DE3689329T2 - Verbindungen auf der Basis der Phenylpyrimidine und sie enthaltende flüssigkristalline Zusammensetzungen. - Google Patents
Verbindungen auf der Basis der Phenylpyrimidine und sie enthaltende flüssigkristalline Zusammensetzungen.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft neue Phenylpyrimidin-Verbindungen und diese enthaltende Flüssigkristall-Zusammensetzungen, insbesondere smektische Flüssigkristall-Zusammensetzungen.
- Die Phenylpyrimidin-Verbindungen umfassen hier Verbindungen, die als Komponente von Flüssigkristall-Zusammensetzungen verwendbar sind, obwohl sie nicht in Form von Flüssigkristallen vorliegen.
- Die Typen von Flüssigkristall-Anzeigen, die derzeit am meisten eingesetzt werden, sind solche vom verdrillt-nematischen Typ (TN) und vom dynamischen Streuungs-Typ (dynamic scatter) (DS), wobei bei beiden nematische Flüssigkristallzellen verwendet werden. Ein Nachteil von herkömmlichen nematischen Flüssigkristallzellen sind die niedrigen Ansprechgeschwindigkeiten (in der Größenordnung von höchstens Millisekunden), was die Anwendbarkeit dieser Art von Flüssigkristallzellen einschränkt.
- In neuerer Zeit wurde gefunden, daß durch smektische Flüssigkristallzellen höhere Ansprechzeiten erreicht werden können und daß einige optisch aktive smektische Verbindungen ferroelektrisch sind. Ferroelektrische Flüssigkristalle sind eine Gruppe von Verbindungen, die ferroelektrisch sind, wenn sie als chirale smektische C-Phase (nachstehend als "SmC*" abgekürzt) vorliegen. Sie werden durch 2-Methylbutyl-4-(4-n-decyloxybenzylidenamino)cinnamat (nachstehend als "DOBAMBC" abgekürzt) der folgenden Strukturformel typisiert [J. Physique, 39, L-69 (1975)]:
- Dann fanden N.A. Clark et al. [Appl. Phys. Lett., 36, 89 (1980)], daß durch Dünnfilm-DOBAMBC-Zellen sehr hohe Ansprechgeschwindigkeiten in der Größenordnung von Mikrosekunden erreicht werden können. Seit dieser Zeit sind ferroelektrische Flüssigkristalle nicht nur als Anzeigematerial für die Verwendung in Flüssigkristall-TV-Geräten interessant, sondern auch als Element für optoelektronische Bauteile (z. B. Photodruckköpfe, optische Fourier-Transformations-Elemente und Lichtsteuerrelais).
- DOBAMBC behält nur innerhalb eines relativ engen Temperaturbereiches seine ferroelektrischen Eigenschaften und ist unzureichend physikalisch und chemisch stabil, da es eine Schiffsche Base ist. Deshalb besteht eine starke Nachfrage nach neuen ferroelektrischen Verbindungen, die sowohl physikalisch als auch chemisch stabil sind, ihre ferroelektrischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich behalten, eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen und bei niedriger Spannung aktiviert werden können.
- Außerdem sollten die ferroelektrischen Verbindungen unter praktischen Bedingungen gute Fähigkeiten bezüglich Ansprechbarkeit, Speicherung, Ausrichtung, hohem Kontrast und Schwellenspannung haben.
- Pyrimidin- und Phenylenverbindungen zur Verwendung in Flüssigkristall-Zusammensetzungen sind in EP-A-0160790 (veröffentlicht am 13. November 1985), EP-A-0193191 (veröffentlicht am 3. September 1986), EP-A-0186045 (veröffentlicht am 2. Juli 1986), Ep-A-0159872 (veröffentlicht am 30. Oktober 1985) und WO- 86/06373 (veröffentlicht am 6. November 1986) offenbart.
- Es sind jedoch keine optisch aktiven ferroelektrischen Verbindungen mit höherem spontanen Polarisationswert, niedriger Viskosität und langer chiraler Ganghöhe und Neigungswinkel bekannt. Zur Lösung dieser Probleme ist es möglich, eine nematische Flüssigkristallverbindung mit einer chiralen smektischen C-Flüssigkristallverbindung zu mischen. Eine Verbindung, die dazu befähigt ist, als Komponente einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Zusammensetzung verwendet zu werden, muß entweder einen hohen spontanen Polarisationswert oder eine niedrige Viskosität haben, wodurch die Zusammensetzung entweder einen hohen spontanen polarisationswert erhält oder das chirale Ganghöhen-Intervall einer anderen Verbindung verlängert wird, obwohl sie selbst ein kurzes chirales Ganghöhen-Intervall aufweist.
- Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Phenylpyrimidinverbindung der allgemeinen Formel
- R¹-A-X-B-Y-C-Z-D-R² (I)
- worin R¹ eine geradekettige oder verzweigte C&sub1;-C&sub1;&sub8;-Alkylgruppe, eine Halogenalkylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine Halogenaralkylgruppe (jeweils mit einem oder ohne ein chirales Kohlenstoffatom) ist;
- R² eine verzweigte Alkylgruppe, welche ein Halogenatom an einem chiralen Kohlenstoffatom enthält, ist;
- A eine Einfachbindung, -O-, -COO-, -OCOO- oder -OCO- ist;
- B und C gleich oder verschieden sind und jeweils eine Einfachbindung, -COO-, -OCO-, -N=CH-, -CH=N-, -CH&sub2;O-, -OCH&sub2;- oder -CH=CH- sind;
- D eine Einfachbindung, -COOCH&sub2;-, -OCOO- oder -OCO- ist;
- X und Z gleich oder verschieden sind und jeweils (i) 1,4- Phenylen oder (ii) 1,4-Phenylen, welches durch ein oder mehrere Halogenatome, Cyangruppen oder Nitrogruppen substituiert ist, sind; und
- Y
- 2,5-Pyrimidin
- ist.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, welche mindestens eine Verbindung der Formel (I) und mindestens eine Verbindung, ausgewählt unter den folgenden Verbindungen (1) bis (4), enthält:
- (1) eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung ohne chirales Kohlenstoffatom,
- (2) eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung ohne chirales Kohlenstoffatom der allgemeinen Formel (II)
- R-Ph-COO-Ph-R' (II)
- worin R und R' gleich oder verschieden sind und jeweils eine Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe oder eine Alkoxycarbonylgruppe sind und Ph eine 1,4-Phenylengruppe ist,
- (3) eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung ohne chirales Kohlenstoffatom der allgemeinen Formel (III)
- R-Ph-Ph-R' (III)
- worin R und R' gleich oder verschieden sind und jeweils eine Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe oder eine Alkoxycarbonylgruppe sind und Ph eine 1,4-Phenylengruppe ist,
- (4) eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung ohne chirales Kohlenstoffatom der allgemeinen Formel (IV)
- R-Ph-Py-R' (IV)
- worin R und R' gleich oder verschieden sind und jeweils eine Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe oder eine worin R und R' gleich oder verschieden sind und jeweils eine Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe oder eine Alkoxycarbonylgruppe sind, Ph eine 1,4-Phenylengruppe und Py eine 2,5-Pyrimidingruppe ist.
- Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung von chiralen smektischen Flüssigkristall-Verbindungen, die sowohl eine Pyrimidingruppe als auch eine optisch aktive, Chlor enthaltende chirale Gruppe enthalten. Es wird angenommen, daß die erstgenannte Gruppe den Verbindungen eine niedrige Viskosität und die letztgenannte Gruppe der Verbindung einen hohen spontanen Polarisationswert verleiht.
- Die Phenylpyrimidinverbindungen nach der Erfindung sind als solche neue chirale Verbindungen oder Verbindungen, die innerhalb eines gewünschten Temperaturbereiches als chirale smektische Flüssigkristalle wirken, wenn sie mit anderen Flüssigkristall-Verbindungen vermischt werden. Auch haben sie einen hohen spontanen Polarisationswert. Obwohl deshalb die Verbindungen der Formel (I) nicht von sich aus in Form einer chiralen smektischen Phase vorliegen, sind sie dennoch nützlich zum Dotieren von ferroelektrischen Flüssigkristallen, weil sie eine optisch aktive Gruppe enthalten. Wenn in diesem Fall die Verbindungen der Formel (I) als Komponente einer Flüssigkristall-Zusammensetzung verwendet werden, verleihen sie der Zusammensetzung einen hohen spontanen Polarisationswert oder eine niedrige Viskosität. Außerdem haben die Verbindungen die Fähigkeit, das chirale Ganghöhen-Intervall von anderen Verbindungen, mit denen sie vermischt werden, zu verlängern.
