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Die Erfindung betrifft neue lateral
fluorierte Benzolderivate der Formel I,
worin
R
einen unsubstituierten, einen mindestens einfach durch Halogen substituierten
Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 12 C-Atomen, wobei in diesen Resten
auch eine oder zwei CH
2-Gruppen so ersetzt
sein können,
daß O-Atome
nicht direkt miteinander verknüpft
sind,
gegebenenfalls durch 1 oder
2 Fluoratome substituiertes 1,4-Phenylen oder 1,4-Cyclohexylen,
X
F, Cl, -Q- CH
oHal
3–o mit
Q = 0 oder eine Einfachbindung, Hal = F oder Cl und o jeweils 0,
1 oder 2, und
m 0 oder 1
bedeutet,
mit der Maßgabe, daß die Verbindungen
der Formel Ia'
und der
Formel Ib'
ausgenommen sind.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde,
neue stabile flüssigkristalline
oder mesogene Verbindungen aufzufinden, die als Komponenten flüssigkristalliner
Medien geeignet sind und insbesondere gleichzeitig eine vergleichsweise
geringe Viskosität
besitzen sowie eine relativ hohe dielektrische Anisotropie und eine
hohe Nematogenität.
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Es wurde nun gefunden, daß Verbindungen
der Formel I als Komponenten flüssigkristalliner
Medien vorzüglich
geeignet sind. Insbesondere verfügen
sie über
vergleichsweise niedrige Viskositäten und hohe Nematogenitäten. Mit
ihrer Hilfe lassen sich stabile flüssigkristalline Medien mit
breitem Mesophasenbereich und vorteilhaften Werten für die optische
und dielektrische Anisotropie erhalten. Diese Medien weisen ferner
ein sehr gutes Tieftemperaturverhalten auf, d.h. hervorragende Löslichkeit
in den üblichen
FK-Materialien, wobei gleichzeitig das Auftreten von smektischen
Phasen effektiv unterdrückt
wird.
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Verbindungen der Formel
sind bekannt
aus
JP 02157248-A2 und
stellen Komponenten chiraler smektischer Phasen dar.
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In der nicht veröffentlichten, internationalen
Patentanmeldung PCT/EP91/01727 werden die Verbindungen der Formeln
beschrieben,
welche gemäß der Maßgabe ausgenommen
sind.
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Im Hinblick auf die verschiedensten
Einsatzbereiche derartiger Verbindungen war es jedoch wünschenswert,
weitere Verbindungen zur Verfügung
zu haben, die auf die jeweiligen Anwendungen genau maßgeschneiderte
Eigenschaften aufweisen.
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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.
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Die Verbindungen der Formel I besitzen
einen breiten Anwendungsbereich. In Abhängigkeit von der Auswahl der
Substituenten können
diese Verbindungen als Basismaterialien dienen, aus denen flüssigkristalline
Medien zum überwiegenden
Teil zusammengesetzt sind es können
aber auch Verbindungen der Formel I flüssigkristalline 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
zu optimieren. Die Verbindungen der Formel I sind in reinem Zustand
farblos und bilden flüssigkristalline
Mesophasen in einem für
die elektrooptische Verwendung günstig gelegenen
Temperaturbereich. Chemisch, thermisch und gegen Licht sind sie
stabil. Gegenstand der Erfindung sind somit die Verbindungen der
Formel I ausgenommen die Verbindungen der Formeln Ia' und Ib' sowie die Verwendung
dieser Verbindungen als Komponenten flüssigkristalliner Medien. Gegenstand
der Erfindung sind ferner flüssigkristalline
Medien mit einem Gehalt an mindestens einer Verbindung der Formel
I ausgenommen die Verbindungen der Formeln Ia' und Ib' sowie Flüssigkristallanzeigeelemente,
insbesondere elektroopische Anzeigeelemente, die derartige Medien
enthalten. Weiterhin Gegenstand der Erfindung sind flüssigkristalline
Medien zusätzlich
enthaltend eine Verbindung der Formel Ia'

der Formel
Ib'
insbesondere solche Medien,
welche neben diesen Verbindungen mindestens eine Verbindung der
Formeln II, III oder IV enthalten
worin
n
1 bis 8,
o 0 oder 1,
Y
1 und
Y
3 jeweils unabhängig voneinander F oder H,
und
Y
2 F, Cl, OCF
3,
OCF
2H oder CF
3 bedeuten.
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Bevorzugte Verbindungen dieses Types
entsprechen der Teilformel Ia und Ib
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Die Verbindungen der Formel I umfassen
dementsprechend Verbindungen der Teilformeln
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Darunter sind besonders diejenigen
der Teilformeln Ia und Ib, bedeutet vorzugsweise F, Cl, OCF3 oder OCF2H, insbesondere
F oder OCF3.
