JP3823354B2 - 酸素原子含有結合基を持つアルケニル化合物、液晶組成物および液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶性化合物および液晶組成物に関し、さらに詳しくは酸素原子含有結合基を持つ新規なアルケニル化合物、これを含有する液晶組成物および該液晶組成物を用いて構成した液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子は、時計、電卓、各種測定機器、自動車用パネル、ワープロ、電子手帳、プリンタ−、コンピュ−タ−、テレビ等に広く用いられている。
これらの液晶表示素子は、液晶性化合物が有する光学異方性(△n)や誘電率異方性(△ε)を利用するものであり、その表示方法として、動的散乱型(DS型)、ゲスト・ホスト型(GH型)、ねじれネマチック型(TN型)、超ねじれネマチック型(STN型)、薄膜トランジスター型(TFT型)および強誘電性液晶(FLC)等が知られている。また駆動方式として、スタティック駆動方式、時分割駆動方式、アクティブマトリックス駆動方式および2周波駆動方式等が知られているが、中でも表示性能が最も高くかつ製造コストが低いという利点から、STN方式が特に多用されている。
【0003】
STN方式に使用される液晶化合物には種々の特性が要求されるが通常、
1)急峻なしきい値電圧(Vth)特性を持つこと
2)広い動作駆動温度範囲を持つ(他の液晶性化合物との相溶解性がよい)こと
3)応答時間が短いこと
4)駆動電力が小さいこと
といった点が重要である。
上記特性のうち、1)は弾性定数比(特にK33/K11)の値を大きくすることにより達成される(Proc.of the Japan Display,388(1986))。このような特性の化合物を含めた液晶組成物を用いることにより、特にコントラスト比が大きな高表示品位の液晶表示素子を得ることができるので、この特性は現在求められているものの中で実用上最も重要なものと云える。
また、2)は液晶表示素子(これに用いられる液晶組成物についても同じ)の使用を広い温度範囲下で可能にするために必要な特性である。該液晶組成物には、広い温度範囲下特に低温下でネマチック相を有する上、結晶の析出やスメクチック相の発現がないことが要求されている。しかし、液晶組成物は個々の表示素子に要求される特性に応じて数種ないし二十数種の液晶性化合物を混合することにより得られているので、上記の要求を満たすためには、混合される液晶性化合物が他の液晶化合物に対し特に低温下で良好な相溶性を示すことが極めて重要である。
【0004】
3)は液晶パネル中で配向した液晶分子の電場に対する応答速度が短いことを意味するが、この性質は液晶組成物の粘性により支配され、低粘性とすればよいことはすでに知られている(Phys.Lett.,39A,69(1972))。 このような高速応答性の液晶組成物は、非常に粘性の低い液晶性化合物を多量に使用することにより調製し得る。この場合、表示品位面からレターデーション(1stミニマムの条件:Appl.Phys.Lett.38(7),497)を考慮しなくてはならない。すなわち、セル厚と△n(組成物)の積を一定に保つため、該△nが適切な大きさとなる様に液晶性化合物を選択して使用する必要がある。
4)は液晶表示素子を設計する上で重要な要因である組成物のVthに関連しこの値を小さくすることを意味するが、該Vthは△εの関数である(Vth=π(K/ε0Δε)1/2、Mol.Cryst.Liq.Cryst.,12,57(1970))。 そのため、目的に応じて適切な大きさの△εを示す液晶性化合物およびこれを含む液晶組成物が必要である。
【0005】
上記の特性に加え、さらに以下の特性も必要とされる。
その1つは安定性である。液晶表示素子はしばしば高温下や屋外といった過酷な条件下で使用されるので、液晶組成物に用いられる液晶性化合物は十分に高い化学的安定性を有していなければならない。
その2は、それぞれの物理的特性項目においての温度依存性である。
すなわち、実用下の液晶表示素子は、種々の環境下、特に極めて広い温度範囲(例えば−20〜40℃)下でもその表示品位を一定に維持しなければならないが、そのためには各物性値の温度依存性が無いかあるいは極めて小さい液晶組成物、従ってそのための液晶性化合物を使用する必要がある。
【0006】
このような要請に応えるため、STN用の液晶性化合物として従来より種々のものが検討されている。それらのうち、比較的大きなK33/K11を持つ化合物としてアルケニル化合物が開発され、これを用いた液晶組成物および液晶表示素子が実用化されている。例えば式(10)で表される2環系p型液晶(△εが正であるもの)がMol.Cryst.Liq.Cryst.,122,241(1985)に、また式(11)で表される2環系n型液晶(△εが負であるもの)が特開平−151531号に開示されている。
【0007】
【化8】
【0008】
【化9】
【0009】
また、高温領域でネマチック相を示す化合物として、式(12)で表される3環系の化合物が特開昭61−83136号に開示されている。
【0010】
【化10】
)
【0011】
しかし、これらの式(10)〜(12)で表される化合物は、K33/K11の大きさが未だ十分とは云えない上、粘性、他の液晶性化合物との相溶性および各物性値の温度特性等の面で必ずしも満足できるものではない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、急峻なVth、他の液晶性化合物との良好な相溶解性、低い粘性、高速応答性および適切な大きさの△nと△εといった諸特性を同時に有する新規な液晶性化合物およびこれらを含有する液晶組成物を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来知られている末端基例のアルケニル基を分子中に持つが、同時にメチレンオキシ基、オキシメチレン基、ブチレンオキシ基およびオキシブチレン基から選ばれる基を中央結合基として持たせることにより、上記の諸特性を備えた液晶性化合物が得られることを見い出し本発明を完成するに至った。
【0014】
上記目的を達成するため、本発明は以下の各項に示す構成を特徴とする。
(1)一般式(1)
【0015】
【化11】
【0016】
(式中、X1、X2、X3は互いに独立して−CH2O−、−OCH2−、−(CH2)3O−、−O(CH2)3−、共有結合、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−、−CH2CH2−、−(CH2)4−、−CH=CH−CH2CH2−または−CH2CH2−CH=CH−を示すが、それらのうちの少なくとも1つは−CH2O−、−OCH2−、−(CH2)3O−または−O(CH2)3−である。R1は炭素数2〜20のアルケニル基を示し、Y1 は炭素数1〜20のアルキル基を示す。環A1、A2、A3、A4 は1,4−シクロヘキシレンを示すが、環A 1 、A 2 、A 3 およびA 4 の1つは1,4−フェニレンであってもよく、この1,4−フェニレンの1つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。m、nは互いに独立して0または1である。但し、R 1 に結合する環A 1 、A 2 またはA 3 は1,4−シクロヘキシレンである。)で表されるアルケニル化合物。
(2) X1、X2、X3のうちの少なくとも一つが−CH2O−または−OCH2−である(1)に記載のアルケニル化合物。
(3) mが0、nが1である(2)に記載のアルケニル化合物。
(4) m、nが共に0である(2)に記載のアルケニル化合物。
(5) (1)〜(4)のいずれかに記載のアルケニル化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする液晶組成物。
(6) 第一成分として、(1)〜(4)のいずれかに記載のアルケニル化合物を少なくとも1種類含有し、第二成分として、一般式(2)、(3)および(4)
【0017】
【化12】
(式中、R2は炭素数1〜10のアルキル基を示し、Y2はフッ素原子、塩素原子、OCF3、OCF2H、CF3、CF2HまたはCFH2を示し、L1、L2、L3およびL4は相互に独立して水素原子またはフッ素原子を示し、Z1およびZ2は相 互に独立して1,2−エチレン基、−CH=CH−または共有結合を示し、aは1または2である。)からなる群から選択される化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする液晶組成物。
