JP2011148746A - Non-polymerizable liquid crystal compound, polymerizable liquid crystal compound, liquid crystal composition, optically anisotropic material, and optical element - Google Patents
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Abstract
【課題】高い屈折率異方性と優れた青色レーザー耐光性を有し、液晶組成物の融点の上昇と硬化物の透過率損失とを抑制した光学異方性材料、光学素子及びこれらを作成するための新規な液晶組成物を提供する。
【解決手段】下記式(1)で示される化合物。A−Ph−E1−Ph−(Ph)m−(E2)n−B−R2・・(1)但し、A:CH2=CR1−COO−(L)k−又は炭素数1〜8のアルキル基もしくはアルコキシ基。R1:水素原子又はメチル基。L:−(CH2)pO−、−(CH2)q−。k:0又は1。B:−CH2−、−OCH2−、−SiH2−又は−Si(CH3)2。R2:炭素数1〜7のアルキル基又はアルコキシ基。m、n:独立に0か1。E1、E2: 夫々トランス1,4−シクロヘキシレン基の4位炭素原子又は1位炭素原子をケイ素原子で置換した環基:但しX1、X2は夫々独立に水素原子又はメチル基。
【選択図】なし[PROBLEMS] To provide an optically anisotropic material, an optical element having high refractive index anisotropy and excellent blue laser light resistance, and suppressing an increase in melting point of a liquid crystal composition and a transmittance loss of a cured product, and the production thereof. A novel liquid crystal composition is provided.
A compound represented by the following formula (1): A-Ph-E 1 -Ph- ( Ph) m - (E 2) n -B-R 2 ·· (1) where, A: CH 2 = CR 1 -COO- (L) k - or carbons 1 -8 alkyl or alkoxy groups. R 1 : a hydrogen atom or a methyl group. L :-( CH 2) p O - , - (CH 2) q -. k: 0 or 1. B: -CH 2 -, - OCH 2 -, - SiH 2 - or -Si (CH 3) 2. R 2: an alkyl group or an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms. m, n: 0 or 1 independently. E 1 and E 2 : each a cyclic group in which the 4-position carbon atom or the 1-position carbon atom of the trans 1,4-cyclohexylene group is substituted with a silicon atom: X 1 and X 2 are each independently a hydrogen atom or a methyl group.
[Selection figure] None
Description
本発明は、新規な化合物、この化合物を含む液晶組成物、この液晶組成物を重合させてなる光学異方性材料、および光学素子に関する。 The present invention relates to a novel compound, a liquid crystal composition containing the compound, an optically anisotropic material obtained by polymerizing the liquid crystal composition, and an optical element.
光ディスクに記録された情報を読み出したり、光ディスクに情報を書き込んだりする際には、レーザー光を変調(偏光、回折、位相調整等)させる光学素子が必要である。
たとえば、情報の読み出しの際、レーザー光源から出射された直線偏光は、偏向素子ついで位相板を経由し光ディスクの面に到達する。往きの直線偏光の偏光方向は、該偏向素子によって変わらない方向に揃えられているので、往きの直線偏光は偏向素子を直線透過し、位相板で円偏光に変換される。この円偏光は記録面で反射されて逆回りの円偏光となり、再び位相板により入射前と直交する直線偏光に変換される。この戻り光束は再び偏向素子を通過する際に進行方向が曲げられ、受光素子に到達する。
When reading information recorded on an optical disk or writing information on an optical disk, an optical element that modulates laser light (polarization, diffraction, phase adjustment, etc.) is required.
For example, when reading information, linearly polarized light emitted from a laser light source reaches the surface of the optical disc via the deflection element and the phase plate. Since the polarization direction of the forward linearly polarized light is aligned in a direction that does not change by the deflecting element, the forward linearly polarized light is linearly transmitted through the deflecting element and converted into circularly polarized light by the phase plate. This circularly polarized light is reflected by the recording surface to become reversely circularly polarized light, and is converted again to linearly polarized light orthogonal to that before incidence by the phase plate. When the return light beam passes through the deflecting element again, the traveling direction is bent and reaches the light receiving element.
また、情報の読み出しや書き込みの際には、光ディスクの面ぶれ等が発生すると、ビームスポットのフォーカス位置が記録面からずれるため、これを検出・補正しビームスポットを記録面上の凹凸ピットに追従させるサーボ機構が必要となる。このような光ディスクのサーボ系はレーザー光源から照射したビームスポットの焦点を記録面上にあわせてからトラックの位置を検出し、目的のトラックを追従するように構成されている。また、記録面上でピットに当らずに反射されたレーザー光がそのまま光源まで戻らないようにする必要もある。
このため光ヘッド装置においては、レーザー光を変調(偏光、回折、位相調整等)させる光学素子が必要となり、これらの性質の単独もしくは組み合わせを利用して光学素子を構成することにより、サーボ機構等に応用されている。このような光学素子は、光ディスクの記録を読み取るために利用される光ピックアップ素子のみならず、プロジェクター用途等におけるイメージング素子、波長可変フィルタ用途等における通信用デバイスにも利用されている。
Also, when reading or writing information, if the surface of the optical disc fluctuates, the focus position of the beam spot shifts from the recording surface. This is detected and corrected, and the beam spot follows the uneven pits on the recording surface. A servo mechanism is required. Such an optical disk servo system is configured to detect the position of a track after the focus of a beam spot irradiated from a laser light source is focused on a recording surface and to follow the target track. Further, it is necessary to prevent the laser beam reflected without hitting the pit on the recording surface from returning to the light source as it is.
For this reason, in an optical head device, an optical element that modulates laser light (polarization, diffraction, phase adjustment, etc.) is required. By configuring an optical element using one or a combination of these properties, a servo mechanism, etc. Has been applied. Such an optical element is used not only for an optical pickup element used for reading a record on an optical disc, but also for an imaging element for a projector application and a communication device for a wavelength variable filter application.
これらの光学素子は液晶材料から作製することが可能である。重合性官能基を有する液晶分子は、重合性モノマーとしての性質と液晶としての性質とを併有するため、重合性官能基を有する液晶分子を配向させた後に重合を行うと、液晶分子の配向が固定された光学異方性材料を得ることができる。光学異方性材料は、メソゲン骨格に由来する屈折率異方性等の光学異方性を有し、これらの性質を利用して回折素子、位相板等に応用されている。 These optical elements can be made from a liquid crystal material. Since liquid crystal molecules having a polymerizable functional group have both the properties as a polymerizable monomer and the properties as a liquid crystal, the alignment of the liquid crystal molecules having a polymerizable functional group causes the alignment of the liquid crystal molecules. A fixed optically anisotropic material can be obtained. Optically anisotropic materials have optical anisotropy such as refractive index anisotropy derived from a mesogen skeleton, and are applied to diffraction elements, phase plates, and the like using these properties.
さらに、近年、光ディスクの大容量化を図るため、情報の書き込み、読み取りに使用されるレーザー光を短波長化し、光ディスク上の凹凸ピットサイズをより小さくすることが進められている。現在、CDでは波長780nm、DVDでは波長660nm、BDでは405nmのレーザー光が使用されている。さらに、次世代光記録メディアでは、波長300〜450nmのレーザー光(以下、BDの場合も含め青色レーザー光とも記す。)の使用が検討されている。
しかし、液晶等の有機物からなる光学素子(位相板など)を青色レーザー光学系に配置して光ヘッド装置として使用すると、時間の経過に伴って収差が発生することがある。これは、青色レーザー光の曝露によって有機物にダメージが発生することによるものと考えられる。収差が発生すると、レーザー光源から出射し、コリメータレンズや光学素子等を通過した光(光束)が、さらに対物レンズを通過して記録媒体表面に到達したときに光束が1点に決像しなくなり、情報の読み出しや書き込みの効率(光の利用効率)が低下するおそれが生ずる。
Furthermore, in recent years, in order to increase the capacity of optical disks, it has been promoted to shorten the wavelength of laser light used for writing and reading information, and to further reduce the size of concave and convex pits on the optical disk. Currently, a laser beam having a wavelength of 780 nm, a DVD having a wavelength of 660 nm, and a BD having a wavelength of 405 nm are used. Further, in next-generation optical recording media, the use of laser light with a wavelength of 300 to 450 nm (hereinafter also referred to as blue laser light including BD) is being studied.
However, when an optical element (such as a phase plate) made of an organic material such as liquid crystal is arranged in a blue laser optical system and used as an optical head device, aberration may occur with time. This is thought to be due to damage to organic matter caused by exposure to blue laser light. When aberration occurs, the light (light beam) emitted from the laser light source and passed through the collimator lens, optical element, etc. passes through the objective lens and reaches the surface of the recording medium. In this case, the efficiency of reading and writing information (light utilization efficiency) may be reduced.
また、光学素子の小型化、高効率化、設計自由度の向上のためには、高い屈折率異方性、すなわちΔnを有する材料が必要とされる。ここでΔnとは光学異方性材料の異常光屈折率neと常光屈折率noの差分の絶対値であり、一般に、高い屈折率異方性を有する材料は、高い屈折率を有する傾向がある。
このような高屈折率液晶材料としては、例えば特許文献1に記載された液晶材料がある。しかし、高屈折率液晶材料は、屈折率の波長分散が大きいため、短波長の光に対する光の吸収が大きくなる(すなわち、材料のモル吸光係数が大きくなる。)傾向があり、青色レーザー光のような短波長の光を吸収しやすく、耐光性が低いという問題があった。
In addition, a material having a high refractive index anisotropy, that is, Δn is required to reduce the size, increase the efficiency, and improve the degree of design freedom of the optical element. Here, Δn is the absolute value of the difference between the extraordinary refractive index ne and the ordinary refractive index no of the optically anisotropic material. In general, a material having a high refractive index anisotropy tends to have a high refractive index. .
As such a high refractive index liquid crystal material, for example, there is a liquid crystal material described in Patent Document 1. However, since the high refractive index liquid crystal material has a large wavelength dispersion of the refractive index, the absorption of light with respect to light having a short wavelength tends to increase (that is, the molar extinction coefficient of the material increases). There is a problem that such short wavelength light is easily absorbed and light resistance is low.
