CN111778040B - 一种液晶化合物及其制备方法与应用 - Google Patents

一种液晶化合物及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液晶化合物及其制备方法与应用。所述液晶化合物具有如通式(I)所述的结构式。本发明所述液晶化合物具有较大的垂直介电各项异性，整体的介电各项异性为正，且近似为0，从而有效降低驱动电压，提高液晶显示装置的响应速度；同时，所述液晶化合物还具有较大的穿透率，适中的光学各向异性，高清亮点，较高的电荷保持率，适中的旋转粘度和液晶互溶性，优异的低温工作效果，良好的热稳定性、化学稳定性、光学稳定性及力学等方面的性能。

Description

一种液晶化合物及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，涉及一种液晶化合物及其制备方法与应用。
背景技术
近年来液晶显示装置发展越来越迅速，也发展出不同类型，如车载小型液晶显示装置，便携式液晶显示装置，超薄型液晶显示装置等等。本领域开发正在取得进展，以电视为例，其特点是重量轻，占据空间小，移动方便，还有笔记本型个人电脑，手机等。
液晶材料作为环境材料在信息显示材料、有机光电子材料等领域中的应用极大的研究价值和美好的应用前景。目前，TFT-LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，大尺寸和中小尺寸TFT-LCD显示器在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。但是对显示技术的要求一直在不断的提高，要求液晶显示器实现更快速的响应，降低驱动电压以降低功耗等方面，也就要求液晶材料具有低电压驱动、快速响应、宽的温度范围和良好的低温稳定性。
液晶材料本身对改善液晶显示器的性能发挥着重要的作用，为了改善材料的性能使其适应新的要求，新型结构液晶化合物的合成及结构，性能关系的研究成为液晶领域的一项重要工作。
发明内容
本发明提供一种液晶化合物，其具有较大的垂直介电各项异性，以及整体介电各项异性为正，且近似为0，从而有效降低驱动电压，提高液晶显示装置的响应速度；同时，所述液晶化合物还具有较大的穿透率，适中的光学各向异性，高清亮点，较高的电荷保持率，适中的旋转粘度和液晶互溶性，优异的低温工作效果，良好的热稳定性、化学稳定性、光学稳定性及力学等方面的性能。
本发明所述的液晶化合物，具有如通式(I)所述的结构式：
Figure BDA0002017129840000011
在通式I中，R1表示CF3或OCF3；
R2表示具有1～10个碳原子的(直链或支链)烷基或烷氧基，环丙基，环丁基或环戊基；其中，烷基或烷氧基中的H可以被卤素取代，一个或多个-CH2-可以各自独立地被 -CH＝CH-、或-O-取代，但要求O原子彼此不直接连接；
环A、环B相同或不同，各自独立地表示1,4-亚环己基，1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基；其中，1,4-亚环己基的1-4个氢原子可以被氟原子取代；1,4-亚苯基中的1-4个氢原子可以被氟原子取代或1-2个-CH-基团可以被氮原子取代；
Z1表示单键、-CH2-或-CH2CH2；
Z2表示单键、-O-、-CH2-、-CH2CH2-或-CH2O-；
m、n相同或不同，各自独立地表示0、1或2，且0<m+n≤3。
优选的，在通式(I)中，R2表示具有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，环丙基，环丁基或环戊基；其中，烷基或烷氧基中的H可以被F取代；
环A、环B相同或不同，各自独立地表示1,4-亚环己基，1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基；其中，1,4-亚苯基中的1-2个氢原子可以被氟原子取代；
m、n相同或不同，各自独立地表示0、1或2，且0<m+n≤2。
优选的，本发明所述化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000021
其中、R1表示CF3或OCF3；R2表示具有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，环丙基，环丁基或环戊基；其中，烷基或烷氧基中的H可以被F取代；
Z1表示单键、-CH2-或-CH2CH2；
Z2表示单键、-O-、-CH2-、-CH2CH2-或-CH2O-。
进一步优选的，本发明所述化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000031
Figure BDA0002017129840000041
Figure BDA0002017129840000051
Figure BDA0002017129840000061
。
本发明的另一目的是保护本发明所述化合物的制备方法，其制备路线如下：
Figure BDA0002017129840000062
具体包括以下步骤：
Figure BDA0002017129840000063
与
Figure BDA0002017129840000064
通过suzuki反应，得到
Figure BDA0002017129840000065
其中，X代表I、Br或Cl，各步骤所涉及化合物中的R1、R2、m、n、Z1、Z2、环A、环B与上述化合物通式(I)中R1、R2、m、n、Z1、Z2、环A、环B代表的基团相对应。
上述方法中，
Figure BDA0002017129840000066
与
Figure BDA0002017129840000067
的投料摩尔比为1.0：1.0～1.5；
优选地，反应温度可在60～140℃；
上述方法中，
Figure BDA0002017129840000068
均可以通过公开商业途径或者文献中本身已知的方法合成得到。
本发明所述的方法，在必要时会涉及常规后处理，所述常规后处理具体如：用二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯萃取，分液，水洗，干燥，真空旋转蒸发仪蒸发，所得产物用减压蒸馏或重结晶和/或色谱分离法提纯，即可。