(7) 第一成分として、請求項1〜4のいずれかに記載のアルケニル化合物を少なくとも1種類含有し、第二成分として、一般式(5)、(6)、(7)、(8)および(9)
【0018】
【化13】
(式中、R3はフッ素原子、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数2〜10のアルケニル基を示す。該アルキル基またはアルケニル基中の任意のメチレン基は酸素原子によって置換されていてもよいが、2つ以上のメチレン基が連続して酸素原子に置換されることはない。環Bは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたは1,3−ジオキサン−2,5−ジイルを示し、環Cは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたはピリミジン−2,5−ジイルを示し、環Dは1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンを示し、Z3は1,2−エチレン基、−COO−または共有結合を示し、L5およびL6は相互に独立して水素原子またはフッ素原子を示し、bおよびcは相互に独立して0または1である。)
【0019】
【化14】
(式中、R4は炭素数1〜10のアルキル基を示し、L7は水素原子またはフッ素原子を示し、dは0または1である。)
【0020】
【化15】
(式中、R5は炭素数1〜10のアルキル基を示し、環Eおよび環Fは相互に独立して1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンを示し、Z4およびZ5は相互に独立して−COO−または共有結合を示し、Z6は−COO−または−C≡C−を示し、L8およびL9は相互に独立して水素原子またはフッ素原子を示し、Y3はフッ素原子、OCF3、OCF2H、CF3、CF2HまたはCFH2を示し、e、fおよびgは相互に独立して0または1である。)
【0021】
【化16】
(式中、R6およびR7は相互に独立して炭素数1〜10のアルキル基または炭素数2〜10のアルケニル基を示す。いずれにおいてもそのうちの任意のメチレン基は酸素原子によって置換されていてもよいが、2つ以上のメチレン基が連続して酸素原子に置換されることはない。環Hは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたはピリミジン−2,5−ジイルを示し、環Iは1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンを示し、Z6は−C≡C−、−COO−、−(CH2)2−、−CH=CH−C≡C−または共有結合を示し、Z7は−COO−または共有結合を示す。)
【0022】
【化17】
(式中、R8およびR9は相互に独立して炭素数1〜10のアルキル基または炭素数2〜10のアルケニル基を示す。いずれにおいてもそのうちの任意のメチレン基は酸素原子によって置換されていてもよいが、2つ以上のメチレン基が連続して酸素原子に置換されることはない。環Jは1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたはピリミジン−2,5−ジイルを示し、環Kは1,4−シクロヘキシレン、環上の1つ以上の水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい1,4−フェニレンまたはピリミジン−2,5−ジイルを示し、環Lは1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレンを示し、Z8およびZ10は相互に独立 して−COO−、1,2−エチレン基または共有結合を示し、Z9は−CH=CH−、−C≡C−、−COO−または共有結合を示し、hは0または1である。)からなる群から選択される化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする液晶組成物。
(8) 第一成分として、(1)〜(4)のいずれかに記載のアルケニル化合物を少なくとも1種類含有し、第二成分の一部分として、一般式(2)、(3)および(4)からなる群から選択される化合物を少なくとも1種類含有し、第二成分の他の部分として、一般式(5)、(6)、(7)、(8)および(9)からなる群から選択される化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする液晶組成物。
(9) (5)〜(8)のいずれかに記載の液晶組成物を用いて構成した液晶表示素子。
【0023】
本発明の化合物は、既述した通り一般式(1)で示される。
該式中、末端基のR1は炭素数2〜20のアルケニル基を示すが、特にトランス−1−アルケニル基、シス−2−アルケニル基およびトランス−3−アルケニル基が好ましい。それらのより具体的な例として、ビニル基、1−プロペニル基、1−ブテニル基、1−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、1−オクテニル基、2−プロペニル基、2−ブテニル基、2−ペンテニル基、2−ヘキセニル基、2−ヘプテニル基、2−オクテニル基、3−ブテニル基、3−ペンテニル基、3−ヘキセニル基、3−ヘプテニル基、3−オクテニル基、1,5−ヘキサジエニル基、1,5−ヘプタジエニル基、4−フルオロ−1−ブテニル基および1,3−ブタジエニル基を挙げることができる。
上記のR1を適宜選択することにより所望の大きさのK33/K11を達成することができる。例えば、特に大きい、中庸またはやや小さいといったK33/K11を望む場合、R1として3−アルケニル基、1−アルケニル基または2−アルケニル基をそれぞれ選択することによりこれを達成することができる。
【0024】
次に、基Y1は炭素数1〜20のアルキル基を示す。
【0025】
さらに詳しくは、アルキル基としてメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニルおよびデシルの各基を挙げることができる。
【0026】
これらのY1で示される基は、これを適切に選択することにより化合物の△εを所望の大きさに調整することができる。例えば、特に大きな△εを望む場合には、Y1としてフッ素原子、塩素原子、シアノ基、ハロゲン置換アルキル基、ハロゲン置換アルコキシ基、ハロゲン置換アルコキシアルキル基およびハロゲン置換アルケニル基を、上記以外の場合には、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルケニル基およびアルキニル基をそれぞれ選択すればよい。
【0027】
また、環A1、A2、A3およびA4 は1,4−シクロヘキシレンを示すが、環A 1 、A 2 、A 3 およびA 4 の1つは1,4−フェニレンであってもよく、この1,4−フェニレンの1つの水素はフッ素で置き換えられてもよい。但し、R 1 に結合する環A 1 、A 2 またはA 3 は1,4−シクロヘキシレンである。これらの環は、これを適切に選択することにより化合物の△nを任意かつ所望の大きさのものとすることができる。例えば、特に大きな△nを望む場合には、共鳴構造を持つ部位を増加させることが好ましいので、ベンゼン環を多く含む化合物とすればよい。逆に小さな△nを望む場合には、1,4−シクロヘキシレン環を多く含む化合物とすればよい。
【0028】
mとnは、これを適切に選択することにより液晶組成物の相転移温度を調整するに適した化合物を与えることができる。例えば、特に高い透明点を必要とする場合にはmとnが共に1である4環系の化合物を、中庸な透明点を必要とする場合にはmが1、nが0である3環系の化合物を、そして特に低い透明点を望む場合にはmとnが共に0である2環系の化合物をそれぞれ選択すればよい。
【0029】
このように、本発明の液晶性化合物は多くの化合物を包含するが、何れも電気光学表示材料にとって有効な諸特性、例えば特に急峻なVth特性、他の液晶性化合物との良好な相溶解性、低い粘性、高速応答性および適切な大きさの△nと△εといった特性を同時に有するので、特にSTN用液晶組成物の成分として有用である。