このような問題を解決するために、高いレーザー耐性と高い屈折率異方性を両立する光学異方性材料として、下式(I)で表される化合物を含む液晶組成物を重合させてなる高分子液晶が報告されている(特許文献2)。 In order to solve such problems, a liquid crystal composition containing a compound represented by the following formula (I) is polymerized as an optically anisotropic material that achieves both high laser resistance and high refractive index anisotropy. A polymer liquid crystal has been reported (Patent Document 2).
上記式(I)で表される化合物は、青色レーザー光に対する耐光性に優れ、かつ高い屈折率異方性を有するが、環基の数が多いことに由来して、組成物が高い融点を示す傾向にある。これに伴い、上記式(I)で表わされる化合物は、組成物の調製中に、光重合を実施予定のアクリル部位の熱重合が生じ易いという問題がある。このように熱重合が発生すると、重合の進行が不均一となるため、得られる膜が光散乱成分を多く含んだものとなり、その分、光学素子としての透過率をロスした状態となる。
また、環基の数が多くなると、重合の際に液晶メソゲン同士のパッキングが強くなり、その結果、結晶マルチドメインの様な形態となって、散乱に伴う透過率ロスを引き起こすという問題もある。
The compound represented by the formula (I) has excellent light resistance to blue laser light and high refractive index anisotropy, but the composition has a high melting point due to the large number of ring groups. Tend to show. Along with this, the compound represented by the above formula (I) has a problem that thermal polymerization of an acrylic site to be subjected to photopolymerization is likely to occur during preparation of the composition. When thermal polymerization occurs in this way, the progress of the polymerization becomes non-uniform, and the resulting film contains a large amount of light scattering components, resulting in a loss of transmittance as an optical element.
In addition, when the number of ring groups is increased, packing between liquid crystal mesogens is strengthened during polymerization, and as a result, there is a problem that the crystal multi-domain is formed, resulting in loss of transmittance due to scattering.
ところで、上記の重合性液晶組成物(ネマチック液晶組成物またはスメクチック液晶組成物)に、不斉炭素を有するカイラルドーパントを添加することによって、重合性コレステリック液晶組成物を得ることができる。コレステリック液晶はネマチック液晶やスメクチック液晶とは異なる光学的性質を有するため、重合性液晶組成物として、それ相応の高いΔn値を有するものを用いれば、これらネマチック液晶組成物またはスメクチック液晶組成物等の重合性液晶組成物では実現できない光学素子の作成が可能である。 By the way, a polymerizable cholesteric liquid crystal composition can be obtained by adding a chiral dopant having an asymmetric carbon to the polymerizable liquid crystal composition (nematic liquid crystal composition or smectic liquid crystal composition). Cholesteric liquid crystals have optical properties different from those of nematic liquid crystals and smectic liquid crystals. Therefore, if a polymerizable liquid crystal composition having a corresponding high Δn value is used, these nematic liquid crystal compositions or smectic liquid crystal compositions, etc. An optical element that cannot be realized with a polymerizable liquid crystal composition can be produced.
コレステリック液晶は多数の層の重なりからなり、その一つの薄い層内において、液晶分子は長軸を層と平行にするとともに方向を揃えて並んでいる。また、分子の方向は、隣接する層ごとに少しずつ異なっており、全体として螺旋構造をなしている。このため、液晶分子は特異な光学的性質を示す。
具体的には、液晶分子が螺旋状に捩れた配向を有する結果、螺旋ピッチに対応して左/右円偏光成分のいずれか一方を選択的に反射する。例えば、選択反射を示す方の円偏光を用いてコレステリック液晶の透過率測定を行うと、急峻な波長依存性を有する透過スペクトル、すなわち、選択反射を持つ波長帯域に矩形を有するスペクトルが得られる。この性質は、特定波長の光を反射するミラー、反射型回折格子、反射帯を利用した屈折率異常分散等に適用できる。このため、コレステリック液晶は様々な光学素子に利用されている。例えば、特許文献3には、コレステリック液晶の屈折率異常分散を用いて構成された偏光性回折素子が開示されている。
A cholesteric liquid crystal is formed by overlapping a plurality of layers, and in one thin layer, liquid crystal molecules are aligned with their major axes parallel to the layers and aligned. Moreover, the direction of the molecule is slightly different for each adjacent layer, and has a helical structure as a whole. For this reason, the liquid crystal molecules exhibit unique optical properties.
Specifically, as a result of the liquid crystal molecules having a helically twisted orientation, either one of the left / right circularly polarized components is selectively reflected corresponding to the helical pitch. For example, when the transmittance of a cholesteric liquid crystal is measured using circularly polarized light that exhibits selective reflection, a transmission spectrum having a steep wavelength dependency, that is, a spectrum having a rectangle in a wavelength band having selective reflection is obtained. This property can be applied to a mirror that reflects light of a specific wavelength, a reflective diffraction grating, an anomalous refractive index dispersion using a reflection band, and the like. For this reason, cholesteric liquid crystals are used in various optical elements. For example, Patent Document 3 discloses a polarizing diffraction element configured using refractive index anomalous dispersion of cholesteric liquid crystal.
一般に使用されるコレステリック液晶は、比較的低分子量の通常のネマチック液晶またはスメクチック液晶に、不斉中心等を持つカイラルドーパントを添加することによって得られるが、こうした比較的低分子量の通常のコレステリック液晶は、周囲の温度変化の影響によって螺旋ピッチが変動し、その結果、上記の反射特性、すなわち選択反射波長の変動を引き起こす。また、液晶分子の捩れ配向構造は安定性が低いため、衝撃によって配向状態が乱れる場合があり、光学素子化する際の問題点となる。 Commonly used cholesteric liquid crystals are obtained by adding a chiral dopant having an asymmetric center to a normal nematic liquid crystal or smectic liquid crystal having a relatively low molecular weight. The spiral pitch fluctuates due to the influence of the ambient temperature, and as a result, the above-described reflection characteristic, that is, the selective reflection wavelength fluctuates. In addition, since the twisted alignment structure of liquid crystal molecules is low in stability, the alignment state may be disturbed by impact, which is a problem when an optical element is formed.
これに対し、ポリマー型のコレステリック高分子液晶は、上記の通常の低分子量のものと比較して、優れた信頼性を備えており、光学素子化したときの温度特性や信頼性の高さの面で、好適である。
コレステリック高分子液晶は、重合性官能基を有するネマチック若しくはスメクチックの液晶性化合物と、重合性官能基を有するカイラルドーパントとからなるコレステリック液晶組成物を重合することで得られるが、重合性コレステリック液晶組成物は、重合に伴い、選択反射の矩形変化を生じることが多く、一般に、その矩形はブロード化する。この場合、選択反射帯域近傍では透過率の低下が生じており、選択反射帯域近傍の波長の透過光を利用する光学素子においては、光の利用効率を確保し難いという問題があった。
In contrast, polymer-type cholesteric polymer liquid crystals have superior reliability compared to the above-mentioned ordinary low molecular weight liquid crystals, and have high temperature characteristics and high reliability when formed into optical elements. In terms of surface.
A cholesteric polymer liquid crystal is obtained by polymerizing a cholesteric liquid crystal composition comprising a nematic or smectic liquid crystalline compound having a polymerizable functional group and a chiral dopant having a polymerizable functional group. Objects often produce rectangular changes in selective reflection with polymerization, and generally the rectangles become broad. In this case, the transmittance is reduced in the vicinity of the selective reflection band, and there is a problem that it is difficult to ensure the light use efficiency in an optical element that uses transmitted light having a wavelength in the vicinity of the selective reflection band.
そこで、式(I)で示す化合物からなる重合性液晶組成物、重合性コレステリック液晶組成物のように、高い屈折率異方性と優れた青色レーザー耐光性を有しつつ、モノマーの高融点化や硬化物の透過率損失などの問題のない液晶化合物が望まれていた。 Therefore, high melting point of the monomer while having high refractive index anisotropy and excellent blue laser light resistance, such as a polymerizable liquid crystal composition comprising the compound represented by formula (I) and a polymerizable cholesteric liquid crystal composition And a liquid crystal compound having no problem such as loss of transmittance of cured product has been desired.
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、高い屈折率異方性と優れた青色レーザー耐光性を有しつつ、非重合性液晶組成物、重合性液晶組成物(ネマチック液晶またはスメクチック液晶)および重合性コレステリック液晶組成物の融点の上昇と、これらの硬化物の透過率損失とを抑制した光学異方性材料、光学素子及びこれらを作成するための新規な液晶組成物および化合物を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a high refractive index anisotropy and excellent blue laser light resistance, while having a non-polymerizable liquid crystal composition and a polymerizable liquid crystal composition ( Nematic liquid crystal or smectic liquid crystal) and polymerizable cholesteric liquid crystal composition, an optically anisotropic material, an optical element, and a novel liquid crystal composition for producing the same, which suppress an increase in melting point and loss of transmittance of these cured products The object is to provide products and compounds.
上記課題を解決する為に、本発明者は鋭意検討したところ、本発明に到達したもので、本発明は、下記を要旨とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied to arrive at the present invention. The present invention has the following gist.
本発明は、下記式(1)で示される化合物を提供する。
A−Ph−E1−Ph−(Ph)m−(E2)n−B−R2 ・・・(1)
ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
A:CH2=CR1−COO−(L)k−又は
炭素数1〜8のアルキル基もしくは炭素数1〜8のアルコキシ基。
ただし、アルキル基及びアルコキシ基は、直鎖状のものでも分岐状のものでもよく、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、アルキル基及びアルコキシ基はエーテル結合を含んでいてもよい。
R1:水素原子またはメチル基。
L:−(CH2)pO−、−(CH2)q−であり、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、アルキレン基はエーテル結合を含んでいてもよい。(ただしpおよびqはそれぞれ独立に2〜8の整数。)。
k:0または1。
B:−CH2−、−OCH2−、−SiH2−、又は−Si(CH3)2−。
R2:炭素数1〜7のアルキル基又は炭素数1〜7のアルコキシ基。
ただし、アルキル基及びアルコキシ基は、直鎖状のものでも分岐状のものでもよく、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、アルキル基及びアルコキシ基はエーテル結合を含んでいてもよい。
Ph:1,4−フェニレン基。(但し、環基のA側を1位とする。)
m、n:独立に0か1。
E1: トランス1,4−シクロヘキシレン基の4位炭素原子をケイ素原子で置換した下式に示す環基(但し、環基のA側を1位とする。):
また、式(1)中における1,4−フェニレン基は、その環基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
また、式(1)中におけるE1及びE2は、その環基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
また、本発明は、上記式(1)において、n=0である化合物を提供する。
また、本発明は、上記式(1)において、AがCH2=CR1−COO−(L)k−である化合物を提供する。
また、本発明は、上記式(1)において、k=1である化合物を提供する。
The present invention provides a compound represented by the following formula (1).