- Andere geeignete Verbindungen, die zusammen mit den Verbindungen der Formel (I) verwendet werden können, sind die folgenden Verbindungen (1) bis (3):
- (1) die bekannten smektischen Flüssigkristalle, die in den japanischen Patentanmeldungen No. 58-176823, 58-175711, 59- 23510, 59-23511, 59-74748 (US-Patent 4592858), 59-189232 und 60-22920 (US-Patentanmeldung No. 774484), 60-87034 und 60-117053 (US-Patentanmeldung No. 827449), 60-144136 (US- Patentanmeldung No. 878798), 60-162656, 60-162654, 60-291179 und 60-250335 beschrieben sind,
- (2) smektische Flüssigkristalle,
- (3) Flüssigkristall-Verbindungen, die eine smektische C-Phase aufweisen, wenn die Alkyl-, Alkoxy-, Alkylcarbonyloxy- oder Alkyloxycarbonylgruppen der obigen Verbindungen (2) mit einem chiralen Kohlenstoff umgesetzt werden.
- Eine Verbindung der Formel (I) kann durch Umsetzen eines Pyrimidinobenzoesäurechlorid-Derivats der Formel (V) mit einem Phenolderivat der Formel (VI) in einem basischen Lösungsmittel, wie Pyridin, erhalten werden:
- R¹-A-X-B-Y-COCl (V)
- HO-Z-D-R² (VI)
- Eine Verbindung der Formel (I) kann auch durch Umsetzen eines Pyrimidinophenolderivats der Formel (VII) mit einem Benzoesäurechloridderivat der Formel (VIII) in einem basischen Lösungsmittel, wie Pyridin, erhalten werden:
- R¹-A-X-B-Y-OH (VII)
- ClCO-Z-D-R² (VIII)
- In den Formeln (V) bis (VIII) sind R¹, R², A, B, D, X, Y und Z wie vorstehend im Zusammenhang mit Formel (I) definiert.
- Die optisch aktive -DR²- oder R¹-A-Gruppe in Formel (I) kann leicht erhalten werden aus Verbindungen, wie optisch aktiven Alkoholen und optisch aktiven Carbonsäuren, beispielsweise aus 2-Methylbutanol, 3-Methylpentanol, 4-Methylhexanol, 2-Butanol, Linanool, Nerolidol, Sobrelol, Carbomenthol, Menthol, Isomenthol, Borneol, Isoborneol, Carbenol, Cholesterin, 2-Halogen-2- phenylethanol, 2-Phenyl-3-halogen-1-propanol, 3-Phenyl-2-halogen-1-propanol, 1-Phenyl-2-halogen-1-propanol, 3-Halogen-2- methyl-1-propanol, 1-Phenyl-2-halogen-1-propanol, 3-Halogen-2- methyl-1-propanol, 1,1,1-Trihalogen-2-propanol, 2-Halogen-1- butanol, 3-Halogen-1-butanol, 2,3-Dihalogen-1-butanol, 2,4- Dihalogen-1-butanol, 3,4-Dihalogen-1-butanol, 1,1,1-Trihalogen- 2-butanol, 4,4,4-Trihalogen-3-halogen-1-butanol, 2,3,4-Trihalogen-1-butanol, 3,3,4,4,4-Pentahalogen-2-butanol, 2-Halogen-3- methyl-1-butanol, 2-Halogen-3,3-dimethyl-1-butanol, 2-Halogen- 1-pentanol, 3-Halogen-1-pentanol, 4-Halogen-1-pentanol, 2,4- Dihalogen-1-pentanol, 2,5-Dihalogen-1-pentanol, 1,1,1-Trihalogen-2-pentanol, 1,1,1,2,2-Pentahalogen-3-pentanol, 2-Halogen-3- methyl-1-pentanol, 2-Halogen-4-methyl-1-pentanol, 2-Halogen-3- monohalogenmethyl-4-methyl-1-pentanol, 2-Halogen-1-hexanol, 3- Halogen-1-hexanol, 4-Halogen-1-hexanol, 5-Halogen-1-hexanol, 2,5-Dihalogen-1-hexanol, 2,6-Dihalogen-1-hexanol, 1,1,1-Trihalogen-2-hexanol, 2,5,6-Trihalogen-1-hexanol, 2-Halogen-1-heptanol, 1,1,1-Trihalogen-2-heptanol, 2-Halogen-1-octanol und 1,1,1-Trihalogen-2-octanol, 2-Halogen-2-Phenylessigsäure, 3- Halogen-2-methylpropionsäure, 2-Phenyl-3-halogenpropionsäure, 3-Phenyl-2-methylpropionsäure, 2-Phenyl-3-halogenpropionsäure, 2-Halogenbuttersäure, 3-Halogenbuttersäure, 2,3-Dihalogenbuttersäure, 2,4-Dihalogenbuttersäure, 3,4-Dihalogenbuttersäure, 4,4,4-Trihalogen-3-halogenbuttersäure, 2,3,4-Trihalogenbuttersäure, 2-Halogen-3-methylbuttersäure, 2-Halogen-3,3-dimethylbuttersäure, 2-Halogenvaleriansäure, 3-Halogenvaleriansäure, 4- Halogenvaleriansäure, 2,4-Dihalogenvaleriansäure, 2,5-Dihalogenvaleriansäure, 2-Halogen-3-methylvaleriansäure, 2-Halogen-4- methylvaleriansäure, 