すなわち、本発明の液晶性化合物は、従来のそれに比較して著しく大きなK33/K11を有しておりかつこの値の特に低温領域での温度依存性は極めて小さいので、これにより特に急峻なVth特性を広温度域で達成することができる。
また、本発明の液晶性化合物は他の液晶性化合物に対する溶解度が高いので、これを用いた液晶組成物は実用面から要求される−20℃を含め低温においてネマチック相を損なうことはない。
【0030】
また、本発明の液晶性化合物は何れも低い粘性を示しかつ該粘性の特に低温での温度依存性は極めて小さいので、これを成分として多量に使用しても得られる液晶組成物の粘度は広温度域で著しく増加することはなく、これにより高速応答性を有する液晶組成物を調製することが可能となる。
また、本発明の液晶性化合物は適当な大きさの△nと△εを有しているが、これらは一般式(1)中のR1、Y1、A1、A2、A3、A4、X1、X2、X3、mおよびnを適宜選択することにより任意に調節することができる。
上記に加え、本発明の液晶性化合物は化学的にみて非常に安定であるため、これを成分として使用した場合、得られる液晶組成物は非常に高い比抵抗値と電圧保持率(VHR)を示す上、紫外光や加熱といった外的要因に対し著しく安定で実用に耐えるものとなる。
【0031】
本発明の液晶性化合物はSTN用液晶組成物の成分として用いることが最も好ましいが、上記したような優れた特性を有するので、これに限らず他の用途、例えばTN、ゲストホストモ−ド、ポリマ−分散型液晶表示素子、動的散乱モ−ド、アクティブマトリックスおよびFLC用の液晶化合物としても好適に使用し得る。
【0032】
本発明により提供される液晶組成物は、一般式(1)で示される液晶性化合物を少なくとも一種類含む第一成分のみでもよいが、これに加え、第二成分として既述参照の一般式(2)、(3)および(4)からなる群から選ばれる少なくとも1種類以上の化合物(以下第二A成分と称する)および/または一般式(5)、(6)、(7)、(8)および(9)からなる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物(以下第二B成分と称する)を混合したものが好ましく、さらに、Vth、液晶相温度範囲、△n、△εおよび粘度等を調整する目的で、公知の化合物を第三成分として混合することもできる。
【0033】
上記第二A成分のうち、一般式(2)、(3)および(4)に含まれる化合物の好適例として、それぞれ(2−1)〜(2−15)、(3−1)〜(3−48)および(4−1)〜(4−53)を挙げることができる。
【0034】
【化18】
【0035】
【化19】
【0036】
【化20】
【0037】
【化21】
【0038】
【化22】
【0039】
【化23】
【0040】
【化24】
【0041】
【化25】
【0042】
【化26】
(各式中、R2は前記と同一の意味を示す。)
【0043】
これらの一般式(2)〜(4)で表される化合物は、△εが正で、熱的安定性や化学的安定性に優れており、特に電圧保持率(VHR)の高いかあるいは比抵抗値の大きいといった高信頼性が要求されるTFT用の液晶組成物を調製する場合に不可欠な化合物であるが、STN表示方式や通常のTN表示方式用の液晶組成物を調製する場合に使用することもできる。
該化合物の使用量は、TFT用の液晶組成物を調製する場合には、液晶組成物の全重量に対して1〜99重量%の範囲が適するが、好ましくは10〜97重量%、より好ましくは40〜95重量%である。
【0044】
次に、前記第二B成分のうち、一般式(5)、(6)および(7)に含まれる化合物の好適例として、それぞれ(5−1)〜(5−24)、(6−1)〜(6−3)および(7−1)〜(7−28)を挙げることができる。
【0045】
【化27】
【0046】
【化28】
【0047】
【化29】
【0048】
【化30】
【0049】
【化31】
(各式中、R3、R4およびR5は前記と同一の意味を示す。)
【0050】
これらの一般式(5)〜(7)で表される化合物は、△εが正でその値が大きく、組成物成分として特にVthを小さくする目的で使用される。また、粘度の調整、△nの調整および透明点を高くしネマチックレンジを広げる等の目的や、 Vthの急峻性を改良する目的にも使用される。
【0051】
また第二B成分のうち、一般式(8)および(9)に含まれる化合物の好適例として、それぞれ(8−1)〜(8−8)および(9−1)〜(9−12)を挙げることができる。
【0052】
【化32】
【0053】
【化33】
(各式中、R6、R7、R8およびR9はそれぞれ前記と同一の意味を示す。)
【0054】
これらの一般式(8)および(9)で表される化合物は△εが負かまたは若干正を示し、そのうち一般式(8)で表される化合物は組成物成分として主に粘度低下や△nの調整の目的に、また一般式(9)で表される化合物は、透明点を高くしネマチックレンジを広げる目的および/または△nの調整を目的に使用される。
【0055】
上記の一般式(5)〜(9)で表される化合物は、特にSTN表示方式や通常のTN表示方式用の液晶組成物を調製する場合に不可欠な化合物であるが、前記したTFT用の液晶組成物を調製する場合にも使用することができる。
該化合物の使用量は、通常のTN表示方式やSTN表示方式用の液晶組成物を調製する場合には、液晶組成物の全重量に対して1〜99重量%の範囲が適するが、好ましくは10〜97重量%が、より好ましくは40〜95重量%の範囲である。
【0056】
このようにして調製される本発明の液晶組成物は、これをSTN方式の液晶表示素子に用いることによってVthの急峻性を改善することができる。また、一般式(1)に示す本発明の化合物は低粘性でもあるので、これを用いることにより液晶表示素子の応答速度を改善することができる。
上記の本発明組成物は、一般式(1)で示される本発明液晶性化合物の少なくとも一種類を0.1〜99重量%の割合で含有することが、優良な特性を発現せしめるために好ましい。
【0057】
本発明の液晶組成物はそれ自体慣用な方法、例えば各成分を高温度下で互いに溶解させるか、または各成分を有機溶媒に溶かして混合した後減圧下溶媒を留去する方法等により一般に調製される。
また、必要により適当な添加物を加えることによって、意図する用途に応じた改良がなされ最適化される。このような添加物は当業者によく知られており、文献等に詳細に記載されている。通常、液晶のらせん構造を誘起して必要なねじれ角を調整し逆ねじれ(reverse twist)を防ぐ、といった効果を有するキラルド−プ剤(chiral dopants)などが添加される。
【0058】
また、メロシアニン系、スチリル系、アゾ系、アゾメチン系、アゾキシ系、キノフタロン系、アントラキノン系およびテトラジン系等の二色性色素を添加すれば、ゲストホスト(GH)モ−ド用の液晶組成物として使用することもできる。本発明に係る組成物は、ネマチック液晶をマイクロカプセル化して作成したNCAPや液晶中に三次元編目状高分子を形成して作製したポリマ−ネットワ−ク液晶表示素子(PNLCD)に代表されるポリマ−分散型液晶表示素子(PDLCD)用を始め、複屈折制御(ECB)モ−ドや動的散乱(DS)モ−ド用の液晶組成物としても使用できる。
【0059】
このようにして本発明の液晶組成物は調製されるが、その例として以下の組成例1〜15を示すことができる。
なお、各組成例中において、化合物の表示は下記表1に示す取り決めに従い、左末端基についてはa−、aO−、aOb−、Va−、aVb−およびaVbVd−(a、b、dは1以上の整数)により、結合基については2、E、T、V、CF2O、OCF2、1OおよびO1により、環構造についてはB、B(F)、B(F、F)、H、Py、DおよびChにより、右末端基については−F、−CL、−C、−CF3、−OCF3、−OCF2H、−w、−Owおよび−EMe(wは1以上の整数)によりそれぞれ示した。また、本発明化合物に付した化合物No.は後述の実施例中に示されるそれと同一であり、各成分の混合割合は重量%である。
【0060】
【表1】
【0061】
組成例1
V−HBO1H−4 (No.21) 8.0%
V2−HB−C 12.0%
1V2−HB−C 11.0%
1V2−BEB(F,F)−C 11.0%
2−BTB−1 8.0%
4−BTB−O2 8.0%
5−BTB−O1 6.0%
3−HH−4 3.0%
3−HH−EMe 3.0%
3−H2BTB−2 4.0%
3−H2BTB−3 4.0%
3−H2BTB−4 4.0%
3−HB(F)TB−2 6.0%
3−HB(F)TB−3 6.0%