A-Ph-E 1 -Ph- ( Ph) m - (E 2) n -
However, the symbols in the formulas have the following meanings.
A: CH 2 = CR 1 —COO— (L) k — or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms.
However, the alkyl group and the alkoxy group may be linear or branched, the hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkyl group and the alkoxy group contain an ether bond. Also good.
R 1 : a hydrogen atom or a methyl group.
L: — (CH 2 ) p O—, — (CH 2 ) q —, the hydrogen atom may be replaced by a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkylene group may contain an ether bond. (However, p and q are each independently an integer of 2 to 8.)
k: 0 or 1.
B: -CH 2 -, - OCH 2 -, - SiH 2 -, or -Si (CH 3) 2 -.
R 2 : an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms.
However, the alkyl group and the alkoxy group may be linear or branched, the hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkyl group and the alkoxy group contain an ether bond. Also good.
Ph: 1,4-phenylene group. (However, the A side of the cyclic group is the first position.)
m, n: 0 or 1 independently.
E 1 : A cyclic group represented by the following formula in which the 4-position carbon atom of the trans 1,4-cyclohexylene group is substituted with a silicon atom (provided that the A side of the cyclic group is the 1-position):
In the 1,4-phenylene group in the formula (1), a hydrogen atom bonded to a carbon atom in the ring group may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group.
In E 1 and E 2 in formula (1), a hydrogen atom bonded to a carbon atom in the ring group may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group.
The present invention also provides a compound in which n = 0 in the above formula (1).
Further, in the above formula (1), A CH 2 = CR 1 -COO- (L ) k - provides compounds.
The present invention also provides a compound in which k = 1 in the above formula (1).
また、本発明は、上記本発明の式(1)で示される化合物を含有する液晶組成物を提供する。
また、本発明は、上記本発明の式(1)で示される重合性化合物を含有する重合性液晶組成物を提供する。
また、本発明は、上記本発明の重合性液晶組成物に、重合性カイラル材料を含有してなる重合性コレステリック液晶組成物を提供する。
The present invention also provides a liquid crystal composition containing the compound represented by the formula (1) of the present invention.
The present invention also provides a polymerizable liquid crystal composition containing the polymerizable compound represented by the formula (1) of the present invention.
The present invention also provides a polymerizable cholesteric liquid crystal composition comprising a polymerizable chiral material in the polymerizable liquid crystal composition of the present invention.
また、本発明は、上記本発明の重合性化合物を含有する液晶組成物を重合してなる光学異方性材料を提供する。 The present invention also provides an optically anisotropic material obtained by polymerizing a liquid crystal composition containing the polymerizable compound of the present invention.
また、本発明は、上記本発明の光学異方性材料を、一対の支持体間に挟持するか、または、一枚の支持体上に積層した構造を有する光学素子を提供する。 The present invention also provides an optical element having a structure in which the optically anisotropic material of the present invention is sandwiched between a pair of supports or laminated on a single support.
本発明の化合物は、融点が低く、組成物の融点を低く抑えることができ、その硬化物において、高い屈折率異方性と青色レーザー耐光性を確保しつつ、透過率損失(コレステリック硬化物の場合は選択反射帯の近傍波長における透過率損失)を抑制することができる。
従って、本発明の化合物、及び液晶組成物を用いて作成した光学異方材料、光学素子は、高い屈折率異方性と高い透過率を有し、かつ優れた青色レーザー耐光性を示す。また、本発明の光学異方材料は、高い屈折率異方性によって、複雑な光学素子の設計に好適に用いることができる。
本発明の重合性化合物は、重合性ネマチック液晶組成物、重合性スメクチック液晶組成物または重合性コレステリック液晶組成物の構成材料として用いることができる。
また、本発明の非重合性化合物は、重合性化合物と同様に低融点かつ高い屈折率異方性を示す。
The compound of the present invention has a low melting point and can keep the melting point of the composition low. In the cured product, while ensuring high refractive index anisotropy and blue laser light resistance, transmittance loss (of cholesteric cured product) In this case, it is possible to suppress transmission loss at a wavelength near the selective reflection band.
Therefore, the optically anisotropic material and optical element prepared using the compound of the present invention and the liquid crystal composition have high refractive index anisotropy and high transmittance, and exhibit excellent blue laser light resistance. The optically anisotropic material of the present invention can be suitably used for designing complex optical elements due to high refractive index anisotropy.
The polymerizable compound of the present invention can be used as a constituent material for a polymerizable nematic liquid crystal composition, a polymerizable smectic liquid crystal composition, or a polymerizable cholesteric liquid crystal composition.
In addition, the non-polymerizable compound of the present invention exhibits a low melting point and high refractive index anisotropy, similar to the polymerizable compound.
本明細書においては、式(1)で表される化合物を化合物(1)とも記す。他の化合物についても同様に記す。 In the present specification, the compound represented by the formula (1) is also referred to as the compound (1). The same applies to other compounds.
本明細書における1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基の4位炭素原子をケイ素原子で置換した環基E1およびトランス−1,4−シクロヘキシレン基の1位炭素原子をケイ素原子で置換した環基E2は、非置換の基であってもよく、環基の環部分を構成する炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基で置換されていてもよい。
これらの環基は1位および4位に結合手を有する。本明細書では、環基中、式(1)のA側を1位とし、B側を4位とする(本明細書において、以下同じ。)。
なお、環基がE1やE2である場合、1位および4位の結合手はトランスの位置にある。また、アルキル基に構造異性の基が存在する場合はその全ての基を含み、直鎖アルキル基が好ましい。
以下において、「Ph」は上記の置換基を有していてもよい1,4−フェニレン基を表し、E1およびE2はそれぞれ、上記の置換基を有していてもよいトランス−1,4−シクロヘキシレン基の、4位炭素原子又は1位炭素原子を、それぞれケイ素原子で置換した環基を表す。
In this specification, the ring group E 1 in which the 4-position carbon atom of the 1,4-phenylene group and the trans-1,4-cyclohexylene group is substituted with a silicon atom, and the 1-position carbon atom of the trans-1,4-cyclohexylene group The ring group E 2 substituted with a silicon atom may be an unsubstituted group, and a hydrogen atom bonded to a carbon atom constituting a ring part of the ring group is substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group. May be.
These ring groups have bonds at the 1-position and 4-position. In the present specification, in the cyclic group, the A side of the formula (1) is the 1st position and the B side is the 4th position (the same applies hereinafter).
When the ring group is E 1 or E 2 , the 1- and 4-position bonds are in the trans position. In addition, when there are structurally isomeric groups in the alkyl group, all the groups are included, and a linear alkyl group is preferred.
In the following, “Ph” represents a 1,4-phenylene group which may have the above substituent, and E 1 and E 2 each represent trans-1, which may have the above substituent. A cyclic group in which the 4-position carbon atom or the 1-position carbon atom of the 4-cyclohexylene group is substituted with a silicon atom, respectively.
また液晶性と重合性とを併有する化合物を、以下、重合性液晶という。以下における波長の記載は、中心波長±2nmの範囲にあることを意味する。また、本明細書では、屈折率異方性をΔnと略記する。 A compound having both liquid crystallinity and polymerizability is hereinafter referred to as polymerizable liquid crystal. The description of the wavelength in the following means that it exists in the range of center wavelength +/- 2nm. In this specification, refractive index anisotropy is abbreviated as Δn.
AはCH2=CR1−COO−(L)k−か又は炭素数1〜8のアルキル基もしくは炭素数1〜8のアルコキシ基であるが、AがCH2=CR1−COO−(L)k−の場合には、化合物(1)の光重合が容易となり、液晶性を有する所望の温度で重合させ易くなるため、所望の特性を有する光学異方性材料を得やすくなることから、好ましい。
本発明の化合物は、AがCH2=CR1−COO−(L)k−の場合、下式(1−1)で表される化合物である。この化合物(1−1)は、重合性と液晶性を併有する重合性液晶の一種である。
CH2=CR1−COO−(L)k−Ph−E1−Ph−(Ph)m−(E2)n−B−R2 (1−1)
A is CH 2 ═CR 1 —COO— (L) k — or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, and A is CH 2 ═CR 1 —COO— (L ) In the case of k-, the photopolymerization of the compound (1) is facilitated, and it becomes easy to polymerize at a desired temperature having liquid crystallinity, so that it becomes easy to obtain an optically anisotropic material having desired characteristics. preferable.
The compound of the present invention is a compound represented by the following formula (1-1) when A is CH 2 ═CR 1 —COO— (L) k —. This compound (1-1) is a kind of polymerizable liquid crystal having both polymerizability and liquid crystallinity.
CH 2 = CR 1 -COO- (L ) k -Ph-E 1 -Ph- (Ph) m - (E 2) n -B-R 2 (1-1)
R1は水素原子またはメチル基であり、水素原子が好ましい。R1が水素原子又はメチル基である場合には、光重合によって得られる光学異方性材料および光学素子の特性が外部環境(温度等)の影響を受けにくいという利点がある。更にR1が水素原子である場合には、後述する化合物(1)を含む液晶組成物を光重合させて光学異方性材料および光学素子を得る際に、重合が速やかに進行するので好ましい。 R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, preferably a hydrogen atom. When R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, there is an advantage that the characteristics of the optically anisotropic material and optical element obtained by photopolymerization are hardly affected by the external environment (temperature, etc.). Further, when R 1 is a hydrogen atom, it is preferable because polymerization proceeds rapidly when a liquid crystal composition containing a compound (1) described later is photopolymerized to obtain an optically anisotropic material and an optical element.
