DE19538404B4 - Difluoroquinoline derivatives and liquid crystal mixtures containing them, and switching and / or display device - Google Patents
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Abstract
Difluorchinolin-Derivate der allgemeinen Formel (I) in der die Symbole folgende Bedeutung haben:
R1, R2 gleich oder verschieden, -H, -F, -Cl, -CN, -NCS, -CF3, -OCF3, -OCHF2 oder geradkettiges oder verzweigtes (mit oder ohne asymmetrische C-Atom) Alkyl mit 1 bis 16 C-Atomen, wobei auch eine oder zwei nicht benachbarte -CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CH=CH-, -C≡C-, oder -Si(CH3)2- ersetzt sein können, und wobei auch ein oder mehrere H-Atome des Alkylrestes durch -F, -Cl, -Br oder -CN substituiert sein können, oder eine der nachfolgenden chiralen Gruppen bedeuten. . . .Difluoroquinoline derivatives of the general formula (I) in which the symbols have the following meaning:
R 1 , R 2 are identical or different, -H, -F, -Cl, -CN, -NCS, -CF 3 , -OCF 3 , -OCHF 2 or straight-chain or branched (with or without asymmetric carbon atom) alkyl with 1 to 16 carbon atoms, where also one or two non-adjacent -CH 2 groups by -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CH = CH-, -C≡C-, or -Si (CH 3 ) 2 - can be replaced, and where one or more H atoms of the alkyl radical can be substituted by -F, -Cl, -Br or -CN, or one of the following chiral groups. , , ,
Description
Die Erfindung betrifft Difluorchinolin-Derivate und ihre Verwendung in Flüssigkristallmischungen.The invention relates to difluoroquinoline derivatives and their use in liquid crystal mixtures.
Die ungewöhnliche Kombination von anisotropem und fluidem Verhalten der Flüssigkristalle hat zu ihrer Verwendung in elektrooptischen Schalt- und Anzeigevorrichtungen geführt. Dabei können ihre elektrischen, magnetischen, elastischen und/oder thermischen Eigenschaften zu Orientierungsänderungen genutzt werden. Optische Effekte lassen sich beispielsweise mit Hilfe der Doppelbrechung, der Einlagerung dichroitisch absorbierender Farbstoffmoleküle ("guest-host mode") oder der Lichtstreuung erzielenThe unusual combination of anisotropic and fluid behavior of the liquid crystals has for their use in electro-optical switching and display devices guided. You can their electrical, magnetic, elastic and / or thermal Orientation change properties be used. You can use optical effects, for example With the help of birefringence, the incorporation of dichroic absorbent dye molecules ("guest-host mode") or the light scatter
Zur Erfüllung der ständig steigenden Praxisanforderungen auf den verschiedenen Anwendungsgebieten besteht laufend ein Bedarf an neuen verbesserten Flüssigkristall (liquid crystall-Mischungen und somit auch an einer Vielzahl mesogener Verbindungen unterschiedlicher Struktur. Dies gilt sowohl für die Gebiete, bei denen nematische LC-Phasen verwendet werden, als auch für solche mit smektischen LC-PhasenTo meet the ever increasing There are practical requirements in the different areas of application there is a constant need for new improved liquid crystal mixtures and thus also on a large number of mesogenic compounds of different types Structure. This applies to both the areas where nematic LC phases are used as also for those with smectic LC phases
Auf besonderes Interesse sind in den letzten Jahren ferroelektrische flüssigkristalline Mischungen (FLC-Mischungen) gestoßen (siehe z. B. J.W. Goodby, Ferroelectric Liquid Crystals, Gordon and Breach, Philadelphia 1991). Für die praktische Verwendung von ferroelektrischen Flüssigkristallen in elektrooptischen Anzeigen werden chirale, geneigt-smektische Phasen, wie SC*-Phasen benötigt [siehe z. B. R.B. Meyer, L. Liebert, L. Strzelecki und P. Keller, J. Physique 36, L-69 (1975)], die über einen großen Temperaturbereich stabil sind. Dieses Ziel kann man mit Verbindungen erreichen, die selbst solche Phasen, z. B. SC*-Phasen, ausbilden, oder aber indem man nicht chirale geneigt-smektische Phasen ausbildende Verbindungen mit optisch aktiven Verbindungen dotiert [siehe z. B. M. Brunet, Cl. Williams, Ann. Phys. 3, 237 (1978)].In recent years, ferroelectric liquid crystalline mixtures (FLC mixtures) have been of particular interest (see, for example, JJW Goodby, Ferroelectric Liquid Crystals, Gordon and Breach, Philadelphia 1991). For the practical use of ferroelectric liquid crystals in electro-optical displays, chiral, inclined-smectic phases, such as S C * phases, are required [see e.g. BRB Meyer, L. Liebert, L. Strzelecki and P. Keller, J. Physique 36, L-69 (1975)], which are stable over a wide temperature range. This goal can be achieved with compounds that themselves have such phases, e.g. B. S C * phases, or by doping non-chiral inclined smectic phases forming compounds with optically active compounds [see, for. BM Brunet, Cl. Williams, Ann. Phys. 3, 237 (1978)].