3−HB(F)TB−4 6.0%
【0062】
組成例2
V−HO1H−3 (No.1) 8.0%
V−HBO1H−4 (No.21) 7.0%
V2−HB−C 9.0%
1V2−HB−C 9.0%
3−HB−C 14.0%
1O1−HB−C 8.0%
2O1−HB−C 4.0%
2−HHB−C 5.0%
3−HHB−C 5.0%
3−HH−4 4.0%
1O1−HH−5 8.0%
2−BTB−O1 11.0%
3−HHB−1 8.0%
【0063】
組成例3
V−HO1H−3 (No.1) 15.0%
3−HB(F)−C 5.0%
3O1−BEB(F)−C 6.0%
V2−HB−C 11.0%
2−BTB−O1 5.0%
3−BTB−O1 5.0%
4−BTB−O1 5.0%
4−BTB−O2 5.0%
5−BTB−O1 5.0%
3−H2BTB−2 2.0%
3−H2BTB−3 3.0%
3−H2BTB−4 3.0%
3−HB(F)TB−2 6.0%
3−HB(F)TB−3 6.0%
3−HB(F)TB−4 6.0%
2−PyBH−3 4.0%
3−PyBH−3 4.0%
3−PyBB−2 4.0%
【0064】
組成例4
V−HBO1H−4 (No.21) 5.0%
1V2−H1OB−C (No.2) 10.0%
3O1−BEB(F)−C 6.0%
5O1−BEB(F)−C 5.0%
1V2−BEB(F,F)−C 10.0%
2−HHB(F)−C 5.0%
3−HHEB−F 5.0%
5−HHEB−F 5.0%
3−HBEB−F 6.0%
3−HHB−F 3.0%
3−HB−O2 10.0%
3−HH−4 6.0%
3−HHB−3 6.0%
3−HHB−O1 4.0%
3−H2BTB−2 4.0%
3−H2BTB−3 4.0%
3−HEBEB−1 3.0%
3−HEBEB−F 3.0%
【0065】
組成例5
1V2−H1OB−C (No.2) 6.0%
V2−HO1HBB−2 (No.141) 2.0%
5−PyB−F 5.0%
3−DB−C 6.0%
4−DB−C 10.0%
2−BEB−C 6.0%
3−BEB−C 8.0%
3−HHEBB−C 3.0%
5−HBEBB−C 3.0%
3−PyB(F)−F 6.0%
3−HEB−O4 11.0%
4−HEB−O2 6.0%
5−HEB−O1 6.0%
3−HEB−O2 5.0%
5−HEB−1 4.0%
4−HEB−4 5.0%
1O−BEB−2 2.0%
3−HHB−1 6.0%
【0066】
組成例6
V−HBO1H−4 (No.21) 6.0%
V−HO1H−3 (No.1) 6.0%
V2−HO1HBB−2 (No.141) 3.0%
5−BB−C 7.0%
7−HEB−F 3.0%
3−PyBB−F 4.0%
3−HB−O2 10.0%
3−PyB−4 3.0%
4−PyB−4 3.0%
6−PyB−4 3.0%
3−PyB−5 3.0%
4−PyB−5 3.0%
6−PyB−5 3.0%
6−PyB−O5 4.0%
6−PyB−O6 4.0%
6−PyB−O7 4.0%
6−PyB−O8 4.0%
2−HHB−1 4.0%
3−HHB−1 8.0%
3−HHB−3 10.0%
3−HHB−O1 5.0%
【0067】
組成例7
V−HBO1H−4 (No.21) 10.0%
3−H2HB(F,F)−F 8.0%
5−H2HB(F,F)−F 8.0%
3−HHB(F,F)−F 8.0%
4−HHB(F,F)−F 6.0%
3−HH2B(F,F)−F 10.0%
5−HH2B(F,F)−F 8.0%
3−HBB(F,F)−F 14.0%
5−HBB(F,F)−F 10.0%
3−HHEB(F,F)−F 6.0%
4−HHEB(F,F)−F 3.0%
3−HBEB(F,F)−F 3.0%
3−HHBB(F,F)−F 3.0%
3−HH2BB(F,F)−F 3.0%
【0068】
組成例8
V−HO1H−3 (No.1) 8.0%
V−HBO1H−4 (No.21) 5.0%
7−HB(F)−F 14.0%
2−HHB(F)−F 10.0%
3−HHB(F)−F 10.0%
5−HHB(F)−F 10.0%
2−H2HB(F)−F 6.0%
3−H2HB(F)−F 3.0%
5−H2HB(F)−F 6.0%
2−HBB(F)−F 7.0%
3−HBB(F)−F 7.0%
5−HBB(F)−F 14.0%
【0069】
組成例9
V−HO1H−3 (No.1) 7.0%
V−HO1HVH−3 (No.115) 5.0%
V2−HO1HBB−2 (No.141) 3.0%
5−HB−CL 7.0%
7−HB(F,F)−F 10.0%
2−HBB(F)−F 7.0%
3−HBB(F)−F 7.0%
5−HBB(F)−F 14.0%
4−HHB−CL 10.0%
5−HHB−CL 5.0%
3−HBB(F,F)−F 11.0%
5−HBB(F,F)−F 9.0%
3−HB(F)VB−2 5.0%
【0070】
組成例10
V−HO1H−3 (No.1) 10.0%
5−H2B(F)−F 5.0%
2−HHB(F)−F 10.0%
3−HHB(F)−F 10.0%
5−HHB(F)−F 10.0%
2−HBB(F)−F 5.0%
3−HBB(F)−F 5.0%
5−HBB(F)−F 10.0%
3−HHB(F,F)−F 7.0%
5−HHB(F,F)−F 4.0%
3−HH2B(F,F)−F 9.0%
5−HH2B(F,F)−F 6.0%
5−H2HB(F,F)−F 5.0%
3−HBB−F 2.0%
5−HHEBB−F 2.0%
【0071】
組成例11
V−HO1H−3 (No.1) 4.0%
V−HBO1H−4 (No.21) 3.0%
V2−HO1HBB−2 (No.141) 3.0%
2−HHB(F)−F 4.0%
3−HHB(F)−F 4.0%
5−HHB(F)−F 4.0%
2−HBB(F)−F 6.0%
3−HBB(F)−F 6.0%
5−HBB(F)−F 12.0%
4−H2BB(F)−F 8.0%
5−H2BB(F)−F 5.0%
3−H2BB(F,F)−F 4.0%
4−H2BB(F,F)−F 4.0%
5−H2BB(F,F)−F 4.0%
3−HBB(F,F)−F 10.0%
5−HBB(F,F)−F 7.0%
3−HH2B(F,F)−F 5.0%
5−HH2B(F,F)−F 5.0%
1O1−HBBH−3 2.0%
【0072】
組成例12
V−HBO1H−4 (No.21) 4.0%
V−HO1H−3 (No.1) 6.0%
6−HB−F 8.0%
7−HB−F 8.0%
5−HB−3 5.0%
3−HB−O1 5.0%
3−HHB−OCF3 6.0%
4−HHB−OCF3 5.0%
5−HHB−OCF3 7.0%
3−HH2B−OCF3 3.0%
5−HH2B−OCF3 3.0%
3−HH2B−F 3.0%
5−HH2B−F 3.0%
3−HBB(F)−F 6.0%
5−HBB(F)−F 5.0%
3−HH2B(F)−F 7.0%
5−HH2B(F)−F 9.0%
3−HB(F)BH−3 3.0%
5−HB(F)BH−3 2.0%
5−HB(F)BH−5 2.0%
【0073】
組成例13
【0074】
組成例14
V−HO1H−3 (No.1) 5.0%
1V2−H1OB−C (No.2) 5.0%
V−HB−C 10.0%
1V−HB−C 5.0%
5−BB−C 5.0%
2−HB(F)−C 5.0%
4−BB−3 3.0%
3−H2B−O2 5.0%
5−H2B−O2 5.0%
3−BEB−C 5.0%
5−HEB−O1 8.0%
5−HEB−O3 8.0%
5−BBB−C 5.0%
4−BPyB−C 4.0%
4−BPyB−5 4.0%
5−HB2B−4 5.0%
5−HBB2B−3 3.0%
1V−HH−1O1 5.0%
1V2−HBB−3 5.0%
【0075】
組成例15
V2−HH1OB(F)−C (No.32) 8.0%
V2−H1OHB−C (No.28) 8.0%
4−HEB(F)−F 8.0%
5−HEB(F)−F 8.0%
2−BEB(F)−C 5.0%
3−BEB(F)−C 5.0%
5−BEB(F)−C 8.0%
1O3−HB(F)−C 6.0%
3−HHEB(F)−F 5.0%
5−HHEB(F)−F 5.0%
2−HBEB(F)−C 5.0%
3−HBEB(F)−C 6.0%
5−HBEB(F)−C 5.0%
3−HBTB−2 10.0%
V2−HH−3 4.0%
