目的とする式 の化合物4.3gを得た。収率52%。融点78.6℃。推定透明
点23.3℃。屈折率異方性(Δn)0.100。誘電異方性
(Δε)36.4。
この化合物の赤外スペクトル(KBr錠)を第2図に示
す。
この化合物の1HNMRスペクトルは以下の通りであった。1 HNMR(CDCl3溶媒、TMS内部標準) (ppm) 0.8〜2.6(complex m,aliphatic,17H) 2.95(s,CH2CH2,4H) 6.75〜7.3(complex m,aromatic,6H) 実施例3〜16 実施例1と同様にして下記化合物が合成できる。
4−(トランス−4′−エチルシクロヘキシルエチル)
−2,5−ジフルオロベンゾニトリル 4−(トランス−4′−n−ブチルシクロヘキシルエチ
ル)−2,5−ジフルオロベンゾニトリル 4−(トランス−4′−n−ペンチルシクロヘキシルエ
チル)−2,5−ジフルオロベンゾニトリル 4−(トランス−4′−n−ヘキシルシクロヘキシルエ
チル)−2,5−ジフルオロベンゾニトリル 4{(トランス−4′,4″−エチルフェニルシクロヘキ
シル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニトリル 4−{(トランス−4′,4″−n−プロピルフェニルシ
クロヘキシル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニト
リル 4−{(トランス−4′,4″−n−ブチルフェニルシク
ロヘキシル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニトリ
ル 4−{(トランス−4′,4″−n−ペンチルフェニルシ
クロヘキシル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニト
リル 4−{(トランス−4′,4″−n−ヘキシルフェニルシ
クロヘキシル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニト
リル 4−{(4′−トランス−4″−エチルシクロヘキシル
フェニル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニトリル 4−{(4′−トランス−4″−n−プロピルシクロヘ
キシルフェニル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニ
トリル 4−{(4′−トランス−4″−n−ブチルシクロヘキ
シルフェニル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニト
リル 4−{(4′−トランス−4″−n−ペンチルシクロヘ
キシルフェニル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニ
トリル 4−{(4′−トランス−4″−n−ヘキシルシクロヘ
キシルフェニル)エチル}−2,5−ジフルオロベンゾニ
トリル 実施例−17 式 の化合物、式 の化合物及び、式 の化合物の等重量混合物(母体液晶Aと称す)は0℃に
おいて−1.52の誘導率異方性を示すが、本発明の式 の化合物を母体液晶Aに10wt%添加した液晶組成物は0
℃において+3.15の誘電率異方性を示した。一方、公知
の化合物である式 の化合物を母体液晶Aに10wt%添加した液晶組成物は0
℃において+0.62の誘電率異方性を示すに過ぎなかっ
た。
このように本発明の化合物は誘電率異方性を大きくする
のに有用であることがわかる。
[発明の効果] 以上の如く本発明は、新規な化合物である一般式 (式中環Xと環Yは、トランス−1,4−ジ置換シクロヘ
キサン環又は1,4−ジ置換フェニレンを示し、Rは炭素
数1〜8のアルキル基を示し、nは0または1を示す。
ただし、環Xと環Yは、同時にはトランス−1,4−ジ置
換シクロヘキサン環ではない。)であらわされるジフル
オロシアノ化合物を提供することにより、誘電率異方性
が大きい液晶組成物を構成しうるような効果を生じる優
れたものであり、本発明の液晶組成物は時計、電卓、車
両インスツルメントパネル、コンピューター端末高密度
ドットマトリクス等の表示用に広く使用されるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、実施例1及び2の化合物の赤外ス
ペクトル図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中環Xと環Yは、トランス−1,4−ジ置換シクロヘ
    キサン環又は1,4−ジ置換フェニレンを示し、Rは炭素
    数1〜8のアルキル基を示し、nは0または1を示す。
    ただし、環Xと環Yは、同時にはトランス−1,4−ジ置
    換シクロヘキサン環ではない。)であらわされるジフル
    オロシアノ化合物。
  2. 【請求項2】(I)式においてRは炭素数2〜6の直鎖
    状のアルキル基であるところの特許請求の範囲第1項記
    載のジフルオロシアノ化合物。
  3. 【請求項3】一般式 (式中環Xと環Yは、トランス−1,4−ジ置換シクロヘ
    キサン環又は1,4−ジ置換フェニレンを示し、Rは炭素
    数1〜8のアルキル基を示し、nは0または1を示す。
    ただし、環Xと環Yは、同時にはトランス−1,4−ジ置
    換シクロヘキサン環ではない。)であらわされるジフル
    オロシアノ化合物の少なくとも1種を組成物中に1〜50
    wt%混合したことを特徴とする液晶組成物。
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