Bei der Verwendung ferroelektrischer Flüssigkristallmischungen in elektrooptischen Bauelementen ist eine einheitliche planare Orientierung der Flüssigkristalle notwendig, um ein hohes Kontrastverhältnis zu erzielen Es hat sich gezeigt, daß sich eine einheitliche planare Orienti}uerung in der Sc*-Phase erreichen läßt, wenn die Phasenfolge der Flüssigkristallmischung mit abnehmender Temperatur lautet: Isotrop → nematisch → smektisch A → smektisch C (siehe z. B. K. Flatischler et al., Mol. Cryst. Liq.-Cryst. 131, 21(1985); T. Matsumoto et al., p. 468–470, Proc. of the 6th Int. Display Research Conf., Japan Display, 30. September-2. October 1986, Tokyo, Japan; M. Murakami et al., ibid, p. 344–347).When using ferroelectric liquid crystal mixtures There is a uniform planar orientation in electro-optical components of liquid crystals necessary to achieve a high contrast ratio It has shown that achieve a uniform planar orientation in the Sc * phase leaves if the phase sequence of the liquid crystal mixture with decreasing temperature reads: Isotropic → nematic → smectic A → smectic C (see, e.g., K. Flatischler et al., Mol. Cryst. Liq.-Cryst. 131, 21 (1985); T. Matsumoto et al., P. 468-470, Proc. of the 6th Int. Display Research Conf., Japan Display, September 30-2. october 1986, Tokyo, Japan; M. Murakami et al., Ibid, p. 344-347).
Für ferroelektrische (chiral smektische) Flüssigkristallmischungen muß zusätzlich die Bedingung erfüllt sein, daß die Ganghöhe (pitch) der Helix in der SC*-Phase groß, d. h. größer als 5 μm, und in der N*-Phase sehr groß, d. h. größer als 10 μm, bzw. unendlich istFor ferroelectric (chiral smectic) liquid-crystal mixtures in addition, the condition must be satisfied that the pitch (pitch) * phase is large, ie, greater than 5 microns of the helix in the S C, and * phase is very large in the N, ie, greater than 10 μm, or is infinite
Die optische Schaltzeit τ[μs] ferroelektrischer Flüssigkristallsysteme, die möglichst kurz sein soll, hängt von der Rotationsviskosität des Systems γ [mPa], der spontanen Polarisation Ps[nC/cm2] und der elektrischen Feldstärke E[V/m] nach der Beziehung The optical switching time τ [μs] of ferroelectric liquid crystal systems, which should be as short as possible, depends on the rotational viscosity of the system γ [mPa], the spontaneous polarization P s [nC / cm 2 ] and the electric field strength E [V / m] according to relationship
Da die Feldstärke E durch den Elektrodenabstand im elektrooptischen Bauteil und durch die angelegte Spannung festgelegt ist, muß das ferroelektrische Anzeigemedium niedrigviskos sein und eine hohe spontane Polarisation aufweisen, damit eine kurte Schaltzeit erreicht wird Schließlich wird neben thermischer, chemischer und photochemischer Stabilität eine kleine optische Anisotropie Δn, von vorzugsweise ≈ 0,13, und eine geringe positive oder vorzugsweise negative dielektrische Anisotropie Δε verfangt (siehe z. B. S. T. Lagerwall et al. "Ferroelectric Liquid Crystals for Displays" SID Symposium, Oct. Meeting 1985, San Diego, Ca, USA).Since the field strength E is due to the distance between the electrodes in the electro-optical component and determined by the applied voltage is, it must ferroelectric display medium be low viscosity and high Show spontaneous polarization so that a short switching time is reached will eventually in addition to thermal, chemical and photochemical stability, a small optical anisotropy Δn, preferably ≈ 0.13, and a low positive or preferably negative dielectric Anisotropy Δε caught (See, e.g., S. T. Lagerwall et al. "Ferroelectric Liquid Crystals for Displays "SID Symposium, Oct. Meeting 1985, San Diego, Ca, USA).
Die Gesamtheit dieser Forderungen ist im allgemeinen nur mit Mischungen aus mehreren Komponenten zu erfüllen. Als Basis (oder Matrix) dienen dabei bevorzugt Verbindungen, die selbst bereits die gewünschte Phasenfolge I → N → SA → SC aufweisen. Weitere Komponenten der Mischung werden oftmals zur Schmelzpunktserniedrigung und zur Verbreiterung der SC- und meist auch N-Phase, zum Induzieren der optischen Aktivität, zur Pitch-Kompensation und zur Anpassung der optischen und dielektrischen Anisotropie zugesetzt, wobei aber beispielsweise die Rotationsviskosität möglichst nicht vergrößert werden soll.All of these requirements can generally only be met with mixtures of several components. The basis (or matrix) used here are preferably compounds which themselves already have the desired phase sequence I → N → S A → S C. Other components of the mixture are often added to lower the melting point and broaden the S C - and usually also the N phase, to induce optical activity, to compensate for pitch and to adapt the optical and dielectric anisotropy, but, for example, do not increase the rotational viscosity if possible shall be.
Einzelne dieser Komponenten und auch bestimmte Mischungen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Da aber die Entwicklung, insbesondere von ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen, noch in keiner Weise als abgeschlossen betrachtet werden kann, sind die Hersteller von Displays an unterschiedlichen Mischungen interessiert. Dieses ist u. a. auch deshalb so, weil erst das Zusammenwirken der flüssigkristallinen Mischungen mit den einzelnen Bauteilen der Anzeigevorrichtungen bzw. der Zellen (z. B. der Orientierungsschicht) Rückschlüsse auf die Qualität auch der flüssigkristallinen Mischungen zuläßt.Individual of these components and also certain mixtures are already known from the prior art. However, since the development, especially of ferroelectric liquid crystal mixtures, are still in no way considered complete the manufacturers of displays are interested in different mixtures. This is u. a. also because the interaction of the liquid crystalline mixtures with the individual components of the display devices or the cells (e.g. the orientation layer) conclusions on the quality of the liquid crystalline Allows mixtures.
