DE4445224A1

DE4445224A1 - Benzolderivate

Info

Publication number: DE4445224A1
Application number: DE4445224A
Authority: DE
Inventors: Volker Reiffenrath; Herbert Dr Plach; Reinhard Dr Hittich; Eike Dr Poetsch; Bernhard Dr Rieger; Ekkehard Dr Bartmann; Detlef Dr Pauluth; Sabine Dr Schoen; Kazuaki Dr Tarumi
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1994-12-17
Filing date: 1994-12-17
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2014-12-18
Also published as: JP4006030B2; JP4472734B2; JP4472676B2; JPH08176033A; DE4445224B4; JP2007320962A; JP2007045833A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft fluorierte Benzolderivate der Formel I,

wobei
R ein unsubstituierter oder mit CN oder mit mindestens einem Halogen substituierter Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 18 C-Atomen, worin eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch einen Rest ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S-, -CO-, -O-CO-, -CO-O- und -C≡C- ersetzt sein können,

A¹ a) einen 1,4-Phenylenrest, worin eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
b) einen 1,4-Cyclohexylenrest, worin eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- oder -S- ersetzt sein können,
c) einen 1,4-Cyclohexenylen-, einen Piperidin-1,4-diyl-, einen 1,4-Bicyclo[2,2,2]-octylen- oder einen Naphthalin- 2,6-diylrest
wobei die Reste a) und b) ein oder mehrfach durch Halogen atome, Cyano- und/oder Methylgruppen substituiert sein können,
Z¹ -CH₂CH₂-, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -OCH₂-, -CH₂O-, -C≡C-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
X Alkyl oder Alkoxy mit 1-12 C-Atomen, NCS oder Q-Y, wobei Q -O-, -S- oder eine Einfachbindung und Y CN, F, Cl oder halo geniertes Alkyl oder Alkenyl mit 1-5 C-Atomen ist,
L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander H oder F, und
m 0,1 oder 2
bedeuten.

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 einschließlich deren hochverdrillten Varianten, wie z. B. STN oder SBE, dem Guest-Host-Effekt, dem Effekt der Deformation aufgerichteter Phasen oder dem Effekt der dynamischen Streuung beruhen, insbesondere für Matrix-Flüssigkristallanzeigen (MFK-Anzeigen).

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neue stabile flüssigkristalline oder mesogene Verbindungen aufzufinden, die als Komponenten flüssig kristalliner Medien geeignet sind und insbesondere eine vergleichsweise geringe Viskosität besitzen sowie eine hohe positive dielektrische Anisotropie.

Verbindungen der Formel

werden in der JO 5310616 beschrieben.

4,4′-Disubstituierte 2′,3-Difluorbiphenyle sind aus der DE 40 07 863 bekannt.

Es wurde nun gefunden, daß Verbindungen der Formel I als Komponen ten flüssigkristalliner Phasen vorzüglich geeignet sind. Insbesondere verfügen sie über vergleichsweise niedrige Viskositäten. Mit ihrer Hilfe lassen sich stabile flüssigkristalline Phasen mit breitem Mesophasen bereich vorteilhaften Werten für die optische und dielektrische Anisotropie erhalten, welche sich gleichzeitig durch sehr günstige Werte für den spezifischen Widerstand auszeichnen. Hierdurch lassen sich insbeson dere bei Medien für Matrix-Flüssigkristallanzeigen (MFK-Anzeigen) oder Supertwistdisplays deutliche Vorteile erzielen.

Mit der Bereitstellung von Verbindungen der Formel I wird außerdem ganz allgemein die Palette der flüssigkristallinen Substanzen, die sich unter verschiedenen anwendungstechnischen Gesichtspunkten zur Herstellung flüssigkristalliner 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 Phasen zum überwiegenden Teil zusammengesetzt sind; es können aber auch Verbindungen der Formel I flüssigkristallinen 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 und/oder dessen spezifischen Widerstand zu optimie ren.

Die Verbindungen der Formel I sind in reinem Zustand farblos und bilden flüssigkristalline Mesophasen in einem für die elektrooptische Verwen dung günstig gelegenen Temperaturbereich. Chemisch, thermisch und gegen Licht sind sie stabil.

