DE19755245A1 - Spiroverbindungen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft neue Spiroverbindungen der Formel I
worin
R, R1 unabhängig voneinander H, F, CN, CF3, CF2CF3, OCF3, OCF2H, OCF2CF3, SF5, NCS, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkylrest mit 1-12 C-Atomen oder Alkenylrest mit 2-12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -CO , -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- ersetzt sein können,
A, A1 unabhängig voneinander einen
R, R1 unabhängig voneinander H, F, CN, CF3, CF2CF3, OCF3, OCF2H, OCF2CF3, SF5, NCS, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkylrest mit 1-12 C-Atomen oder Alkenylrest mit 2-12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -CO , -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- ersetzt sein können,
A, A1 unabhängig voneinander einen
- a) trans-Cyclohexan-1,4-diylrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können,
- b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
- c) Rest aus der Gruppe 1,4-Bicyclo(2,2,2)-octylen, Pipe ridin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin- 2,6-diyl und 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl,
- d) Cyclohexen-1,4-diyl
wobei die Reste a), b), und d) durch CN, Cl oder F substitu
iert sein können,
Z, Z1
Z, Z1
unabhängig voneinander -CO-O-, -O-CO-, -CH2
O-, -OCH2
-,
-O-, -CH2
CH2
-, -CH=CH-, -C∼C-, -CF2
CF2
-, -CF=CF- oder
eine Einfachbindung,
n, m 0 oder 1,
p, t 0, 1 oder 2
wobei
(p + t) 0, 1 oder 2 bedeutet.
n, m 0 oder 1,
p, t 0, 1 oder 2
wobei
(p + t) 0, 1 oder 2 bedeutet.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung dieser Verbindungen als
Komponenten flüssigkristalliner Medien sowie Flüssigkristall- und elektro
optische Anzeigeelemente, die die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Medien enthalten.
Die Verbindungen der Formel I können als Komponenten flüssigkristalliner
Medien verwendet werden, insbesondere für Displays, die auf dem Prinzip
der verdrillten Zelle, dem Guest-Host-Effekt, dem Effekt der Deformation
aufgerichteter Phasen DAP oder ECB, Electrically controlled birefringence
oder dem Effekt der dynamischen Streuung beruhen. Die bisher für diesen
Zweck eingesetzten Substanzen haben stets gewisse Nachteile, beispiels
weise zu geringe Stabilität gegenüber der Einwirkung von Wärme, Licht
oder elektrischen Feldern, ungünstige elastische und/oder dielektrische
Eigenschaften.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neue stabile flüssigkristalline
oder mesogene Verbindungen aufzufinden, die als Komponenten
flüssigkristalliner Medien, insbesondere für TFT- und STN-Displays,
geeignet sind.
Es wurde nun gefunden, daß die Verbindungen der Formel I vorzüglich als
Komponenten flüssigkristalliner Medien geeignet sind. Mit ihrer Hilfe las
sen sich stabile flüssigkristalline Medien, insbesondere geeignet für TFT- oder
STN-Displays, erhalten. Die neuen Verbindungen zeichnen sich vor
allem durch eine hohe thermische Stabilität aus, die für eine hohe "holding
ratio" vorteilhaft ist und zeigen bei vergleichsweise geringer Rotations
viskosität günstige Werte der Klärpunkte.
Mit der Bereitstellung von Verbindungen der Formel I wird ganz allgemein
die Palette der flüssigkristallinen Substanzen, die sich unter verschiede
nen anwendungstechnischen Gesichtspunkten zur Herstellung flüssig
kristalliner Gemische eignen, erheblich verbreitert.
Die Verbindungen der Formel I besitzen einen breiten Anwendungs
bereich. In Abhängigkeit von der Auswahl der Substituenten können diese
Verbindungen als Basismaterialien dienen, aus denen flüssigkristalline
Medien zum überwiegenden Teil zusammengesetzt sind; es können aber
auch Verbindungen der Formel I flüssigkristalline Basismaterialien aus
anderen Verbindungsklassen zugesetzt werden, um beispielsweise die
dielektrische und/oder optische Anisotropie eines solchen Dielektrikums
zu beeinflussen und/oder um dessen Schwellenspannung und/oder
dessen Viskosität zu optimieren.
Die Verbindungen der Formel I sind in reinem Zustand farblos und bilden
flüssigkristalline Mesophasen in einem für die elektrooptische Verwendung
günstig gelegenen Temperaturbereich. Chemisch, thermisch und gegen
Licht sind sie stabil.
Gegenstand der Erfindung sind somit die Verbindungen der Formel I
sowie die Verwendung dieser Verbindungen als Komponenten flüssig
kristalliner Medien. Gegenstand der Erfindung sind ferner flüssigkristalline
Medien mit einem Gehalt an mindestens einer Verbindung der Formel I
sowie Flüssigkristallanzeigeelemente, insbesondere elektrooptische
Anzeigeelemente, die derartige Medien enthalten.
Vor- und nachstehend haben R, R1, A, A1, Z, Z1, n, m, p und t die
angegebene Bedeutung, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes
vermerkt ist. Sofern die Gruppe A in den Verbindungen der Formel I
mehrfach auftritt, kann sie dieselben oder verschiedene Bedeutungen
annehmen. Das gleiche gilt auch für A1, Z und Z1 sowie für alle anderen
mehrfach auftretenden Gruppen.
Der Einfachheit halber bedeuten im folgenden Cyc einen 1,4-Cyclo
hexylenrest, Che einen 1,4-Cyclohexenylenrest, Dio einen 1,3-Dioxan-2,5-di
ylrest, Dit einen 1,3-Dithian-2,5-diylrest, Phe einen 1,4-Phenylenrest,
Pyd einen Pyridin-2,5-diylrest, Pyr einen Pyrimidin-2,5-diylrest und Bco
einen Bicyclo-(2,2,2)-octylenrest, wobei Cyc und/oder Phe unsubstituiert
oder ein- oder mehrfach durch Cl, F oder CN substituiert sein können.
W bedeutet im folgenden:
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung befinden sich die Reste
-(Z-A)p-R, und -(Z1-A1)t-R1 an der Gruppe W in trans-Position zueinander.
Formel I umfaßt die bevorzugten Verbindungen Ia1 bis Ia32, die neben der
Gruppe W einen sechsgliedrigen Ring enthalten:
R-W-Z1-A1-R1 Ia1
R-W-Phe-R1 Ia2
R-W-CH2CH2-Phe-R1 Ia3
R-W-CH=CH-Phe-R1 Ia4
R-W-CF=CF-Phe-R1 Ia5
R-W-C∼C-Phe-R1 Ia6
R-W-COO-Phe-R1 Ia7
R-W-Cyc-R1 Ia8
R-W-CH2CH2-Cyc-R1 Ia9
R-W-CH=CH-Cyc-R1 Ia10
R-W-CF=CF-Cyc-R1 Ia11
R-W-C∼C-Cyc-R1 Ia12
R-W-COO-Cyc-R1 Ia13
R-W-OOC-Cyc-R1 Ia14
R-W-Dio-R1 Ia15
R-W-CH2CH2-Dio-R1 Ia16
R-W-CH=CH-Dio-R1 Ia17
R-W-CF=CF-Dio-R1 Ia18
R-W-COO-Dio-R1 Ia19
R-W-OOC-Dio-R1 Ia20
R-W-Pyr-R1 Ia21
R-W-CH2CH2-Pyr-R1 Ia22
R-W-CH=CH-Pyr-R1 Ia23
R-W-CF=CF-Pyr-R1 Ia24
R-W-C∼C-Pyr-R1 Ia25
R-W-COO-Pyr-R1 Ia26
R-W-Che-R1 Ia27
R-W-CH2CH2-Che-R1 Ia28
R-W-CH=CH-Che-R1 Ia29
R-W-CF=CF-Che-R1 Ia30
R-W-COO-Che-R1 Ia31
R-W-OOC-Che-R1 Ia32
R-W-Phe-R1 Ia2
R-W-CH2CH2-Phe-R1 Ia3
R-W-CH=CH-Phe-R1 Ia4
R-W-CF=CF-Phe-R1 Ia5
R-W-C∼C-Phe-R1 Ia6
R-W-COO-Phe-R1 Ia7
R-W-Cyc-R1 Ia8
R-W-CH2CH2-Cyc-R1 Ia9
R-W-CH=CH-Cyc-R1 Ia10
R-W-CF=CF-Cyc-R1 Ia11
R-W-C∼C-Cyc-R1 Ia12
R-W-COO-Cyc-R1 Ia13
R-W-OOC-Cyc-R1 Ia14
R-W-Dio-R1 Ia15
R-W-CH2CH2-Dio-R1 Ia16
R-W-CH=CH-Dio-R1 Ia17
R-W-CF=CF-Dio-R1 Ia18
R-W-COO-Dio-R1 Ia19
R-W-OOC-Dio-R1 Ia20
R-W-Pyr-R1 Ia21
R-W-CH2CH2-Pyr-R1 Ia22
R-W-CH=CH-Pyr-R1 Ia23
R-W-CF=CF-Pyr-R1 Ia24
R-W-C∼C-Pyr-R1 Ia25
R-W-COO-Pyr-R1 Ia26
R-W-Che-R1 Ia27
R-W-CH2CH2-Che-R1 Ia28
R-W-CH=CH-Che-R1 Ia29
R-W-CF=CF-Che-R1 Ia30
R-W-COO-Che-R1 Ia31
R-W-OOC-Che-R1 Ia32
sowie die ebenfalls bevorzugten Verbindungen Ib1 bis Ib20, die zusätzlich
zur Gruppe W zwei sechsgliedrige Ringe enthalten:
R-W-Z1-A1-Z1-A1-R1 Ib1
R-W-Phe-Phe-R1 Ib2
R-W-Cyc-Phe-R1 Ib3
R-W-Dio-Phe-R1 Ib4
R-W-Cyc-Cyc-R1 Ib5
R-W-Dio-Cyc-R1 Ib6
R-W-Cyc-Dio-R1 Ib7
R-W-Dio-Dio-R1 Ib8
R-A-Z-W-Z1-A1-R1 Ib9
R-Cyc-W-Phe-R1 Ib10
R-Dio-W-Phe-R1 Ib11
R-Cyc-W-Cyc-R1 Ib12
R-Dio-W-Cyc-R1 Ib13
R-Dio-W-Dio-R1 Ib14
R-W-Che-Phe-R1 Ib15
R-W-Dio-Che-R1 Ib16
R-Phe-W-Che-R1 Ib17
R-Che-W-Che-R1 Ib18
R-Cyc-W-Che-R1 Ib19
R-Dio-W-Che-R1 Ib20
R-W-Phe-Phe-R1 Ib2
R-W-Cyc-Phe-R1 Ib3
R-W-Dio-Phe-R1 Ib4
R-W-Cyc-Cyc-R1 Ib5
R-W-Dio-Cyc-R1 Ib6
R-W-Cyc-Dio-R1 Ib7
R-W-Dio-Dio-R1 Ib8
R-A-Z-W-Z1-A1-R1 Ib9
R-Cyc-W-Phe-R1 Ib10
R-Dio-W-Phe-R1 Ib11
R-Cyc-W-Cyc-R1 Ib12
R-Dio-W-Cyc-R1 Ib13
R-Dio-W-Dio-R1 Ib14
R-W-Che-Phe-R1 Ib15
R-W-Dio-Che-R1 Ib16
R-Phe-W-Che-R1 Ib17
R-Che-W-Che-R1 Ib18
R-Cyc-W-Che-R1 Ib19
R-Dio-W-Che-R1 Ib20
worin R, R1, A, A1, Z, Z1, W, Phe, Cyc, Dio, Che und Pyr die oben
angegebene Bedeutung aufweisen.
