JP2019099515A - 液晶化合物及びその組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明が解決しようとする課題は、高いTniを示し、また、大きなΔεを有する化合物、及びこれを用いた組成物または液晶表示素子を提供し、併せて当該化合物の製造方法、及び当該化合物の製造中間体を提供することにある。【解決手段】 一般式(i)で表される化合物、及びこれを用いた組成物または液晶表示素子を提供する。一般式(i)で表される化合物は、Xi1及びXi2は各々独立して水素、フッ素、塩素、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基を表し、Yi1は−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)2−、−CF2−、−CO−を表し、特に液晶表示素子用材料として有用な縮合環を有する化合物である。【選択図】 なし

Description

本発明は有機電子材料や医農薬、特に液晶表示素子用材料として有用な縮合環を有する化合物及びこれらを用いた液晶組成物に関する。
液晶表示素子は、時計、電卓をはじめとして、各種測定機器、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等に用いられている。液晶表示方式としては、その代表的なものにTN(ツイステッド・ネマチック)型、STN(スーパー・ツイステッド・ネマチック)型、TFT(薄膜トランジスタ)を用いた垂直配向型やIPS(イン・プレーン・スイッチング)型等の駆動方式がある。これらの液晶表示素子に用いられる液晶組成物は水分、空気、熱、光などの外的要因に対して安定であること、また、室温を中心としてできるだけ広い温度範囲で液晶相(ネマチック相、スメクチック相及びブルー相等)を示し、低粘性であり、かつ駆動電圧が低いことが求められる。更に液晶組成物は個々の表示素子にあわせて誘電率異方性(Δε)及び屈折率異方性(Δn)等を最適な値とするために、数種類から数十種類の化合物を選択し、構成されている。
液晶組成物を表示素子等として使用する際には、広い温度範囲において安定なネマチック相を示すことが求められる。広い温度範囲にてネマチック相を維持するためには、液晶組成物を構成する個々の成分が他の成分との高い混和性を持つこと、及び高い透明点(Tni)を持つ事が求められる。 また、液晶組成物を表示素子等として使用する際には、可能な限り回転粘性係数(γ)が低いことが求められる。γの低い液晶組成物を得るためには様々な方法があるが、その一つとして大きな|Δε|(外挿値)を有する化合物を用いる事が知られている。この理由について以下に説明する。液晶組成物のγを低下させるためには、|Δε|(外挿値)がほぼ0であり低いγ(外挿値)を示す非極性化合物の使用量を可能な限り増やすことが有効である。一般的に必要とされる組成物のΔεは液晶パネルごとに決まっており、Δεを付与するためにγ(外挿値)の大きな極性化合物を添加している。したがって、大きな|Δε|(外挿値)を示す化合物に置き換える事で、非極性化合物の使用量を増やすことが出来るため、結果として液晶組成物のγ低下を達成することが出来る。
このように、高いTniを示し、また、大きな|Δε|(外挿値)を示す化合物の開発が求められている。これまで、ジベンゾフラン構造を有する下記のような化合物が報告されているが、Tniが十分に大きくないという課題があった(特許文献1及び特許文献2)。
Figure 2019099515
(式中、R及びRは各々独立して炭素原子数1から15のアルキル基、炭素原子数2から15のアルケニル基、炭素原子数2から15のアルキニル基を表し、m及びnは各々独立して0又は1を表す。)
独国特許出願公開第102015002298号明細書 独国特許出願公開第102015003411号明細書
本発明が解決しようとする課題は、高いTniを示し、また、大きなΔεを有する化合物を提供し、併せて当該化合物を構成部材とする液晶組成物及び液晶表示素子を提供することである。
前記課題を解決するため、本願発明者らは種々の化合物の検討を行った結果、下記縮合環を有する化合物が効果的に課題を解決できることを見出し、本願発明の完成に至った。
本願発明は、一般式(i)
Figure 2019099515
(式中、Ri1は水素原子、炭素原子数1から15のアルキル基又は炭素原子数2から15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は−C≡C−、−O−、−S−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良く、これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良く、
i2は炭素原子数1から15のアルキル基又は炭素原子数2から15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は−C≡C−、−O−、−S−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良く、これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良く、
i1及びAi2は各々独立して
(a)1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は−O−又は−S−に置き換えられても良い。)
(b)1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良く、この基中に存在する1つの水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)
(c)1,4−シクロヘキセニレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良く、また、これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、
i1及びZi2は各々独立して−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHS−、−SCH−、−CH−S(=O)−、−S(=O)−CH−、−CH−S(=O)−、−S(=O)−CH−又は単結合を表し、
i1は−S−、−S(=O)−又は−S(=O)−を表し、
i1及びni2は各々独立して0、1又は2を表すが、ただし、ni1+ni2は0、1又は2を表し、
i1及びXi2は各々独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基を表し、
i1は−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−、−CF−、−CO−を表す。)
で表される化合物を提供し、併せて当該化合物を含有する液晶組成物及び当該液晶組成物を用いた液晶表示素子、並びに当該化合物の製造方法及びその中間体を提供する。
本発明により提供される、一般式(i)で表される化合物は、高い透明点(Tni)を有する。従って、一般式(i)で表される化合物を液晶組成物の成分として用いる事により、広い温度範囲において安定なネマチック相を示すことができる。また、本発明により提供される、一般式(i)で表される化合物は、大きな|Δε|及び大きなΔnを示しさらに化学的に高い安定性を併せ持つ。従って、一般式(i)で表される化合物を液晶組成物の成分として用いる事により、低いγで高いΔnを示す液晶組成物を得ることができる。このため、高速応答が求められる液晶表示素子用の液晶組成物の構成成分として非常に有用である。