Gegenstand der Erfindung sind somit die Verbindungen der Formel I, insbesondere die Verbindungen der Formel I, worin n L¹ und/oder L² Fluor bedeuten.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung dieser Verbin dungen als Komponenten flüssigkristalliner Medien.

Gegenstand der Erfindung sind ferner flüssigkristalline Medien mit einem Gehalt an mindestens einer Verbindung der Formel I sowie Flüssigkristall anzeigeelemente, insbesondere elektrooptische Anzeigeelemente, insbe sondere Matrix-Flüssigkristallanzeigen, die derartige Medien enthalten.

Der Einfachheit halber bedeuten im folgenden A²

Cyc einen 1,4-Cyclohexylen- oder einen 1,4-Cyclohexenylenrest, Dio einen 1,3-Dioxan-2,5-diylrest, 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 Bi einen Bicyclo(2,2,2) octylenrest, wobei Cyc und/oder Phe unsubstituiert oder ein- oder zweifach durch F oder CN substituiert sein können.

Die Verbindungen der Formel I umfassen dementsprechend Ver bindungen mit zwei oder drei Ringen der Teilformeln Ia bis In:

R-Cyc-A²-Phe-X Ia

R-Phe-A²-Phe-X Ib

R-Dio-A²-Phe-X Ic

R-Dit-A²-Phe-X Id

R-Pyd-A²-Phe-X Ie

R-Pyr-A²-Phe-X If

R-Bi-A²-Phe-X Ig

R-Phe-Z¹-A²-Phe-X Ih

R-Cyc-Z¹-A²-Phe-X Ii

R-Dio-Z¹-A²-Phe-X Ij

R-Dit-Z¹-A²-Phe-X Ik

R-Pyd-Z¹-A²-Phe-X Il

R-Pyr-Z¹-A²-Phe-X Im

R-Bi-Z¹-A²-Phe-X In

Verbindungen mit vier Ringen der Teilformeln Io bis Ig:

R-A¹-A¹-A²-Phe-X Io

R-A¹-Z¹-A¹-A²-Phe-X Ip

R-A¹-Z¹-A¹-Z¹-A²-Phe-X Iq

In den Verbindungen der Teilformeln Ia bis Ig, die eine oder mehrere Brücken Z¹ aufweisen, bedeuten die Brückenglieder vorzugsweise -CH₂CH₂-, -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂- oder -C≡C-, insbesondere -CH₂CH₂-.

R bedeutet vorzugsweise geradkettiges Alkyl, ferner Alkoxy und Alkenyl.

Bevorzugt enthalten die Verbindungen der Formel I nicht mehr als einen der Reste Bi, Pyd, Pyr, Dio oder Dit.

Besonders bevorzugte Verbindungen sind die Benzolderivate der Formeln I1 bis I6:

In den Verbindungen der Formel I bedeutet X vorzugsweise CN, NCS, OCN, F, Cl, CF₃, OCF₃, CF₂H, CHF₂, CF₂Cl, OCF₂H, OCF₂Cl, OCH₂CF₃, OCHFCF₃, OCF₂CF₃, OCH₂CF₂H, OCH=CF₂, OCF=CF₂, OCF=CCl₂, OCH₂CF₂Cl, CH₂CF₃, CH₂CF₂H, OCF=CH₂, CH=CF₂, CF=CF₂, CF=CH₂, OCH₃ oder C₂H₅.

Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen worin X F, Cl, CN, OCF₃, OCHFCF₃, OCHF₂, OCH₂CF₃, OCF=CF₂ oder OCH=CF₂ bedeutet.

Bevorzugt sind auch Verbindungen der Formel I, in denen die im Molekül enthaltenen 1,4-Phenylenringe ein- oder zweifach durch Fluor substituiert sind. Insbesondere sind dies 2-Fluor-1,4-phenylen sowie 2,6-Difluor-1,4- phenylen.

Falls R einen Alkylrest 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, Pentoxy, Hexoxy oder Heptoxy, ferner Methyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Octoxy, Nonoxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy oder Tetradecoxy.

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-Oxa heptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6 oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-, 5-, 6-, 7- oder 8-Oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8 oder 9-Oxadecyl.