V2−HHB−1 4.0%
【0076】
本発明の一般式(1)で示される化合物は、通常の有機合成化学的手法、例えばオ−ガニック・シンセシス、オ−ガニック・リアクションズおよび実験化学講座等に記載のある手法を適切に組み合わせることによって容易に製造することができる。以下にそれらの合成例を示すが、該例中において、R1、Y1、A1、A2、A3、A4、X1、X2、X3、mおよびnは前記と同一の意味を示し、MG1は式(13)〜(15)から選ばれるメソゲンの左側残基、MG2は式(16)〜(18)から選ばれるメソゲンの右側残基(ただし、式(13)と(18)、(14)と(17)および(15)と(18)がそれぞれ対応して選ばれる)、Raは水素原子または炭素数1〜18のアルキル基、Rbは水素原子あるいは炭素数1〜17のアルキル基、Rcは水素原子または炭素数1〜16のアルキル基を示し、pは1〜3の整数である。
【0077】
【化34】
【0078】
【化35】
【0079】
中央結合基にメチレンオキシ基を有する化合物の製造:
常法により製造されるカルボン酸(19)を還元してアルコール体とした後、その水酸基をハロゲン化してハロゲン化物(21)を得る。なお、上記の還元は極一般的な手法、例えば水素化リチウムアルミニウム(J.Am.Chem.Soc.,87,1815(1965))、水素化ホウ素ナトリウム(J.Am.Chem.Soc.,93,2897(1971))またはボラン/THF錯体(J.Am.Chem.Soc.,92,1637(1970))等の汎用の還元剤を使用する方法により実施できる。またハロゲン化は、臭化水素酸(J.Chem.Soc.,C,667(1971))、三臭化燐(J.Am.Chem.Soc.,68,2513(1946))またはトリフェニルホスフィノジブロミド(Tetrahedron Lett.,913(1974))等の臭化剤、塩化チオニル(Org.Synth.,II,136(1943))またはオキシ塩化燐(Tetrahedron Lett.,3889(1967))等の塩化剤、ヨウ素/燐系(Org.Synth.,II,322(1943))またはヨウ化カリウム(Org.Synth.,IV,323(1963))等のヨウ化剤を用いることにより簡便に実施することができる。
かくして得られるハロゲン化物(21)を、常法で製造されるアルコール体またはフェノール体(23)と塩基性条件下で反応処理することにより本発明化合物例(1−1)を容易に製造することができる。なお上記の反応処理は、例えばCan.J.Chem.,47,2015(1969)またはCan.J.Chem.,44,1591(1966)の方法に従えばよい。
【0080】
中央結合基にブチレンオキシ基を有する化合物の製造:
このものも上記と同様にして製造することができる。すなわち、先ずカルボン酸(19)を増炭素反応に付してプロピオン酸誘導体(20)を製造する。
この増炭素反応は、還元とハロゲン化を経て製造されるハロゲン化物(21)を、シアノ化(Chem.Lett.,471(1973)、J.Org.Chem.,26,2522(1961)等)とこれに続く加水分解(Org.Synth.,III,557(1955)、J.Chem.Soc.,4722(1962)等)操作に繰り返し賦すことにより実施できる。
このカルボン酸誘導体(20)を前記と同様に還元した後ハロゲン化してハロゲン化物(22)とし、これを同様にアルコ−ル体またはフェノ−ル体(23)と反応処理することにより本発明化合物例(1−1)を製造することができる。
【0081】
【化36】
【0082】
中央結合基にオキシメチレン基を有する化合物の製造:
前記と同様にして、常法で製造されるアルコール体またはフェノール体(24)をハロゲン化物(25)または(26)と塩基性条件下で反応処理することにより本発明化合物例(1−2)を製造することができる。
【0083】
【化37】
【0084】
なお、本発明化合物(1)において、R1中のアルケニル部位はウイティッヒ反応(J.Am.Chem.Soc.,97,4327(1975)、J.Chem.Soc.,C,1984(1968))等の2重結合生成反応を活用することにより構築することができる。
例えば、既知の方法で製造されるアルデヒド(27)に塩基性条件下ホスホニウム塩(28)を作用させることにより1位がアルケニル基である化合物(1−3)を、上記アルデヒド(27)を元に増炭素反応を行ってアルデヒド(30)を得、これにホスホニウム塩(31)を同様に作用させることにより2位がアルケニル基である化合物(1−4)を、上記アルデヒド(30)を元に再度増炭素反応を施してアルデヒド(33)を得、これにホスホニウム塩(34)を同様に作用させることにより3位がアルケニル基である化合物(1−5)をそれぞれ製造することができる。なお、上記の塩基性条件を満たす塩基として、好ましくはカリウム−t−ブトキシド、ブチルリチウムおよび水素化ナトリウム等を挙げることができる。
【0085】
【化38】
【0086】
【化39】
【0087】
【化40】
【0088】
上記により製造される化合物において、R1中のアルケニル基に係る2重結合部位がシス体である場合には、これを例えば特開昭61−83136号に記載のある方法によりトランス体へ反転させることが好ましい。
【0089】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、各実施例中において、Cは結晶を、Nはネマチック相を、Sはスメクチック相を、Iは等方性液体を示し、相転移温度の単位は全て℃である。
【0090】
実施例1
4−ビニル−1−(4−(4−プロピルシクロヘキシル)メチルオキシ)シクロヘキサン((1)式において、R1がビニル基、Y1がプロピル基、環A3、環A4が共に1,4−シクロヘキシレン、X1、X2が共に共有結合、X3がメチレンオキシ基を示し、m、nが共に0である化合物(No.1))の製造
【0091】
シクロヘキサンジオンモノエチレンケタール(1.0mol)とエタノール500mlの混合物に10℃以下で水素化ホウ素ナトリウム(0.3mol)を少しずつ添加し、30分攪拌した後同温度を保ちながら6M塩酸50mlと水500mlを順次加えた。生成液をジエチルエーテル300mlで3回抽出し、得られる有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去した。残留物をペンタンから再結晶し、4−ヒドロキシ−7,10−ジオキシ−スピロ[5、4]デカン(0.81mol、収率81%)を得た。
このもの0.80molにTHF100mlとDMSO200mlを加えた混合物に、ヘプタンで十分洗浄した水素化ナトリウム(0.88mol相当)を徐々に加え、水素ガスの発生がなくなるまで攪拌した(約1時間)。ここへ4−プロピルシクロヘキシルメチルブロミド(0.8mol)のTHF100ml溶液を添加して室温で5時間攪拌した後、氷冷下、水200mlとトルエン200mlを加え、十分攪拌した後静置した。分離有機層を十分水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下溶媒を除去し、かくして得られる残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)、次いで再結晶(溶媒:エタノール)操作により精製し、4−(4−プロピルシクロヘキシルメチルオキシ)−7,10−ジオキシ−スピロ[5、4]デカン(0.48mol、収率59%)を得た。
このもの0.2molにトルエン100mlとギ酸10mlを加えた混合物を1時間還流し、室温まで冷却した後水100mlを加え、十分攪拌した後静置した。分離有機層をよく水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後溶媒を除去し、かくして得られる残留物をエタノールから再結晶して4−(4−プロピルシクロヘキシル)メトキシシクロヘキサノン(0.19mol、95%)を得た。
【0092】
このもの0.1molのTHF溶液50mlを、下記の溶液、すなわちトリフェニルホスホニウムメトキシメチルクロリド(0.12mol)とTHF50mlの混合物にカリウム−t−ブトキシド(0.12mol)を0℃以下で加え室温で1時間攪拌することにより得られる赤色均一溶液、に滴下し3時間攪拌した。