i1及びXi2は各々独立して、少なくともいずれか一方がフッ素原子を表すことが好ましい。より負に大きなΔεを示すにはXi1及びXi2が共にフッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基を表すことがより好ましく、Xi1及びXi2が共にフッ素原子を表すことが好ましい。
i1は−O−、−S−、−S(=O)−又は−S(=O)−を表すことが好ましい。負に大きなΔεを示しつつ液晶表示素子とした際の長期信頼性を向上させるには酸素原子(−O−)であることが好ましい。より大きなΔnを示すには硫黄原子(−S−)であることが好ましい。
i1はγを低下させる為には、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基であることが好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが特に好ましい。また、該アルキル基又はアルケニル基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は、−O−、−S−で置換されていることが好ましい。また、直鎖状であることが好ましい。|Δε|を大きくさせるためには、炭素原子数1〜8のアルコキシ基又は炭素原子数2〜8のアルケニルオキシ基であることが好ましく、炭素原子数1〜5のアルコキシ基又は炭素原子数2〜5のアルケニルオキシ基であることが特に好ましい。
i2はγを低下させる為には、炭素原子数1〜8のアルキル基又は炭素原子数2〜8のアルケニル基であることが好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基又は炭素原子数2〜5のアルケニル基であることが特に好ましい。また、該アルキル基又はアルケニル基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は−C≡C−、−O−、−S−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良いが、Si1に直接結合する−CH−は置き換えられないことが好ましい。また、直鎖状であることが好ましい。
i1は−S−を表すことが好ましい。
他の液晶成分との混和性を上昇させるためには、Ri1と−Si1−Ri2とが互いに異なることが好ましく、Ri1がアルコキシ基又はアルケニルオキシ基であり、Ri2がアルキル基であることが特に好ましい。Ri1中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されていても良いが、フッ素原子に置換されていないことが好ましい。
i1及びAi2は各々独立して
Figure 2019099515
から選ばれる基を表すことが好ましい。具体的には、A及びAi2はγを低下させる為にはトランス−1,4−シクロヘキシレン基、無置換の1,4−フェニレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基又は3−フルオロ−1,4−フェニレン基であることが好ましく、トランス−1,4−シクロヘキシレン基であることが特に好ましい。他の液晶成分との混和性を向上させる為には、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、2−フルオロ−1,4−フェニレン基又は3−フルオロ−1,4−フェニレン基であることが好ましい。Tniを上昇させる為には、無置換の1,4−フェニレン基、無置換の1,4−シクロヘキシレン基、1,4−シクロヘキセニレン基又は無置換のナフタレン−2,6−ジイル基であることが好ましい。負に大きなΔεを示すためには、2−フルオロ−1,4−フェニレン基、3−フルオロ−1,4−フェニレン基又は2,3−ジフルオロー1,4−フェニレン基であることが好ましい。負に大きなΔεを示しながら、他の液晶成分との混和性を両立させるためには、Ai1及びAi2中に存在するフッ素原子の数の合計は、1〜4であることが好ましく、1〜3であることが特に好ましい。
i1及びZi2は各々独立して、γを低下させる為には単結合、−CHCH−、−CHO−、−OCH−であることが好ましく、単結合又は−CHCH−であることが更に好ましい。Tniを上昇させるためには、単結合、−COO−,−OCO−、−CH=CH−又は−C≡C−であることが好ましく、単結合、−CH=CH−又は−C≡C−であることが更に好ましい。他の液晶成分との混和性を向上させる為には、単結合、−CHCH−、−CHO−又は−OCH−であることが好ましい。負に大きなΔεを示すためには、−CHO−、−OCH−、−CH−S(=O)−又は−S(=O)−CH−であることが好ましく、−CH−S(=O)−又は−S(=O)−CH−であることが好ましい。液晶表示素子とした際の長期信頼性を向上させるには単結合であることが好ましい。 ni1及びni2が2を表す場合、複数存在するZi1及びZi2のいずれか一つ以上が単結合を表すことが好ましい。ni1及びni2はγを重視する場合には0又は1であることが好ましく、0であることがさらに好ましい。Tniを重視する場合には2であることが好ましい。ni1+ni2は0又は1を表すことが好ましい。
一般式(i)で表される化合物は、化合物中に酸素原子が結合した構造(−O−O−等)を持たないことが好ましい。
一般式(i)の中では以下の一般式(i−1)〜一般式(i−1000)で表される各化合物が好ましい。その中で特に好ましい化合物は、(i−1)、(i−2)、(i−3)、(i−4)、(i−5)、(i−6)、(i−7)、(i−8)、(i−9)、(i−10)、(i−11)、(i−12)、(i−895)、(i−896)、(i−897)、(i−898)、(i−899)、(i−900)である。
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
Figure 2019099515
(式中、Ri1及びRi2は、一般式(i)におけるRi1と同じ意味を表す。)
本発明において、一般式(i)で表される化合物は、例えば、一般式(i−r1)
Figure 2019099515
(式中Ri1、Ai1、Ai2、Zi1、Zi2、ni1、ni2、Xi1、Xi2及びYi1は一般式(i)におけるRi1、Ai1、Ai2、Zi1、Zi2、ni1、ni2、Xi1、Xi2及びYi1とそれぞれ同じ意味を表す。)
で表される化合物を有機金属試薬により脱プロトン化した後、臭素又はよう素と反応させることにより、一般式(i−r2)
Figure 2019099515
(式中Ri1、Ai1、Ai2、Zi1、Zi2、ni1、ni2、Xi1、Xi2及びYi1は一般式(i)におけるRi1、Ai1、Ai2、Zi1、Zi2、ni1、ni2、Xi1、Xi2及びYi1とそれぞれ同じ意味を表し、
i3は臭素原子及びよう素原子を表す。)
で表される化合物を得た後、塩基存在下、一般式(i−r3)
Figure 2019099515
(式中Ri2は一般式(i)におけるRi2と同じ意味を表す。)