Falls R einen Alkenylrest bedeutet, 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 einen Alkylrest bedeutet, in dem eine CH₂-Gruppe durch -O- und eine durch -CO- ersetzt ist, so sind diese bevorzugt benachbart. Somit beinhalten diese eine Acyloxygruppe -CO-O- oder eine Oxycarbonyl gruppe -O-CO-. Vorzugsweise sind diese geradkettig und haben 2 bis 6 C-Atome. Sie bedeuten demnach besonders Acetyloxy, Propionyloxy, Butyryloxy, Pentanoyloxy, Hexanoyloxy, Acetyloxymethyl, Propionyloxy methyl, Butyryloxymethyl, Pentanoyloxymethyl, 2-Acetyloxyethyl, 2-Pro pionyloxyethyl, 2-Butyryloxyethyl, 3-Acetyloxypropyl, 3-Propionyloxypropyl, 4-Acetyloxybutyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl, Butoxycarbonyl, Pentoxycarbonyl, Methoxycarbonylmethyl, Ethoxy carbonylmethyl, Propoxycarbonylmethyl, Butoxycarbonylmethyl, 2-(Methoxycarbonyl)ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)ethyl, 2-(Propoxycarbonyl) ethyl, 3-(Methoxycarbonyl)propyl, 3-(Ethoxycarbonyl)propyl, 4-(Methoxy carbonyl)-butyl.

Falls R einen Alkenylrest bedeutet, in dem eine 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-Acryloyl oxyhexyl, 7-Acryloyloxyheptyl, 8-Acryloyloxyoctyl, 9-Acryloyloxynonyl, 10-Acryloyloxydecyl, Methacryloyloxymethyl, 2-Methacryloyloxyethyl, 3-Methacryloyloxypropyl, 4-Methacryloyloxybutyl, 5-Methacryloyloxypentyl, 6-Methacryloyloxyhexyl, 7-Methacryloyloxyheptyl, 8-Methacryloyloxyoctyl, 9-Methacryloyloxynonyl.

Verbindungen der Formel I, die über für Polymerisationsreaktionen geeignete Flügelgruppen R verfügen, eignen sich zur Darstellung flüssig kristalliner Polymerer.

Verbindungen der Formeln I mit verzweigten Flügelgruppen R können gelegentlich wegen einer besseren Löslichkeit in den üblichen flüssig kristallinen 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.

Verbindungen der Formel I mit S_A-Phasen eignen sich beispielsweise für thermisch adressierte Displays.

Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Bevorzugte verzweigte Reste R 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-Methyl butoxy, 2-Methylpentoxy, 3-Methylpentoxy, 2-Ethylhexoxy, 1-Methyl hexoxy, 1-Methylheptoxy, 2-Oxa-3-methylbutyl, 3-Oxa-4-methylpentyl, 4-Methylhexyl, 2-Nonyl, 2-Decyl, 2-Dodecyl, 6-Methyloctoxy, 6-Methyl octaroyloxy, 5-Methylheptyloxycarbonyl, 2-Methylbutyryloxy, 3-Methyl valeryloxy, 4-Methylhexanoyloxy, 2-Chlorpropionyloxy, 2-Chlor-3-methyl butyryloxy, 2-Chlor-4-methylvaleryloxy, 2-Chlor-3-methylvaleryloxy, 2-Methyl-3-oxapentyl, 2-Methyl-3-oxahexyl.

Falls R einen Alkylrest darstellt, in dem zwei oder mehr CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -CO-O- ersetzt sind, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er verzweigt und hat 3 bis 12 C-Atome.

Er bedeutet demnach besonders Bis-carboxy-methyl, 2,2-Bis-carboxy ethyl, 3,3-Bis-carboxy-propyl, 4,4-Bis-carboxy-butyl, 5,5-Bis-carboxy pentyl, 6,6-Bis-carboxy-hexyl, 7,7-Biscarboxy-heptyl, 8,8-Bis-carboxy octyl, 9,9-Bis-carboxynonyl, 10,10-Bis-carboxydecyl, Bis-(methoxy carbonyl)-methyl, 2,2-Bis-(methoxycarbonyl)-ethyl, 3,3-Bis-(methyoxy carbonyl)-propyl, 4,4-Bis-(methoxycarbonyl)-butyl, 5,5-Bis-(methoxy carbonyl)-pentyl, 6,6-Bis-(methoxycarbonyl)-hexyl, 7,7-Bis-(methoxy carbonyl)-heptyl, 8,8-Bis-(methoxycarbonyl)-octyl, Bis-(ethoxycarbonyl)- methyl, 2,2-Bis-(ethoxycarbonyl)-ethyl, 3,3-Bis-(ethoxycarbonyl)-propyl, 4,4-Bis-(ethoxycarbonyl)-butyl, 5,5-Bis-(ethoxycarbonyl)-hexyl.