R2は炭素数1〜7のアルキル基又は炭素数1〜7のアルコキシ基である。R2としては、炭素数2〜6のアルキル基が、液晶温度幅の広さと低い融点とをバランスよく両立できる点から好ましい。
アルキル基及びアルコキシ基は、直鎖状のものでも分岐状のものでもよいが、化合物(1)が液晶性を示す温度範囲を広くできることから、R2は直鎖構造であることがより好ましい。
また、アルキル基及びアルコキシ基は、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、アルキル基及びアルコキシ基は、エーテル結合を含んでいてもよい。
R 2 is an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms. As R 2 , an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms is preferable from the viewpoint that both the wide temperature range of the liquid crystal and the low melting point can be balanced.
The alkyl group and the alkoxy group may be linear or branched, but R 2 preferably has a linear structure because the temperature range in which the compound (1) exhibits liquid crystallinity can be widened.
In the alkyl group and the alkoxy group, a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkyl group and the alkoxy group may include an ether bond.
式(1)において、kは0または1であるが、kが1であるある場合には、重合後においても高いΔn値を維持できるため好ましい。また、kが1である場合には、モノマー組成物の融点を低下させる効果も得られる。
kが0である化合物は、kが1である化合物と比較すると、重合後においてそれ自身が示す実効Δn値は若干劣るが、硬化物に熱的安定性を付与する目的のために、組成物中に含まれていてもよい。
In the formula (1), k is 0 or 1, but it is preferable that k is 1 because a high Δn value can be maintained even after polymerization. Moreover, when k is 1, the effect of lowering the melting point of the monomer composition is also obtained.
The compound in which k is 0 is slightly inferior in effective Δn value itself after polymerization compared with the compound in which k is 1, but for the purpose of imparting thermal stability to the cured product, It may be included.
Lは、−(CH2)pO−、または−(CH2)q−であり、いずれにおいても、化合物(1)特性上、大きな違いは無いが、合成上の便宜の面からは−(CH2)pO−が好ましい。
pおよびqは、それぞれ独立に2〜8の整数であり、重合前後におけるΔn値の保持と、熱によるポリマーΔn値の変動抑制とを両立させる観点から、pは4〜6の整数が特に好ましい。
一般に、重合性液晶組成物を重合させると、液晶のオーダーパラメーターの低下に伴い重合後のΔn値が低下する傾向にあるが、Lが−(CH2)pO−、−(CH2)q−等のポリメチレン基を有する基である場合には、重合の前後におけるΔn値の低下を抑制することができる。これは、アクリロイル基またはメタクリロイル基に、ポリメチレン基を有する構造が結合していることによるものである。
このため、ネマチック液晶組成物やスメクチック液晶組成物の場合、ポリマー状態でも高いΔn値を確保することが可能である。またこの場合、コレステリック液晶組成物中においても、重合に伴うポリマー実効Δn値の低下を抑制でき、高い実効Δn値を確保することが可能である。
また、−(CH2)pO−及び−(CH2)q−の水素原子は、フッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、またアルキレン基はエーテル結合を含んでいてもよい。
L is — (CH 2 ) p O— or — (CH 2 ) q —, and in either case, there is no significant difference in the characteristics of the compound (1), but from the viewpoint of synthesis convenience, − ( CH 2) p O- are preferred.
p and q are each independently an integer of 2 to 8, and p is particularly preferably an integer of 4 to 6 from the viewpoint of achieving both retention of Δn value before and after polymerization and suppression of variation in polymer Δn value due to heat. .
In general, when a polymerizable liquid crystal composition is polymerized, the Δn value after polymerization tends to decrease as the order parameter of the liquid crystal decreases, but L is-(CH 2 ) p O-,-(CH 2 ) q In the case of a group having a polymethylene group such as-, a decrease in Δn value before and after polymerization can be suppressed. This is because a structure having a polymethylene group is bonded to an acryloyl group or a methacryloyl group.
For this reason, in the case of a nematic liquid crystal composition or a smectic liquid crystal composition, it is possible to ensure a high Δn value even in a polymer state. In this case, also in the cholesteric liquid crystal composition, it is possible to suppress a decrease in the polymer effective Δn value accompanying the polymerization, and it is possible to ensure a high effective Δn value.
Also, - (CH 2) p O-, and - (CH 2) q - hydrogen atoms may be substituted by a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkylene group may contain an ether bond.
E1およびE2は、各々下記に示す化合物であり、E1は、トランス−1,4−シクロヘキシレン基の4位炭素原子をケイ素原子で置換した環基であり、E2は、トランス−1,4−シクロヘキシレン基の1位炭素原子をケイ素原子で置換した環基である。 E 1 and E 2 are each a compound shown below, E 1 is a cyclic group in which the 4-position carbon atom of the trans-1,4-cyclohexylene group is substituted with a silicon atom, and E 2 is a trans- It is a cyclic group in which the 1-position carbon atom of the 1,4-cyclohexylene group is substituted with a silicon atom.
このように、環基中の炭素原子をケイ素原子で置換することにより、炭素−ケイ素原子間の結合距離と炭素−炭素原子間の結合距離の違いに起因して、E1やE2の環基内外における僅かな環構造の歪み、即ち非対称性が発生する。これに伴い、化合物(1)の融点を降下させることが可能である。 Thus, by substituting the carbon atom in the ring group with a silicon atom, the ring of E 1 or E 2 is caused by the difference in the bond distance between the carbon-silicon atom and the bond distance between the carbon-carbon atoms. A slight ring structure distortion inside or outside the group, that is, asymmetry occurs. Along with this, it is possible to lower the melting point of the compound (1).
[1]E1又はE2由来のSi原子とPhとが結合する構造、及び[2]後述するBの−SiH2−又は−Si(CH3)2−に含まれるケイ素原子とPhとが結合する構造により、化合物(1)の耐光性が向上する。この効果は、Phが連結してπ共役を形成している場合に、特に大きく現れる。これは、ケイ素原子‐炭素原子間では、二重結合、即ち−Si=C−の状態が形成され難いこと、又はベンジルラジカルの発生が抑制されること等により、耐光性劣化の起点と成り得る転移反応や結合開裂が進行し難いためである。 [1] A structure in which an Si atom derived from E 1 or E 2 and Ph are bonded, and [2] a silicon atom and Ph contained in —SiH 2 — or —Si (CH 3 ) 2 — of B described later. The light resistance of the compound (1) is improved by the bonded structure. This effect is particularly significant when Ph is linked to form a π conjugate. This can be a starting point for light resistance degradation due to the difficulty of forming a double bond, ie, —Si═C—, between silicon atoms and carbon atoms, or the suppression of the generation of benzyl radicals. This is because the transfer reaction and bond cleavage are difficult to proceed.
X1、X2はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基である。
X1、X2が水素原子の場合には、化合物(1)は、高いΔn値と低い融点を示し、優れた青色耐光性を有する。X1、X2がメチル基の場合には、これらが水素原子である場合と比較して、更に効果的に融点を下げることが可能である。但し、Δnの値は僅かに低下する。なお、Δn値については、後述のように、環基の連結様式を適宜選択することにより、低下を回避することが可能である。
X1、X2が水素原子の場合には、プロトン引き抜き反応に由来する、青色耐光性の劣化が生じる可能性があるが、X1、X2がメチル基の場合には、この可能性が回避される。従って、X1、X2をメチル基とした場合には、光照射密度(照射光量÷照射面積)が高い等の過酷な耐光性条件下でも、この化合物(1)から得られる硬化膜の青色耐光性の劣化を抑制することができる。
X 1 and X 2 are each independently a hydrogen atom or a methyl group.
When X 1 and X 2 are hydrogen atoms, the compound (1) exhibits a high Δn value and a low melting point, and has excellent blue light resistance. When X 1 and X 2 are methyl groups, it is possible to lower the melting point more effectively than when these are hydrogen atoms. However, the value of Δn slightly decreases. In addition, about (DELTA) n value, it is possible to avoid a fall by selecting suitably the connection mode of a cyclic group so that it may mention later.
When X 1 and X 2 are hydrogen atoms, blue light resistance may deteriorate due to the proton abstraction reaction. However, when X 1 and X 2 are methyl groups, this possibility may occur. Avoided. Therefore, when X 1 and X 2 are methyl groups, the blue color of the cured film obtained from the compound (1) can be obtained even under severe light resistance conditions such as high light irradiation density (irradiation light amount ÷ irradiation area). Deterioration of light resistance can be suppressed.
Bは−CH2−、−OCH2−、−SiH2−、又は−Si(CH3)2−である。(以下、Si(CH3)2−を−SiMe2と示す。)
Δn値の大きさの点では、−CH2−≒−OCH2− > −SiH2− > −SiMe2の順に優れており、融点の低さ及び耐光性の点では、−SiMe2− > −SiH2− > −CH2−> −OCH2−の順に優れている。
特に、過酷な耐光性条件下、例えば光照射密度が高い環境下においては、液晶メソゲン末端がPhであると(式(1)においてm=1、n=0の場合)、化合物(1)において、ベンジルラジカルの発生に伴う劣化が生じ易いが、Bとして−SiH2−又は−SiMe2−を選択すると、耐光性が向上する。これは、BがCH2−、−OCH2−の場合には、ベンジルラジカルの発生に伴う劣化が生じ易いのに対して、−SiH2−又は−SiMe2−の場合には、ベンジルラジカルの発生が抑えられて、高い耐光性を維持できるためである。
B is —CH 2 —, —OCH 2 —, —SiH 2 —, or —Si (CH 3 ) 2 —. (Hereinafter, Si (CH 3) 2 - shown with -SiMe 2.)
In terms of the magnitude of Δn value, -CH 2 - ≒ -OCH 2 - > -SiH 2 -> -SiMe of excellent sequentially 2, in terms of low and light fastness of the melting point, -SiMe 2 -> - SiH 2 -> -CH 2 -> -OCH 2 - is superior to the order of.
In particular, under severe light resistance conditions, for example, in an environment with high light irradiation density, when the liquid crystal mesogen end is Ph (when m = 1 in formula (1) and n = 0), in compound (1) Although easily occurs deterioration accompanying the generation of benzyl radicals, -SiH 2 as B - or -SiMe 2 - selecting, improved light resistance. This, B is CH 2 -, - OCH 2 - When a is that the easily occurs deterioration accompanying the generation of benzyl radicals, -SiH 2 - or -SiMe 2 - in the case of the benzyl radical This is because generation is suppressed and high light resistance can be maintained.