この反応物に水200mlとヘプタン300mlを加え、よく攪拌した後静置した。分離有機層を水洗した後減圧下で溶媒を除去し、得られる残留物にヘプタン200mlを加えてよく振とうし、不溶物を濾別除去した後ろ液を減圧下濃縮し、次いでカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製してエノールエーテル(0.062mol、収率62%)を得た。
このもの0.05molに6M塩酸20mlとTHF50mlを加えた混合物を一昼夜攪拌し、これに水50mlとトルエン100mlを加え、よく攪拌した後静置した。分離有機層を水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去し、かくして得られる残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製して4−(4−プロピルシクロヘキシル)メトキシシクロヘキサンカルボアルデヒド(0.041mol、収率41%)を得た。
【0093】
このもの0.03molのTHF溶液20mlを、下記の溶液、すなわちトリフェニルホスホニウムメチルブロミド(0.033mol)とTHF20mlの混合物にカリウム−t−ブトキシド(0.033mol)を0℃以下で加え室温で1時間攪拌することにより得られる赤色均一溶液、に滴下し3時間攪拌した。この反応物に水50mlとヘプタン80mlを加え、よく攪拌した後静置した。 分離有機層を水洗した後減圧下で溶媒を除去し、得られる残留物にヘプタン100mlを加えてよく振とうし、不溶物を濾別除去した後ろ液を減下濃縮し、次いでカラムクロマトグラフィ■(溶出液:ヘプタン)とこれに続く再結晶(溶媒:エタノール)操作により精製し、標題化合物(0.028mol、収率93%)を得た。このものスペクトルデータはよくその構造を支持した。
GC−MS:264(M+)
【0094】
実施例2(参考例)
4−(4−(3−ペンテニル)シクロヘキシル)メチルオキシベンゾニトリル((1)式において、R1が3−ペンテニル基、Y1がシアノ基、環A3が1,4 −シクロヘキシレン、環A4が1,4−フェニレン、X1、X2が共に共有結合、 X3がメチレンオキシ基を示し、m、nが共に0である化合物(No.2))の 製造
【0095】
トリフェニルホスホニウムメトキシメチルクロリド(0.55mol)とTHF300mlの混合物に0℃以下でカリウム−t−ブトキシド(0.55mol)を加え、室温で1時間攪拌して赤色の均一溶液を得た。ここへシクロヘキサンジオンモノエチレンケタール(0.5mol)のTHF200ml溶液を滴下し、3時間攪拌した後水500mlとトルエン500mlを加え、よく攪拌した後静置した。分離有機層を水洗した後無水硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで減圧下溶媒を除去し、残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製してエノールエーテル(0.46mol、収率92%)を得た。
このもの0.45molに6M塩酸100mlとTHF300mlを加えた混合物を室温で3日間攪拌し、これにジエチルエーテル500mlを加えてよく攪拌した。分離有機層を水洗した後減圧下で溶媒を除去することにより、残留物として白色結晶の4−オキソシクロヘキサンカルボン酸(0.35mol、収率78%)を得た。
このもの0.35molにエタノール300mlと硫酸5mlを加えた混合物を5時間還流し、室温まで冷却した後水300mlとヘプタン300mlを加え、十分攪拌した後静置した。分離有機層を水洗した後無水硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで減圧下溶媒を除去し、残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製して無色油状の4−オキソシクロヘキサンカルボン酸エチルエステル(0.3mol、収率86%)を得た。
【0096】
このもの0.3molのTHF溶液100mlを、下記の溶液、すなわち2−(2−ブロモエチル)−1,3−ジオキサン(0.33mol)、カリウム−t−ブトキシド(0.33mol)およびTHF300mlからなる混合物を1時間攪拌することにより得られる赤黄色の均一溶液、に10℃以下で添加し3時間攪拌した。この反応物に水400mlとトルエン300mlを加え十分攪拌した。、 分離有機層を水洗した後減圧下で溶媒を除去し、かくして得られる残留物にヘプタン200mlを加え、よく振とうした後不溶物を濾別除去した。ろ液を減圧下濃縮し、残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製した。得られた精製液にエタノール200ml、トルエン100mlおよび10%パラジウム炭素20gからなる混合物を加え、水素雰囲気下で5時間攪拌した。
触媒を反応系から濾別除去した後、ろ液を減圧下で濃縮、次いでカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製して4−(2−(1,3−ジオキシ−2−イル)エチル)シクロヘキサンカルボン酸エチルエステル(0.21mol、収率69%)を得た。このものはトランス/シス混合物であるが、分離せずにそのまま次の反応に使用した。
【0097】
このもの0.2molにトルエン100mlとギ酸30mlを加えた混合物を1時間還流した後冷却し、水100mlを加えて十分攪拌した。分離有機層を水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去し、かくして得られる残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製して4−(3−オキソプロピル)シクロヘキサンカルボン酸エチルエステル(0.19mol、収率95%)を得た。
このもの0.15molのTHF溶液50mlを、下記の溶液、すなわちエチルトリフェニルホスホニウムブロミド(0.17mol)、カリウム−t−ブトキシド(0.17mol)およびTHF70mlからなる混合物を室温で2時間攪拌して得られる溶液、に10℃以下で滴下し室温で3時間攪拌した。
この反応物に水100mlとトルエン100mlを加えてよく攪拌し、分離した有機層を減圧下で濃縮した。残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製し、シス−4−(3−ペンテニル)シクロヘキサンカルボン酸(0.11mol、収率72%)を得た。
このもの0.1molに炭酸ナトリウム(0.4mol)、メタークロロ過安息香酸(0.2mol)およびジクロロメタン300mlを加えた混合物を室温で一昼夜攪拌した。この反応物にトルエン200mlと水50mlを加えてよく攪拌し、分離有機層をチオ硫酸ナトリウムの飽和水溶液100mlで3回洗浄した後無水硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで減圧下溶媒を除去して粗製のエポキシド(0.1mol、収率99%)を得た。
【0098】
このもの0.1molにトリフェニルホスフィンジブロミド(0.2mol)とトルエン100mlを加えた混合物を3時間還流した後冷却し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で十分洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去し、かくして得られる残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製した後エタノールとベンゼンから各2回再結晶を行った。
白色結晶のエリスロ−4−(3,4−ジブロモペンチル)シクロヘキサンカルボン酸エチルエステル(0.023mol、収率23%)が得られた。
このもの0.02molに酢酸100mlと亜鉛(0.16mol)を加えた混合物を室温で一昼夜攪拌した。この反応物に水100mlとヘプタン70mlを加えて十分攪拌し、静置後分離した有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と水で十分洗浄した後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。次いで減圧下溶媒を除去し、残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製して無色油状の4−(3−ペンテニル)シクロヘキサンカルボン酸エチルエステル(0.17mol、収率85%)を得た。