Verbindungen der Formel I, die über die Polykondensationen geeignete Flügelgruppen R verfügen, eignen sich zur Darstellung flüssigkristalliner Polykondensate.

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 bevor zugt, 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.

Die 1,4-Cyclohexenylen-Gruppe hat vorzugsweise folgende Strukturen:

Die Verbindungen der Formel I 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-Verlag, Stuttgart) beschrieben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.

Die erfindungsgemäßen Fluorcyclohexen-Derivate der Formel I können z. B. wie folgt hergestellt werden:

Schema 1

Schema 2

Schema 3

Schema 4

Die Synthese einiger besonders bevorzugter Verbindungen ist im folgenden näher angegeben:

Schema 5

Schema 6

Schema 7

Schema 8

Schema 9

Schema 10

Schema 11

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 carbonsäurephenyl- oder Cyclohexylester, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclo hexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexylphenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclohexyl cyclohexene, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4′-Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane; Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexyl ethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl-2- biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylphenylethane, gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzylphenylether; Tolane und substituierten Zimtsäuren. Die 1,4-Phenylengruppen 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

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-Cyclohexenylen, Pyr Pyrimidin-2,5- diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl und G 2-(trans-1,4- Cyclohexyl)-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 vorzugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E aus gewählt 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 gegebenenfalls eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E aus gewählt sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.

R′ und R′′ bedeuten in den Verbindungen der Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R′ und R′′ voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl oder Alkenyl ist. In den Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bedeutet R′′ -CN, -CF₃, F, Cl oder -NCS; R hat dabei die bei den Verbindungen der Teilformeln 1a bis 5a angegebene Bedeu tung und ist vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl. Aber auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten in den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 sind gebräuchlich. Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich. Alle diese Substanzen sind nach literatur bekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.

Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise neben Kompo nenten aus der Gruppe der Verbindungen 1a, 2a, 3a, 4a und 5a (Gruppe 1) auch Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1b, 2b, 3b, 4b und 5b (Gruppe 2), deren Anteile vorzugsweise wie folgt sind:
Gruppe 1: 20 bis 90%, insbesondere 30 bis 90%,
Gruppe 2: 10 bis 80%, insbesondere 10 bis 50%,
wobei die Summe der Anteile der erfindungsgemäßen Verbindungen und der Verbindungen aus den Gruppen 1 und 2 bis zu 100% ergeben.

Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise 1 bis 40%, insbesondere vorzugsweise 5 bis 30% an erfindungsgemäßen Ver bindungen. 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 Fach mann 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 der Orientierung der nematischen Phasen zugesetzt werden.

Insbesondere eignen sich die erfindungsgemäßen Medien zur Verwen dung in MFK-Anzeigen.

In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste C_nH_2n+1 und C_mH_2m+1 sind gerad kettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grund körper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich ein Code für die Substituenten R¹, R², L¹ und L²:

Tabelle A

Tabelle B

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, Kp. = Klärpunkt. Ferner bedeuten K = kristalliner Zustand, N = nematische Phase, S = smektische Phase und I = isotrope Phase. Die Angaben zwischen diesen Symbolen stellen die Übergangstemperaturen dar. An bedeutet optische Anisotropie (589 nm, 20°C) und die Viskosität (mm²/sec) wurde bei 20°C bestimmt.

"Übliche Aufarbeitung" bedeutet: man gibt Wasser hinzu, extrahiert mit Dichlormethan, Methyl-tert.-Butylether oder Diethylether, trennt ab, trocknet die organische Phase, dampft ein und reinigt das Produkt durch Kristallisation und/oder Chromatographie.