2-Halogen-3-monohalogenmethyl-4-methylvaleriansäure, 2-Halogencapronsäure, 3-Halogencapronsäure, 4- Halogencapronsäure, 5-Halogencapronsäure, 2,5-Dihalogencapronsäure, 2,6-Dihalogencapronsäure, 2,5,6-Trihalogencapronsäure, 2-Halogenheptansäure, 2-Halogenoctansäure, 2-Phenylpropionsäure, 2-Phenylbuttersäure, 3-Phenyl-2-methylproplonsäure, 2-Methylbuttersäure, 2,3-Dimethylbuttersäure, 2,3,3-Trimethylbuttersäure, 2-Methylvaleriansäure, 3-Methylvaleriansäure, 2,3- Dimethylvaleriansäure, 2,4-Dimethylvaleriansäure, 2,3,3,4- Tetramethylvaleriansäure, 2-Methylcapronsäure, 3-Methylcapronsäure, 4-Methylcapronsäure, 2,5-Dimethylcapronsäure, 2-Methylheptansäure, 2-Methyloctansäure, 2-Trihalogenmethylvaleriansäure, 2-Trihalogenmethylcapronsäure, 2-Trihalogenmethylheptansäure oder den entsprechenden Carbonsäuren der oben erwähnten Verbindungen.
- Einige der vorstehend genannten optisch aktiven Alkohole können leicht durch asymmetrische Reduktion entsprechender Ketone durch die Einwirkung von speziellen Metallkatalysatoren oder durch mikrobielle oder enzymatische Einwirkung hergestellt werden. Einige andere optisch aktive Säuren und Alkohole können aus optisch aktiven Aminosäuren oder Oxysäuren hergestellt werden, die natürlicher Herkunft sind oder durch optische Auflösung erhalten werden, wie Valin, Leucin, Isoleucin, Phenylalanin, Threonin, Homoserin, Alloisoleucin, tert.-Leucin, 2-Aminobuttersäure, Norvalin, Norleucin, Ornithin, Lysin, Hydroxylysin, Phenylglycin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Mandelsäure, Tropasäure, 3-Hydroxybuttersäure, Äpfelsäure, Weinsäure und Isopropyläpfelsäure.
- Nachdem die Erfindung allgemein erläutert wurde, wird sie anhand bestimmter spezifischer Beispiele, die hier jedoch lediglich der Veranschaulichung dienen und keinerlei Einschränkung des Erfindungsbereiches bedeuten, wenn es nicht anders angegeben ist, näher erläutert.
- Die in den folgenden Beispielen angegebenen Phasenübergangstemperaturen können in Abhängigkeit von den zum Messen der Temperatur angewandten Methoden oder von der Reinheit des Produktes leicht variieren.
- Nachstehend wurden die folgenden Wörter so abgekürzt, wie es jeweils in Klammern ( ) angegeben ist: Kristall (C); chirale smektische C-Phase (SC*); smektische A-Phase (SA); chirale smektische F-Phase (F*); chirale nematische Phase (N*); isotrope Phase (I); ein mit * markiertes Kohlenstoffatom bedeutet ein asymmetrisches Kohlenstoffatom.
- 4,4 g (2'S, 3'S)-4-(2'-Chlor-3'-methylpentyloxycarbonyl)phenol, das nach dem in der japanischen Patentanmeldung No. 60-162656 beschriebenen Verfahren hergestellt worden war, wurden in 10 ml Pyridin und 200 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst. Desgleichen wurden 5 g 2'(4-Octyloxyphenyl)-pyrimidin-5'-carboxychlorid, das aus p-Octyloxyphenylamidin erhalten worden war, in 300 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst. Die beiden Lösungen wurden miteinander vermischt.
- Nach dem Neutralisieren mit Chlorwasserstoffsäure wurde die Verbindung mit Chloroformlösung extrahiert. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels wurde die erhaltene Rohverbindung durch Hindurchgeben durch eine Silicagelsäule gereinigt. Es wurden 6,4 g der Verbindung (A) erhalten. Die Phasenübergangspunkte der Verbindung waren wie folgt, wobei die in Klammern () angegebenen Werte bei absteigender Temperatur gemessen wurden: C-SC* 119ºC (107ºC), SC*-SA 148ºC (148ºC), SA-I 167ºC (167ºC). Der mittels der Soya-Turm-Methode gemessene spontane Polarisationswert betrug 50 nC/cm².