Desweiteren ist bekannt, daß Mono- und Difluorphenylverbindungen als Komponenten von Flüssigkristallmischungen verwendet werden können (siehe z. B. JP-A 2169-537; V. Reiffenrath, The Twelfth International Liquid Crystal Conference, Freiburg, 15.–19. August 1988). Diese Verbindungen haben jedoch zum Teil keine SC-Phase. Ferner treten aufgrund fluorophober Wechselwirkungen, häufig Mischbarkeitsprobleme mit strukturell unterschiedlichen Mischungskomponenten, z. B. Phenylpyrimidinen, auf.Furthermore, it is known that mono- and difluorophenyl compounds can be used as components of liquid-crystal mixtures (see, for example, JP-A 2169-537; V. Reiffenrath, The Twelfth International Liquid Crystal Conference, Freiburg, August 15-19, 1988) , However, some of these compounds have no S C phase. Furthermore, miscibility problems often occur due to fluorophobic interactions structurally different mixture components, e.g. B. phenylpyrimidines.
Pyridinderivate zeigen ebenfalls
flüssigkristallines
Verhalten unter Ausbildung einer SC-Phase
(T. Geelhaar, 1st Interational Symposium on Ferroelectric Liquid
Crystals, Arcachon, 2.–23.
September 1987;
Eine in diesen Verbindungen häufig auftretende SI-Phase beeinträchtigt jedoch deren Verwendung in ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen.However, an S I phase that frequently occurs in these compounds impairs their use in ferroelectric liquid crystal mixtures.
Gegenstand der vorliegenden Endung sind Difluorchinolin-Derivate der Formel (I) und deren Verwendung als Komponenten für ferroelektrische Flüssigkristallmischungen, wobei mindestens ein Difluorchinolin der allgemeinen Formel (I) als Komponente in einer Flüssigkristallmischung eingesetzt wird.Object of the present extension are difluoroquinoline derivatives of the formula (I) and their use as components for ferroelectric liquid crystal mixtures, where at least one difluoroquinoline of the general formula (I) as a component in a liquid crystal mixture is used.
Die Symbole haben hierbei folgende Bedeutung: R1, R2 gleich oder verschieden, -H, -F, -Cl, -CN, -NCS, -CF3, -OCF3, -OCHF2 oder geradkettiges oder verzweigtes (mit oder ohne asymmetrische C-Atom) Alkyl mit 1 bis 16 C-Atomen, wobei auch eine oder zwei nicht benachbarte -CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CH=CH-, -C≡C-, oder -Si(CH3)2- ersetzt sein können, und wobei auch ein oder mehrere H-Atome des Alkylrestes durch -F, -Cl, -Br oder -CN substituiert sein können, oder eine der nachfolgenden chiralen Gruppen: The symbols have the following meanings: R 1 , R 2 identical or different, -H, -F, -Cl, -CN, -NCS, -CF 3 , -OCF 3 , -OCHF 2 or straight-chain or branched (with or without asymmetric carbon atom) alkyl with 1 to 16 carbon atoms, where also one or two non-adjacent -CH 2 groups by -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- , -CO-S-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CH = CH-, -C≡C-, or -Si (CH 3 ) 2 - can be replaced, and wherein one or more H atoms of the alkyl radical can be substituted by -F, -Cl, -Br or -CN, or one of the following chiral groups:
- A1, A2, A3, A4 gleich oder verschieden, 1,4-Phenylen, Pyrazin-2,5-diyl, Pyradizin-3,6-diyl, Pyridin-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl, wobei ein oder zwei H-Atome jeweils durch -F ersetzt sein können, trans-1,4-Cyclohexylen, bei dem ein oder zwei H-Atome jeweils durch -CN ersetzt sein können, (1,3,4)Thiadiazol-25-diyl, 1,3-Dioxan-2,5-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Bicyclo[2.2.2]otan-1,4-diyl oder 1,3-Dioxaborinan-2,5-diyl;A 1 , A 2 , A 3 , A 4 the same or different, 1,4-phenylene, pyrazine-2,5-diyl, pyradizine-3,6-diyl, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5 -diyl, where one or two H atoms can each be replaced by -F, trans-1,4-cyclohexylene, in which one or two H atoms can be replaced by -CN, (1,3,4) thiadiazole -25-diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl, naphthalene-2,6-diyl, bicyclo [2.2.2] otane-1,4-diyl or 1,3-dioxaborinane-2,5-diyl ;
- M1, M2, M3, M4 gleich oder verschieden, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CH2O-, -CH2-CH2-, CH=CH- oder -C≡C-;M 1 , M 2 , M 3 , M 4 the same or different, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, -S-CO- , -O-CO-O-, -CH 2 O-, -CH 2 -CH 2 -, CH = CH- or -C≡C-;
- R3, R4, R6, R7 gleich oder verschieden H oder geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 16 C-Atomen oder R3 und R4 zusammen auch -(CH2)4- oder -(CH2)3-, wenn als Substituenten an ein Dioxolan-System gebunden;R 3 , R 4 , R 6 , R 7, identically or differently, H or straight-chain or branched alkyl having 1 to 16 carbon atoms or R 3 and R 4 together also - (CH 2 ) 4 - or - (CH 2 ) 3 - when bound to a dioxolane system as a substituent;
- M5 -CH2-O-, -CO-O-, -O-CH2-, -O-CO- oder eine Einfachbindung;M 5 -CH 2 -O-, -CO-O-, -O-CH 2 -, -O-CO- or a single bond;
- k, l, m, n, o, p, g, r, 0 oder 1, unter der Bedingung, daß die Summe k + m + p + r kleiner 4 und größer 0 ist.k, l, m, n, o, p, g, r, 0 or 1, provided that the sum k + m + p + r is less than 4 and greater than 0.
In einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung haben die Symbole in der Formel (I) folgende Bedeutung:
R1, R2 gleich oder
verschieden, -H, -F, -CN oder geradkettiges oder verzweigtes (mit
oder ohne asymmetrischem C-Atom) Alkyl mit 1 bis 16 C-Atomen, wobei
auch eine -CH2-Gruppe durch -O-, S-, -CO-,
-CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -CH=CH-, -C≡C-, oder
-Si(CH3)2 ersetzt
sein kann, oder eine der nachfolgenden chiralen Gruppen:
In a preferred embodiment of the invention, the symbols in the formula (I) have the following meaning:
R 1 , R 2 are the same or different, -H, -F, -CN or straight-chain or branched (with or without asymmetrical carbon atom) alkyl having 1 to 16 carbon atoms, where also a -CH 2 group by -O -, S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -CH = CH-, -C≡C-, or -Si (CH 3 ) 2 can be replaced, or one of the following chiral groups:
- A1, A2, A3, A4 gleich oder verschieden, 1,4-Phenylen, Pyrazin-2,5-diyl, Pyridazin-3,6-diyl, Pyridin-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl, wobei ein oder zwei H-Atome durch F ersetzt sein können, trans-1,4-Cyclohexylen, (1,3,4)Thiadiazol-2,5-diyl, 1,3-Dioxan-2,5-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Biocyclo-[2.2.2]octan-1,4-diyl oder 1,3-Dioxaborinan-2,5-diyl,A 1 , A 2 , A 3 , A 4 the same or different, 1,4-phenylene, pyrazine-2,5-diyl, pyridazine-3,6-diyl, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5 -diyl, where one or two H atoms can be replaced by F, trans-1,4-cyclohexylene, (1,3,4) thiadiazole-2,5-diyl, 1,3-dioxane-2,5-diyl , Naphthalene-2,6-diyl, biocyclo- [2.2.2] octane-1,4-diyl or 1,3-dioxaborinane-2,5-diyl,
- M1, M2, M3, M4 gleich oder verschieden -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CH2-CH2-, -CH=CH oder -C≡C-;M 1 , M 2 , M 3 , M 4 identical or different -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CH 2 -O-, -O-CH 2 -, -CH 2 -CH 2 -, -CH = CH or -C≡C-;
- R3, R4, R6, R7 gleich oder verschieden H oder geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 10 C-Atomen oder R3 und R4 zusammen auch -(CH2)4- oder -(CH2)5- wenn als Substituenten an ein Dioxolan-System gebunden;R 3 , R 4 , R 6 , R 7, identical or different, H or straight-chain or branched alkyl having 1 to 10 C atoms or R 3 and R 4 together also - (CH 2 ) 4 - or - (CH 2 ) 5 - when bound to a dioxolane system as a substituent;
- M5 -CH2-O-, -CO-O-, -O-CH2-, O-CO- oder eine Einfachbindung.M 5 -CH 2 -O-, -CO-O-, -O-CH 2 -, O-CO- or a single bond.
Besonders bevorzugt sind Difluorchinolin-Derivat der Formel (Ia) worin R1, R2, A1, A2, M1, M2, k, l, m und n die angegebene Bedeutung besitzen.Difluoroquinoline derivatives of the formula (Ia) are particularly preferred wherein R 1 , R 2 , A 1 , A 2 , M 1 , M 2 , k, l, m and n have the meaning given.