DAST
Diethylaminoschwefeltrifluorid
DCC	Dicyclohexylcarbodiimid
DDQ	Dichlordicyanobenzochinon
DIBALH	Diisobutylaluminiumhydrid
DMSO	Dimethylsulfoxid
KOT	Kalium-tertiär-butanolat
THF	Tetrahydrofuran
pTsOH	p-Toluolsulfonsäure

Beispiel 1

Zu einer Suspension von 1 mol Magnesiumspänen in 250 ml THF gibt man einige Tropfen Brom. Anschließend wird eine Lösung von 1 mol 1-Brom-4-fluorbenzol in 250 ml THF portionsweise zugetropft. Man kocht 1,5 h unter Rückfluß und tropft in der Siedehitze 0,9 mol 4-trans-4-Propyl cyclohexylcyclohexanon in 500 ml THF zu dem Grignard-Reagenz. Es wird 1,5 h unter Rückfluß gekocht und bei 30°C mit 1,5 l Wasser und 200 ml konz. HCl versetzt. Man rührt 1/4 h nach, trennt die organische Phase ab, extrahiert die wäßrige Phase mit Methyl-tert.-Butylether und arbeitet die vereinigten organischen Phasen wie üblich auf.

0,2 mol des Cyclohexenderivats aus 1a) werden in 500 ml THF gelöst und bei +2°C mit 240 ml BH₃ THF-Komplex innerhalb 0,5 h versetzt. Man rührt 1 h bei +2°C nach, läßt auf Raumtemperatur erwärmen und rührt eine weitere Stunde. Nach Zugabe von 60 ml Ethanol wird auf 30°C erwärmt und zunächst mit 40 ml 6N NaOH und dann mit 80 ml 30%iger H₂O₂ versetzt. Man kocht 2 h unter Rückfluß, läßt auf Raumtemperatur abkühlen und hydrolysiert. Die wäßrige Phase wird abgetrennt und die organische Phase mit 250 ml Methyl-tert.-Butylether verdünnt. Die organische Phase wird mit 5%iger NaHSO₃-Lösung und Wasser gewaschen und über Na₂SO₄ getrocknet. Das Lösungsmittel wird am Rotavapor entfernt und der Rückstand wird in n-Hexan umkristallisiert.

In einer Stickstoffatmosphäre werden 0,094 mol des Cyclohexanolderivats aus b) in 250 ml Dichlormethan gelöst und mit 0,14 mol Pyridiniumchloro chromat versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 2 h unter Rückfluß gekocht und eingeengt. Der Rückstand wird über eine Al₂O₃/Kieselgel-Säule gereinigt.

0,0382 mol DAST in 15 ml Dichlormethan werden bei Raumtemperatur mit dem Cyclohexanonderivat (0,02 mol) aus c) in 20 ml Dichlormethan ver setzt. Man kocht 4 h unter Rückfluß und läßt die Reaktionslösung über Nacht auf Raumtemperatur abkühlen. Unter Eiskühlung wird hydrolysiert und anschließend wird wie üblich aufgearbeitet:

Das Produkt (0,01 mol) wird ohne weitere Aufreinigung in 50 ml THF gelöst, mit 0,03 mol Kalium-tert.-butylat versetzt und 11 h bei 50°C in einer N₂-Atmosphäre gerührt. Man läßt auf Raumtemperatur abkühlen, versetzt mit Eiswasser und konz. HCl und extrahiert mit Methyl-tert.- butylether. Anschließend wird wie üblich aufgearbeitet.
K 40 N 124,5 l; Δn = +0,106; Δε = 6,76

Analog werden die folgenden Verbindungen der Formel

hergestellt:

Beispiel 2

Zu einer Suspension von 0,25 mol Magnesiumspänen in 60 ml Ether gibt man zwei Tropfen Brom. Anschließend wird eine Lösung von 0,2 mol 3,5-Difluor-4-trifluormethoxybrombenzol in 60 ml Ether zugetropft. Man rührt 0,5 h nach und tropft dann bei 20-25°C eine Lösung von 0,2 mol 4-trans-4-Propylcyclohexylcyclohexanon in 50 ml Ether zum Grignard- Reagenz. Es wird 2 h nachgerührt, auf 500 ml Wasser gegossen, ange säuert und mit Ether ausgeschüttelt. Die organische Phase wird zum Rückstand eingedampft. Der Rückstand wird in Toluol gelöst und mit p-Toluolsulfonsäure 5 Stunden unter Rückfluß am Wasserabscheider gekocht. Anschließend läßt man auf Raumtemperatur abkühlen, neutra lisiert und arbeitet wie üblich auf.