で表される化合物と反応させることによって一般式(i)中Si1が−S−のものが得られる。またそれを酸化することにより一般式(i)中Si1が−SO−、−SOO−のものが得られる。より具体的には、以下のようにして製造することができる。勿論本発明の趣旨及び適用範囲は、これら製造例により制限されるものではない。
(製造方法1)
Figure 2019099515
(式中Ri1、Ri2、Ai1i1、Zi1、ni1、Xi1、Xi2及びYi1は一般式(i)におけるRi1、Ri2、Ai1i1、Zi1、ni1、Xi1、Xi2及びYi1とそれぞれ同じ意味を表し、
i3は臭素原子及びよう素原子を表す。)
一般式(S−1)で表される化合物をハロゲン化することにより一般式(S−2)で表される化合物を得ることができる。このハロゲン化は、有機金属試薬により脱プロトン化した後、臭素又はよう素と反応させてハロゲン化合物とすることによって行うことができる。
反応溶媒としては、反応を好適に進行させるものであればいずれでも構わないが、エーテル系溶媒および炭化水素系溶媒等を挙げることができる。エーテル系溶媒としては、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルおよびt−ブチルメチルエーテル等を、炭化水素系溶媒としてはペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタンおよびオクタン等が挙げられ、中でもテトラヒドロフランが好ましい。
有機金属試薬としてはn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、メチルリチウム、リチウム ジイソプロピルアミドおよびリチウム 2,2,4,4−テトラメチルピペリジド等を挙げることができ、入手および取り扱いの容易さからn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウムおよびリチウム ジイソプロピルアミドが好ましく、効率的に脱プロトン化が可能であるsec−ブチルリチウムおよびリチウム ジイソプロピルアミドがより好ましい。また、脱プロトン化の際には、上記有機金属試薬と共にカリウム−t−ブトキシド、テトラメチルエチレンジアミン等の塩基を添加剤として用いてもよい。脱プロトン化の際の反応温度は−100℃から−20℃が好ましく、−78℃から−40℃がより好ましい。
一般式(S−2)で表される化合物に一般式(S−3)で表される化合物を反応させることによって一般式(S−4)で表される化合物を得ることができる。この反応は一般式(S−3)のチオール基を塩基によりチオラートとして一般式(S−2)と反応させることで行うことができる
この場合に使用する塩基としては金属水素化物、金属炭酸塩、金属リン酸塩、金属水酸化物、金属カルボン酸塩、金属アミド及び金属等を挙げることができ、中でもアルカリ金属水素化物、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アミド及びアルカリ金属が好ましく、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属水素化物及びアルカリ金属炭酸塩は更に好ましい。アルカリ金属水素化物としては水素化リチウム、水素化ナトリウム及び水素化カリウムを、アルカリ金属リン酸塩としてはリン酸三カリウムを、アルカリ金属炭酸塩としては炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸セシウム、炭酸カリウム及び炭酸水素カリウムをそれぞれ好ましく挙げることができる。
反応溶媒としては、反応を好適に進行させるものであればいずれでも構わないが、エーテル系溶媒、塩素系溶媒、炭化水素系溶媒、芳香族系溶媒及び極性溶媒等を好ましく用いることができる。エーテル系溶媒としては、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル及びt−ブチルメチルエーテル等を、塩素系溶媒としてはジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン及び四塩化炭素等を、炭化水素系溶媒としてはペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン及びオクタン等を、芳香族系溶媒としてはベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン及びジクロロベンゼン等を、極性溶媒としてはN,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド及びスルホラン等を好例として挙げることができる。中でも、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒及びN,N−ジメチルホルムアミド等の極性溶媒がより好ましい。また、前記の各溶媒を単独で使用しても、2種もしくはそれ以上の溶媒を混合して使用してもよい。
反応温度は溶媒の凝固点から還流温度範囲で行うことができるが、0℃から150℃が好ましく、30℃から120℃がより好ましい。なお、生成したチオラートを一度単離してから一般式(S−2)で表される化合物と反応させてもよく、単離せずに反応させてもよいが、作業の容易さから単離せずに反応させたほうがよい。
一般式(S−4)で表される化合物を酸化することによって一般式(S−5)および一般式(S−6)で表される化合物を得ることができる。 酸化剤としては、反応を好適に進行させるものであればいずれでも構わないが、過酸化水素水、過酢酸または過ギ酸を用いるのが好ましい。反応温度は−78℃から70℃が好ましく、0℃から50℃がより好ましい。また、酸化剤との反応時には、溶媒に水が含まれていても構わない。
(製造方法2)
Figure 2019099515
(式中Ri1、Ri2、Ai1i1、Zi1、ni1、Xi1、Xi2及びYi1は一般式(i)におけるRi1、Ri2、Ai1i1、Zi1、ni1、Xi1、Xi2及びYi1とそれぞれ同じ意味を表し、
i3は臭素原子及びよう素原子を表す。)
一般式(S−2)で表される化合物を銅触媒及び塩基の存在下、ジメチルスルホキシドと反応させることによって一般式(S−7)で表される化合物を得ることができる。
使用する銅触媒としては、反応を好適に進行させるものであればいずれでも構わないが、塩化銅(I)、臭化銅(I)、よう化銅(I)、酢酸銅(I)等の1価の銅触媒が好ましく、よう化銅(I)であることが更に好ましい。
使用する塩基としては、反応を好適に進行させるものであればいずれでも構わないが、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、ジメチルアミン、メチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ジイソプロピルアミン、イソプロピルアミン、N,N−テトラメチルエチレンジアミン、エチレンジアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、エタノールアミン等のアミン、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム等の炭酸塩、りん酸三カリウム、りん酸二水素カリウム等のりん酸塩が好ましく、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタンが更に好ましい。