采用上述制备方法能够稳定、高效地得到本发明所述的化合物。
本发明的第三目的是保护含有所述该化合物的组合物。所述化合物在组合物中的质量百分比为0.01～60％，优选为0.1～50％，进一步优选为0.1～40％。
本发明的第四目的是保护所述化合物以及含有所述化合物的组合物在液晶显示领域的应用，优选为在液晶显示装置中的应用。所述的液晶显示装置包括但并不限于VA、TN、 STN、FFS或IPS液晶显示器。
本发明具有如下有益效果：
本发明所述液晶化合物具有较大的垂直介电各项异性，具有较大的穿透率，且同时具有高清亮点，适中的旋转粘度和液晶互溶性，低温工作效果表现优秀，良好的热稳定性、化学稳定性、光学稳定性及力学等方面的性能；从而有效降低驱动电压，提高了液晶显示装置的响应速度，同时具有光学各向异性数值适中、电荷保持率高等特点。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
所述原材料如无特别说明，均能从公开商业途径获得。
按照本领域的常规检测方法，通过线性拟合得到液晶化合物的各项性能参数，其中，各性能参数的具体含义如下：
△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；ε⊥代表垂直分子轴方向的介电常数(25℃， 1000Hz)。
实施例1
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000071
制备化合物BYLC-01的合成线路如下所示：
Figure BDA0002017129840000072
具体步骤如下：
化合物BYLC-01的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入66.6g化合物BYLC-01-1，32.8g丙基苯硼酸，200mlN,N- 二甲基甲酰胺，100ml去离子水，27.6g无水碳酸钾，0.4g四三苯基膦钯，加热至70℃反应 3小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，乙醇重结晶得到白色固体(化合物BYLC-01)58.4g，GC:99.7％，收率：78.6％。
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-01进行分析，产物的m/z为372(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.15-1.85(m,5H),1.95-2.95(m,6H),4.55-5.35(m,1H),6.25-7.65(m,5H)。
实施例2
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000081
化合物BYLC-02的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入40.5g化合物BYLC-02-1，21.7g丙基环己基硼酸，150ml N,N-二甲基甲酰胺，80ml去离子水，17.0g无水碳酸钾，0.3g四三苯基膦钯，加热至100℃反应3小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，乙醇重结晶得到白色固体(化合物BYLC-02)37.1g，GC:99.8％，收率：82.5％。
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-02进行分析，产物的m/z为378(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.55-1.95(m,17H),2.15-2.95(m,4H),3.25-4.65(m,1H),6.35-7.35( m,1H)。
实施例3
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000082
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-03进行分析，产物的m/z为376(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.75-1.85(m,10H),1.95-2.75(m,8H),4.15-4.55(m,1H),5.25-5.85(m,1H)，6.35-7.15(m,1H)。
实施例4
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000083
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-04进行分析，产物的m/z为384(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.05-0.85(m,5H),1.95-2.95(m,6H),4.75-5.35(m,1H),6.65-7.55(m,5H)。
实施例5
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000084
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-05进行分析，产物的m/z为400(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.05-0.85(m,5H),1.95-2.95(m,4H), 3.65-4.15(m,2H),4.75-5.35(m,1H),6.65-7.55(m,5H)。
实施例6
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000091
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-06进行分析，产物的m/z为356(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.75-1.85(m,5H),2.15-2.95(m,6H),4.65-5.15(m,1H),6.85-7.35(m,5H)。