0,2 mol des Cyclohexenderivats aus Beispiel 1a) werden in 200 ml THF gelöst und mit 0,2 g Natriumborhydrid versetzt. Zu dem Gemisch werden 0,24 mol BF₃-Etherat zugetropft, wobei die Temperatur des Reaktions gemisches 10°C nicht übersteigen sollte. Anschließend wird 2 h bei Raumtemperatur nachgerührt. Nach der Hydrolyse wird das Reaktions gemisch ohne weitere Aufarbeitung direkt mit schwefelsaurer Natriumdi chromatlösung versetzt. Bei der Oxidation sollte die Reaktionstemperatur nicht höher als 15°C sein. Man rührt eine Stunde bei Raumtemperatur nach und weitere 0,5 h bei 30°C. Man filtriert ab, extrahiert mit Ether, wäscht mit Wasser und entfernt das Lösungsmittel im Vakuum. Der Rück stand wird chromatographisch gereinigt.

0,01 mol des Ketons aus b) werden mit 0,025 mol Diethylaminoschwefel trifluorid über 15 h bei 60°C behandelt. Danach wird die Mischung unter Rühren in Eiswasser eingetropft. Nach Zugabe von Ether wird die organi sche Phase abgetrennt und wie üblich aufgearbeitet.

Zu 13,5 mol BuLi (15% in n-Hexan) in 10 ml THF werden bei -20°C 13,5 mol Diisopropylamin zugetropft. Anschließend wird die Lösung 10 min gerührt und zu einem Gemisch bestehend aus 10 ml THF und 13,5 mol der geminalen Difluorverbindung aus c) unter Schutzgas bei -40°C zugetropft.

Das Gemisch wird 0,5 h zunächst bei -40°C und anschließend über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Nach der Hydrolyse wird wie üblich aufgearbeitet. Δε = 15,5; Δn = +0,079.

Beispiel 3 Schritt 3.1

Zu 1,2 mol 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-2-fluorbenzol, 1,2 mol Kalium- tert.-butylat und 3 l THF werden bei -100°C in einer Stickstoffatmosphäre innerhalb von 1 h 1,32 mol n-Butyllithium (15% in n-Hexan) zugetropft. Man rührt 1 h nach und tropft bei -100°C 1,38 mol Trimethylborat zu dem Reaktionsgemisch und rührt weitere 1,5 h. Nach Zugabe von 3,6 l 18%iger HCl wird die organische Phase abgetrennt und die wäßrige Phase mit Toluol extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte werden anschlie ßend wie üblich aufgearbeitet.

Schritt 3.2

0,13 mol 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-2-fluorphenylboronsäure, 0,13 mol 2,3,4-Trifluorbrombenzol, 325 ml Toluol und 130 ml Ethanol werden vorge legt und mit 1,6 g Tetrakistriphenylphosphinpalladium(0) und einer Natriumcarbonatlösung (41,66 g Na₂CO₃ in 150 ml H₂O) versetzt. Man läßt auf Raumtemperatur abkühlen und trennt die organische Phase ab. Die wäßrige Phase wird mit Toluol extrahiert und die vereinigten organischen Extrakte werden anschließend wie üblich aufgearbeitet. K 42 N 57,1 l; Δn = +0,131; Δε = 10,01.

Analog werden die folgenden Verbindungen der Formel

hergestellt:

Beispiel 4 Schritt 4.1

Unter Stickstoff werden 1,0 mol Natriumhydrid (60%ig) in 200 ml THF suspendiert und bei 0°C mit 1,0 mol 4-Brom-2-fluorphenol, gelöst in 400 ml THF tropfenweise versetzt. Man läßt auf Raumtemperatur erwärmen, rührt 0,5 h und filtriert. Das Filtrat wird eingeengt, in Toluol gelöst und bis zur Kristallbildung eingeengt. Der Rückstand wird mit Petrolether ausgefällt. Die Kristalle werden abgenutscht und getrocknet.