反応溶媒としては、反応試薬として用いているジメチルスルホキシドをそのまま用いるのが好ましい。
反応温度としては、反応を好適に進行させるものであれば何度でも構わないが、室温から使用している溶媒が還流する温度までが好ましく、40℃から溶媒が還流するまでの温度が更に好ましく、60℃から溶媒が還流するまでの温度であることが特に好ましい。
このように、一般式(i)で表される化合物と混合して使用することのできる化合物の好ましい代表例としては、本発明の提供する組成物においては、その第一成分として一般式(i)で表される化合物を少なくとも1種含有するが、その他の成分として特に以下の第二から第四成分から少なくとも1種含有することが好ましい。
即ち、第二成分は誘電率異方性が負のいわゆるn型液晶化合物であって、以下の一般式(LC3)〜一般式(LC5)で示される化合物を挙げることができる。
Figure 2019099515
(式中、RLC31、RLC32、RLC41、RLC42、RLC51及びRLC52はそれぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−又は−C≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、ALC31、ALC32、ALC41、ALC42、ALC51及びALC52はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure 2019099515
(該構造中シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上の−CH−は酸素原子で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基中の1つ又は2つ以上の−CH−は窒素原子で置換されていてもよく、また、該構造中の1つ又は2つ以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、−CF又は−OCFで置換されていてもよい。)のいずれかを表し、ZLC31、ZLC32、ZLC41、ZLC42、ZLC51及びZLC51はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し、Zは−CH−又は酸素原子を表し、XLC41は水素原子又はフッ素原子を表し、mLC31、mLC32、mLC41、mLC42、mLC51及びmLC52はそれぞれ独立して0〜3を表し、mLC31+mLC32、mLC41+mLC42及びmLC51+mLC52は1、2又は3であり、ALC31〜ALC52、ZLC31〜ZLC52が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)
LC31〜RLC52は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましく、
Figure 2019099515
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
LC31〜ALC52はそれぞれ独立して下記の構造が好ましく、
Figure 2019099515
LC31〜ZLC51はそれぞれ独立して単結合、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−CFO−、−OCF−又は−OCH−が好ましい。
一般式(LC3)は、下記一般式(LC3−a)及び一般式(LC3−b)
Figure 2019099515
(式中、RLC31、RLC32、ALC31及びZLC31はそれぞれ独立して前記一般式(LC3)におけるRLC31、RLC32、ALC31及びZLC31と同じ意味を表し、XLC3b1〜XLC3b6は水素原子又はフッ素原子を表すが、XLC3b1及びXLC3b2又はXLC3b3及びXLC3b4のうちの少なくとも一方の組み合わせは共にフッ素原子を表し、mLC3a1は1、2又は3であり、mLC3b1は0又は1を表し、ALC31及びZLC31が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。ただし、一般式(LC3−a)において一般式(LC3−b)で表される群より選ばれる化合物を除く。)で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。
LC31及びRLC32はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基又は炭素原子数2〜7のアルケニルオキシ基を表すことが好ましい。
LC31は、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基を表すことが好ましく、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基を表すことがより好ましい。
LC31は単結合、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−を表すことが好ましく、単結合を表すことがより好ましい。
一般式(LC3−a)としては、下記一般式(LC3−a1)〜一般式(LC3−a4)を表すことが好ましい。
Figure 2019099515
(式中、RLC31及びRLC32はそれぞれ独立して前記一般式(LC3)におけるRLC31及びRLC32と同じ意味を表す。)
LC31及びRLC32はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、RLC31が炭素原子数1〜7のアルキル基を表し、RLC32が炭素原子数1〜7のアルコキシ基を表すことがより好ましい。
一般式(LC3−b)としては、下記一般式(LC3−b1)〜一般式(LC3−b12)を表すことが好ましく、一般式(LC3−b1)、一般式(LC3−b6)、一般式(LC3−b8)、一般式(LC3−b11)を表すことがより好ましく、一般式(LC3−b1)及び一般式(LC3−b6)を表すことがさらに好ましく、一般式(LC3−b1)を表すことが最も好ましい。
Figure 2019099515
(式中、RLC31及びRLC32はそれぞれ独立して前記一般式(LC3)におけるRLC31及びRLC32と同じ意味を表す。)
LC31及びRLC32はそれぞれ独立して、炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、RLC31が炭素原子数2又は3のアルキル基を表し、RLC32が炭素原子数2のアルキル基を表すことがより好ましい。
一般式(LC4)は下記一般式(LC4−a)から一般式(LC4−c)、一般式(LC5)は下記一般式(LC5−a)から一般式(LC5−c)
Figure 2019099515
(式中、RLC41、RLC42及びXLC41はそれぞれ独立して前記一般式(LC4)におけるRLC41、RLC42及びXLC41と同じ意味を表し、RLC51及びRLC52はそれぞれ独立して前記一般式(LC5)におけるRLC51及びRLC52と同じ意味を表し、ZLC4a1、ZLC4b1、ZLC4c1、ZLC5a1、ZLC5b1及びZLC5c1はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物であるのがより好ましい。