「−Ph−E1−Ph−(Ph)m−(E2)n−」の構造としては、「−Ph−E1−Ph−」、「−Ph−E1−Ph−Ph−」または「−Ph−E1−Ph−Ph−E2−」が好ましい。
Phが連結する構造の場合には、π共役によりΔn値を効果的に向上させることができる。従って、これらの構造の中でも、化合物(1)のΔn値を高くする点からはPhが隣接していることが好ましく、「−Ph−E1−Ph−Ph−」および「−Ph−E1−Ph−Ph−E2−」が好ましい。
化合物(1)の合成上の便宜の点では「−Ph−E1−Ph−Ph−」が好ましいが、Δn値の向上の点では、「−Ph−E1−Ph−Ph−E2−」が好ましい。
また、化合物(1)又はこれを含む組成物の融点を下げる点では、「−Ph−E1−Ph−」が好ましい。
なお、これらの構造において、上記のように、X1、X2の種類の選択、又はPh環への置換基の導入を適宜行うことにより、化合物(1)のΔn値、融点等を調整することが可能である。
The structure of "-Ph-E 1 -Ph- (Ph) m - - (E 2) n ""- Ph-E 1 -Ph -", "- Ph-E 1 -Ph-Ph-" or "-Ph-E 1 -Ph-Ph- E 2 - " it is preferred.
In the case of a structure in which Ph is linked, the Δn value can be effectively improved by π conjugation. Thus, among these structures, it is preferable that Ph is adjacent from the viewpoint of increasing the Δn value of the compound (1), "- Ph-E 1 -Ph-Ph-" and "-Ph-E 1 -Ph-Ph-E 2 - "it is preferred.
“-Ph-E 1 -Ph-Ph-” is preferable from the viewpoint of synthesis of the compound (1), but “-Ph-E 1 -Ph-Ph-E 2 —” is preferable from the viewpoint of improving the Δn value. Is preferred.
The compound (1) or in terms of lowering the melting point of the composition containing the same, "- Ph-E 1 -Ph-" are preferred.
In these structures, as described above, the Δn value, the melting point, etc. of the compound (1) are adjusted by appropriately selecting the types of X 1 and X 2 or appropriately introducing substituents into the Ph ring. It is possible.
上記のように、Phが連結する構造は、化合物(1)のΔn値の向上に寄与するが、Phの連結としては、一義的に2つの連結までとすることがよい。Phが3つ以上連結すると、光学吸収の効果が強調され過ぎるため、耐光性が極めて脆弱になる。
ただし、Phが3つ連結していなければ、このような問題は生じないため、式(1)中に、Phが3つ以上含まれていてもよい。
また、E1、E2といった環基を式(1)中に含むことにより、Ph環ほどの寄与はないものの、Δn値を向上させることができる。
As described above, the structure in which Ph is linked contributes to the improvement of the Δn value of compound (1), but the Ph linkage is preferably limited to two linkages. If three or more Ph are connected, the light absorption effect becomes too emphasized, so that the light resistance becomes extremely weak.
However, if three Phs are not connected, such a problem does not occur. Therefore, three or more Phs may be included in the formula (1).
In addition, by including a cyclic group such as E 1 and E 2 in the formula (1), the Δn value can be improved, although there is no contribution as much as the Ph ring.
化合物(1)は、最大5つの環基を含む構造をとり得るが、式(1)中の環基数が多い場合には、Phに適宜メチル基を導入するか、又はX1、X2としてメチル基を選択することが好ましい。
環基が全て非置換であると、化合物(1)の融点が高くなり過ぎて、組成物の調整中に熱重合が生じる等の不都合がおこり易くなるが、Ph等の環基にメチル基を導入した場合、又はX1、X2としてメチル基を選択した場合には、化合物(1)の融点を降下させることができる。
なお、上記のようにBとして−SiH2−または−SiMe2−を選択することによっても、融点を下げることが可能である。
The compound (1) can have a structure containing a maximum of five ring groups, but when the number of ring groups in the formula (1) is large, a methyl group is appropriately introduced into Ph, or as X 1 and X 2 It is preferred to select a methyl group.
If all the cyclic groups are unsubstituted, the melting point of the compound (1) becomes too high, and inconveniences such as thermal polymerization occur during the preparation of the composition, but a methyl group is added to the cyclic group such as Ph. When introduced or when a methyl group is selected as X 1 or X 2 , the melting point of the compound (1) can be lowered.
As B as described above -SiH 2 - or -SiMe 2 - also by selecting, it is possible to lower the melting point.
このように、本発明の化合物(1)は、多環液晶骨格を有するが、上記のように、[1]Ph環との結合位置へのケイ素原子の導入[2]E1又はE2における、X1、X2位置でのメチル基置換[3]Phのメチル基置換等により、融点上昇を抑制しつつ、高いΔn値を確保し、優れた耐光性を維持することが可能である。 Thus, although the compound (1) of the present invention has a polycyclic liquid crystal skeleton, as described above, [1] introduction of a silicon atom at the bonding position with the Ph ring [2] in E 1 or E 2 , X 1 , X 2 substitution at methyl position [3] Ph, etc., while maintaining a high Δn value and maintaining excellent light resistance while suppressing an increase in melting point.
また、環基を4つ又は5つ有する液晶骨格は、モノマーΔn値を高めるポテンシャルを有するが、その一方、これらのみで組成物を作成すると、組成物化した時の融点が全般に高くなる傾向があり、取り扱いが難しくなる。また、環基数が多いと、その硬化時に、結晶マルチドメイン質の膜が形成されて、光散乱に伴う透過率ロスが発生し易くなる。
このため、環基を4つ又は5つ有する化合物(1)を用いる場合には、これに併せて、式(1)中の環基数が3つの液晶モノマー、またはそれ以外から選ばれる3環液晶モノマーを含めて組成物を調整することが好ましい。このような3環液晶モノマーを組成物中に含有させることにより、モノマー融点の上昇や、光散乱に伴う透過率ロス等の問題を解決することができる。
In addition, a liquid crystal skeleton having four or five ring groups has a potential to increase the monomer Δn value. On the other hand, when a composition is prepared using only these, the melting point when formed into a composition tends to be generally high. Yes, handling becomes difficult. On the other hand, when the number of ring groups is large, a crystalline multi-domain film is formed at the time of curing, and a transmittance loss due to light scattering tends to occur.
For this reason, when the compound (1) having 4 or 5 ring groups is used, a liquid crystal monomer having three ring groups in the formula (1) or a three-ring liquid crystal selected from the other liquid crystal monomers is used. It is preferable to adjust the composition including the monomer. By including such a tricyclic liquid crystal monomer in the composition, problems such as an increase in the melting point of the monomer and a loss of transmittance accompanying light scattering can be solved.
重合性の化合物(1)としては、下記化合物(1A)〜(1C)が好ましい。
CH2=CR1−COO−L−Ph−E1−Ph−B−R2 ;(1A)
CH2=CR1−COO−L−Ph−E1−Ph−Ph−B−R2 ;(1B)
CH2=CR1−COO−L−Ph−E1−Ph−Ph−E2−B−R2 ;(1C)
これらのうちR1が水素原子である化合物が好ましく、更に−L−が−(CH2)pO−(pは4〜6の整数が特に好ましい。)である化合物が特に好ましい。
また、Ph、E1およびE2は、これらの基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
本発明において、Phは非置換の基、1個のフッ素原子で置換された基、または1個のメチル基で置換された基であることが好ましい。Phがこれらの置換基を有する場合、化合物(1)の融点を低くする効果および粘度を低くする効果がある。
また、環基E1およびE2において、これらの基中の炭素原子に結合した水素原子は非置換の基であることが好ましい。
E1のX1およびE2のX2は水素原子又はメチル基であり、Bは、−CH2−、−OCH2−、−SiH2−、又は−SiMe2−である。
As the polymerizable compound (1), the following compounds (1A) to (1C) are preferable.
CH 2 = CR 1 -COO-L -Ph-E 1 -Ph-
CH 2 = CR 1 -COO-L -Ph-E 1 -Ph-Ph-
CH 2 = CR 1 -COO-L -Ph-E 1 -Ph-Ph-E 2 -
Among these, a compound in which R 1 is a hydrogen atom is preferable, and a compound in which -L- is — (CH 2 ) p O— (p is particularly preferably an integer of 4 to 6) is particularly preferable.
In Ph, E 1 and E 2 , a hydrogen atom bonded to a carbon atom in these groups may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group.
In the present invention, Ph is preferably an unsubstituted group, a group substituted with one fluorine atom, or a group substituted with one methyl group. When Ph has these substituents, it has the effect of lowering the melting point and the viscosity of the compound (1).
In the ring groups E 1 and E 2 , the hydrogen atom bonded to the carbon atom in these groups is preferably an unsubstituted group.
X 1 and X 2 of E 2 of E 1 is a hydrogen atom or a methyl group, B is, -CH 2 -, - OCH 2 -, - SiH 2 -, or -SiMe 2 - a.
(1A)においては、Ph環の共役がなく、耐光性への影響は小さいことから、Bは−CH2−であることが好ましい。(1A)は、環基の数が3つと少ないため、Bとして−SiH2−や−SiMe2−を選択すると、液晶としての異方性が低下して、Δn値が小さくなる。 In (1A), since there is no conjugation of the Ph ring and the influence on light resistance is small, B is preferably —CH 2 —. (1A), because the number of ring group three and less, -SiH 2 as B - and -SiMe 2 - Selecting, anisotropy of the liquid crystal is reduced, [Delta] n value is small.
(1B)、(1C)においては、Ph環の置換基の有無、X1、X2の種類(水素原子又はメチル基)、Bの種類(−CH2−、−SiH2−、−SiMe2)の選択によって、種々の組み合わせによる骨格が考えられるが、これらの組み合わせ方に関しては、化合物(1)において物性(融点及びΔn値)面を強調するか、又は耐光性の強さを強調するかによって、適宜選択することが好ましい。 In (1B) and (1C), the presence or absence of a substituent on the Ph ring, the type of X 1 and X 2 (hydrogen atom or methyl group), the type of B (—CH 2 —, —SiH 2 —, —SiMe 2 ) Can be considered by various combinations of skeletons. Regarding these combination methods, do you emphasize the physical properties (melting point and Δn value) surface of compound (1) or emphasize the light resistance? It is preferable to select as appropriate.