【0099】
このもの0.15molとトルエン30mlの混合物を−65℃に冷却し、これに同温度を保ちながら水素化ジイソブチルアルミニウムのトルエン溶液(0.015mol相当)を滴下した。同温度で1時間攪拌した後メタノール10mlと6M塩酸30mlを加え、徐々に室温に戻した。析出した不溶物をセライトを用いて濾別し、ろ液を減圧下で濃縮した。残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン・酸酸エチル混合溶媒)により精製して4−(3−ペンテニル)シクロヘキシルメタノール(0.14mol、収率93%)を得た。
このもの0.1molにトリフェニルホスフィン(0.2mol)とジクロロメタン20mlを加えた混合物に四臭化炭素(0.15mol)を添加し室温で3時間攪拌した。この反応液に水50mlを加えて十分攪拌し、分離有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。次いで減圧下溶媒を除去し、残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製して4−(3−ペンテニル)シクロヘキシルメチルヨージド(0.1mol、収率99%)を得た。
このもの0.1molのTHF溶液20mlを、下記の溶液、すなわち4−シアノフェノール、THF10mlおよびDMSO5mlからなる混合物に水素化ナトリウム(0.11mol)を加え室温で2時間攪拌して得られる溶液、に水素ガスの発生がなくなった時点で加え、3時間60℃で攪拌した。次いで冷却下で水20mlを加えた後ヘプタン50mlでよく抽出し、次いで減圧下溶媒を除去した後残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)とこれに続く再結晶(溶媒:エタノール)操作により精製し、標題化合物(0.035mol、収率35%)を得た。このものスペクトルデータはよくその構造を支持した。GC−MS:283(M+)
【0100】
実施例1および実施例2の方法に準じ、次の化合物(No.3〜20)を製造することができる。
【0101】
【表2】
【0102】
【表3】
【0103】
実施例3
4−(4−(4−ブチルシクロヘキシル)メチルオキシ)フェニル)−1−ビニルシクロヘキサン((1)式において、R1がビニル基、Y1がブチル基、環 A2、A4が共に1,4−シクロヘキシレン、環A3が1,4−フェニレン、X1、X2が共に共有結合、X3がメチレンオキシ基を示し、m、nが共に0である化合物(No.21))の製造
【0104】
4−ブロモフェノール(0.5mol)、4−ブチルシクロヘキシルメチルブロミド(0.5mol)、水酸化カリウム(0.55mol)、水100mlおよびエチルセロソルブ500mlからなる混合物を8時間還流した後冷却し、これにトルエン500mlを加えてよく攪拌した。分離有機層を十分水洗した後無水硫酸マグネシウムで乾燥し、次いで溶媒を減圧下で除去することにより残留物として無色油状の4−(4−ブチルシクロヘキシル)メチルオキシ−1−ブロモベンゼン(0.5mol、収率定量的)を得た。
このもの0.5molのTHF溶液500mlをTHF50mlとマグネシウム(0.55mol)からなる混合物に注意深く滴下し、グリニヤール試薬溶液を調製した。この溶液にジシクロヘキサンジオンモノエチレンケタール(0.55mol)のTHF溶液300mlを10℃以下で滴下し、液温を室温に戻して3時間攪拌した後減圧下30℃以下でTHF700mlを除去し、かくして得られる残留物に飽和塩化アンモニウム水溶液100ml、次いで酢酸エチル500mlを加え、よく攪拌した後分離した有機層を減圧下で濃縮した。この濃縮有機層にトルエン300mlと酸性イオン交換樹脂であるアンバーリスト50gを加え、生成水を除去しながら5時間還流した後室温まで冷却した。この反応物を十分洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去することにより、残留物として4−(4−(4−ブチルシクロヘキシル)メチルオキシ)フェニル)−1−シクロヘキセ−3−ノン=エチレンケタール(0.36mol、収率72%)を得た。
【0105】
このもの0.35molにトルエン100ml、エタノール500mlおよび5%パラジウム炭素50gを加え、かくして得られる混合物を4Kg/cm2の水素雰囲気下で5時間攪拌した後触媒を濾別した。ろ液を減圧下で濃縮し、かくして得られる残留物をエタノールから再結晶して4−(4−(4−ブチルシクロヘキシル)メチルオキシ)フェニル)−1−シクロヘキサノン=エチレンケタール(0.32mol、収率92%)を得た。
このもの0.3molにギ酸50mlとトルエン500mlを加えた混合物を2時間還流し、冷却後トルエン層を十分水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去した。かくして得られる残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製して4−(4−(4−ブチルシクロヘキシル)メチルオキシ)フェニル)−1−シクロヘキサノン(0.26mol、収率86%)を得た。
【0106】
このもの0.2molのTHF溶液100mlを、下記の溶液、すなわちメトキシメチルトリフェニルホスホウニウムクロリド(0.22mol)とTHF200mlからなるケン濁液にカリウム−t−ブトキシド(0.22mol)を加え10℃以下で2時間攪拌して得られる赤色の均一溶液、に加え室温で5時間攪拌し、減圧下で溶媒を除去した後トルエン300mlと水500mlを加え十分攪拌した。分離有機層を減圧下で濃縮した後ヘプタン500mlを加えて十分攪拌した。不溶物を濾別除去し、得られるろ液を濃縮した後カラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製してエノールエーテル0.15molを得た。
このエノールエーテル(0.15mol)にTHF300mlと6M塩酸300mlを加えて一昼夜攪拌し、さらにトルエン300mlを加えて十分攪拌した後分離有機層を水洗し、次いで無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下で除去し、かくして得られる残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製して4−(4−(4−ブチルシクロヘキシル)メチルオキシ)フェニル)−1−シクロヘキサカルボアルデヒド(0.09mol、収率シクロヘキサノンから42%)を得た。
【0107】
このもの0.05molのTHF溶液50mlを、下記の溶液、すなわちメチルトルフェニルホスホニウムブロミド(0.055mol)とTHF100mlの混合物にカリウム−t−ブトキシド(0.055mol)を加え室温で1時間攪拌して得られる溶液、に滴下して3時間攪拌し、さらに水100mlとヘプタン100mlを加えて十分攪拌した。析出不溶物を濾別した後、分離有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下溶媒を除去し、かくして得られる残留物をカラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)とこれに続く再結晶(溶媒:エタノール)操作により精製して、白色固体の標題化合物(0.03mol、収率60%)を得た。このものの各種スペクトルデータはよくその構造を支持した。
1H−NMR:δ(ppm):7.00(4H、dd)、5.64−6.02(1H、m)、4.99(1H、t)、3.72(2H、d)、2.41(1H、t)、1.94−0.82(28H、m)。
GC−MS:354(M+)
また、このものは液晶性を示し、その相転移点はSB−N点:78.1℃、N−I点:129.0℃であった。
【0108】
実施例3の方法に準じ、次の化合物(No.22〜140)を製造することができる。
【0109】
【表4】
【0110】
【表5】
【0111】
【表6】
【0112】
【表7】
【0113】
【表8】
【0114】
【表9】
【0115】
【表10】
【0116】
【表11】
【0117】
【表12】
【0118】
【表13】
【0119】
【表14】
【0120】
【表15】
【0121】
実施例4(参考例)