Ferner werden Difluorchinolin-Derivate
der Formel (I) bevorzugt, bei denen die Symbole folgende Bedeutung
haben:
R1, R2 gleich
oder verschieden, -H, -F, -CN oder geradkettiges oder verzweigtes
(mit oder ohne asymmetrisches C-Atom) Alkyl mit 1 bis 16 C-Atomen,
wobei auch eine -CH2-Gruppe durch -O-, -CO-,
-CO-O-, -O-CO-, -CH=CH- oder -Si(CH3)2- ersetzt sein kann, oder eine der nachfolgenden
chiralen Gruppen: Difluoroquinoline derivatives of the formula (I) in which the symbols have the following meanings are also preferred:
R 1 , R 2 are the same or different, -H, -F, -CN or straight-chain or branched (with or without asymmetrical carbon atom) alkyl having 1 to 16 carbon atoms, where also a -CH 2 group by -O -, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -CH = CH- or -Si (CH 3 ) 2 - can be replaced, or one of the following chiral groups:
- A1, A2, A3, A4 gleich oder verschieden, 1,4-Phenylen, Pyrazin-2,5-diyl, Pyridazin-3,6-diyl, Pyridin-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl, bei dem ein oder zwei H-Atome durch F ersetzt sein können, trans-1,4-Cyclohexylen, 1,3-Dioxan-2,5-diyl, Naphthalin-2,6-diyl oder 1,3-Dioxaborinan-2,5-diyl;A 1 , A 2 , A 3 , A 4 the same or different, 1,4-phenylene, pyrazine-2,5-diyl, pyridazine-3,6-diyl, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5 -diyl, in which one or two H atoms can be replaced by F, trans-1,4-cyclohexylene, 1,3-dioxane-2,5-diyl, naphthalene-2,6-diyl or 1,3-dioxaborinane -2,5-diyl;
- M1, M2, M3, M4 gleich oder verschieden -O-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CH2-, -CH2-O-, -CH2-CH2- oder -CH=CH-;M 1 , M 2 , M 3 , M 4 the same or different -O-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CH 2 -, -CH 2 -O-, -CH 2 -CH 2 - or -CH = CH-;
- R3, R4, R6, R7 gleich oder verschieden H oder geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 10 C-Atomen oder R3 und R4 zusammen auch -(CH2)4- oder -(CH2)5-, wenn als Substituenten an ein Dioxolan-System gebunden;R 3 , R 4 , R 6 , R 7, identical or different, H or straight-chain or branched alkyl having 1 to 10 C atoms or R 3 and R 4 together also - (CH 2 ) 4 - or - (CH 2 ) 5 - when bound to a dioxolane system as a substituent;
- M5 -CH2-O-, -CO-O-, -O-CH2-, -O-CO- oder eine Einfachbindung.M 5 -CH 2 -O-, -CO-O-, -O-CH 2 -, -O-CO- or a single bond.
Insbesondere bevorzugt ist ein Difluorchinolin
der Formel (I), bei dem R1 R2 gleich
oder verschieden H oder Alkyl mit 1 bis 16 C-Atomen ist, wobei auch
eine -CH2-Gruppe durch -O-, -CO-O- oder
-O-COersetzt sein kann, oder die chirale Gruppe
A1,
A2, A3, A4 gleich oder verschieden, 1,4-Phenylen,
Pyrazin-2,5-diyl, Pyridazin-3,6-diyl, Pyridin-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl,
bei dem ein oder zwei H-Atome jeweils durch F ersetzt sein können, trans-1,4-Cyclohexylen, 1,3-Dioxan-2,5-diyl,
Naphthalin-2,6-diyl oder 1,3-Dioxaborinan-2,5-diyl;
M1, M2, M3,
M4 sind gleich oder verschieden, -O-, -CO-O-,
-O-CO-, -OCH2-, -CH2-O-
oder -CH2CH2-; R3, R4, R6 gleich
oder verschieden H oder ein geradkettiges Alkyl mit 1 bis 10 C-Atomen;
M5 -CH2-O- oder -CO-O-
ist. Die erfindungsgemäßen Verbindungen
sind chemisch und photochemisch stabil. Sie verfügen über niedrige Schmelzpunkte
und im allgemeinen breite flüssigkristalline
Phasen, insbesondere breite nematische, smektische A und smektische
C-Phasen.Particularly preferred is a difluoroquinoline of the formula (I) in which R 1 R 2 is the same or different H or alkyl having 1 to 16 carbon atoms, a -CH 2 group also being represented by -O-, -CO-O- or -O-C can be replaced, or the chiral group
A 1 , A 2 , A 3 , A 4 the same or different, 1,4-phenylene, pyrazine-2,5-diyl, pyridazine-3,6-diyl, pyridine-2,5-diyl, pyrimidine-2,5 -diyl, in which one or two H atoms can each be replaced by F, trans-1,4-cyclohexylene, 1,3-dioxane-2,5-diyl, naphthalene-2,6-diyl or 1,3- dioxaborinane-2,5-diyl;
M 1 , M 2 , M 3 , M 4 are the same or different, -O-, -CO-O-, -O-CO-, -OCH 2 -, -CH 2 -O- or -CH 2 CH 2 - ; R 3 , R 4 , R 6 are identical or different H or a straight-chain alkyl having 1 to 10 C atoms;
M 5 is -CH 2 -O- or -CO-O-. The compounds according to the invention are chemically and photochemically stable. They have low melting points and generally broad liquid-crystalline phases, in particular broad nematic, smectic A and smectic C phases.
Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäßen Verbindungen durch eine erhöhte Mischbarkeit, niedrige Viskosität und Δε-Werte die nahe bei Null liegen aus.The compounds according to the invention are also distinguished by an increased Miscibility, low viscosity and Δε values lie close to zero.