LC41、RLC42、RLC51及びRLC52はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基又は炭素原子数2〜7のアルケニルオキシ基を表すことが好ましい。
LC4a1〜ZLC5c1はそれぞれ独立して単結合、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−を表すことが好ましく、単結合を表すことがより好ましい。
第三成分は誘電率異方性が0程度である、いわゆる非極性液晶化合物であり、以下の一般式(LC6)で示される化合物を挙げることができる。
Figure 2019099515
(式中、RLC61及びRLC62はそれぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−又は−C≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン置換されていてもよく、ALC61〜ALC63はそれぞれ独立して下記
Figure 2019099515
(該構造中シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上の−CHCH−は−CH=CH−、−CFO−、−OCF−で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基中1つ又は2つ以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよい。)のいずれかを表し、ZLC61及びZLC62はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し、mLc6は0〜3を表す。ただし、一般式(LC1)〜一般式(LC5)で表される化合物、及び一般式(i)を除く。)
LC61及びRLC62は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましく、
Figure 2019099515
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
LC61〜ALC63はそれぞれ独立して下記の構造が好ましく、
Figure 2019099515
LC61及びZLC62はそれぞれ独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−が好ましい。
一般式(LC6)は、一般式(LC6−a)から一般式(LC6−m)
Figure 2019099515
(式中、RLC61及びRLC62はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基又は炭素原子数2〜7のアルケニルオキシ基を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物であるのがより好ましい。
第四成分は誘電率異方性が正のいわゆるp型液晶化合物であって、以下の一般式(LC1)及び一般式(LC2)で示される化合物を挙げることができる。
Figure 2019099515
(式中、RLC11及びRLC21はそれぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の−CH−は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−又は−C≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、ALC11、及びALC21はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure 2019099515
(該構造中、シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上の−CH−は酸素原子で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基中の1つ又は2つ以上の−CH−は窒素原子で置換されていてもよく、また、該構造中の1つ又は2つ以上の水素原子はフッ素原子、塩素原子、−CF又は−OCFで置換されていてもよい。)を表し、XLC11、XLC12、XLC21〜XLC23はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、−CF又は−OCFを表し、YLC11及びYLC21はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、−CF、−OCHF、−OCHF又は−OCFを表し、ZLC11及びZLC21はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−又は−OCO−を表し、mLC11及びmLC21はそれぞれ独立して1〜4の整数を表し、ALC11、ALC21、ZLC11及びZLC21が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)
LC11及びRLC21はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、炭素原子数2〜5のアルケニル基がより好ましく、直鎖状であることが更に好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましい。
Figure 2019099515
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
LC11及びALC21はそれぞれ独立して下記の構造が好ましい。
Figure 2019099515
LC11及びYLC21はそれぞれ独立してフッ素原子、シアノ基、−CF又は−OCFが好ましく、フッ素原子又は−OCFが好ましく、フッ素原子が特に好ましい。
LC11及びZLC21は単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−が好ましく、単結合、−CHCH−、−OCH−、−OCF−又は−CFO−が好ましく、単結合、−OCH−又は−CFO−がより好ましい。
LC11及びmLC21は1、2又は3が好ましく、低温での保存安定性、応答速度を重視する場合には1又は2が好ましく、ネマチック相上限温度の上限値を改善するには2又は3が好ましい。
一般式(LC1)は、下記一般式(LC1−a)から一般式(LC1−c)
Figure 2019099515
(式中、RLC11、YLC11、XLC11及びXLC12はそれぞれ独立して前記一般式(LC1)におけるRLC11、YLC11、XLC11及びXLC12と同じ意味を表し、ALC1a1、ALC1a2及びALC1b1は、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基を表し、XLC1b1、XLC1b2、XLC1c1〜XLC1c4はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、−CF又は−OCFを表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。
LC11はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、炭素原子数2〜5のアルケニル基がより好ましい。