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Falls R einen Alkylrest und/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.
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Oxaalkyl bedeutet vorzugsweise geradkettiges
2-Oxapropyl (= Methoxymethyl), 2- (= Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl
(= 2-Methoxyethyl), 2-, 3- oder 4-Oxapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxahexyl,
2-, 3-, 4-, 5- oder 6-Oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Oxaoctyl,
2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-,
8- oder 9-Oxadecyl.
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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.
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Falls R einen mindestens einfach
durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest bedeutet, so
ist dieser Rest vorzugsweise geradkettig und Halogen ist vorzugsweise
F oder Cl. Bei Mehrfachsubstitution ist Halogen vorzugsweise F.
Die resultierenden Reste schließen
auch perfluorierte Reste ein. Bei Einfachsubstitution kann der Fluor-
oder Chlorsubstituent in beliebiger Position sei, vorzugsweise jedoch
in ω-Position.
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Verbindungen der Formeln I mit verzweigten
Flügelgruppen
R können
gelegentlich wegen einer besseren Löslichkeit in den üblichen
flüssigkristallinen
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 SA-Phasen
eignen sich beispielsweise für
thermisch adressierte Displays.
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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-Methylbutoxy, 2-Methylpentoxy, 3-Methylpentoxy,
2-Ethylhexoxy, 1-Methylhexoxy, 1-Methylheptoxy.
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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.
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Einige ganz besonders bevorzugte
kleinere Gruppen von Verbindungen sind diejenigen der Teilformeln
I1 bis I8,
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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 Bd. IX, S. 867 ff.) beschrieben
sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen
bekannt und geeignet sind.
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Dabei kann man auch von an sich bekannten,
hier nicht näher
erwähnten
Varianten Gebrauch machen.
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Die Carbonsäuren der Formel
sind bekannt oder können leicht
aus den entsprechenden, aus
DE-OS
3209178 bekannten Benzonitrilen erhalten werden.
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Die Reaktionsbedingungen für die Veresterung
sind ebenfalls wohlbekannt, vorzugsweise wird die Voresterung mit
Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) durchgeführt. Die meisten der Phenole
der Formel
sind bekannt oder können nach
an sich bekannten Methoden hergestellt werden, insbesondere nach
Schema I:
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Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien enthalten
vorzugsweise neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Verbindungen
als weitere Bestandteile 2 bis 40, insbesondere 4 bis 30 Komponenten. Ganz
besonders bevorzugt enthalten diese Medien neben einer oder mehreren
erfindungsgemäßen 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-carbonsäure-phenyl-
oder cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexyl-ester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl-
oder Cyclohexyl-ester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexyl-phenylester
der Benzoesäure,
der Cyclohexancarbonsäure,
bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle,
Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 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-Di-cyclohexylethane,
1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane,
1-Cyclohexyl-2-biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexyl-phenylethane,
gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzylphenylether, Tolane
und substituierten Zimtsäuren.
Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.
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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 |
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In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten
L und E, die gleich oder verschieden 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-Cyclohexylen,
Pyr Pyrimidin-2-5-diyl
oder Pyridin-2,5-diyl, Bio 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.
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Vorzugsweise ist einer der Rest 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
ausgewählt
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 ausgewählt
sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-,
-Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.
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R' und
R'' bedeuten in einer
kleineren Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und
5 jeweils unabhängig
voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Alkenyloxy oder
Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Im folgenden wird diese
kleinere Untergruppe Gruppe A genannt und die Verbindungen werden
mit den Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a bezeichnet. Bei den meisten
dieser Verbindungen sind R' und
R'' voneinander verschieden,
wobei einer dieser Reste meist Alkyl, Alkenyl, Alkoxy oder Alkoxyalkyl
ist.
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In einer anderen als Gruppe B bezeichneten
kleineren Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und
5 bedeutet R'' -F, -Cl, -NCS oder – (O)i CH3–(k+1) FkCl1, wobei i 0 oder 1 und k+1 1, 2 oder 3 sind;
die Verbindungen, in denen R'' diese Bedeutung
hat, werden mit den Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bezeichnet. Besonders
bevorzugt sind solche Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b
und 5b, in denen R'' die Bedeutung -F,
-Cl, -NCS, -CF3, -OCHF2 oder
-OCF3 hat.
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In den Verbindungen der Teilformeln
1b, 2b, 3b, 4b und 5b hat R' die
bei den Verbindungen der Teilformeln 1a–5a angegebene Bedeutung und
ist vorzugsweise Alkyl, Alkenyl, Alkoxy oder Alkoxyalkyl.
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In einer weiteren kleineren Untergruppe
der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeutet R'' -CN; diese Untergruppe wird im folgenden
als Gruppe C bezeichnet und die Verbindungen dieser Untergruppe werden
entsprechend mit Teilformeln 1c, 2c, 3c, 4c und 5 c beschrieben.