Aus flüssigkristallinen Verbindungen mit diesem Strukturelement lassen sich sowohl ferroelektrische Mischungen als auch nematische oder auch chiral nematische Mischungen herstellen, die für die Anwendung in elektrooptischen oder vollständig optischen Elementen, z. B. Anzeigeelementen, Schaltelementen, Lichtmodulatoren Elementen zur Bildbearbeitung, Signalverarbeitung oder allgemein im Bereich der nichtlinearen Optik geeignet sind.From liquid crystalline compounds With this structural element, both ferroelectric mixtures can be made as well as producing nematic or chiral nematic mixtures, the for the application in electro-optical or completely optical elements, e.g. B. display elements, switching elements, light modulator elements for image processing, signal processing or in general in the field the nonlinear optics are suitable.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen bestehen im allgemeinen aus 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 15 Komponenten, darunter mindestens eine Verbindung der Formel (I). Die anderen Bestandteile werden vorzugsweise ausgewählt aus den bekannten Verbindungen mit nematischen, cholesterischen und/oder geneigtsmektischen Phasen, dazu gehörten beispielsweise Schiffsche Basen, Biphenyle, Pyridine, Thiadiazole, Difluorphenyle, Terphenyle, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Pyrimidine, Zimtsäureester, Cholesterinester sowie mehrkernige Ester von p-Alkylbenzoesäuren. Im allgemeinen liegen die im Handel erhältlichen Flüssigkristallmischungen bereits vor der Zugabe der erfindungsgemäßen Verbindung(en) als Gemische verschiedener Komponenten vor, von denen mindestens eine mesogen ist.The liquid crystal mixtures according to the invention generally consist of 2 to 20, preferably 2 to 15 components, including at least one compound of the formula (I). The other constituents are preferably selected from the known compounds with nematic, cholesteric and / or inclined smectic phases, these include, for example, Schiff bases, biphenyls, pyridines, thiadiazoles, difluorophenyls, terphenyls, phenylcyclohexanes, cyclohexylbiphenyls, pyrimidines, cinnamic acid esters, choles terine esters and polynuclear esters of p-alkylbenzoic acids. In general, the commercially available liquid crystal mixtures are present as mixtures of various components, at least one of which is mesogenic, before the addition of the compound (s) according to the invention.
Von dem oder den erfindungsgemäßen Difluorchinolin-Derivaten enthalten die Flüssigkristallmischungen im allgemeinen 0,1 bis 70 Mol-%, bevorzugt 0,5 bis 50 Mol-%, insbesondere 1 bis 25 Mol-%.Of the difluoroquinoline derivatives according to the invention contain the liquid crystal mixtures generally 0.1 to 70 mol%, preferably 0.5 to 50 mol%, in particular 1 to 25 mol%.
Für die gebrauchsfertigen ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen wurden die Werte für die spontane Polarisation Ps[nC/cm2), den Kontrast K und die optische Schaltzeit τ[μs] bestimmt, wobei alle Messungen bei einer Temperatur von 25°C vorgenommen wurdenThe values for the spontaneous polarization P s [nC / cm 2 ), the contrast K and the optical switching time τ [μs] were determined for the ready-to-use ferroelectric liquid crystal mixtures, all measurements being carried out at a temperature of 25 ° C.
Die Ps-Werte werden nach der Methode von H. Diamant et al. (Rev. Sci. Instr., 28, 30, 1957) gemessen, wobei Meßzellen mit 2 μm Elektrodenabstand und geriebenem Polyimid als Orientierungsschicht verwendet werden Zur Bestimmung von T und K wird die Meßzelle auf dem Drehtisch eines Polarisationsmikroskops zwischen gekreuztem Analysator und Polarisator befestigt Für die Bestimmung des Kontrastes (K) wird die Meßzelle durch Drehen so positioniert, daß eine Photodiode minimalen Lichtdurchgang anzeigt (Dunkelzustand) Die Mikroskop-Beleuchtung wird so geregelt, daß die Photodiode für alle Zellen die gleiche Lichtintensität anzeigt Nach einem Schaltvorgang ändert sich die Lichtintensität (Hellzustand) und der Kontrast wird aus dem Verhältnis der Lichtintensitäten dieser Zustände berechnetThe P s values are determined according to the method of H. Diamant et al. (Rev. Sci. Instr., 28, 30, 1957) measured using measuring cells with 2 μm electrode spacing and rubbed polyimide as an orientation layer. To determine T and K, the measuring cell is attached to a rotary table of a polarizing microscope between crossed analyzer and polarizer the determination of the contrast (K), the measuring cell is positioned by turning so that a photodiode shows minimal light passage (dark state) The microscope illumination is regulated so that the photodiode shows the same light intensity for all cells After a switching process, the light intensity changes ( Bright state) and the contrast is calculated from the ratio of the light intensities of these states
Zur Bestimmung von τ und des Schaltwinkels ⌀eef wird durch Drehen des Tisches die Position des Tisches mit minimalem Lichtdurchgang für die beiden Schaltzustände in der Zelle bestimmt. Die Differenz der beiden Positionen am Drehtisch ist gleich dem doppelten effektiven Tiltwinkel. Mit Hilfe einer Photodiode erfolgt die Bestimmung der Schaltzeit τ, indem die Anstiegszeit des Lichtsignals von 10 auf 90% Signalhöhe gemessen wird. Die Schaltspannung besteht aus Rechteckpulsen und beträgt ± 10 V/μm.To determine τ and the switching angle ⌀ eef , the position of the table with minimal light passage for the two switching states in the cell is determined by rotating the table. The difference between the two positions on the turntable is twice the effective tilt angle. With the help of a photodiode, the switching time τ is determined by measuring the rise time of the light signal from 10 to 90% signal level. The switching voltage consists of rectangular pulses and is ± 10 V / μm.