4−(4−(4’−エチルビフェニリ−4−イル)シクロヘキシルメチルオキシ)−1−(3−ブテニル)シクロヘキサン((1)式において、R1が3−ブ テニル基、Y1がエチル基、環A1、環A2が共に1,4−シクロヘキシレン、環 A3、環A4が共に1,4−フェニレン、X1がメチレンオキシ基、X2、X3が共 に共有結合を示し、m、nが共に1である化合物(No.141))の製造
【0122】
実施例1の前段で得た4−ヒドロキシ−7,10−ジオキシ−スピロ[5、4]デカン(0.4mol)にTHF200mlとDMSO50mlを加えた混合物に、ヘプタンでよく洗浄した水素化ナトリウム(0.44mol相当)を加え2時間攪拌した。これに4−(4’−エチルビフェニル−4−イル)シクロヘキシルメチルブロミド(0.44mol)のTHF溶液200mlを加えて65℃で3時間攪拌し、さらに水300mlとトルエン300mlを加えてよく攪拌した。 分離有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去し、かくして得られる残留物をエタノール/酢酸エチルの混合溶媒から再結晶して4−(4−(4’−エチルビフェニリ−4−イル)シクロヘキシルメチルオキシ)−1−シクロヘキサノン=エチレンケタール(0.21mol、収率53%)を得た。このもの0.2molにトルエン300mlとギ酸50mlを加えた混合物を3時間還流した後室温まで冷却した。
この反応物を十分水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去し、かくして得られる残留物をヘプタンから再結晶して4−(4−(4’−エチルビフェニリ−4−イル)シクロヘキシルメチルオキシ)−1−シクロヘキサノン(0.18mol、収率90%)を得た。
【0123】
このもの0.1molのTHF溶液50mlを下記の溶液、すなわち2−(2−ブロモエチル)−1,3−ジオキサン(0.11mol)とTHF100mlからなる混合物にカリウム−t−ブトキシド(0.11mol)を加え室温で2時間攪拌して得られる黄色溶液、に10℃以下で滴下した。これを室温に戻して3時間攪拌し、さらにトルエン300mlと水300mlを加えて十分攪拌した。 分離した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で溶媒を除去した後カラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)により精製してウイテッヒ付加体(0.07mol、収率69%)を得た。
これにトルエン200mlと5%パラジウム炭素50gを加え4Kg/cm2の水素雰囲気下で5時間攪拌した。水素の吸収がなくなったことを確認したところで触媒を除去し、得られたろ液を減圧下で濃縮した後カラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)により精製して4−(4−(4’−エチルビフェニリ−4−イル)シクロヘキシルメチルオキシ)−1−(3−(1,3−ジオキサン−2−イル)プロピル)シクロヘキサン(0.022mol、収率32%)を得た。
【0124】
このもの0.02molにトルエン50mlとギ酸20mlを加えた混合物を2時間還流し、冷却後十分水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後減圧下で溶媒を除去し、かくして得られる残留物をトルエンから再結晶して4−(4−(4’−エチルビフェニリ−4−イル)シクロヘキシルメチルオキシ)−1−(4−オキソブチル)シクロヘキサン(0.018mol、収率89%)を得た。
このもの0.01molのTHF溶液40mlを下記の溶液、すなわちメチルトリフェニルホスホニウムブロミド(0.011mol)、THF40mlおよびカリウム−t−ブトキシド(0.011mol)からなる混合物を室温で1時間攪拌することにより得られる溶液に滴下し、室温で3時間攪拌した。これにヘプタン500mlを加えて不溶物を濾別除去し、得られたろ液を減圧下濃縮した後カラムクロマトグラフィー(溶出液:ヘプタン)とこれに続く再結晶(溶媒:エタノール)操作により精製して白色固体の標題化合物(0.077mol、収率77%)を得た。このものの各種スペクトルデータはよくその構造を支持した。
GC−MS:430(M+)
【0125】
実施例4の方法に準じ、次の化合物(No.142〜180)を製造することができる。
【0126】
【表16】
【0127】
【表17】
【0128】
【表18】
【0129】
【表19】
【0130】
実施例5(使用例1)
4−(4−プロピルシクロヘキシル)ベンゾニトリル 24重量%
4−(4−ペンチルシクロヘキシル)ベンゾニトリル 36重量%
4−(4−ヘプチルシクロヘキシル)ベンゾニトリル 25重量%
4ー(4ープロピルフェニル)ベンゾニトリル 15重量%
からなる液晶組成物Aを調製した。このものの透明点は71.7℃、△εは11.0、△nは0.137、20℃における粘度は27mPa・s、セル厚8.8μmでのVthは1.78Vであった。
この液晶組成物A(85重量%)に、実施例3で得た本発明の化合物4−(4−(4−ブチルシクロヘキシル)メチルオキシ)フェニル)−1−ビニルシクロヘキサン(No.21)を15重量%混合して液晶組成物Bを調製したところ、その透明点は79.7℃(外挿値121.1℃)、△εは9.6(外挿値1.7)、△nは0.129(外挿値0.084)、20℃における粘度は29.2mPa・s(外挿値41.7mPa・s)、セル厚8.8μmでのVthは1.79V、弾性定数比(K33/K11)は2.67であった。また、この組成物Bを−20℃のフリ−ザ−に60日間放置したが結晶の析出は認められなかった。
【0131】
比較例1
液晶組成物Aに混合する化合物を、No.21のものに代え既述の式(10)に示すものとする以外は実施例5と同様にして液晶組成物Cを調製したところ、その透明点は76.0℃(外挿値100.3℃)、△εは13.7(外挿値29.0)、△nは0.147(外挿値0.204)、20℃における粘度は34.0mPa・s(外挿値74mPa・s)、K33/K11は2.42であった。また、この組成物Cを−20℃のフリ−ザ−中に放置したところ、15日目に結晶の析出が見られた。
【0132】
【本発明の効果】
以上説明した通り、本発明の化合物は、大きなK33/K11を示すことによる急峻なVth特性、他の液晶性化合物との良好な相溶解性、低い粘性と高速応答性および適切な大きさの△nと△εといった諸特性を同時に有しており、特にSTN用液晶性化合物として適するものである。
従って、本発明の化合物を液晶組成物の成分として用いた場合、他の液晶材料との溶解性に優れているという特徴に加え、分子構成要素の六員環、置換基および/または結合基を適宜選択することにより、所望の物性を有する新たな液晶組成物を提供することができる。
Claims (12)
- 一般式(1)
- X1、X2、X3のうちの少なくとも一つが−CH2O−または−OCH2−である請求項1に記載のアルケニル化合物。
- mが0、nが1である請求項2に記載のアルケニル化合物。
- m、nが共に0である請求項2に記載のアルケニル化合物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のアルケニル化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする液晶組成物。
- 第一成分として、請求項1〜4のいずれかに記載のアルケニル化合物を少なくとも1種類含有し、第二成分として、一般式(5)、(6)、(7)、(8)および(9)
- 第一成分として、請求項1〜4のいずれかに記載のアルケニル化合物を少なくとも1種類含有し、第二成分の一部分として、請求項6に記載の一般式(2)、(3)および(4)からなる群から選択される化合物を少なくとも1種類含有し、第二成分の他の部分として、請求項7に記載の一般式(5)、(6)、(7)、(8)および(9)からなる群から選択される化合物を少なくとも1種類含有することを特徴とする液晶組成物。
- 請求項5に記載の液晶組成物を用いて構成した液晶表示素子。
- 請求項6に記載の液晶組成物を用いて構成した液晶表示素子。
- 請求項7に記載の液晶組成物を用いて構成した液晶表示素子。
- 請求項8に記載の液晶組成物を用いて構成した液晶表示素子。
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