LC11〜XLC1c4はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子が好ましい。
LC11はそれぞれ独立してフッ素原子、−CF又は−OCFが好ましい。
また、一般式(LC1)は、下記一般式(LC1−d)から一般式(LC1−m)
Figure 2019099515
(式中、RLC11、YLC11、XLC11及びXLC12はそれぞれ独立して前記一般式(LC1)におけるRLC11、YLC11、XLC11及びXLC12と同じ意味を表し、ALC1d1、ALC1f1、ALC1g1、ALC1j1、ALC1k1、ALC1k2、ALC1m1〜ALC1m3は、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基を表し、XLC1d1、XLC1d2、XLC1f1、XLC1f2、XLC1g1、XLC1g2、XLC1h1、XLC1h2、XLC1i1、XLC1i2、XLC1j1〜XLC1j4、XLC1k1、XLC1k2、XLC1m1及びXLC1m2はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、−CF又は−OCFを表し、ZLC1d1、ZLC1e1、ZLC1j1、ZLC1k1、ZLC1m1はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−又は−OCO−を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物であるのが好ましい。
LC11はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、炭素原子数2〜5のアルケニル基がより好ましい。
LC11〜XLC1m2はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子が好ましい。
LC11はそれぞれ独立してフッ素原子、−CF又は−OCFが好ましい。
LC1d1〜ZLC1m1はそれぞれ独立して−CFO−、−OCH−が好ましい。
一般式(LC2)は、下記一般式(LC2−a)から一般式(LC2−g)
Figure 2019099515
(式中、RLC21、YLC21、XLC21〜XLC23はそれぞれ独立して前記一般式(LC2)におけるRLC21、YLC21、XLC21〜XLC23と同じ意味を表し、XLC2d1〜XLC2d4、XLC2e1〜XLC2e4、XLC2f1〜XLC2f4及びXLC2g1〜XLC2g4はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、−CF又は−OCFを表し、ZLC2a1、ZLC2b1、ZLC2c1、ZLC2d1、ZLC2e1、ZLC2f1及びZLC2g1はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−又は−OCO−を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物であるのが好ましい。
LC21はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、炭素原子数2〜5のアルケニル基がより好ましい。
LC21〜XLC2g4はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子が好ましく、
LC21はそれぞれ独立してフッ素原子、−CF又は−OCFが好ましい。
LC2a1〜ZLC2g4はそれぞれ独立して−CFO−、−OCH−が好ましい。 本発明の組成物は、分子内に過酸(−CO−OO−)構造等の酸素原子同士が結合した構造を持つ化合物を含有しないことが好ましい。
組成物の信頼性及び長期安定性を重視する場合にはカルボニル基を有する化合物の含有量を前記組成物の総質量に対して5%以下とすることが好ましく、3%以下とすることがより好ましく、1%以下とすることが更に好ましく、実質的に含有しないことが最も好ましい。
UV照射による安定性を重視する場合、塩素原子が置換している化合物の含有量を前記組成物の総質量に対して15%以下とすることが好ましく、10%以下とすることが好ましく、8%以下とすることが好ましく、5%以下とすることがより好ましく、3%以下とすることが好ましく、実質的に含有しないことが更に好ましい。
組成物の酸化による劣化を抑えるためには、環構造としてシクロヘキセニレン基を有する化合物の含有量を少なくすることが好ましく、シクロヘキセニレン基を有する化合物の含有量を前記組成物の総質量に対して10%以下とすることが好ましく、8%以下とすることが好ましく、5%以下とすることがより好ましく、3%以下とすることが好ましく、実質的に含有しないことが更に好ましい。
粘度の改善及びTNIの改善を重視する場合には、水素原子がハロゲンに置換されていてもよい2−メチルベンゼン−1,4−ジイル基を分子内に持つ化合物の含有量を少なくすることが好ましく、前記2−メチルベンゼン−1,4−ジイル基を分子内に持つ化合物の含有量を前記組成物の総質量に対して10%以下とすることが好ましく、8%以下とすることが好ましく、5%以下とすることがより好ましく、3%以下とすることが好ましく、実質的に含有しないことが更に好ましい。
本願において実質的に含有しないとは、意図せずに含有する物を除いて含有しないという意味である。
本発明の第一実施形態の組成物に含有される化合物が、側鎖としてアルケニル基を有する場合、前記アルケニル基がシクロヘキサンに結合している場合には当該アルケニル基の炭素原子数は2〜5であることが好ましく、前記アルケニル基がベンゼンに結合している場合には当該アルケニル基の炭素原子数は4〜5であることが好ましく、前記アルケニル基の不飽和結合とベンゼンは直接結合していないことが好ましい。
本発明に使用される液晶組成物の平均弾性定数(KAVG)は10から25が好ましいが、その下限値としては、10が好ましく、10.5が好ましく、11が好ましく、11.5が好ましく、12が好ましく、12.3が好ましく、12.5が好ましく、12.8が好ましく、13が好ましく、13.3が好ましく、13.5が好ましく、13.8が好ましく、14が好ましく、14.3が好ましく、14.5が好ましく、14.8が好ましく、15が好ましく、15.3が好ましく、15.5が好ましく、15.8が好ましく、16が好ましく、16.3が好ましく、16.5が好ましく、16.8が好ましく、17が好ましく、17.3が好ましく、17.5が好ましく、17.8が好ましく、18が好ましく、その上限値としては、25が好ましく、24.5が好ましく、24が好ましく、23.5が好ましく、23が好ましく、22.8が好ましく、22.5が好ましく、22.3が好ましく、22が好ましく、21.8が好ましく、21.5が好ましく、21.3が好ましく、21が好ましく、20.8が好ましく、20.5が好ましく、20.3が好ましく、20が好ましく、19.8が好ましく、19.5が好ましく、19.3が好ましく、19が好ましく、18.8が好ましく、18.5が好ましく、18.3が好ましく、18が好ましく、17.8が好ましく、17.5が好ましく、17.3が好ましく、17が好ましい。消費電力削減を重視する場合にはバックライトの光量を抑えることが有効であり、液晶表示素子は光の透過率を向上させることが好ましく、そのためにはKAVGの値を低めに設定することが好ましい。応答速度の改善を重視する場合にはKAVGの値を高めに設定することが好ましい。 本発明の液晶組成物は、20℃における屈折率異方性(Δn)が0.08から0.14であるが、0.09から0.13がより好ましく、0.09から0.12が特に好ましい。更に詳述すると、薄いセルギャップに対応する場合は0.10から0.13であることが好ましく、厚いセルギャップに対応する場合は0.08から0.10であることが好ましい。