Die Cyclohexen-1,4-diyl-Gruppe hat vorzugsweise folgende Strukturen:
R und R1 bedeuten unabhängig voneinander bevorzugt geradkettiges
Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 10 C-Atomen, Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis
10 C-Atomen, F, CN, CF3, OCF3, OCHF2 oder OCF2CF3. p und t bedeuten
unabhangig voneinander bevorzugt 0 oder 1.
Verbindungen der Formel I, worin n oder m 1 bedeuten, sind bevorzugt.
Verbindungen der Formel I, worin n oder m 1 bedeuten, sind bevorzugt.
A und A1 bedeuten unabhangig voneinander bevorzugt Phe, Cyc, Che,
Pyd, Pyr oder Dio, insbesondere Phe, Cyc oder Dio. Bevorzugt enthalten
die Verbindungen der Formel I nicht mehr als einen der Reste Bco, Pyd,
Pyr oder Dit.
Bevorzugt sind auch Verbindungen der Formel I sowie aller Teilformeln, in
denen A und/oder A1 ein- oder zweifach durch F oder CN substituiertes
1,4-Phenylen bedeutet.
Insbesondere bedeuten A und A1 unabhängig voneinander bevorzugt
Z und Z1 bedeuten unabhängig voneinander bevorzugt -CH2CH2-,
-CH=CH-, -C∼C-, -COO- oder eine Einfachbindung, insbesondere
bevorzugt eine Einfachbindung, -CH2-CH2- oder -CH=CH-. Ganz
besonders bevorzugt weisen Z und Z1 die Bedeutung einer
Einfachbindung oder -CH2CH2- auf.
Verbindungen der Formel I sind bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet
sind, daß R geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 10 C-Atomen oder
Alkenyl mit 2 bis 10 C-Atomen und R1 F, CN, OCF3, OCHF2 oder OCF2CF3
bedeuten.
Weiterhin sind Verbindungen der Formel I bevorzugt, worin R und R1
unabhängig voneinander geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 2 bis 7
C-Atomen bedeutet, während A und/oder A1 unabhängig voneinander die
Bedeutungen Cyc und/oder 2,3-Difluor-1,4-phenylen aufweisen.
Verbindungen der Formel I. deren Gruppe A und/oder A1
bedeutet, stellen
besondere Ausführungsformen der Erfindung dar.
Insbesondere sind ferner solche Verbindungen der Formel I bevorzugt, die
dadurch gekennzeichnet sind, daß R geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 1
bis 10 C-Atomen oder Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis 10 C-Atomen
bedeutet und A1 die Bedeutung
aufweist.
In Verbindungen der Formel I in denen die Gruppe A und/oder A1
Cyclohexan-1,4-diyl bedeutet, befinden sich die Substituenten in 1- und 4-Po
sition in trans-Stellung zueinander.
Die folgende Gruppe von Verbindungen der Teilformeln I1 bis I92 stellt
einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zusammen:
worin R und R1 die oben angegebene Bedeutung aufweisen, während L1,
L2, und L3 unabhängig voneinander H oder F bedeuten.
Falls R und/oder R1 in den vor- und nachstehenden Formeln einen
Alkylrest und/oder einen Alkoxyrest bedeutet, so kann dieser geradkettig
oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig, hat 2, 3, 4, 5, 6 oder
7 C-Atome und bedeutet demnach bevorzugt Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl,
Hexyl, Heptyl, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentyloxy, Hexyloxy oder
Heptyloxy, ferner Methyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl,
Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Octyloxy, Nonyloxy, Decyloxy,
Undecyloxy, Dodecyloxy, Tridecyloxy oder Tetradecyloxy.
Oxaalkyl bedeutet vorzugsweise geradkettiges 2-Oxapropyl (= Methoxy
methyl), 2- (= Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (= 2-Methoxyethyl), 2-, 3- oder
4-Oxapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder
6-Oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-,4-, 5-, 6-, 7- oder
8-Oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Oxadecyl.
Falls R und/oder R1 einen Alkylrest bedeutet, in dem eine CH2-Gruppe
durch CH=CH ersetzt ist, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein.
Vorzugsweise ist er geradkettig und hat 2 bis 10 C-Atome. Er bedeutet
demnach besonders Vinyl, Prop-1-, oder Prop-2-enyl, But-1-, 2- oder
But-3-enyl, Pent-1-, 2-, 3- oder Pent-4-enyl, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder
Hex-5-enyl, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyl, Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder
Oct-7-enyl, Non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder Non-8-enyl, Dec-1-, 2-,
3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder Dec-9-enyl. Falls R und/oder R1 einen Alkylrest
bedeutet, in dem eine CH2-Gruppe durch -O- und eine durch -CO- ersetzt
ist, so sind diese bevorzugt benachbart. Somit beeinhalten diese eine
Acyloxygruppe -CO-O- oder eine Oxycarbonylgruppe -O-CO-.
Vorzugsweise sind diese geradkettig und haben 2 bis 6 C-Atome.
Sie bedeuten demnach besonders Acetyloxy, Propionyloxy, Butyryloxy,
Pentanoyloxy, Hexanoyloxy, Acetyloxymethyl, Propionyloxymethyl,
Butyryloxymethyl, Pentanoyloxymethyl, 2-Acetyloxyethyl, 2-Propionyl
oxyethyl, 2-Butyryloxyethyl, 3-Acetyloxypropyl, 3-Propionyloxyprnpyl,
4-Acetyloxybutyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl,
Butoxycarbonyl, Pentoxycarbonyl, Methoxycarbonylmethyl, Ethoxy
carbonylmethyl, Propoxycarbonylmethyl, Butoxycarbonylmethyl,
2-(Methoxycarbonyl)ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)ethyl, 2-(Propoxy
carbonyl)ethyl, 3-(Methoxycarbonyl)propyl, 3-(Ethoxycarbonyl)propyl,
4-(Methoxycarbonyl)butyl.
Falls R und/oder R1 einen Alkylrest bedeutet, in dem eine CH2-Gruppe
durch unsubstituiertes oder substituiertes -CH=CH- und eine benachbarte
CH2-Gruppe durch CO oder CO-O oder O-CO- ersetzt ist, so kann dieser
geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und hat 4
bis 13 C-Atome. Er bedeutet demnach besonders Acryloyloxymethyl,
2-Acryloyloxyethyl, 3-Acryloyloxypropyl, 4-Acryloyloxybutyl,
5-Acryloyloxypentyl, 6-Acryloyloxyhexyl, 7-Acryloyloxyheptyl,
8-Acryloyloxyoctyl, 9-Acryloyloxynonyl, 10-Acryloyloxydecyl,
Methacry 1-oyloxymethyl, 2-Methacryloyloxy-ethyl,
3-Methacryloyloxypropyl, 4-Methacryloyloxybutyl, 5-Methacryloyloxypentyl,
6-Methacryloyloxyhexyl, 7-Methacryloyloxyheptyl, 8-Methacryloyloxyoctyl,
9-Methacryloyloxynonyl.
Falls R und/oder R1 einen einfach durch CN oder CF3 substituierten Al
kyl- oder Alkenylrest bedeutet, so ist dieser Rest vorzugsweise geradkettig
und die Substitution durch CN oder CF3 in ω-Position.
Falls R und/oder R1 einen mindestens einfach durch Halogen
substituierten Alkyl- oder Alkenylrest bedeutet, so ist dieser Rest
vorzugsweise geradkettig und Halogen ist vorzugsweise F oder Cl. Bei
Mehrfachsubstitution ist Halogen vorzugsweise F. Die resultierende Reste
schließen auch perfluorierte Reste ein. Bei Einfachsubstitution kann der
Fluor- oder Chlorsubstituent in beliebiger Position sein, vorzugsweise
jedoch in ω-Position.