Die Phasenumwandlungstemperaturen
werden beim Aufheizen mit Hilfe eines Polarisationsmikroskops anhand
der Texturänderungen
bestimmt. Die Bestimmung des Schmelzpunkts wurde hingegen mit einem DSC-Gerät durchgeführt. Die
Angabe der Phasenumwandlungstemperaturen zwischen den Phasen
Nematisch
(N bzw. N')
Smektisch-C (SC bzw. SC*)
Smektisch-A (Sn bzw. Sn')
Kristallin
(X)
erfolgt in °C
und die Werte stehen zwischen den Phasenbezeichnungen in der Phasenfolge.The phase transition temperatures are determined on heating with the aid of a polarizing microscope based on the texture changes. The determination of the melting point, however, was carried out with a DSC device. The indication of the phase transition temperatures between the phases
Nematic (N or N ')
Smectic-C (S C or S C *)
Smectic-A (Sn or Sn ')
Crystalline (X)
takes place in ° C and the values are between the phase names in the phase sequence.
Flüssigkristalline Mischungen, die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) enthalten, sind besonders für die Verwendung in elektrooptischen Schalt- und Anzeigevorrichtungen (Displays) geeignet. Schalt- und Anzeigevorrichtungen (LC-Displays) weisen u. a. folgende Bestandteile auf: ein flüssigkristallines Medium, Trägerplatten (z. B. aus Glas oder Kunststoff, beschichtet mit transparenten Elektroden, mindestens eine Orientierungsschicht, Abstandshalter, Kleberahmen, Polarisatoren sowie für Farbdisplays dünne Farbfilterschichten Weitere mögliche Komponenten sind Antireflex-, Passivierungs-, Ausgleichs- und Sperrschichten sowie elektrisch-nichtlineare Elemente, wie Dünnschichttransistoren (TFT) und Metall-Isolator-Metall-(MIM)-Elemente. Im Detail ist der Aufbau von Flüssigkristalldisplays bereits in einschlägigen Monographien beschrieben (z. B. E. Kaneko, "Liquid Crystal TV Displays: Principles and Applications of Liquid Crystal Displays", KTK Scientific Publishers, 1987, Seiten 12–30 und 63–172 Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen kann beispielsweise durch das in Schema 1 skizzierte Verfahren erfolgen.Liquid crystalline mixtures, the compounds of general formula (I) contain are especially for use in electro-optical switching and display devices (displays) suitable. Switch and display devices (LC displays) have u. a. the following components: a liquid crystalline medium, carrier plates (e.g. made of glass or plastic, coated with transparent electrodes, at least one orientation layer, spacers, adhesive frame, Polarizers as well as for Color displays thin Color filter layers Other possible Components are anti-reflective, passivation, compensation and barrier layers as well as non-linear elements such as thin film transistors (TFT) and metal-insulator-metal (MIM) elements. The structure is in detail of liquid crystal displays already in relevant Monographs described (e.g. E. Kaneko, "Liquid Crystal TV Displays: Principles and Applications of Liquid Crystal Displays ", KTK Scientific Publishers, 1987, pages 12-30 and 63-172 The compounds according to the invention can be prepared, for example by the procedure outlined in Scheme 1.
Ausgangsverbindung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist das kommerziell erhältliche Formylverbindungen, welche mittels Mannich-Reagenzien in die entsprechende Acrolein-Derivate überführt werden.Starting compound of the manufacturing process according to the invention is the commercially available formyl compound, which are converted into the corresponding acrolein derivatives using Mannich reagents.
Die erfindungsgemäße Difluorchinoline können z. B. nach folgendem Schema hergestellt werden.The difluoroquinolines according to the invention can, for. B. can be produced according to the following scheme.
Schema 1 Scheme 1
Die Kreuzkupplung von Verbindung II mit Arylhalogeniden unter Verwendung von Übergangsmetallkatalysatoren, z. B. [1,3-bis(diphenylphosphino)propan]nickel(II)chlorid und Tetrakis(triphenylphosphin)palladium(O) bei Temperaturen zwischen –40 und 200°C, insbesondere zwischen –10 und 100°C in Reaktionsmedien, wie Benzol/Ethanol/Wasser liefert ebenfalls Verbindungen des Typs I.The cross coupling of connection II with aryl halides using transition metal catalysts, z. B. [1,3-bis (diphenylphosphino) propane] nickel (II) chloride and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (O) at temperatures between –40 and 200 ° C, especially between –10 and 100 ° C in reaction media, such as benzene / ethanol / water also provides Type I compounds
Die Endung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert:The ending is through the following Examples closer explains:
Beispiel 1example 1
7,8-Difluor-2-(4-propylphenyl)-6-ethoxychinolin7,8-Difluoro-2- (4-propylphenyl) -6-ethoxychinolin
1A 2,3-Difluor-4-ethoxyanilin1A 2,3-difluoro-4-ethoxyaniline
Zu einem Gemisch aus 2,3-Difluorphenethol (48,7 g, 0,31 mol) und 300 ml THF werden bei –75° C 194 ml einer 1,6 molaren Lösung von n-Butyllithium in n-Hexan (0,31 mol) getropft. Nach zweistündigem Rühren tropft man ein Gemisch aus 40 g Trimethylsilylazid (0,31 mol) und 200 ml THF hinzu. Nach Aufwärmen auf Raumtemperatur wird wie üblich aufgearbeitet. Man erhält 12,8 g des Produkts als Öl.To a mixture of 2,3-difluorophenethol (48.7 g, 0.31 mol) and 300 ml of THF become 194 ml of a 1.6 molar at -75 ° C solution dropped from n-butyllithium in n-hexane (0.31 mol). After stirring for two hours, drips a mixture of 40 g of trimethylsilyl azide (0.31 mol) and 200 ml THF added. After warming up to room temperature as usual worked up. You get 12.8 g of the product as an oil.