Schritt 4.2

0,08 mol des Phenolats aus 2.1 werden in 80 ml DMEU vorgelegt und auf 50°C erhitzt. Nach Zugabe von 0,088 mol 1,2,2,2-Tetrafluor-1-iodethan wird 16 h bei 50°C gerührt. Man läßt auf Raumtemperatur abkühlen und versetzt mit Wasser. Man säuert mit verd. HCl an, extrahiert mit Methyl- tert.-Butylether, danach mit 10%iger NaOH und Wasser, trocknet über Na₂SO₄ und filtriert. Das Filtrat wird eingeengt und im Kugelrohr bei 800 mbar destilliert.

Schritt 4.3

0,013 mol 1-[(1,2,2,2-Tetrafluorethoxy]-2-fluor-4-brombenzol werden in 50 ml THF gelöst, auf 60°C erhitzt, und mit 0,012 mol 4-(trans-4-Propyl cyclohexyl)-2-fluorphenylboronsäure und mit einer Lösung bestehend aus 0,013 mol KH₂PO₄, 0,025 mol Na₂HPO₄ und 25 ml Wasser versetzt. Nach Zugabe von 0,012 mol Tetrakistriphenylpalladium(0) wird über Nacht bei 70°C gerührt. Man läßt auf Raumtemperatur abkühlen und arbeitet wie üblich auf.

Analog werden die folgenden Verbindungen der Formel

hergestellt:

Beispiel 5 Schritt 5.1

In einer Stickstoffatmosphäre werden 0,05 mol Natrium-1-brom-3,5-difluor phenolat in 50 ml DMEU vorgelegt und auf 50°C erhitzt. Unter Rühren werden 0,05 ml 1-Brom-2,2-difluorethan zugetropft. Anschließend wird über Nacht bei 50°C gerührt. Nach Zugabe von 0,005 mol 1-Brom-2,2- difluorethan werden weitere 24 h bei 70°C gerührt. Man läßt auf Raum temperatur abkühlen, versetzt mit Wasser und arbeitet wie üblich auf.

Schritt 5.2

Zu 4,8 g NaOH in 30 ml Wasser werden 0,03 mol p-trans-[4-propyl-cyclo hexyl]-2-fluor-phenylboronsäure in 60 ml Toluol gegeben und 0,5 h bei 45°C gerührt. Zu der Lösung werden 0,03 mol 1-(2,2-Difluorethoxy)-4- brom-2,6-difluorbenzol und 0,7 g Tetrakis(triphenylphosphin)palladium(0) gegeben und über Nacht bei 100°C gerührt. Man kühlt auf Raum temperatur ab und trennt die organische Phase ab. Das Lösungsmittel wird am Rotavapor entfernt, und der Rückstand wird über eine Kiesel gelfritte mit Petrolether 50-70° filtriert. Man engt das Filtrat ein und der Rückstand wird aus n-Hexan umkristallisiert.
K 56 N 97,2 l; Δn = +0,139; Δε = 12,34.

Analog werden die folgenden Verbindungen der Formel

hergestellt:

Beispiel 6 Schritt 6.1

0,085 mol 4-Brom-2-fluorphenolat werden in 100 l 1,3-Dimethyl-2-imida zolidinon gelöst, auf 140°C erhitzt und tropfenweise mit 0,09 mol 2,2,2-Trifluorethylmethylsulfonat versetzt. Die Lösung wird 24 h bei 140°C gerührt. Anschließend wird mit 500 ml Eiswasser versetzt und wie üblich aufgearbeitet.

Schritt 6.2

0,015 mol 4-Brom-2-fluorphenol-(2,2,2-trifluorethyl)ether werden mit 0,05 mol trans-n-Peptylcyclohexyl-2-fluorphenylboronsäure, 20 ml Toluol, 10 ml Ethanol, 0,030 mol Na₂CO₃ und 0,86 mol Tetrakis(triphenylphos phin)palladium(0) versetzt und 2 h unter Rückfluß gekocht. Nach Zugabe von 100 ml Petrolether (40-80°) wird wie üblich aufgearbeitet.