Verbindungen der Formel I mit verzweigter Flügelgruppe R und/oder R1
können gelegentlich wegen einer besseren Löslichkeit in den üblichen
flüssigkristallinen Basismaterialien von Bedeutung sein, insbesondere
aber als chirale Dotierstoffe, wenn sie optisch aktiv sind. Smektische
Verbindungen dieser Art eignen sich als Komponenten für ferroelektrische
Materialien.
Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als eine
Kettenverzweigung. Bevorzugte verzweigte Reste R und/oder R1 sind
Isopropyl, 2-Butyl (= 1-Methylpropyl), Isobutyl (= 2-Methylpropyl),
2-Methylbutyl, Isopentyl (= 3-Methylbutyl), 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl,
2-Ethylhexyl, 2-Propylpentyl, Isopropoxy, 2-Methylpropoxy,
2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, 2-Methylpentyloxy, 3-Methylpentyloxy,
2-Ethylhexyloxy, 1-Methylhexyloxy, 1-Methylheptyloxy.
Formel I umfaßt sowohl die Racemate dieser Verbindungen als auch die
optischen Antipoden sowie deren Gemische.
Unter diesen Verbindungen der Formel I sowie den Unterformeln sind
diejenigen bevorzugt, in denen mindestens einer der darin enthaltenden
Reste eine der angegebenen bevorzugten Bedeutungen hat.
In den Verbindungen der Formel I sind diejenigen Stereoisomeren
bevorzugt, in denen die Ringe Cyc und Piperidin trans-1,4-disubstituiert
sind. Diejenigen der vorstehend genannten Formeln, die eine oder
mehrere Gruppen Pyd, Pyr und/oder Dio enthalten, umschließen jeweils
die beiden 2,5-Stellungsisomeren.
Einige ganz besonders bevorzugte kleinere Gruppen von Verbindungen
der Formel I sind diejenigen der Teilformeln I93 bis I125:
worin R2 und R3 Alkyl, Alkoxy, Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis 7
C-Atomen bedeuten und R4 die Bedeutung F, CN oder OCF3 aufweist.
Ganz besonders bevorzugte Verbindungen dieser Gruppe sind die der
Formeln I93, I95, I96, I97, I100, I103, I104, I108, I111 und I115.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind die Verbindungen der Formel
II, die als Ausgangsverbindungen bei der Herstellung der Verbindungen
der Formel I eingesetzt werden:
worin
Q, Q1 unabhängig voneinander C=O, C(OH)-(Z-A)p-R, C(OH)-(Z1-A1)t-R1, C=CH2 oder
Q, Q1 unabhängig voneinander C=O, C(OH)-(Z-A)p-R, C(OH)-(Z1-A1)t-R1, C=CH2 oder
r 1, 2 oder 3
und
R, R1, Z, Z1 A, A1, p, t, m und n die oben angegebene Bedeutung aufweisen.
und
R, R1, Z, Z1 A, A1, p, t, m und n die oben angegebene Bedeutung aufweisen.
Sofern die Gruppe A in den Verbindungen der Formel II mehrfach auftritt,
kann sie dieselben oder verschiedene Bedeutungen annehmen. Das
gleiche gilt auch für A1, Z und Z1 sowie für alle anderen mehrfach
auftretenden Gruppen.
Die bevorzugten Bedeutungen, die für die Gruppen R, R1, Z, Z1 A, A1, p, t,
m und n der Verbindungen der Formel I angegeben sind, gelten auch für
die Verbindungen der Formel II. Die bevorzugte Bedeutung von r ist 1
oder 3.
Die Verbindungen der Formeln I und II werden nach an sich bekannten
Methoden dargestellt, wie sie in der Literatur (Z.B. in den Standardwerken
wie Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Ver
lag, Stuttgart) beschrieben sind und zwar unter Reaktions
bedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet
sind.
Dabei kann man von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten
Varianten Gebrauch machen.
Die Ausgangsstoffe können gewünschtenfalls auch in situ gebildet
werden, derart, daß man sie aus dem Reaktionsgemisch nicht isoliert,
sondern sofort weiter zu den Verbindungen der Formeln I und II umsetzt.
Die Synthese der Verbindungen der Formeln I und II, worin A axial
fluoriertes Cyclohexan bedeutet, kann durch Anwendung von Fluorwasser
stoff unter Druck oder durch Amin-Fluorwasserstoff-Addukte bewirkt
werden (z. B. A. V. Grosse, C. B. Linn, J. Org. Chem. 3, (1938) 26; G. A.
Olah, M. Nojima, I. Kerekes, Synthesis, (1973) 779); G. A. Olah, X-Y. Li,
Q. Wang, G. K. S. Prakash, Synthesis (1993) 693).
Diketone der Formel II (QI = Q2 = C=O) bzw. deren Monoketale werden
bevorzugt als Ausgangsmaterial zur Darstellung flüssigkristalliner
Verbindungen der Formel I eingesetzt. Die Ketone werden dazu mit einer
Mg-, Li-, Ce-, Ti-, oder Zn-organischen Verbindung, enthaltend den
Rest R, R1, (A-Z)p-R oder (Z1-A1)t-R, unter Bildung der entsprechenden
tertiären Alkohole umgesetzt, die dehydratisiert und anschließend hydriert
werden. Hierbei entstehen im allgemeinen cis/trans-Isomerengemische
der Verbindungen der Formel I, woraus durch Isomerisierung und/oder
chromatographische Trennung die Einzelverbindungen erhalten werden
können.
Die folgenden Teilformeln II1 bis II15 stellen weitere besonders
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar:
worin R, R1, L1, L2 L3 und r die oben angegebene Bedeutung aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können z. B. nach folgenden
Reaktionsschemata hergestellt werden:
Verbindung 24 ist erhältlich nach J. Org. Chem 60 7865 (1995).
Alkenyle der Formel I oder II werden bevorzugt aus den entsprechenden
Monoketonen durch Transformation der Carbonylgruppe in einen Aldehyd
nach Wittig mit dem Ylid eines Methoxymethyltriphenylphosphonium
halogenids und anschließender Hydrolyse erhalten. Die wiederholte
Umsetzung des gebildeten Aldehyds mit diesem Ylid führt zu den
entsprechenden Aldehydhomologen. Der gebildete Aldehyd liefert nach
weiterer Wittigreaktion mit einem Alkylphosphoniumsalz das Olefin.
Ester der Formel I oder II können auch durch Veresterung entsprechender
Carbonsäuren (oder ihrer reaktionsfähigen Derivate) mit Alkoholen bzw.
Phenolen (oder ihren reaktionsfähigen Derivaten) oder nach der DCC-Me
thode (DCC = Dicyclohexylcarbodiimid) erhalten werden.
Die entsprechenden Carbonsäuren und Alkohole bzw. Phenole sind
bekannt oder können in Analogie zu bekannten Verfahren hergestellt
werden.
Als reaktionsfähige Derivate der genannten Carbonsäuren eignen sich
insbesondere die Säurehalogenide, vor allem die Chloride und Bromide
ferner die Anhydride, Azide oder Ester, insbesondere Alkylester mit 1-4
C-Atomen in der Alkylgruppe.
Als reaktionsfähige Derivate der genannten Alkohole bzw. Phenole
kommen insbesondere die entsprechenden Metallalkoholate bzw.
Phenolate, vorzugsweise eines Alkalimetalls wie Na oder K, in Betracht.
Die Veresterung wird vorteilhaft in Gegenwart eines inerten Lösungs
mittels durchgeführt. Gut geeignet sind insbesondere Ether wie
Diethylether, Di-n-butylether, THF, Dioxan oder Anisol, Ketone wie
Aceton, Butanon oder Cyclohexanon, Amide wie DMF oder Phosphor
säurehexamethyltriamid, Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol oder
Xylol, Halogenkohlenwasserstoffe wie Tetrachlorkohlenstoff oder Tetra
chlorethylen und Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid oder Sulfolan. Mit Wasser
nicht mischbare Lösungsmittel können gleichzeitig vorteilhaft zum azeo
tropen Abdestillieren des bei der Veresterung gebildeten Wassers ver
wendet werden. Gelegentlich kann auch ein Überschuß einer organischen
Base, z. B. Pyridin, Chinolin oder Triethylamin, als Lösungsmittel für die
Veresterung angewandt werden. Die Veresterung kann auch in Abwesen
heit eines Lösungsmittels, z. B. durch einfaches Erhitzen der Komponenten
in Gegenwart von Natriumacetat, durchgeführt werden. Die Reaktions
temperatur liegt gewöhnlich zwischen -50° und +250°, vorzugsweise
zwischen -20° und +80°. Bei diesen Temperaturen sind die Veresterungs
reaktionen in der Regel nach 15 Minuten bis 48 Stunden beendet.
Im einzelnen hängen die Reaktionsbedingungen für die Veresterung
weitgehend von der Natur der verwendeten Ausgangsstoffe ab. So wird
eine freie Carbonsäure mit einem freien Alkohol oder Phenol in der Regel
in Gegenwart einer starken Säure, beispielsweise einer Mineralsäure wie
Salzsäure oder Schwefelsäure, umgesetzt. Eine bevorzugte Reaktions
weise ist die Umsetzung eines Säureanhydrids oder insbesondere eines
Säurechlorids mit einem Alkohol, vorzugsweise in einem basischen Milieu,
wobei als Basen insbesondere Alkalimetallhydroxide wie Natrium- oder
Kaliumhydroxid, Alkalimetallcarbonate bzw. -hydrogencarbonate wie
Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat oder Kalium
hydrogencarbonat, Alkalimetallacetate wie Natrium-oder Kaliumacetat,
Erdalkalimetallhydroxide wie Calciumhydroxid oder organische Basen wie
Triethylamin, Pyridin, Lutidin, Kollidin oder Chinolin von Bedeutung sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Veresterung besteht darin,
daß man den Alkohol bzw. das Phenol zunächst in das Natrium- oder
Kaliumalkoholat bzw. -phenolat überführt, z. B. durch Behandlung mit
ethanolischer Natron- oder Kalilauge, dieses isoliert und mit einem Säure
anhydrid oder insbesondere Säurechlorid umsetzt.