1B 4-Propylzimtaldehyd1B 4-propylcinnamaldehyde
Zu einem Gemisch aus 4-Propylbenzaldehyd (31,1 g, 0,21 mol), 4,7 g Zinkbromid (0,21 mol) und 200 ml THF wird bei Raumtemperatur ein Gemisch aus 50 g N-tert.-Butyl-N-(2,2-Di-(trimethylsilyl)thylidenamin und 100 ml THF gegeben.To a mixture of 4-propylbenzaldehyde (31.1 g, 0.21 mol), 4.7 g zinc bromide (0.21 mol) and 200 ml THF at room temperature a mixture of 50 g of N-tert-butyl-N- (2,2-di- (trimethylsilyl) thylidenamine and 100 ml of THF.
Nach einstündigem Rühren bei Raumtemperatur und üblichem Aufarbeiten erhält man 37,7 g einer dunklen Flüssigkeit, welche ohne weitere Aufreinigung weiterverwendet wird.After stirring for one hour at room temperature and usual Refurbishment receives 37.7 g of a dark liquid, which is used without further purification.
1C 2-(4-Propylphenyl)6-ethoxy 7,8-difluorchinolin1C 2- (4-propylphenyl) 6-ethoxy 7,8-difluoroquinoline
Ein Gemisch aus 12 g IA (63 mmol)
29,7 g Eisen-II-chlorid-Hexahydrat (110 mmol) 1,1 g Zinkchlorid (8
mmol), 6,7 ml konzentrierter Salzsäure und 60 ml Ethanol wird
auf 65°C
erwärmt.
Innerhalb von 90 Minuten werden 10 ml IB (57 mmol) hinzugegeben.
Nach zwanzigstündigem
Erwärmen
auf 80°C
wird wie üblich
aufgearbeitet Nach mehrmaligem Umkristallisieren aus Ethanol erhält man 0,9
g des reinen Produktes mit einem Schmelzpunkt von 130°C
MS:
m/e = 327 (M +, 67%), 298 (29%), 270 (100%), 241(19%)
1H-NMR: δ =
1,00 (t, 3H), 1,55 (t, 3H), 1,70 (mc, 2H), 2,65 (mc, 2H), 4,25 (mc,
2H), 6,90 (mc, 1H), 7,15–8,15 (mc,
6H)A mixture of 12 g IA (63 mmol) 29.7 g iron (II) chloride hexahydrate (110 mmol) 1.1 g zinc chloride (8 mmol), 6.7 ml concentrated hydrochloric acid and 60 ml ethanol is brought to 65 ° C heated. 10 ml IB (57 mmol) are added within 90 minutes. After heating to 80 ° C. for 20 hours, the mixture is worked up in the customary manner. Repeated recrystallization from ethanol gives 0.9 g of the pure product with a melting point of 130 ° C.
MS: m / e = 327 (M +, 67%), 298 (29%), 270 (100%), 241 (19%)
1 H NMR: δ = 1.00 (t, 3H), 1.55 (t, 3H), 1.70 (mc, 2H), 2.65 (mc, 2H), 4.25 (mc, 2H) ), 6.90 (mc, 1H), 7.15-8.15 (mc, 6H)
Analog werden die folgenden Verbindungen der Formel hergestellt.The following compounds of the formula become analogous manufactured.
Anwendungsbeispiel 1Application example 1
a) Eine ferroelektrische Mischung, die aus den Komponentena) A ferroelectric Mixture made up of the components
- 5-Nonyl-2-(4-heptyloxyphenyl)pyrimidin 18%5-nonyl-2- (4-heptyloxyphenyl) pyrimidine 18%
- 5-Nonyl-2-(4-otyloxyphenyl)pyrimidin 18%5-nonyl-2- (4-otyloxyphenyl) pyrimidine 18%
- 5-Nonyl-2-(4-nonyloxyphenylpyrimidin 18%5-nonyl-2- (4-nonyloxyphenylpyrimidine 18%
- 5-Nonyl(-2-(2,3-difluor-4-heptyloxyphenyl)pyrimidin 6,0%5-nonyl (-2- (2,3-difluoro-4-heptyloxyphenyl) pyrimidine 6.0%
- 5-Nonyl(-2-(2,3-difluor-4-nonyloxyphenyl)pyrimidin 6,0%5-nonyl (-2- (2,3-difluoro-4-nonyloxyphenyl) pyrimidine 6.0%
- 2-(4-Octyloxy)6-nonyloxy-7,8-difluorchinolin 6,0%2- (4-octyloxy) 6-nonyloxy-7,8-difluoroquinoline 6.0%
- 5-Hexyloxy-2(4-hexyloxyphenyl)pyrimidin 18%5-hexyloxy-2 (4-hexyloxyphenyl) pyrimidine 18%
- 4(2-Fluoroctyloxy)-4'-(4-cyano-4-heptylcyclohexyl)biphenyl 10% besteht, zeigt folgende Phasenübergänge: K < - 20 SC* 66 SA Ch 75 I4 (2-fluoroctyloxy) -4 '- (4-cyano-4-heptylcyclohexyl) biphenyl 10%, shows the following phase transitions: K <- 20 S C * 66 S A Ch 75 I
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US4952335A (en) * | 1985-06-18 | 1990-08-28 | Chisso Corporation | Ferroelectric chiral smectic liquid crystal composition |
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1995
- 1995-10-14 DE DE1995138404 patent/DE19538404B4/en not_active Expired - Fee Related
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