本発明の液晶組成物は、20℃における粘度(η)が10から30mPa・sであるが、10から25mPa・sであることがより好ましく、10から22mPa・sであることが特に好ましい。
本発明の液晶組成物は、20℃における回転粘性(γ)が60から200mPa・sであるが、60から120mPa・sであることがより好ましく、60から100mPa・sであることが特に好ましい。
本発明の液晶組成物は、ネマチック相−等方性液体相転移温度(Tni)が60℃から120℃であるが、70℃から100℃がより好ましく、70℃から85℃が特に好ましい。加えて、20℃においてネマチック液晶を示す事が好ましい。
本発明の液晶組成物は、上述の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、重合性モノマー又は光安定剤等を含有してもよい。 本発明の化合物を含有する液晶組成物を用いた液晶表示素子は、高速応答と表示不良の抑制を両立させた有用なものであり、特に、アクティブマトリックス駆動用液晶表示素子に有用であり、VAモード、PSVAモード、PSAモード、IPSモード、FFSモード又はECBモード用等の種々のモードの液晶表示素子に適用できる。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。相転移温度の測定は温度調節ステージを備えた偏光顕微鏡及び示差走査熱量計(DSC)を併用して行った。
n−iはネマチック相−等方相の転移温度を表す。
化合物記載に下記の略号を使用する。
THF:テトラヒドロフラン
LDA:リチウム ジイソプロピルアミド
Me:メチル基、Et:エチル基、Pr:n−プロピル基、Bu:n−ブチル基、
Pent:n−ペンチル基
(実施例1)化合物5−40S1の合成
Figure 2019099515
(化合物2−40の合成)窒素雰囲気下、撹拌装置、温度計、滴下ロート、冷却管を備えた反応容器に、3−フルオロ−2−ヒドロキシクロロベンゼン(33.0g)、ビス(ジターシャリーブチル(4−ジメチルアミノフェニル)フォスフィン)塩化パラジウム(II)錯体(3.0g)、THF(100ml)および2M炭酸カリウム水溶液(180ml)を加え、攪拌しながら60℃に昇温した。反応混合物にあらかじめTHF(70ml)に溶解しておいた2,3−ジフルオロ−4−ブトキシフェニルボロン酸(23.1g)を滴下した。60℃で7時間攪拌後、加熱を止め溶液温度を室温に戻した。その後、10%塩酸(150ml)を加えた。有機層を分けとり、さらに水層をトルエン(150ml)で再抽出した。得られた有機層を合わせた後、水、飽和食塩水の順に洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。得られた溶液を濃縮後、トルエン(170ml)を加えて溶解した溶液を、シリカゲル(40g)を詰めたカラムを通過させ、さらにトルエン(240ml)を通過させた。得られたカラム通過溶液を濃縮し、化合物2−40(36.6g)を得た。
(化合物3−40の合成)窒素雰囲気下、撹拌装置、温度計、滴下ロート、冷却管を備えた反応容器に、水素化ナトリウム(60%ミネラルオイル分散)(6.3g)およびDMF(60ml)を加え、攪拌しながら氷冷した。そこにあらかじめDMF(180ml)に溶解しておいた化合物2−40(31.1g)を滴下した。その後室温に戻し、1時間かけて溶液温度を50℃に加熱した。その後さらに1.5時間かけて溶液温度を105℃まで加熱した。105℃で8時間攪拌後、溶液温度を10℃以下まで冷却した。反応溶液に水(500ml)を加えた。結晶をろ過し、メタノールで洗浄し、真空乾燥した。得られた結晶にトルエン(60ml)を加えて溶解した溶液を、シリカゲル(40g)を詰めたカラムを通過させ、さらにトルエン(240ml)を通過させた。得られたカラム通過溶液を濃縮し、化合物3−40(18.4g)を得た。
(化合物4−40の合成)窒素雰囲気下、撹拌装置、温度計、滴下ロートを備えた反応容器に、化合物3−40(18.4g)およびTHF(90ml)を加え、−60℃に冷却した。1.6Mブチルリチウム/ヘキサン溶液(45ml)を−60℃にて滴下し、1時間攪拌し、次にあらかじめTHF(40ml)に溶解しておいたヨウ素(19.8g)を−60℃にて滴下し、1時間攪拌した。この反応混合物を0℃に昇温した後、15%チオ硫酸ナトリウム水溶液(90ml)を加えて攪拌し、有機層を分けとった。さらに水層をトルエン(50ml)で抽出した。得られた有機層を合わせた後、水と飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。得られた溶液を濃縮後、トルエン(80ml)を加えて溶解した溶液を、シリカゲル(40g)を詰めたカラムを通過させ、さらにトルエン(240ml)を通過させた。得られたカラム通過溶液を濃縮し、化合物4−40の粗体(25.0g)を得た。アセトン/メタノール混合溶媒を用いて再結晶を行うことで、化合物4−40(18.6g)を得た。
(化合物5−40S1の合成)窒素雰囲気下、撹拌装置、温度計、滴下ロート、冷却管を備えた反応容器に、化合物4−40(10.0g)、ヨウ化銅(4.8g)、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン(5.6g)およびDMSO(124ml)を加え、攪拌しながら140℃に加熱した。140℃で5.5時間攪拌後、溶液温度を10℃以下まで冷却した。反応溶液に水(250ml)およびトルエン(50ml)を加えセライトろ過した。ろ液の有機層を分けとり、さらに水層をトルエン(100ml)で再抽出した。得られた有機層を合わせた後、10%塩酸(400ml)、水、飽和食塩水の順に洗浄した。得られた溶液を濃縮後、トルエン(30ml)を加えてシリカゲル(10g)を詰めたカラムを通過させ、トルエン(60ml)を通過させた。得られたカラム通過溶液を濃縮し、化合物5−40S1の粗体(5.7g)を得た。アセトンを用いて再結晶を繰り返すことで、化合物5−40S1(2.7g)を得た。転移点はCr95I。
実施例1と同様の反応、および必要に応じて公知の方法に準拠した方法を用いて、実施例2(化合物5−10S1)〜実施例8(化合物5−80S1)を合成した。
Figure 2019099515
(実施例18)化合物5−20S5の合成
Figure 2019099515
窒素雰囲気下、撹拌装置、温度計、滴下ロートを備えた反応容器に、化合物4−20(10.0g)、ヨウ化銅(0.26g)および炭酸カリウム(7.4g)を加えた。1−ペンタンチオール(2.8g)、エチレングリコール(3.3g)および2−プロパノール(30ml)を室温にて滴下し、攪拌しながら80℃に加熱した。80℃で18時間攪拌後、溶液温度を室温に戻した。反応溶液に水(50ml)およびトルエン(50ml)を加えて攪拌し、有機層を分けとった。さらに水層をトルエン(50ml)で抽出した。得られた有機層を合わせた後、水と飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥した。得られた溶液を濃縮後、トルエン(30ml)を加えてシリカゲル(10g)を詰めたカラムを通過させ、トルエン(60ml)を通過させた。得られたカラム通過溶液を濃縮し、化合物5−20S5の粗体(6.5g)を得た。アセトンを用いて再結晶を繰り返すことで、化合物5−20S5(3.5g)を得た。