Nitrile können durch Austausch von Halogenen mit Kupfercyanid oder
Alkalicyanid erhalten werden.
In einem weiteren Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der
Formel I oder II, worin Z und/oder Z1-CH∼CH- bedeutet, setzt man ein
Arylhalogenid mit einem Olefin um in Gegenwart eines tertiären Amins und
eines Palladiumkatalysators (vgl. R. F. Heck, Acc. Chem. Res. 12 (1979)
146). Geeignete Arylhalogenide sind beispielsweise Chloride, Bromide
und Iodide, insbesondere Bromide und Iodide. Die für das Gelingen der
Kupplungsreaktion erforderlichen tertiären Amine, wie z. B. Triethylamin,
eignen sich auch als Lösungsmittel. Als Palladiumkatalysatoren sind
beispielsweise dessen Salze, insbesondere (Pd(II)-acetat, mit organischen
Phosphor(III)-Verbindungen wie z. B. Triarylphosphanen geeignet. Man
kann dabei in Gegenwart oder Abwesenheit eines inerten Lösungsmittels
bei Temperaturen zwischen etwa 0°C und 150°C, vorzugsweise zwischen
20°C und 100°C, arbeiten; als Lösungsmittel kommen z. B. Nitrile wie
Acetonitril oder Kohlenwasserstoffe wie Benzol oder Toluol in Betracht.
Die als Ausgangsstoffe eingesetzten Arylhalogenide und Olefine sind
vielfach im Handel erhältlich oder können nach literaturbekannten
Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Halogenierung ent
sprechender Stammverbindungen bzw. durch Eliminierungsreaktionen an
entsprechenden Alkoholen oder Halogeniden.
Auf diese Weise sind beispielsweise Stilbenderivate herstellbar. Die
Stilbene können weiterhin hergestellt werden durch Umsetzung eines
4-substituierten Benzaldehyds mit einem entsprechenden Phosphorylid
nach Wittig. Man kann aber auch Tolane der Formel I oder II herstellen,
indem man anstelle des Olefins monosubstituiertes Acetylen einsetzt
(Synthesis 627 (1980) oder Tetrahedron Lett 27, 1171(1986)).
Kopplungen von Alkinyl-Verbindungen mit Arylhalogeniden können analog
dem von A. O. King, E. Negishi, F. J. Villani und A. Silveira in J. Org. Chem
43, 358 (1978) beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Tolane der Formel I oder II können auch über die Fritsch-Buttenberg-Wie
chell-Umlagerung (Ann. 279, 319, 1984) hergestellt werden, bei der
1,1-Diaryl-2-halogenethylene umgelagert werden zu Diarylacetylenen in
Gegenwart starker Basen.
Tolane der Formel I oder II können auch hergestellt werden, indem man
die entsprechenden Stilbene bromiert und anschließend einer
Dehydrohalogenierung unterwirft. Dabei kann man an sich bekannte, hier
nicht näher erwähnte Varianten dieser Umsetzung anwenden.
Ether der Formel I oder II sind durch Veretherung entsprechender
Hydroxyverbindungen, vorzugsweise entsprechender Phenole, erhältlich,
wobei die Hydroxyverbindung zweckmäßig zunächst in ein
entsprechendes Metallderivat, z. B. durch Behandeln mit NaH, NaNH2,
NaOH, KOH, Na2CO3 oder K2CO3 in das entsprechende
Alkalimetallalkoholat oder Alkalimetallphenolat übergeführt wird. Dieses
kann dann mit dem entsprechenden Alkylhalogenid, -sulfonat oder
Dialkylsulfat umgesetzt werden, zweckmäßig in einem inerten
Lösungsmittel wie z. B. Aceton, 1,2-Dimethoxythan, DMF oder
Dimethylsulfoxid oder auch mit einem Überschuß an wäßriger oder
wäßrig-alkoholischer NaOH oder KOH bei Temperaturen zwischen etwa
20°C und 100°C.
Zur Herstellung der lateral substituierten Fluor- oder Chlor-Verbindungen
der Formel I oder II können entsprechende Anilinderivate mit Natriumnitrit
und entweder mit Tetrafluorborsäure (zur Einführung eines F-Atoms) oder
mit Kupfer-(I)-chlorid (zur Einführung eines Cl-Atoms) zu dem Diazonium
alzen umgesetzt werden, die dann bei Temperaturen von 100°-140°
thermisch zersetzt werden.
Die Verknüpfung eines aromatischen Kern mit einem nicht aromatischen
Kern oder zweier nicht aromatischer Kerne erhält man vorzugsweise durch
Kondensation einer lithium- oder magnesiumorganischen Verbindung mit
einem Keton, falls zwischen den Kernen eine aliphatische Gruppe Z
und/oder Z1 sein soll.
Die metallorganischen Verbindungen stellt man beispielsweise durch
Metall-Halogenaustausch (z. B. nach Org. React 6, 339-366 (1951))
zwischen der entsprechenden Halogen-Verbindung und einer lithium
organischen Verbindung wie vorzugsweise tert-Butyllithium oder Lithium-
Naphthalenid oder durch Umsatz mit Magnesiumspänen her.
Die Verknüpfung zweier aromatischer Ringe oder einer aliphatischen
Gruppe Z und/oder Z1 mit einem aromatischen Ring erfolgt vorzugsweise
durch Friedel-Crafts-Alkylierung oder Acylierung dadurch, daß man die
entsprechenden aromatischen Verbindungen unter Lewis-Säure-Katalyse
umsetzt. Geeignete Lewis-Säuren sind z. B. SnCl4, ZnCl2 oder besonders
AlCl3 und TiCl4.
Weiterhin läßt sich die Verknüpfung zweier aromatischer Ringe durch die
Ullmann-Reaktion (z. B. Synthesis 1974, 9) zwischen Aryljodiden mit
Kupferodid, vorzugsweise aber zwischen einer Aryl-Kupfer-Verbindung
und einem Aryljodid, oder durch die Gomberg-Bachmann-Reaktion
zwischen einem Aryl-Diazoniumsalz und der entsprechenden aroma
tischen Verbindung (z. B. Org. React 2, 224 (1944)) durchführen.
Weiterhin können zur Kopplung von Aromaten Arylhalogenide mit Aryl
zinnverbindungen umgesetzt werden. Bevorzugt werden diese Reaktionen
unter Zusatz eines Katalysators wie z. B. eines Palladium(O)komplexes in
inerten Lösungsmitteln wie Kohlenwasserstoffen bei hohen Temperaturen,
z. B. in siedendem Xylol, unter Schutzgas durchgeführt.
Darüberhinaus können die Verbindungen der Formel I oder II hergestellt
werden, indem man eine Verbindung, die sonst der Formel I bzw. der
Formel II entspricht, aber an Stelle von H-Atomen eine oder mehrere
reduzierbare Gruppen und/oder C-C-Bindungen enthält, reduziert.
Als reduzierbare Gruppen kommen vorzugsweise Carbonylgruppen in
Betracht, insbesondere Ketogruppen, ferner z. B. freie oder veresterte
Hydroxygruppen oder aromatisch gebundene Halogenatome. Bevorzugte
Ausgangsstoffe für die Reduktion sind Verbindungen entsprechend der
Formel I oder II, die aber an Stelle eines Cyclohexanringes einen
Cyclohexenring oder Cyclohexanonring und/oder an Stelle einer -CH2CH2-
Gruppe eine -CH=CH-Gruppe und/oder an Stelle einer -CH2-Gruppe eine
-CO-Gruppe und/oder an Stelle eine H-Atoms eine freie oder eine
funktionell (z. B. in Form ihres p-Toluolsulfonats) abgewandelte OH-Grup
pe enthalten.
Die Reduktion kann z. B. erfolgen durch katalytische Hydrierung bei
Temperaturen zwischen etwa 0° und etwa 200° sowie Drucken zwischen
etwa 1 und 200 bar in einem inerten Lösungsmittel, z. B. einem Alkohol wie
Methanol, Ethanol oder Isopropanol, einem Ether wie Tetrahydrofuran
(THF) oder Dioxan, einem Ester wie Tetrahydrofuran (THF) oder Dioxan,
einem Ester wie Ethylacetat, einer Carbonsäure wie Essigsäure oder
einem Kohlenwasserstoff wie Cyclohexan. Als Katalysatoren eignen sich
zweckmäßig Edelmetalle wie Pt oder Pd, die in Form von Oxiden (z. B.
PtO2, PdO), auf einem Träger (z. B. Pd auf Kohle, Calciumcarbonat oder
Strontiumcarbonat) oder in feinverteilter Form eingesetzt werden können.
Ketone können auch nach den Methoden von Clemmensen (mit Zink,
amalgamiertem Zink oder Zinn und Salzsäure, zweckmäßig in wäßrig
alkoholischer Lösung oder in heterogener Phase mit Wasser/Toluol bei
Temperaturen zwischen etwa 80 und 120°) oder Wolff-Kishner (mit
Hydrazin, zweckmäßig in Gegenwart von Alkali wie KOH oder NaOH in
einem hochsiedenden Lösungsmittel wie Diethylenglykol oder Triethylen
glykol bei Temperaturen zwischen etwa 100 und 200°) zu den entspre
chenden Verbindungen der Formel I oder II, die Alkylgruppen und/oder
-CH2CH2-Brücken enthalten, reduziert werden.