例えば、光の照射密度の高い、過酷な耐光性環境下での高度の青色耐光性が要求される場合には、X1、X2としてはメチル基を選択し、Bとしては−SiMe2−、−SiH2−、−CH2−の順に選択することが好ましい。この場合には、化合物(1)の融点が低下する効果も得られるが、Δn値は低下する。従って、この場合には、環基のPhには置換基を含めないことが好ましい。
一方、化合物(1)において、上記のような高度の耐光性を要求されない場合には、X1、X2としては水素原子を選択し、Bとしては−CH2−、−SiH2−、−SiMe2−の順に選択することが好ましい。この場合、化合物(1)の融点は高くなり易い傾向にあるため、環基のPhにメチル基、フッ素原子等の置換基を含めることが好ましい。
For example, when high blue light resistance under a severe light resistance environment with high light irradiation density is required, a methyl group is selected as X 1 and X 2 , and —SiMe 2 — is selected as B. , —SiH 2 —, and —CH 2 — are preferably selected in this order. In this case, the effect of lowering the melting point of the compound (1) is also obtained, but the Δn value is lowered. Therefore, in this case, it is preferable not to include a substituent in the Ph of the cyclic group.
On the other hand, in the compound (1), if not required a high degree of light fastness as described above, the X 1, X 2 a hydrogen atom is selected as the B -CH 2 -, - SiH 2 -, - It is preferable to select in the order of SiMe 2 −. In this case, since the melting point of the compound (1) tends to be high, it is preferable to include a substituent such as a methyl group or a fluorine atom in the cyclic group Ph.
また、式(1)において、Aは、重合基を含まないものであってもよい。この場合にも、高いΔn値を有し、かつ低融点(Tm)で、優れた青色耐光性を有する化合物(1)を得ることができる。従って、青色波長用途として、かつ電場印加して用いるアクティブ液晶組成物の1つとして使用することができる。即ち、少量の添加によって、組成物のΔn値を高めることが可能であり、液晶層の厚みを薄くすることに伴う液晶の高速応答化に対して効果的に寄与することができる。
重合性の(1A)〜(1C)と同様に、下記化合物(1a)〜(1c)が好ましい。
A1−Ph−E1−Ph−B−R2 ;(1a)
A1−Ph−E1−Ph−Ph−B−R2 ;(1b)
A1−Ph−E1−Ph−Ph−E2−B−R2 ;(1c)
Moreover, in Formula (1), A may not contain a polymeric group. Also in this case, a compound (1) having a high Δn value, a low melting point (Tm), and excellent blue light resistance can be obtained. Therefore, it can be used as one of the active liquid crystal compositions used for blue wavelength applications and by applying an electric field. That is, by adding a small amount, it is possible to increase the Δn value of the composition, which can effectively contribute to the high-speed response of the liquid crystal accompanying the reduction of the thickness of the liquid crystal layer.
Similarly to the polymerizable (1A) to (1C), the following compounds (1a) to (1c) are preferable.
A 1 -Ph-E 1 -Ph-
A 1 -Ph-E 1 -Ph- Ph-
A 1 -Ph-E 1 -Ph- Ph-E 2 -
A1は炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数1〜8のアルコキシ基である。特性的には両者に顕著な差は無いが、A1がアルコキシ基の場合には、後述のように、Aが重合性基を有するものと中間体を共有できる利点を有する。一方、合成上の工程数を考慮すると、アルキル基は、アルコキシ基と比較して簡便に作成できる利点を有する。
アルキル基及びアルコキシ基は直鎖状のものであっても分岐状のものであってもよいが、化合物(1)が液晶性を示す温度範囲を広くできることから、直鎖状のものの方が好ましい。
アルキル基及びアルコキシ基は、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、またアルキル基及びアルコキシ基は、エーテル結合を含んでいてもよい。
A 1 is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms. Although there is no significant difference between the two in terms of characteristics, when A 1 is an alkoxy group, as described later, A has an advantage that an intermediate can be shared with those having a polymerizable group. On the other hand, considering the number of steps in the synthesis, the alkyl group has an advantage that it can be easily prepared as compared with the alkoxy group.
The alkyl group and the alkoxy group may be linear or branched. However, since the temperature range in which the compound (1) exhibits liquid crystallinity can be widened, the linear group is preferable. .
In the alkyl group and the alkoxy group, a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkyl group and the alkoxy group may include an ether bond.
化合物(1)としては、以下に示す化合物が好ましく、(1B−1)〜(1B−12)、(1B−25)〜(1B−36)、(1C−1)〜(1C−8)、(1C−17)〜(1C−24)が特に好ましい。ただし式中のpは前記と同じ意味を示し、4〜6の整数が好ましい。R21は炭素数1〜8のアルキル基を示し、炭素数1〜6の直鎖アルキル基が好ましい。R22は炭素数1〜8のアルキル基を示し、炭素数2〜6の直鎖アルキル基が好ましい。 As the compound (1), the following compounds are preferable, (1B-1) to (1B-12), (1B-25) to (1B-36), (1C-1) to (1C-8), (1C-17) to (1C-24) are particularly preferable. However, p in a formula shows the same meaning as the above, and the integer of 4-6 is preferable. R 21 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferable. R 22 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and a linear alkyl group having 2 to 6 carbon atoms is preferable.
本発明の化合物(1)の合成方法について、具体例を挙げて説明する。尚、以下の式中の記号は前記と同じ意味である。 A method for synthesizing the compound (1) of the present invention will be described with specific examples. The symbols in the following formulas have the same meaning as described above.
(合成方法1)
化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 1)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1A-1), (1A-3), and (1A-5) include the methods shown below.
まず上記化合物(11)とアリルマグネシウムクロリドを反応させて上記化合物(12)を得る。次に化合物(12)をヒドロホウ素化した後、塩基と過酸化水素で酸化することでジオール(13)を得る。次に化合物(13)をルテニウム触媒の存在下で酸化してジカルボン酸(14)を得る。次に化合物(14)とエタノールを反応させて化合物(15)を得て、これを、水素化ナトリウムの存在下でDieckmann縮合を行い化合物(16)を得る。次に化合物(16)を塩化ナトリウム水溶液とジメチルスルホキシド(以下DMSOと略記する)の存在下で還流して化合物(17)を得る。次に化合物(17)と別途調整したグリニヤール試薬(18)を反応させて化合物(19)を得る。次に化合物(19)とパラ−トルエンスルホン酸を反応させて化合物(20)を得る。次に化合物(20)をパラジウム−活性炭素の存在下、水素ガスと反応させて、化合物(21)を得る。次に化合物(21)を一塩化ヨウ素と反応させた後、引き続き水素化アルミニウムリチウム(以下、LAHと略記)と反応させて化合物(22)を得る。次に化合物(22)を塩化鉄(III)の存在下、塩化水素ガスと反応させることで化合物(22−2)を反応系中で得て、これと、別途調整したグリニヤール試薬(23)を反応させて化合物(24)を得る。次に化合物(24)をLiBH(sec−C4H9)3と反応させて化合物(25)を得る。
化合物(25)をR21−BrまたはR21−OHとエーテル化することで非重合性の化合物(1A−1)を得る。
化合物(25)をアクリル酸クロリドと反応させることで、メチレンスペーサーを持たない重合性化合物(1A−3)を得る。
化合物(25)をCH2=CH−COO−(CH2)p−BrまたはCH2=CH−COO−(CH2)p−OHと反応させることで、メチレンスペーサーを有する重合性化合物(1A−5)を得る。
First, the compound (11) and allylmagnesium chloride are reacted to obtain the compound (12). Next, the compound (12) is hydroborated and then oxidized with a base and hydrogen peroxide to obtain the diol (13). Next, the compound (13) is oxidized in the presence of a ruthenium catalyst to obtain a dicarboxylic acid (14). Next, the compound (14) and ethanol are reacted to obtain the compound (15), which is subjected to Dieckmann condensation in the presence of sodium hydride to obtain the compound (16). Next, the compound (16) is refluxed in the presence of an aqueous sodium chloride solution and dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO) to obtain the compound (17). Next, the compound (17) and a separately prepared Grignard reagent (18) are reacted to obtain the compound (19). Next, the compound (19) is reacted with para-toluenesulfonic acid to obtain the compound (20). Next, the compound (20) is reacted with hydrogen gas in the presence of palladium-activated carbon to obtain the compound (21). Next, the compound (21) is reacted with iodine monochloride, and subsequently reacted with lithium aluminum hydride (hereinafter abbreviated as LAH) to obtain the compound (22). Next, the compound (22) is reacted with hydrogen chloride gas in the presence of iron (III) chloride to obtain the compound (22-2) in the reaction system, and this and a separately prepared Grignard reagent (23) are obtained. Reaction is performed to obtain compound (24). Next, the compound (24) is reacted with LiBH (sec-C 4 H 9 ) 3 to obtain the compound (25).
The non-polymerizable compound (1A-1) is obtained by etherifying the compound (25) with R 21 —Br or R 21 —OH.
A polymerizable compound (1A-3) having no methylene spacer is obtained by reacting the compound (25) with acrylic acid chloride.
The compound (25) is reacted with CH 2 ═CH—COO— (CH 2 ) p —Br or CH 2 ═CH—COO— (CH 2 ) p —OH, whereby a polymerizable compound having a methylene spacer (1A- 5) is obtained.
(合成方法2)
化合物(1A−2)、(1A−4)、(1A−6)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 2)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1A-2), (1A-4), and (1A-6) include the methods shown below.
合成方法1において化合物(21)から化合物(22)を得る反応にて、LAHの代わりにメチルマグネシウムブロマイドを用いることで上記化合物(26)を得る。更に化合物(26)に対して、合成方法1において化合物(22)から化合物(24)、化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1A−2)、(1A−4)、(1A−6)を得ることができる。 In the synthesis method 1, the compound (26) is obtained by using methylmagnesium bromide instead of LAH in the reaction for obtaining the compound (22) from the compound (21). Furthermore, a method of obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (22) through compound (24) and compound (25) in synthesis method 1 for compound (26) The above-mentioned compounds (1A-2), (1A-4) and (1A-6) can be obtained by using exactly the same method.
(合成方法3)
化合物(1B−1)、(1B−13)、(1B−25)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 3)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-1), (1B-13), and (1B-25) include the methods shown below.