- Die Verbindung (A) wurde mit (2S)-2-Methylbutyl-4'''-(4'-(4''- octyloxyphenylcarbonyloxy)phenyl)benzoesäureester (B) vermischt (A:B = 42 Gew.-%:58 Gew.-%).
- Die Phasenübergangspunkte der Zusammensetzung waren wie folgt: C-SC* 78ºC (46ºC), SC*-SA 135ºC (135ºC), SA-N* 168ºC (168ºC, N*-I 175ºC (175ºC). Der spontane Polarisationswert betrug 20 nC/cm².
- Die Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäße Verbindung als Komponente einer Zusammensetzung, die eine andere smektische Flüssigkristall-Verbindung oder eine smektische C-Verbindung enthielt, nützlich war.
- Nach dem in Beispiel 1 erläuterten Verfahren wurde unter Verwendung von (1'S, 2'S)-4-(1'-Chlor-2'-methylbutyloxycarboxy)phenol anstelle von (2'S, 3'S)-4-(2'-Chlor-3'-methylpentyloxycarbonyl)phenol die Verbindung (C) erhalten.
- Die Phasenübergangspunkte waren wie folgt: C-SC* 126ºC (118ºC), SC*-N* 148ºC (148ºC), N*-I 158ºC (158ºC). Der spontane Polarisationswert betrug 107 nC/cm².
Claims (6)
1. Phenylpyrimidin-Verbindung der allgemeinen Formel:
R¹-A-X-B-Y-C-Z-D-R²,
worin R¹ eine geradkettige oder verzweigte
C&sub1;&submin;&sub1;&sub8;-Alkylgruppe, eine Halogenalkylgruppe, eine Aralkylgruppe oder
eine Halogenaralkylgruppe (jeweils mit einem oder ohne ein
chirales Kohlenstoffatom) ist;
R² eine verzweigte Alkylgruppe, welche ein Halogenatom an
einem chiralen Kohlenstoffatom enthält, ist;
A eine Einfachbindung, -O-, -COO-, -OCOO- oder -OCO- ist;
B und C gleich oder verschieden sind und jeweils eine
Einfachbindung, -COO-, -OCO-, -N=CN-, -CN=N-, -CH&sub2;O-,
-OCH&sub2;- oder -CH=CH- sind;
D eine Einfachbindung, -COOCH&sub2;-, -OCOO- oder -OCO- ist;
X und Z gleich oder verschieden sind und jeweils (i) 1,4-
Phenylen oder (ii) 1,4-Phenylen, welches durch ein oder
mehrere Halogenatome, Cyangruppen oder Nitrogruppen
substituiert ist; und
Y
2,5-Pyrimidin,
ist.
2. Flüssigkristall-Zusammensetzung, welche mindestens eine
Phenylpyrimidin-Verbindung gemäß Anspruch 1 enthält.
3. Flüssigkristall-Zusammensetzung, welche mindestens eine
Phenylpyrimidin-Verbindung gemäß Anspruch 1 und mindestens
eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung ohne chirales
Kohlenstoffatom enthält.
4. Flüssigkristall-Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, worin die
mindestens eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung
ohne chirales Kohlenstoffatom die allgemeine Formel:
R-Ph-COO-Ph-R'
besitzt, worin
R und R' gleich oder verschieden sind und jeweils eine
Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe oder
eine Alkoxycarbonylgruppe sind, und
Ph eine 1,4-Phenylengruppe ist.
5. Flüssigkristall-Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, worin die
mindestens eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung
ohne chirales Kohlenstoffatom die allgemeine Formel:
R-Ph-Ph-R'
besitzt, worin
R und R' gleich oder verschieden sind und jeweils eine
Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe oder eine
Alkoxycarbonylgruppe sind, und
Ph eine 1,4-Phenylengruppe ist.
6. Flüssigkristall-Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, worin die
mindestens eine smektische C-Flüssigkristall-Verbindung
ohne chirales Kohlenstoffatom die allgemeine Formel:
R-Ph-Py-R'
besitzt, worin
R und R' gleich oder verschieden sind und jeweils eine
Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Acyloxygruppe oder eine
Alkoxycarbonylgruppe sind, und
Ph eine 1,4-Phenylengruppe ist, und
Py eine 2,5-Pyrimidingruppe ist.
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