Weiterhin sind Reduktionen mit komplexen Hydriden möglich. Beispiels
weise können Arylsulfonyloxygruppen mit LiAlH4 reduktiv entfernt werden,
insbesondere p-Toluolsulfonyloxymethylgruppen zu Methylgruppen redu
ziert werden, zweckmäßig in einem inerten Lösungsmittel wie Diethylether
oder THF bei Temperaturen zwischen etwa 0 und 100°. Doppelbindungen
können mit NaBH4 oder Tributylzinnhydrid in Methanol hydriert werden.
Die Ausgangsmaterialien sind entweder bekannt oder können in Analogie
zu bekannten Verbindungen hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien enthalten vorzugsweise
neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Verbindungen als weitere
Bestandteile 2 bis 40, insbesondere 4 bis 30 Komponenten. Ganz beson
ders bevorzugt enthalten diese Medien neben einer oder mehreren erfin
dungsgemäßen Verbindungen 7 bis 25 Komponenten. Diese weiteren
Bestandteile werden vorzugsweise ausgewählt aus nematischen oder
nematogenen (monotropen oder isotropen) Substanzen, insbesondere
Substanzen aus den Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline,
Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan
carbonsäure-phenyl- oder cyclohexylester, Phenyl- oder Cyclohexylester
der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexyl-ester der Cyclo
hexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexyl-phenylester der Benzoesäure,
der Cyclohexancarbonsäure, bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure,
Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane,
Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 1,4-Bis-cyclo
hexylbenzole, 4,4'-Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexyl-py
rimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyl-di
oxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2-Diphenylethane,
1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-phe
nyl-cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl-2-biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cy
clohexyl-phenylethane, gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzyl
phenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren. Die 1,4-Phenylen
gruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.
Die wichtigsten als weitere Bestandteile erfindungsgemäßer Medien in
Frage kommenden Verbindungen lassen sich durch die Formeln 1, 2, 3, 4
und 5 charakterisieren:
R'-L-E-R'' 1
R'-L-COO-E-R'' 2
R'-L-OOC-E-R'' 3
R'-L-CH2CH2-E-R'' 4
R'-L-C∼C-E-R'' 5.
R'-L-COO-E-R'' 2
R'-L-OOC-E-R'' 3
R'-L-CH2CH2-E-R'' 4
R'-L-C∼C-E-R'' 5.
In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten L und E, die gleich oder ver
schieden sein können, jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten
Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-,
-Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebildeten Gruppe,
wobei Phe unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen,
Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexylen, Pyr Pyrimidin-2-5-diyl
oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl und G 2-(trans-1,4-Cyclo
hexyl)-ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl
bedeuten.
Vorzugsweise ist einer der Reste L und E Cyc, Phe oder Pyr. E ist vor
zugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugsweise enthalten die erfin
dungsgemäßen Medien eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus
den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E ausgewählt
sind aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und gleichzeitig eine oder mehrere
Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4
und 5, worin einer der Reste L und E ausgewählt ist aus der Gruppe Cyc,
Phe und Pyr und der andere Rest ausgewählt ist aus der Gruppe
-Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-, und gegebenen
falls eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen
der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E ausgewählt sind aus
der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.
R' und R'' bedeuten in einer kleineren Untergruppe der Verbindungen der
Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl,
Alkoxy, Alkoxyalkyl, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoff
atomen. Im folgenden wird diese kleinere Untergruppe Gruppe A genannt
und die Verbindungen werden mit den Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a
bezeichnet. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R' und R'' vonein
ander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl, Alkenyl, Alkoxy
oder Alkoxyalkyl ist.
In einer anderen als Gruppe B bezeichneten kleineren Untergruppe der
Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeutet R'' -F, -Cl, -NCS oder
-(O)i CH3-(k+l) FkCll, wobei i 0 oder 1 und k und l 1, 2 oder 3 sind; die Ver
bindungen, in denen R'' diese Bedeutung hat, werden mit den Teilformeln
1b, 2b, 3b, 4b und 5b bezeichnet. Besonders bevorzugt sind solche Ver
bindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b, in denen R'' die Bedeu
tung -F, -Cl, -NCS, -CF3, -OCHF2 oder -OCF3 hat.
In den Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b hat R' die bei
den Verbindungen der Teilformeln 1a-5a angegebene Bedeutung und ist
vorzugsweise Alkyl, Alkenyl, Alkoxy oder Alkoxyalkyl.
In einer weiteren kleineren Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1,
2, 3, 4 und 5 bedeutet R'' -CN; diese Untergruppe wird im folgenden als
Gruppe C bezeichnet und die Verbindungen dieser Untergruppe werden
entsprechend mit Teilformeln 1c, 2c, 3c, 4c und 5c beschrieben. In den
Verbindungen der Teilformeln 1c, 2c, 3c, 4c und 5c hat R' die bei den
Verbindungen der Teilformeln 1a-5a angegebene Bedeutung und ist
vorzugsweise Alkyl, Alkoxy oder Alkenyl.
Neben den bevorzugten Verbindungen der Gruppen A, B und C sind auch
andere Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 mit anderen Varianten
der vorgesehenen Substituenten gebräuchlich. Alle diese Substanzen sind
nach literaturbekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.
Die erfindungsgemäßen Medien enthalten neben erfindungsgemäßen
Verbindungen der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere Verbin
dungen, welche ausgewählt werden aus der Gruppe A und/oder Gruppe B
und/oder Gruppe C. Die Massenanteile der Verbindungen aus diesen
Gruppen an den erfindungsgemäßen Medien sind vorzugsweise:
Gruppe A: 0 bis 90%, vorzugsweise 20 bis 90%, insbesondere 30 bis 90%
Gruppe B: 0 bis 80%, vorzugsweise 10 bis 80%, insbesondere 10 bis 65%
Gruppe C: 0 bis 80%, vorzugsweise 5 bis 80%, insbesondere 5 bis 50%
wobei die Summe der Massenanteile der in den jeweiligen erfindungs gemäßen Medien enthaltenen Verbindungen aus den Gruppen A und/oder B und/oder C vorzugsweise 5%-90% und insbesondere 10% bis 90% beträgt.
Gruppe A: 0 bis 90%, vorzugsweise 20 bis 90%, insbesondere 30 bis 90%
Gruppe B: 0 bis 80%, vorzugsweise 10 bis 80%, insbesondere 10 bis 65%
Gruppe C: 0 bis 80%, vorzugsweise 5 bis 80%, insbesondere 5 bis 50%
wobei die Summe der Massenanteile der in den jeweiligen erfindungs gemäßen Medien enthaltenen Verbindungen aus den Gruppen A und/oder B und/oder C vorzugsweise 5%-90% und insbesondere 10% bis 90% beträgt.
Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise 1 bis 40%,
insbesondere vorzugsweise 5 bis 30% der erfindungsgemäßen Verbin
dungen. Weiterhin bevorzugt sind Medien, enthaltend mehr als 40%,
insbesondere 45 bis 90% an erfindungsgemäßen Verbindungen. Die
Medien enthalten vorzugsweise drei, vier oder fünf erfindungsgemäße
Verbindungen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Medien erfolgt in an sich üblicher
Weise. In der Regel werden die Komponenten ineinander gelöst, zweck
mäßig bei erhöhter Temperatur. Durch geeignete Zusätze können die
flüssigkristallinen Phasen nach der Erfindung so modifiziert werden, daß
sie in allen bisher bekannt gewordenen Arten von Flüssigkristallanzeige
elementen verwendet werden können. Derartige Zusätze sind dem
Fachmann bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben (H.
Kelker/R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim,
1980). Beispielsweise können pleochroitische Farbstoffe zur Herstellung
farbiger Guest-Host-Systeme oder Substanzen zur Veränderung der
dielektrischen Anisotropie, der Viskosität und/oder Orientierung der
nematischen Phasen zugesetzt werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu
begrenzen. Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichts
prozent. Alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben. Fp. bedeutet
Schmelzpunkt Klp. = Klärpunkt. Ferner bedeuten K = kristalliner Zustand,
N = nematische Phase, Sm = smektische Phase und I = isotrope Phase.
Die Angaben zwischen diesen Symbolen stellen die Übergangstempe
raturen dar. Δn bedeutet optische Anisotropie (589 nm 20°C) und Δε die
dielektrische Anisotropie (1 kHz, 20°C). Die Viskosität (mm2/sec) wurde
bei 20°C bestimmt.
"Übliche Aufarbeitung" bedeutet: man gibt gegebenenfalls Wasser hinzu,
extrahiert mit Methylenchlorid, Diethylether oder Toluol, trennt ab, trocknet
die organische Phase, dampft ein und reinigt das Produkt durch Destil
lation unter reduziertem Druck oder Kristallisation und/oder Chromato
graphie.
Folgende Abkürzungen werden verwendet:
THF: Tetrahydrofuran
KOtBu: Kalium-tert.-butylat
RT: Raumtemperatur
MTB-Ether: Methyl-tert.-butylether
EE: Ethylacetat
TosMIC: Toluolsulfonylmethylisocyanid
THF: Tetrahydrofuran
KOtBu: Kalium-tert.-butylat
RT: Raumtemperatur
MTB-Ether: Methyl-tert.-butylether
EE: Ethylacetat
TosMIC: Toluolsulfonylmethylisocyanid
200 ml Ethanol werden bei -5°C mit trockenem Ammoniakgas
gesättigt. Anschließend wird eine Mischung aus 42 g 4-n-Pentyl
cyclohexanon und 85 g Cyanessigsäureethylester zugegeben. Das
Reaktionsgefäß wird bei 0°C verschlossen und in einem mit Eis
gefüllten Dewargefäß aufbewahrt. Nach 2-4 d filtriert man den
weißen Niederschlag ab und wäscht mit kaltem Ethanol sowie kaltem
Diethylether nach. Der Niederschlag wird in ca. 300 ml siedendem
Wasser gelöst, filtriert und versetzt noch in der Hitze mit 100 ml
konz. Salzsäure. Man läßt abkühlen, filtriert den entstanden
Niederschlag ab, wäscht mit Wasser nach und trocknet bei 90°C.