合成方法1において化合物(22)から化合物(24)を得る反応にて、化合物(23)の代わりに化合物(27)を用いることで上記化合物(28)を得る。更に化合物(28)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−1)、(1B−13)、(1B−25)を得る。 The compound (28) is obtained by using the compound (27) instead of the compound (23) in the reaction for obtaining the compound (24) from the compound (22) in the synthesis method 1. Furthermore, for compound (28), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-1), (1B-13) and (1B-25).
(合成方法4)
化合物(1B−4)、(1B−16)、(1B−28)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 4)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-4), (1B-16), and (1B-28) include the methods shown below.
合成方法3において化合物(22)から化合物(28)を得る反応にて、化合物(22)の代わりに化合物(26)を用いることで上記化合物(29)を得る。更に化合物(29)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−4)、(1B−16)、(1B−28)を得る。 The compound (29) is obtained by using the compound (26) instead of the compound (22) in the reaction for obtaining the compound (28) from the compound (22) in the synthesis method 3. Furthermore, for compound (29), in synthesis method 1, the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) To obtain the above compounds (1B-4), (1B-16) and (1B-28).
(合成方法5)
化合物(1B−7)、(1B−19)、(1B−31)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 5)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-7), (1B-19), and (1B-31) include the methods shown below.
合成方法3において化合物(22)から化合物(28)を得る反応にて、化合物(27)の代わりに化合物(30)を用いることで上記化合物(31)を得る。更に化合物(31)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−7)、(1B−19)、(1B−31)を得る。 The compound (31) is obtained by using the compound (30) instead of the compound (27) in the reaction for obtaining the compound (28) from the compound (22) in the synthesis method 3. Furthermore, for compound (31), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-7), (1B-19) and (1B-31).
(合成方法6)
化合物(1B−10)、(1B−22)、(1B−34)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 6)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-10), (1B-22), and (1B-34) include the methods shown below.
合成方法5において化合物(22)から化合物(31)を得る反応にて、化合物(22)の代わりに化合物(26)を用いることで上記化合物(32)を得る。更に化合物(32)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−10)、(1B−22)、(1B−34)を得る。 The compound (32) is obtained by using the compound (26) instead of the compound (22) in the reaction for obtaining the compound (31) from the compound (22) in the synthesis method 5. Furthermore, for compound (32), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-10), (1B-22) and (1B-34).
(合成方法7)
化合物(1B−2)、(1B−14)、(1B−26)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 7)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-2), (1B-14), and (1B-26) include the methods shown below.
合成方法3において化合物(22)から化合物(28)を得る反応にて、化合物(27)の代わりに化合物(33)を用いることで上記化合物(34)を得る。次に化合物(34)のグリニヤール試薬(34−2)を調整し、これとR22−SiCl3を反応させ、引き続きLAHと反応させることで化合物(35)を得る。更に化合物(35)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−2)、(1B−14)、(1B−26)を得る。 The compound (34) is obtained by using the compound (33) instead of the compound (27) in the reaction for obtaining the compound (28) from the compound (22) in Synthesis Method 3. Next, Grignard reagent (34-2) of compound (34) is prepared, this is reacted with R 22 -SiCl 3 , and subsequently reacted with LAH to obtain compound (35). Furthermore, for compound (35), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-2), (1B-14) and (1B-26).
(合成方法8)
化合物(1B−3)、(1B−15)、(1B−27)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 8)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-3), (1B-15), and (1B-27) include the methods shown below.
合成方法7において化合物(34)から化合物(35)を得る反応にて、R22−SiCl3の代わりにR22−SiMe2Clと反応させることで上記化合物(36)を得る。更に化合物(35)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−3)、(1B−15)、(1B−27)を得る。 The compound (36) is obtained by reacting with R 22 -SiMe 2 Cl instead of R 22 -SiCl 3 in the reaction for obtaining the compound (35) from the compound (34) in Synthesis Method 7. Furthermore, for compound (35), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-3), (1B-15) and (1B-27).
(合成方法9)
化合物(1B−5)、(1B−17)、(1B−29)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 9)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-5), (1B-17), and (1B-29) include the methods shown below.
合成方法7において化合物(22)から化合物(34)を得る反応にて、化合物(22)の代わりに化合物(26)を用いることで上記化合物(37)を得る。次に化合物(37)に対して、合成方法7において化合物(34)から化合物(35)を得るのに用いた方法と全く同様の方法を用いることで、化合物(38)を得る。更に化合物(38)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−5)、(1B−17)、(1B−29)を得る。 The compound (37) is obtained by using the compound (26) instead of the compound (22) in the reaction for obtaining the compound (34) from the compound (22) in the synthesis method 7. Next, for compound (37), compound (38) is obtained by using exactly the same method as used for obtaining compound (35) from compound (34) in synthesis method 7. Furthermore, for compound (38), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-5), (1B-17) and (1B-29).
(合成方法10)
化合物(1B−6)、(1B−18)、(1B−30)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 10)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-6), (1B-18), and (1B-30) include the methods shown below.
合成方法9において化合物(37−2)から化合物(38)を得る反応にて、R22−SiCl3の代わりにR22−SiMe2Clと反応させることで上記化合物(39)を得る。更に化合物(39)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−6)、(1B−18)、(1B−30)を得る。
In the reaction for obtaining compound (38) from compound (37-2) in
(合成方法11)
化合物(1B−8)、(1B−20)、(1B−32)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 11)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-8), (1B-20), and (1B-32) include the methods shown below.
合成方法7において化合物(22)から化合物(34)を得る反応にて、化合物(33)の代わりに化合物(40)を用いることで上記化合物(41)を得る。次に化合物(41)に対して、合成方法7において化合物(34)から化合物(35)を得るのに用いた方法と全く同様の方法を用いることで、化合物(42)を得る。更に化合物(42)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−8)、(1B−20)、(1B−32)を得る。 The compound (41) is obtained by using the compound (40) instead of the compound (33) in the reaction for obtaining the compound (34) from the compound (22) in the synthesis method 7. Next, for compound (41), compound (42) is obtained by using the same method as used for obtaining compound (35) from compound (34) in synthesis method 7. Furthermore, for compound (42), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-8), (1B-20) and (1B-32).
(合成方法12)
化合物(1B−9)、(1B−21)、(1B−33)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 12)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-9), (1B-21), and (1B-33) include the methods shown below.
合成方法11において化合物(41−2)から化合物(42)を得る反応にて、R22−SiCl3の代わりにR22−SiMe2Clと反応させることで上記化合物(43)を得る。更に化合物(43)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−9)、(1B−21)、(1B−33)を得る。 In the synthesis method 11, in the reaction for obtaining the compound (42) from the compound (41-2), the compound (43) is obtained by reacting with R 22 -SiMe 2 Cl instead of R 22 -SiCl 3 . Furthermore, for compound (43), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-9), (1B-21), and (1B-33).
(合成方法13)
化合物(1B−11)、(1B−23)、(1B−35)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis method 13)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-11), (1B-23), and (1B-35) include the methods shown below.
合成方法6において化合物(26)から化合物(32)を得る反応にて、化合物(30)の代わりに化合物(40)を用いることで上記化合物(44)を得る。次に化合物(44)に対して、合成方法7において化合物(34)から化合物(35)を得るのに用いた方法と全く同様の方法を用いることで、化合物(45)を得る。更に化合物(45)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−11)、(1B−23)、(1B−35)を得る。 The compound (44) is obtained by using the compound (40) instead of the compound (30) in the reaction for obtaining the compound (32) from the compound (26) in the synthesis method 6. Next, for compound (44), compound (45) is obtained by using exactly the same method as used for obtaining compound (35) from compound (34) in synthesis method 7. Furthermore, for compound (45), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-11), (1B-23) and (1B-35).
(合成方法14)
化合物(1B−12)、(1B−24)、(1B−36)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
Examples of methods for synthesizing the compounds (1B-12), (1B-24), and (1B-36) include the methods shown below.
合成方法13において化合物(44−2)から化合物(45)を得る反応にて、R22−SiCl3の代わりにR22−SiMe2Clと反応させることで上記化合物(46)を得る。更に化合物(46)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1B−12)、(1B−24)、(1B−36)を得る。 In the synthesis method 13, in the reaction for obtaining the compound (45) from the compound (44-2), the compound (46) is obtained by reacting with R 22 -SiMe 2 Cl instead of R 22 -SiCl 3 . Furthermore, for compound (46), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1B-12), (1B-24) and (1B-36).
(合成方法15)
化合物(1C−1)、(1C−9)、(1C−17)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 15)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-1), (1C-9), and (1C-17) include the methods shown below.
化合物(47)のようなグリニヤール試薬を調整し、これと化合物(17)を反応させることで上記化合物(48)を得る。更に化合物(48)に対して、合成方法1において化合物(19)から化合物(22−2)を得る工程と全く同様の方法を用いることで化合物(51−2)を反応系中で得て、これと、別途調整したグリニヤール試薬(33)を反応させて化合物(52)を得る。次に化合物(52)にマグネシウムを作用させてグリニヤール試薬(53)を調整し、別途調整した化合物(22−2)を反応させて化合物(54)を得る。更に化合物(54)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−1)、(1C−9)、(1C−17)を得る。 A Grignard reagent such as compound (47) is prepared and reacted with compound (17) to obtain compound (48). Furthermore, compound (51-2) was obtained in the reaction system by using the same method as the step of obtaining compound (22-2) from compound (19) in synthesis method 1 for compound (48), This is reacted with a separately prepared Grignard reagent (33) to obtain compound (52). Next, magnesium is allowed to act on the compound (52) to prepare a Grignard reagent (53), and the separately prepared compound (22-2) is reacted to obtain the compound (54). Furthermore, for compound (54), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1C-1), (1C-9) and (1C-17).
(合成方法16)
化合物(1C−2)、(1C−10)、(1C−18)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 16)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-2), (1C-10), and (1C-18) include the methods shown below.