实施例7
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000092
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-07进行分析，产物的m/z为466(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):0.75-1.95(m,20H),2.05-2.95(m,5H),4.65-5.15(m,1H)7.15-7.65(m,5H)。
实施例8
液晶化合物的结构式为：
Figure BDA0002017129840000093
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-08进行分析，产物的m/z为382(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.55-1.95(m,8H),2.15-2.95(m,5H),4.75-5.25(m,1H),7.15-7.65(m,5H)。
依据以上实施例的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性操作，可以合成发明内容中所提及的液晶化合物。
对比例1
Figure BDA0002017129840000094
对比例2
Figure BDA0002017129840000095
实验例1
将实施例1-5所制得的化合物与对比例1(已知常见的另一类似液晶化合物)的液晶化合物性能参数数据进行对比整理，检测结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002017129840000101
由上述实验数据可以看出，本发明所提供的液晶化合物具有较大的垂直介电各项异性，具有较大的穿透率，且整体的介电各项异性为正，且近似为0，从而有效降低驱动电压，提高了液晶显示装置的响应速度，同时具有光学各向异性数值适中、电荷保持率高等特点。
对比例3
Figure BDA0002017129840000102
对比例4
Figure BDA0002017129840000103
实验例2
将实施例6-8所制得的化合物与对比例2(已知常见的另一类似液晶化合物)的液晶化合物性能参数数据进行对比整理，检测结果如表2所示：
表2
Figure BDA0002017129840000104
Figure BDA0002017129840000111
由上述实验数据可以看出，本发明所提供的液晶化合物具有较大的垂直介电各项异性，具有较大的穿透率，且整体的介电各项异性为正，且近似为0，从而有效降低驱动电压，提高了液晶显示装置的响应速度，同时具有光学各向异性数值适中、电荷保持率高等特点。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种液晶化合物，其特征在于，选自下述结构式中的一种：
Figure FDA0003486957910000011
其中：
R1表示CF3或OCF3；
R2表示具有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，环丙基，环丁基或环戊基；
Z1表示单键；
Z2表示单键。
2.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于，所述化合物选自下述结构式中的一种：
Figure FDA0003486957910000012
Figure FDA0003486957910000021
3.权利要求1或2所述化合物的制备方法，其特征在于，包括：
Figure FDA0003486957910000022
与
Figure FDA0003486957910000023
通过suzuki反应，得到
Figure FDA0003486957910000024
其中，X代表I、Br或Cl；
R1表示CF3或OCF3；
R2表示具有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，环丙基，环丁基或环戊基；
Z1表示单键；
Z2表示单键；
环A、环B相同或不同，各自独立地表示1,4-亚环己基，1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基；
m、n相同或不同，各自独立地表示0、1或2，且0<m+n≤3。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
Figure FDA0003486957910000031
与
Figure FDA0003486957910000032
的投料摩尔比为1.0：1.0～1.5；
和/或，反应温度在60～140℃之间。
5.一种液晶组合物，其特征在于，含有权利要求1或2所述液晶化合物。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶化合物在液晶组合物中的质量百分比为0.01～60％。
7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶化合物在液晶组合物中的质量百分比为0.1～50％。
8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶化合物在液晶组合物中的质量百分比为0.1～40％。
9.权利要求1或2所述液晶化合物及权利要求5-8任一项所述液晶组合物在液晶显示领域的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用为在液晶显示装置中的应用。
11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述液晶显示装置为VA、TN、STN、FFS或IPS液晶显示器。
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