Nach Umkristallisation aus Ethanol/Wasser 3 : 1 (v/v) erhält man
(1RS,5RS)-3-Aza-2,4-dioxo-9-n-pentylspiro[5.5]undecan-1,5-di
carbonitril als weißes Kristallpulver.
Schmp.: 157-157,5°C
Schmp.: 157-157,5°C
Zu 55 g (1RS,5RS)-3-Aza-2,4-dioxo-9-n-pentylspiro[5.5]undecan-1,5-di
carbonitril gibt man 100 ml konz. Schwefelsäure und rührt 20 h bei
Raumtemperatur. Die orangefarbene Lösung wird anschließend
unter starkem Rühren langsam mit 90 ml Wasser versetzt und nach
dem Abklingen der heftigen Wärmeentwicklung 24 h auf 150°C
erhitzt. Nach dem Abkühlen verdünnt man mit Wasser und filtriert
den Rückstand ab. Er wird mit kaltem Wasser säurefrei gewaschen
und getrocknet. Man erhält 4-n-Pentylcyclohexan-1,1-diessigsäure.
Zur weiteren Reinigung kann aus Essigsäureethylester/Petrolether
40-60 1 : 1 (v/v) umkristallisiert werden.
Schmp.: 126-126,5°C.
Schmp.: 126-126,5°C.
Zu einer Suspension von 8,5 g Lithiumaluminiumhydrid in 450 ml
abs. THF werden 27 g 4-n-Pentylcyclohexan-1,1-diessigsäure in
150 ml abs. THF bei RT zugetropft. Man rührt nach beendeter
Zugabe 1 h und erhitzt anschließend 3 h zum Sieden. Nach dem
Abkühlen wird überschüssiges Reduktionsmittel mit Wasser
hydrolysiert. Man entfernt den größten Teil des Lösemittels im
Vakuum und nimmt den Rückstand in Wasser auf. Nach dem
Ansäuern mit konz. Salzsäure schüttelt man mehrfach mit Chloroform
aus. Die vereinigten organischen Extrakte werden mit verd.
Salzsäure und Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit
Natriumsulfat und dem Entfernen des Lösemittels i. Vak. erhält man
24,2 g (quant. Ausbeute) 1,1-Bis(2-hydroxyethyl)-4-n-pen
tylcyclohexan als zähflüssiges Öl. Bei -40°C können aus
Chloroform farblose Kristalle erhalten werden, die bei 25,5°C zu
einer anisotropen Flüssigkeit schmelzen und bei 35,5°C reversibel in
eine isotrope Flüssigkeit übergehen.
Zu einer Mischung aus 26,7 g 1,1-Bis(2-hydroxyethyl)-4-n-pen
tylcyclohexan und 75 ml 47 proz. wässriger Bromwasserstoff
säure tropft man unter Kühlen im Eis/Kochsalzbad 37 ml konz.
Schwefelsäure so zu, daß die Innentemperatur 0°C nicht übersteigt.
Anschließend wird 24 h auf 95-100°C erhitzt. Nach dem Abkühlen
gibt man das Reaktionsgemisch auf Eis und schüttelt mehrfach mit
Diethylether aus. Die vereinigten organischen Extrakte wäscht man
zweimal mit Wasser und je einmal mit 1 M Natriumhydrogencarbonat
lösung und ges. Natriumchloridlösung. Nach dem Trocknen mit
Natriumsulfat und dem Entfernen des Lösemittels i. Vak. wird das
Rohprodukt chromatographisch gereinigt. Man erhält 1,1-Bis(2-bro
methyl)-4-n-pentylcyclohexan als Feststoff mit einem
Schmelzpunkt von 32°C.
Sdp.: 164°C/0,05 Torr (Zersetzung),
Rf-Wert: 0,45-0,5 (SiO2; Petrolether 40-60).
Sdp.: 164°C/0,05 Torr (Zersetzung),
Rf-Wert: 0,45-0,5 (SiO2; Petrolether 40-60).
Zu einer Suspension von 4,5 g Natriumhydrid (80 proz. in Mineralöl)
und 250 ml trockenem DMF wird unter Feuchtigkeitsausschluß und
Argonatamosphäre innerhalb 4 h eine Lösung aus 18,4 g 1,1-Bis(2-bro
methyl)-4-n-pentylcyclohexan und 9,8 g TosMIC in 200 ml
trockenem DMF zugetropft. Nach beendeter Zugabe rührt man 16 h
bei Raumtemp. Und hydrolysiert überschüssige Base anschließend
vorsichtig mit Wasser. Das Lösemittel wird im Vakuum größtenteils
abdestilliert und der Rückstand in gleichen Teilen Chloroform und
Wasser aufgenommen. Man säuert mit konz. Salzsäure leicht an,
trennt die milchige organische Phase ab und schüttelt die wäßrige
Phase noch dreimal mit Chloroform aus. Anschließend engt man die
vereinigten organischen Extrakte auf ca. 50 ml ein. Nach Zugabe der
gleichen Menge an konz. Salzsäure wird 30 min bei Raumtemp.
gerührt und anschließend mit Wasser verdünnt. Das
Reaktionsgemisch extrahiert man mit Chloroform, wäscht die
organischen Phasen mit Wasser und entsäuert mit ges. Natrium
hydrogencarbonatlösung. Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat wird
das Lösemittel im Vakuum entfernt. Das braune Rohprodukt wird
chromatographisch gereinigt, wodurch man eine farblose viskose
Flüssigkeit erhält, die nach einiger Zeit kristallisiert. Durch
Umkristallisation aus Methanol erhält man 9-n-Pentyl
spiro[5.5]undecan-3-on in Form farbloser Kristalle vom Schmelzpunkt
31°C.
Rf-Wert: 0,50 (SiO2; Dichlormethan).
Rf-Wert: 0,50 (SiO2; Dichlormethan).
Zu einer Suspension aus 4,5 g Methyltriphenylphosphoniumbromid
und 120 ml THF abs. werden bei RT 9,75 ml n-Butyllithium (1,5
molare Lösung in n-Hexan) getropft und eine 1/2 h gerührt.
Anschließend wird 1 g 9-n-Pentylspiro[5.5]undecan-3-on in 50 ml
THF abs. gelöst und zugetropft. Es wird über Nacht gerührt. Man
hydrolysiert überschüssiges Butyllithium mit 10 ml H2O. Das
Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt und der Rückstand in Ether
aufgenommen. Die wäßrige Phase wird mehrmals mit Diethylether
ausgeschüttelt und die vereinigten organischen Phasen mit verd. HCl
und Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit Na2SO4 wird der
Ether im Vakuum entfernt und das Produkt chromatographisch
gereinigt. Man erhält 9-n-Pentyl-3-methylenspiro[5.5]undecan in
Form eines farblosen Öls.
Rf-Wert: 0,85 (SiO2; n-Hexan).
Rf-Wert: 0,85 (SiO2; n-Hexan).
Man löst 600 mg 9-n-Pentyl-3-methylenspiro[5-5.]undecan in 50 ml
Diethylether abs. und gibt 280 mg Zinkpulver und 16 mg
Kupferacetat hinzu. Anschließend wird langsam (exotherme
Reaktion) 0,45 g Trichloracetylchlorid hinzugetropft. Es wird über
Nacht bei 70°C gerührt. Nach dem Abkühlen filtriert man von den
anorganischen Rückständen und reinigt das Produkt chromato
graphisch. Man erhält 10-n-Pentyl-1-dichlorodispiro-
[3.2.5.2]tetradecan-2-on in Form einer farblosen Flüssigkeit.
Rf-Wert: 0,68 (SiO2; n-Hexan/Toluol 1 : 1).
Rf-Wert: 0,68 (SiO2; n-Hexan/Toluol 1 : 1).
600 mg 10-n-Pentyl-1-dichlorodispiro[3.2.5.2]tetradecan-2-on werden
in 5 ml Essigsäure gelöst. Man gibt 0,45 g Zink-Pulver hinzu, rührt.
6 h bei 70°C und filtriert nach dem Abkühlen von den anorganischen
Rückständen. Das Produkt wird chromatographisch gereinigt. Man
erhält 10-n-Pentyldisprio[3.2.5.2]tetradecan-2-on in Form eines
farblosen Feststoffes, der bei 46-47°C schmilzt.
Rf-Wert: 0,75 (SiO2; Dichlormethan).
Rf-Wert: 0,75 (SiO2; Dichlormethan).
Zu 74 mg Magnesiumspäne in 10 ml Diethylether abs. werden unter
Argonatmosphäre und Feuchtigkeitsausschluß zunächst 1 ml einer
Lösung aus 0,35 ml Trifluorbrombenzol in 5 ml Diethylether abs.
zugetropft. Nachdem die Reaktion einsetzt, wird der Rest der Lösung
hinzugetropft und 1/2 h unter Rückfluß erhitzt. Anschließend wird
700 mg 10-n-Pentyldispiro[3.2.5.2]tetradecan-2-on (erhältlich nach
Beispiel 1) in 10 ml Diethylether abs. zugetropft und weitere 3 h zum
Sieden erhitzt. Man gibt die Suspension auf Eiswasser und säuert mit
verd. Salzsäure an. Die Phasen werden getrennt und die wäßrige
Phase dreimal mit je 20 ml Diethylether ausgeschüttelt. Die
vereinigten organischen Phasen werden mit Wasser gewaschen und
das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird
anschließend in 100 ml Toluol aufgenommen und mit 100 mg
Toluolsulfonsäure am Wasserabscheider 1 h zum Sieden erhitzt.