In den Verbindungen der Teilformeln 1c, 2c, 3c, 4c und 5c hat R' die bei den Verbindungen
der Teilformeln 1a–5a
angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl, Alkoxy oder Alkenyl.
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Neben den bevorzugten Verbindungen
der Gruppen A, B und C sind auch andere Verbindungen der Formeln
1, 2, 3, 4 und 5 mit anderen Varianten der vorgesehenen Substituenten
gebräuchlich.
Alle diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden oder
in Analogie dazu erhältlich.
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Die erfindungsgemäßen Medien enthalten neben
erfindungsgemäßen Verbindungen
gemäß Anspruch
1 der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere Verbidungen, welche
ausgewählt
werden aus der Gruppe A und/oder Gruppe B und/oder Gruppe C. Die
Massenanteile der Verbindungen aus diesen Gruppen an den erfindungsgemäßen Medien
sind vorzugsweise
- Gruppe A: 0 bis 90 %, vorzugsweise
20 bis 90 %, insbesondere 30 bis 90 %
- Gruppe B: 0 bis 80 %, vorzugsweise 10 bis 80 %, insbesondere
10 bis 65 %
- Gruppe C: 0 bis 80 %, vorzugsweise 5 bis 80 %, insbesondere
5 bis 50 %
wobei die Summe der Massenanteile der in den
jeweiligen erfindungsgemäßen Medien
enthaltenen Verbindungen aus den Gruppen A und/oder B und/oder C
vorzugsweise 5 %–90
% und insbesondere 10 % bis 90 % beträgt.
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Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise
1 bis 40 %, insbesondere vorzugsweise 5 bis 30 % an erfindungsgemäßen Verbindungen.
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.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Medien
erfolgt in an sich üblicher
Weise. In der Regel werden die Komponenten ineinander gelöst, zweckmäßig 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 Flüssigkristallanzeigeelementen
verwendet werden können.
Derartige Zusätze
sind dem Fachmann 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.
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Die folgenden Beispiele sollen die
Erfindung erläutern,
ohne sie zu begrenzen. "Übliche Aufarbeitung" bedeutet: man gibt
Wasser hinzu, extrahiert mit Methylenchlorid, trennt ab, trocknet
die organische Phase, dampft ein und reinigt das Produkt durch Kristallisation
und/oder Chromatographie. Vor- und
nachstehend bedeuten Prozentgaben Gewichtsprozent. Alle Temperaturen
sind in Grad Celsius angegeben. Fp. bedeutet Schmelzpunkt und 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. Δn
bedeutet optische Anisotropie (589 nm, 20 °C). Die Viskosität (mm2/sec) wurde bei 20 °C bestimmt.
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Folgende
Abkürzungen
werden verwendet:
BuLi | Butyllithium |
THF | Tetrahydrofuran |
TMEDA | Tetramethylethylendiamin |
NH4Cl | Ammoniumchlorid |
DCC | Dicyclohexylcarbodiimid |
DMAP | 2-Dimethylaminopyridin |
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Beispiel 1
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0,013 mol 4-Chlorphenol, 0,0143 mol
4-(trans-4-n-Propylcyclohexyl)-2,6-difluorbenzolsäure und
30 ml Dichlormethan werden bei Raumtemperatur mit 0,03 mol DCC versetzt
und 16 Stunden bei Raumtemperatur gekühlt. Nach üblicher Aufarbeitung erhält man 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-2,6-difluor-benzoesäure-(4-chlorphenylester).
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Beispiele 2 bis 18
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Unter Verwendung anderer Carbonsäuren und/oder
anderer Phenole als Ausgangsmaterialien erhält man die folgenden Verbindungen
der Formel I, worin m 0 bedeutet
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Beispiele A bis C
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Man stellt eine flüssigkristalline
Basismischung (BM) her bestehend aus
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Diese Basismischung weist einen Klärpunkt von
91 °C auf
und eine dielektrische Anisotropie von +5,2.
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A
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Man stellt eine Mischung A her bestehend
aus 90 % der Basismischung und 10 %
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Diese Mischung weist einen Klärpunkt von
93 °C und
eine dielektrische Anisotropie von 5,8 auf.
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B
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Man stellt eine Mischung H her bestehend
aus 90 % der Basismischung und 10 %
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Diese Mischung weist einen Klärpunkt von
92 °C und
eine dielektrische Anisotropie von 6,1 auf.
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C
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Man stellt eine Mischung C her bestehend
aus 90 % der Basismischung und 10 %
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Diese Mischung weist einen Klärpunkt von
94 °C und
eine dielektrische Anisotropie von 6,3 auf.