Schritt 6.3

Zu 13,5 mmol BuLi (15% in n-Hexan) in 10 ml THF werden bei -20°C 13,5 mmol Diisopropylamin zugetropft. Anschließend wird die Lösung 10 min gerührt und zu einem Gemisch bestehend aus 10 ml THF, 13,5 mmol trans-n-Pentylcyclohexylphenyl-2-fluorphenol-(2,2,2-trifluor ethyl)-ether unter Schutzgas bei -40°C zugetropft. Das Gemisch wird 0,5 h zunächst bei -40°C und anschließend über Nacht bei Raumtempe ratur gerührt. Nach der Zugabe wird wie üblich aufgearbeitet.
K 48 N 96,6 l; Δn = +0,144; Δε = 8,24.

Die folgenden Verbindungen der Formel

werden analog Beispiel 3 durch Boronsäurekopplung hergestellt:

Beispiel 7

0,05 mol 1-Trifluormethoxy-2-fluor-4-brombenzol und 0,05 mol 4-(trans-4- Propylcyclohexyl-2-fluorohenylboronsäure werden in 125 ml Toluol und 50 ml Ethanol gelöst und nacheinander mit 0,6 g Tetrakistriphenylphophin palladium(0) und Na₂CO₃-Lösung (15,9 g Na₂CO₃ in 60 ml H₂O) versetzt.

Man erhitzt 3 h am Rückfluß, läßt auf Raumtemperratur abkühlen und brennt die organische Phase ab. Die wäßrige Phase wird mit Toluol extrahiert, und die vereinigten organischen Extrakte werden anschließend wie üblich aufgearbeitet. K 43 N 66,3 l; Δn = +0,124; Δε = 12,55.

Analog werden die folgenden Verbindungen der Formel

hergestellt:

Mischungsbeispiele

Beispiel A

Beispiel B

Beispiel C

Beispiel D

Beispiel E

Beispiel F

Beispiel G

Beispiel H

Beispiel I

Beispiel J

Claims

1. Benzolderivate der Formel I, wobei
R ein unsubstituierter oder mit CN oder mit mindestens einem Halogen substituierter Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 18 C-Atomen, worin eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch einen Rest ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S-, -CO-, -O-CO-, -CO-O- und -C≡C- ersetzt sein können, A¹ a) einen 1,4-Phenylenrest, worin eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
b) einen 1,4-Cyclohexylenrest, worin eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- oder -S- ersetzt sein können,
c) einen 1,4-Cyclohexenylen-, einen Piperidin-1,4-diyl-, einen 1,4-Bicyclo[2,2,2]-octylen- oder einen Naphthalin-2,6-diylrest
wobei die Reste a) und b) ein oder mehrfach durch Halogenatome, Cyano- und/oder Methylgruppen substi tuiert sein können,
Z¹ -CH₂CH₂-, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -OCH₂-, -CH₂O-, -C≡C-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-CH₂CH₂- oder eine Einfach bindung,
X Alkyl oder Alkoxy mit 1-12 C-Atomen, NCS oder Q-Y, wobei Q-O-, -S- oder eine Einfachbindung und Y CN, F, Cl oder halogeniertes Alkyl oder Alkenyl mit 1-5 C-Atomen ist,
L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander H oder F, und
m 0, 1 oder 2
bedeuten.

2. Benzolderivate der Formel, worin R, X, L¹ und L² die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.

3. Benzolderivate der Formel, worin R, X, L¹ und L² und die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.

4. Verbindungen der Formel I, worin L¹ und/oder L² Fluor bedeuten.

5. Verbindungen der Formel I, worin X CN, F, Cl, OCF₃, OCHF₂, CF₃, OCHFCF₃, OCH₂CF₃, OCH=CF₂ oder OCF=CF₂ bedeuten.

6. Verwendung der Verbindungen der Formel I als Komponenten flüssigkristalliner Medien für elektrooptische Anzeigeelemente.

7. Flüssigkristallines Medium mit mindestens zwei Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Komponenten eine Verbindung der Formel I sind.

8. Elektrooptisches Anzeigeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es als Dielektrikum ein flüssigkristallines Medium nach Anspruch 7 enthält.

9. Matrix-Flüssigkristallanzeigeelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es als Dielektrikum ein flüssigkristallines Medium nach Anspruch 7 enthält.