Nach dem Abkühlen wird 50 ml Wasser zugegeben, die Phasen
getrennt und die wäßrige Phase mehrmals mit Toluol
ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen Phasen werden mit ges.
NaHCO3-Lösung und Wasser gewaschen und mit Natriumsulfat
getrocknet. Zur erhaltenen Lösung gibt man 300 mg 10 proz.
Palladium/Kohle-Katalysator und rührt bei RT und 3 bar unter einer
Wasserstoffatmosphäre. Es wird vom Katalysator filtriert. Das
Produkt wird chromatographisch gereinigt, wodurch das cis- und das
trans-10-n-Pentyl-2-(3,4,5-trifluoro)phenyldispiro[3.2.5.2]tetradecan
erhalten wird.
Rf-Wert: 0,7 und 0,73 (SiO2; n-Hexan).
Rf-Wert: 0,7 und 0,73 (SiO2; n-Hexan).
120 ml Ethanol werden bei -5°C mit trockenem Ammoniakgas
gesättigt. Anschließend wird eine Mischung aus 31,6 g 9-n-Pentyl-3-spi
ro[5.5]undecanon (erhältlich nach Beispiel 1) und 61 g Cyanessig
säureethylester zugegeben. Das Reaktionsgefäß wird bei 0°C ver
schlossen und für 5-7 Tage in einem mit Eis gefüllten Dewargefäß
aufbewahrt. Die Aufarbeitung erfolgt analog Beispiel 1a)). Nach
Umkristallisation aus Ethanol/Wasser 5 : 1 (v/v) erhält man
(1RS,5RS)-3-Aza-2,4-dioxo-12-n-pentyl-dispiro[5.2.5.2]hexadecan-1,5-di
carbonitril als weißes Kristallpulver mit dem Schmelzpunkt
208°C.
Die Verseifung und Decarboxylierung von 13 g (1RS,5RS)-3-Aza-
2,4-dioxo-12-n-pentyl-dispiro[5.2.5.2]hexadecan-1,5-dicarbonitril in
70 ml konz. Schwefelsäure und 55 ml Wasser erfolgt analog Beispiel
1b)). Man erhält ein schwarzes Reaktionsprodukt, das zur
Abtrennung von unlöslicher, verkohlter Substanz in Ethanol
aufgekocht, heiß filtriert und anschließend mehrfach aus
Essigsäureethylester und Ethanol/Wasser 5 : 1 (v/v) (ggf. unter Zusatz
von Aktivkohle) umkristallisiert wird. Hierdurch wird 9-n-Pen
tylspiro[5.5]undecan-3,3-diessigsäure in Form feiner, weißer
Kristalle erhalten.
Schmp.: K<50 S 154.5 I.
Schmp.: K<50 S 154.5 I.
Die Reduktion von 2 g 9-n-Pentylspiro(5.5]undecan-3,3-diessigsäure
mit 0,5 g Lithiumaluminiumhydrid in 50 ml abs. THF erfolgt analog
Beispiel 1c). Man erhält 1,83 g (quant. Ausbeute) 3,3-Bis(2-hy
droxyethyl)-9-n-pentylspiro[5.5]undecan.
Schmp.: K<40 S 139 I.
Schmp.: K<40 S 139 I.
Die Umsetzung von 1,36 g 3,3-Bis(2-hydroxyethyl)-9-n-pen
tylspiro[5.5]undecan mit 20 ml 47 proz. wäßriger Bromwasser
stoffsäure und 10 ml konz. Schwefelsäure erfolgt analog Beispiel
1d). Das Rohprodukt wird chromatographisch gereinigt. Man erhält
3,3-Bis(2-bromethyl)-9-n-pentylspiro[5.5]undecan in Form einer
farblosen, viskosen Flüssigkeit, die unterhalb Raumtemperatur
kristallisiert.
Schmp.: 23-24°C,
Rf-Wert: 0,45 (SiO2; Petrolether 40-60).
Schmp.: 23-24°C,
Rf-Wert: 0,45 (SiO2; Petrolether 40-60).
Die Cyclisierung von 1,3 g 3,3-Bis(2-bromethyl)-9-n-pen
tylspiro[5.5]undecan mit 0,6 g TosMIC und 0,3 g Natriumhydrid
(80 proz. in Mineralöl) in insgesamt 30 ml trockenem DMF erfolgt
analog Beispiel 1e). Das Rohprodukt wird chromatographisch
aufgearbeitet. Zur weiteren Reinigung kann aus Methanol
umkristallisiert werden. Man erhält hierdurch 12-n-Pentyl-3-di
spiro[5.2.5.2]hexadecanon als farblose Kristalle, die bei 87-88°C
schmelzen.
Schmp.: 87-88°C,
Rf-Wert: 0,45 (SiO2; Dichlormethan).
Schmp.: 87-88°C,
Rf-Wert: 0,45 (SiO2; Dichlormethan).
50 mg Mg-Splitter werden in 5 ml Diethylether abs. suspendiert und
eine Lösung aus 0,4 g 1-Brom-3,4,5-trifluorbenzol in 10 ml
Diethylether abs. zugetropft. Man erhitzt die Reaktionslösung eine
1/2 h zum Sieden. Schließlich werden 400 mg 12-n-Pentyldispiro-
[5.2.5.2]hexadecan-3-on, das in 15 ml Diethylether abs. gelöst
wurde, langsam zugetropft und weitere 3 h zum Sieden erhitzt. Man
gibt die Suspension auf Eiswasser und säuert mit verd. Salzsäure an.
Die Phasen werden getrennt und die wäßrige Phase dreimal mit je
20 ml Diethyether ausgeschüttelt. Die vereinigten organischen
Phasen werden mit Wasser gewaschen und das Lösungsmittel im
Vakuum entfernt. Der Rückstand wird anschließend in 100 ml Toluol
aufgenommen und mit 50 mg Toluolsulfonsäure am
Wasserabscheider 1 h zum Sieden erhitzt. Nach dem Abkühlen wird
50 ml Wasser zugegeben, die Phasen getrennt und die wäßrige
Phase mehrmals mit Toluol ausgeschüttelt. Die vereinigten
organischen Phasen werden mit ges. NaHCO3-Lösung und Wasser
gewaschen und mit Natriumsulfat getrocknet. Zur Toluen-Lösung gibt
man 150 mg 10 Proz. Palladium/Kohle-Katalysator und rührt bei RT
und 3 bar unter einer Wasserstoffatmosphäre. Es wird vom
Katalysator filtriert. Nach chromatographischer Aufarbeitung wird das
cis- und das trans-12-n-Pentyl-3-(3,4,5-triphenyl)dispi
ro-]5.2.5.2]hexadecan erhalten.
Rf-Wert: 0,56 und 0,65 (SiO2; n-Heptan)
Rf-Wert: 0,56 und 0,65 (SiO2; n-Heptan)
Zu 28,4 g 1,4-cis,trans-Cyclohexandimethanol in 300 ml
Dichlormethan werden 1,2 g 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-oxyl und
9,5 g Kaliumbromid in 40 ml Wasser gegeben. Über 1 h wird eine
Lösung aus 396 ml Natriumhypochlorit (13% Chloraktiv), 15 g
Natriumhydrogencarbonat und 490 ml Wasser so hinzugetropft, daß
ein leichter Rückfluß des Lösungsmittels zu beobachten ist. Es wird
eine Stunde nachgerührt und die Phasen getrennt. Die wäßrige
Phase wird dreimal mit Dichlormethan geschüttelt. Die vereinigten
organischen Phasen werden mit einer Lösung aus 2,65 g Kaliumjodid
in 150 ml 10%-HCl geschüttelt. Das überschüssige Jod wird mit
gesättigter Natriumthiosulfat-Lösung entfernt. Die organische Phase
wird anschließend mit Wasser gewaschen und mit Natriumsulfat
getrocknet. Das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt und das
Produkt chromatographisch gereinigt. Man erhält cis,trans-1,4-Cy
clohexancarbaldehyd, der an der Luft leicht zur Disäure oxidiert.
Rf-Wert: 0,51 (SiO2; Cyclohexan/EE 3 : 1).
Rf-Wert: 0,51 (SiO2; Cyclohexan/EE 3 : 1).
Zu einer Lösung aus 12,5 g cis,trans-1,4-Cyclohexancarbaldehyd
und 15 ml Methylvinylketon in 75 ml Toluol werden langsam 0,075 ml
Schwefelsäure konz. getropft und eine 1/2 h bei RT gerührt. Die
Reaktionslösung wird über eine Stunde langsam am
Wasserabscheider zum Sieden erhitzt. Man rührt 6 h unter Rückfluß,
läßt abkühlen und gibt 50 ml 1 M NaHCO3-Lösung hinzu. Die Phasen
werden getrennt und die wäßrige Phase dreimal mit je 20 ml Toluol
extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit ges.
NaCl-Lösung und Wasser gewaschen und mit Natriumsulfat
getrocknet. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels wird das
Produkt chromatographisch gereinigt. Man erhält ein Gemisch von
Dispiro[5.2.5.2]hexadecan-1,10-dien-3,12-dion und
Dispiro(5.2.5.2]hexadecan-1,13-dien-3,12-dion in Form eines
farblosen Feststoffes, der bei 192-196°C schmilzt.
Rf-Wert: 0,51 (SiO2; Dichlormethan/EE 15 : 1).
Rf-Wert: 0,51 (SiO2; Dichlormethan/EE 15 : 1).
3,4 g Dispiro[5.2.5.2]hexadecandiendion werden in 500 ml Toluol
gelöst. Man gibt 700 ml Palladium/Kohle-Katalysator hinzu und rührt
5 h bei einem Wasserstoff-Druck von 3 bar bei RT. Anschießend
filtriert man vom Katalysator und entfernt das Lösungsmittel im
Vakuum. Man erhält Dispiro(5.2.5.2]hexadecan-3,12-dion in Form
eines farblosen kristallinen Feststoffes, der bei 208°C schmilzt.