実施例9と同様の反応、および必要に応じて公知の方法に準拠した方法を用いて、実施例10(化合物5−10S2)〜実施例(化合物5−80S8)を合成した。
Figure 2019099515
Figure 2019099515
Figure 2019099515
Figure 2019099515
Figure 2019099515
Figure 2019099515
Figure 2019099515
Figure 2019099515
(実施例133)液晶組成物の調製−1
以下の物性値を示すホスト液晶(H)
を調製した。値はいずれも実測値である。
n−i(ネマチック相−等方性液体相転移温度):73.8℃
Δε(25℃における誘電率異方性) :−2.79
Δn(25℃における屈折率異方性) :0.101
γ (25℃における回転粘性係数):118
この母体液晶(H)97%と、実施例1で得られた化合物(1−7−205)3%からなる液晶組成物(M−A)を調製した。この組成物(M−A)のTn−i、Δε、Δn及びγの値を測定し母体液晶からの変化量をもとに、実施例1で得られた化合物(1−7−205)の各物性値の外挿値を求めると、以下のとおりであった。
外挿Tn−i:10.2℃
外挿Δε:−13.2
外挿Δn:0.238
外挿γ:308mPa・s
また、調製した液晶組成物(M−A)は、室温にて一ヶ月間以上均一なネマチック液晶状態を維持した。
さらに、液晶組成物(M−A)を用いて作製した液晶表示装置は、優れた表示特性を示し、長期にわたり安定な表示特性を保ち、高い信頼性を示した。
(比較例1)液晶組成物の調製―3
母体液晶(H)85%と、以下に示す化合物(A)15%からなる液晶組成物(M−C)を調製した。
Figure 2019099515
この組成物(M−C)より、上記化合物(A)の外挿Tn−i、外挿Δε、外挿Δn、外挿γの値は以下のとおりである。
外挿Tn−i:18.3℃
外挿Δε:−15.7
外挿Δn:0.184
外挿γ:241mPa・s
上記実施例133及び比較例1より、本発明の化合物は比較例の化合物と同程度の|Δε|を有しつつ、高いΔnを得られることが分かる。
(比較例2)液晶組成物の調製―4
母体液晶(H)85%と、以下に示す化合物(B)15%からなる液晶組成物(M−D)を調製した。
Figure 2019099515
この組成物(M−D)より、上記化合物(B)の外挿Tn−i、外挿Δε、外挿Δn、外挿γの値は以下のとおりである。
外挿Tn−i:3.2℃
外挿Δε:−9.7
外挿Δn:0.073
外挿γ:94mPa・s
上記実施例133及び比較例2より、本発明の化合物は|Δε|が大幅に大きく、Δnも大幅に高いことが分かる。

Claims (9)

  1. 一般式(i)
    Figure 2019099515
    (式中、Ri1は水素原子、炭素原子数1から15のアルキル基又は炭素原子数2から15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は−C≡C−、−O−、−S−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良く、これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良く、
    i2は水素原子、炭素原子数1から15のアルキル基又は炭素原子数2から15のアルケニル基を表し、これらの基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は−C≡C−、−O−、−S−、−COO−、−OCO−又は−CO−により置き換えられても良く、これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良く、
    i1及びAi2は各々独立して
    (a)1,4−シクロへキシレン基(この基中に存在する1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は−O−又は−S−に置き換えられても良い。)
    (b)1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良く、この基中に存在する1つの水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)
    (c)1,4−シクロヘキセニレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(ナフタレン−2,6−ジイル基又は1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は−N=に置き換えられても良く、また、これらの基中に存在する水素原子はフッ素原子に置換されても良い。)
    からなる群より選ばれる基を表し、
    i1及びZi2は各々独立して−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHS−、−SCH−、−CH−S(=O)−、−S(=O)−CH−、−CH−S(=O)−、−S(=O)−CH−又は単結合を表し、
    i1は−S−、−S(=O)−又は−S(=O)−を表し、
    i1及びni2は各々独立して0、1又は2を表すが、ただし、ni1+ni2は0、1又は2を表し、
    i1及びXi2は各々独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基を表し、
    i1は−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−、−CF−、−CO−を表す。)
    で表される化合物。
  2. 一般式(i)において、Ai1及びAi2
    Figure 2019099515
    から選ばれる基を表す、請求項1に記載の化合物。
  3. 一般式(i)において、Zi1の少なくとも1つ以上が−CHO−、−OCH−、−CHCH−、−CH−S(=O)−、−S(=O)−CH−又は単結合を表す請求項1又は2に記載の化合物。
  4. 一般式(i)において、Yi1が−O−を表す請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
  5. 一般式(i)において、Xi1及びXi2が共にフッ素原子を表す請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
  6. 一般式(i)において、ni1が0を表す請求項1〜5のいずれか一項に記載の化合物。
  7. 一般式(i)において、Si2が−S−を表す請求項1〜6のいずれか一項に記載の化合物。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の化合物を一種又は二種以上含有する組成物。
  9. 請求項8記載の組成物を使用した液晶表示素子。
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