Zu 80 mg Dispiro(5.2.5.2]hexadexan-3,12-dion in 50 ml Toluol
werden 18 mg Ethan-1,2-diol und 1 mg p-Toluolsulfonsäure gegeben
und ca. 2 h am Wasserabscheider erhitzt. Nach dem Abkühlen wird
20 ml 1 M Natriumhydrogencarbonat-Lösung hinzugegeben und die
Phasen getrennt. Die wäßrige Phase wird mehrmals mit Toluol
ausgeschüttelt und die vereinigten organischen Phasen mehrmals
mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat wird
das Lösungsmittel im Vakuum entfernt und der Rückstand chromato
graphisch gereinigt. Man erhält hierdurch Trispiro[4.2.2.5.2.2]1,4-di
oxa-docosan-14-on in Form eines farblosen Feststoffes.
Rf-Wert: 0,51 (SiO2; Dichlormethan/Aceton 100 : 1).
Rf-Wert: 0,51 (SiO2; Dichlormethan/Aceton 100 : 1).
Zu 700 mg 3,12-Dispiro(5.2.5.2]hexadecandion und 260 mg 1,4-Bu
tandiol in 200 ml Tolul werden 40 mg p-Toluolsulfonsäure
gegeben. Man erhitzt 3 h am Wasserabscheider und läßt abkühlen.
Man gibt 100 ml 1 M Natriumhydrogencarbonat-Lösung hinzu und
trennt die Phasen. Die wäßrige Phase wird mehrmals mit Toluol
gegengeschüttelt und die vereinigten organischen Phasen mit
Wasser gewaschen. Man trocknet mit Natriumsulfat und entfernt das
Lösungsmittel im Vakuum. Der Rückstand wird chromatographisch
gereinigt. Man erhält Trispiro[6.2.2.5.2.2]-1,6-dioxa-docosan-16-on
als weißen Feststoff, der bei 161°C schmilzt.
Rf-Wert: 0,46 (SiO2; Cyclohexan/Aceton 4 : 1).
Rf-Wert: 0,46 (SiO2; Cyclohexan/Aceton 4 : 1).
Zu einer Suspension aus 62 mg Mg-Spänen in 10 ml abs.
Diethylether werden unter Argon zunächst 3 ml einer Lösung aus
0,3 ml 1-Brom-3,4,5-trifluorbenzol in 10 ml abs. Diethylether
zugetropft, bis die Reaktion sichtbar eintritt. Anschließend wird die
restliche Bromid-Lösung zugetropft. Nach vollständiger Zugabe wird
30 min zum Sieden erhitzt. Nach dem Abkühlen tropft man langsam
eine Lösung aus 700 mg Trispiro[6.2.2.5.2.2]-1,6-dioxa-docosan-16-on
und 10 ml abs. Diethylether hinzu. Es wird für weitere 2 h unter
Rückfluß gerührt. Nach dem Abkühlen gibt man 10 ml Wasser hinzu,
trennt die Phasen und schüttelt die wäßrige Phase dreimal mit je
10 ml Diethylether aus. Die vereinigten organischen Phasen werden
mit Wasser und ges. NaCl-Lösung gewaschen und das
Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird in 60 ml
Toluol aufgenommen und unter Zugabe von 60 mg p-To
luolsulfonsäure 2 h am Wasserabscheider erhitzt. Nach erneutem
Abkühlen wird die Toluol-Phase mit 1 M Natriumhydrogencarbonat
lösung geschüttelt, die wäßrige Phase mehrmals mit Toluol
gegengeschüttelt und die vereinigten organischen Phasen mit
Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat und dem
Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum wird der Rückstand
chromatographisch gereinigt. Man erhält 12-(3,4,5-Tri
phenyl)dispiro(5.2.5.2]hexadecan-11-en-3-on als farblose
Kristalle, die bei 84-85°C schmelzen.
Rf-Wert: 0,35 (SiO2; Dichlormethan).
Rf-Wert: 0,35 (SiO2; Dichlormethan).
Zu einer Suspension aus 24 mg Mg-Spänen und einem Jodkristall in
5 ml Diethylether abs. werden unter Argon zunächst 2 ml einer
Lösung aus 150 mg 1-Brompentan in 5 ml Diethylether abs.
zugetropft, bis die Reaktion eintritt. Anschließend wird die restliche
Lösung zugetropft und nach vollständiger Zugabe 30 min zum
Sieden erhitzt. Nach dem Abkühlen tropft man langsam eine Lösung
aus 320 mg 12-(3,4,5-Triphenyl)dispiro[5.2.5.2]hexadecan-11-en-3-on
in 10 ml Diethylether abs. hinzu. Es wird für weitere 2 h unter
Rückfluß gerührt. Nach dem Abkühlen gibt man 10 ml Wasser hinzu,
trennt die Phasen und schüttelt die wäßrige Phase dreimal mit je
10 ml Diethylether aus. Die vereinigten organischen Phasen werden
mit Wasser und ges. NaCl-Lösung gewaschen, mit Natriumsulfat
getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Der
Rückstand wird in 50 ml Toluol aufgenommen und unter Zugabe von
30 mg p-Toluolsulfonsäure 2 h am Wasserabscheider erhitzt. Nach
erneutem Abkühlen wird die Toluol-Phase mit 1 M
Natriumhydrogencarbonat-Lösung geschüttelt, die wäßrige Phase
mehrmals mit Toluol gegengeschüttelt und die vereinigten
organischen Phasen mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen
mit Natriumsulfat und dem Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum
wird der Rückstand in 20 ml Toluol aufgenommen. Man gibt 30 mg
Palladium/Kohle-Katalysator hinzu und rührt die Suspension 5 h bei
3 bar unter einer Wasserstoffatmosphäre. Es wird vom Katalysator
filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Das Rohprodukt
wird chromatographisch gereinigt. Hierdurch erhält man das cis- und
das trans-12-n-Pentyl-3-(3,4,5-triphenyl)dispiro(5.2.5.2]hexadecan.
Analog erhält man aus den entsprechenden Vorstufen die folgenden
erfindungsgemäßen Verbindungen:
Claims (9)
1. Spiroverbindungen der Formel I
worin
R, R1 unabhängig voneinander H, F, CN, CF3, CF2CF3, OCF3, OCF2H, OCF2CF3, SF5, NCS einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkylrest mit 1-12 C-Atomen oder Alkenylrest mit 2-12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -CO, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- ersetzt sein können,
A, A1 unabhängig voneinander einen
Z, Z1 unabhängig voneinander -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -O-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C∼C-, -CF2CF2-, CF=CF- oder eine Einfachbindung,
n, m 0 oder 1,
p, t 0, 1 oder 2
wobei
(p + t) 0, 1 oder 2 bedeutet.
worin
R, R1 unabhängig voneinander H, F, CN, CF3, CF2CF3, OCF3, OCF2H, OCF2CF3, SF5, NCS einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkylrest mit 1-12 C-Atomen oder Alkenylrest mit 2-12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -CO, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- ersetzt sein können,
A, A1 unabhängig voneinander einen
- a) trans-Cyclohexan-1,4-diylrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können,
- b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
- c) Rest aus der Gruppe 1,4-Bicyclo(2,2,2)-octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydro naphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4-Tetrahydronaphtha lin-2,6-diyl,
- d) Cyclohexen-1,4-diyl,
Z, Z1 unabhängig voneinander -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -O-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C∼C-, -CF2CF2-, CF=CF- oder eine Einfachbindung,
n, m 0 oder 1,
p, t 0, 1 oder 2
wobei
(p + t) 0, 1 oder 2 bedeutet.
2. Spiroverbindungen nach Anspruch 1 der Formel I, dadurch
gekennzeichnet, daß R und R1 unabhängig voneinander
geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 10 C-Atomen oder Alkenyl
oder Alkenyloxy mit 2 bis 10 C-Atomen, F, CN, CF3, OCF3, OCHF2
oder OCF2 CF3 bedeuten.
3. Spiroverbindungen nach Anspruch 1 oder 2 der Formel I, dadurch
gekennzeichnet, daß R geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis
10 C-Atomen oder Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis 10 C-Atomen
bedeutet und A1 die Bedeutung
aufweist.
aufweist.
4. Spiroverbindungen nach Anspruch 1 bis 3, der Formel I, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reste Z und Z1 unabhängig voneinander
-CH2CH2-, -CH=CH-, -C∼C-, -COO- oder eine Einfachbindung
bedeuten.
5. Verbindungen der Formel II:
worin
Q, Q1 unabhängig voneinander C=O, C(OH)-(Z-A)p-R, C(OH)-(Z1-A1)tR1 C=CH- oder
r 1, 2 oder 3
und
R, R1, Z, Z1 A, A1, p, t, m und n die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung aufweisen.
worin
Q, Q1 unabhängig voneinander C=O, C(OH)-(Z-A)p-R, C(OH)-(Z1-A1)tR1 C=CH- oder
r 1, 2 oder 3
und
R, R1, Z, Z1 A, A1, p, t, m und n die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung aufweisen.
6. Verwendung von Verbindungen der Formel I nach Anspruch 1 bis 4
als Komponenten flüssigkristalliner Medien.
7. Flüssigkristallines Medium mit mindestens zwei flüssigkristallinen
Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine
Verbindung der Formel I enthält.
8. Flüssigkristall-Anzeigeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es ein
flüssigkristallies Medium nach Anspruch 7 enthält.
9. Elektrooptisches Anzeigeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es
als Dielektrikum ein flüssigkristallines Medium nach Anspruch 7
enthält.
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US20120298916A1 (en) * | 2010-01-21 | 2012-11-29 | Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung | Polymerizable compounds and liquid crystal media |
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