合成方法15から得られる化合物(50)を一塩化ヨウ素と反応させた後、引き続きメチルマグネシウムブロミドと反応させて化合物(55)を得る。次に合成方法15において化合物(51)から化合物(52)を得る反応にて、化合物(51)の代わりに上記化合物(55)を用いることで上記化合物(56)を得る。更に合成方法15において化合物(52)から化合物(54)を得る方法と全く同様の方法を用いることで化合物(58)を得る。更に化合物(58)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−2)、(1C−10)、(1C−18)を得る。 The compound (50) obtained from the synthesis method 15 is reacted with iodine monochloride and subsequently reacted with methylmagnesium bromide to obtain the compound (55). Next, in the synthesis method 15, in the reaction for obtaining the compound (52) from the compound (51), the compound (56) is obtained by using the compound (55) instead of the compound (51). Further, compound (58) is obtained by using the same method as the method for obtaining compound (54) from compound (52) in synthesis method 15. Furthermore, for compound (58), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1C-2), (1C-10) and (1C-18).
(合成方法17)
化合物(1C−3)、(1C−11)、(1C−19)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 17)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-3), (1C-11), and (1C-19) include the methods shown below.
合成方法15において化合物(53)から化合物(54)を得る反応にて、化合物(22−2)の代わりに化合物(26−2)を用いることで上記化合物(59)を得る。更に化合物(59)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−3)、(1C−11)、(1C−19)を得る。 The compound (59) is obtained by using the compound (26-2) in place of the compound (22-2) in the reaction for obtaining the compound (54) from the compound (53) in the synthesis method 15. Furthermore, for compound (59), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1C-3), (1C-11) and (1C-19).
(合成方法18)
化合物(1C−4)、(1C−12)、(1C−20)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 18)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-4), (1C-12), and (1C-20) include the methods shown below.
合成方法16において化合物(57)から化合物(58)を得る反応にて、化合物(22−2)の代わりに化合物(26−2)を用いることで上記化合物(60)を得る。更に化合物(60)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−4)、(1C−12)、(1C−20)を得る。 The compound (60) is obtained by using the compound (26-2) instead of the compound (22-2) in the synthesis method 16 in the reaction for obtaining the compound (58) from the compound (57). Furthermore, for compound (60), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1C-4), (1C-12) and (1C-20).
(合成方法19)
化合物(1C−5)、(1C−13)、(1C−21)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 19)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-5), (1C-13), and (1C-21) include the methods shown below.
合成方法15において化合物(51)から化合物(52)を得る反応にて、化合物(33)の代わりに別途調整したグリニヤール試薬(61)を用いることで上記化合物(62)を得る。次に合成方法16において化合物(56)から化合物(58)を得る反応にて、化合物(56)の代わりに上記化合物(62)を用いることで上記化合物(64)を得る。更に化合物(64)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−5)、(1C−13)、(1C−21)を得る。 The compound (62) is obtained by using a Grignard reagent (61) prepared separately in place of the compound (33) in the reaction for obtaining the compound (52) from the compound (51) in the synthesis method 15. Next, the compound (64) is obtained by using the compound (62) in place of the compound (56) in the reaction for obtaining the compound (58) from the compound (56) in the synthesis method 16. Furthermore, for compound (64), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1C-5), (1C-13) and (1C-21).
(合成方法20)
化合物(1C−6)、(1C−14)、(1C−22)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 20)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-6), (1C-14), and (1C-22) include the methods shown below.
合成方法19において化合物(51)から化合物(62)を得る反応にて、化合物(51)の代わりに化合物(55)を用いることで上記化合物(65)を得る。次に合成方法16において化合物(56)から化合物(58)を得る反応にて、化合物(56)の代わりに上記化合物(65)を用いることで上記化合物(67)を得る。更に化合物(67)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−6)、(1C−14)、(1C−22)を得る。 The compound (65) is obtained by using the compound (55) instead of the compound (51) in the reaction for obtaining the compound (62) from the compound (51) in the synthesis method 19. Next, the compound (67) is obtained by using the compound (65) in place of the compound (56) in the reaction for obtaining the compound (58) from the compound (56) in the synthesis method 16. Furthermore, for compound (67), in Synthesis Method 1, the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) To obtain the above compounds (1C-6), (1C-14) and (1C-22).
(合成方法21)
化合物(1C−7)、(1C−15)、(1C−23)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 21)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-7), (1C-15), and (1C-23) include the methods shown below.
合成方法19において化合物(63)から化合物(64)を得る反応にて、化合物(22−2)の代わりに化合物(26−2)を用いることで上記化合物(68)を得る。更に化合物(68)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−7)、(1C−15)、(1C−23)を得る。 The compound (68) is obtained by using the compound (26-2) instead of the compound (22-2) in the reaction for obtaining the compound (64) from the compound (63) in the synthesis method 19. Furthermore, for compound (68), the same method as the method for obtaining compounds (1A-1), (1A-3) and (1A-5) from compound (24) through compound (25) in synthesis method 1 To obtain the above compounds (1C-7), (1C-15) and (1C-23).
(合成方法22)
化合物(1C−8)、(1C−16)、(1C−24)の合成方法としては、例えば以下に示す方法が挙げられる。
(Synthesis Method 22)
Examples of methods for synthesizing the compounds (1C-8), (1C-16), and (1C-24) include the methods shown below.
合成方法20において化合物(66)から化合物(67)を得る反応にて、化合物(22−2)の代わりに化合物(26−2)を用いることで上記化合物(69)を得る。更に化合物(69)に対して、合成方法1において化合物(24)から化合物(25)を経て化合物(1A−1)、(1A−3)、(1A−5)を得る方法と全く同様の方法を用いることで、上記化合物(1C−8)、(1C−16)、(1C−24)を得る。
In the reaction for obtaining compound (67) from compound (66) in
また上記合成方法1〜合成方法22中に記載のグリニヤール試薬(27)、(30)、(33)、(40)、(61)は、下記のようにアセトン溶媒中で酢酸パラジウム、トリフェニルホスフィン、炭酸ナトリウムの存在下で、鈴木カップリング反応により合成した化合物に対して、更にマグネシウムを作用させて合成する。鈴木カップリングの仕込み比は、ボロン酸類−1等量に対して、ブロモヨードベンゼン類−0.9当量、酢酸パラジウム−0.05当量、トリフェニルホスフィン−0.09当量、炭酸ナトリウム−2.7当量(20%水溶液を調製)、溶媒アセトン(量任意)を反応容器に全て加え、1晩攪拌することで、容易に合成可能である。 The Grignard reagents (27), (30), (33), (40), and (61) described in the synthesis methods 1 to 22 are palladium acetate and triphenylphosphine in an acetone solvent as described below. The compound synthesized by the Suzuki coupling reaction in the presence of sodium carbonate is further reacted with magnesium. The preparation ratio of the Suzuki coupling was bromoiodobenzenes-0.9 equivalent, palladium acetate-0.05 equivalent, triphenylphosphine-0.09 equivalent, sodium carbonate-2. It can be easily synthesized by adding 7 equivalents (preparing a 20% aqueous solution) and the solvent acetone (amount arbitrary) to the reaction vessel and stirring overnight.
本発明の化合物(1)は、[1]3個以上の環基が直接結合した構造を有していて且つPhの連結は2つまでに限定していること、[2]式(1)中に、−Ph−CO−構造(特開2004−263037参照。)を含まないこと、[3]波長400nm以下の短波長領域においても光吸収の無い、飽和炭化水素環基即ちE1、E2をメソゲン骨格中に有すること、により青色レーザー光に対する耐久性が良好である。
また、本発明の化合物(1)は、Phを、E1、E2、B等に含まれるケイ素原子と結合させて配置することにより、劣化の基点となり得る転移反応を抑制し、耐光性を更に向上させる。特に、式(1)中に、Phが2つ連結した共役構造が存在する場合には、この構造が与える効果が大きい。
The compound (1) of the present invention [1] has a structure in which three or more ring groups are directly bonded, and the Ph linkage is limited to two, [2] Formula (1) [3] Saturated hydrocarbon ring group that does not absorb light even in a short wavelength region of wavelength of 400 nm or less, that is, E 1 , E, which does not contain a —Ph—CO— structure (see JP 2004-263037 A) By having 2 in the mesogenic skeleton, durability against blue laser light is good.
In addition, the compound (1) of the present invention suppresses a transition reaction that can be a starting point of deterioration by arranging Ph bonded to a silicon atom contained in E 1 , E 2 , B, etc., and has light resistance. Further improve. In particular, when there is a conjugated structure in which two Phs are linked in formula (1), the effect of this structure is great.
ネマチック液晶組成物およびスメクチック液晶組成物のΔn値、コレステリック液晶組成物の実効Δn値は、環基として2つ以上のPhを有する場合に、大きくすることができる。特に、化合物(1)が前記式(1B)及び式(1C)並びに(1b)及び(1c)で示すように、Phが2つ連結した構造と、更にE1を介してPhが1つ、即ち合計3つのPhを含む構造をとるにより、Δn値や実効Δn値を効果的に高めることができる。 The Δn value of the nematic liquid crystal composition and the smectic liquid crystal composition and the effective Δn value of the cholesteric liquid crystal composition can be increased when the ring group has two or more Phs. In particular, as shown in Formula (1B), Formula (1C), and (1b) and (1c), the compound (1) has a structure in which two Phs are linked, and further, one Ph via E 1 , That is, by adopting a structure including a total of three Phs, the Δn value and the effective Δn value can be effectively increased.
また、一般に重合性液晶を重合させると、重合を行うことでΔn値や実効Δn値が低下する傾向にあるが、アクリロイル基またはメタクリロイル基にポリメチレン基を有する構造が結合している場合、すなわち−L−部分が、−(CH2)pO−又は−(CH2)q−である場合にはΔn値や実効Δn値の低下を抑制できる。 In general, when a polymerizable liquid crystal is polymerized, the Δn value and the effective Δn value tend to decrease by polymerization. However, when a structure having a polymethylene group is bonded to an acryloyl group or a methacryloyl group, that is, − When the L- moiety is — (CH 2 ) p O— or — (CH 2 ) q —, a decrease in Δn value or effective Δn value can be suppressed.
また、液晶メソゲン骨格中にE1やE2に由来するケイ素原子が存在することは、耐光性としての効果だけではなく、モノマー組成物の融点降下や硬化膜の透過率向上等の、物性的な効果にも寄与する。これは、炭素−ケイ素原子の結合距離と炭素−炭素原子の結合距離の違いによる、E1、E2の環基内外における僅かな環構造の歪み、即ち非対称性に由来するものであり、これに伴い化合物(1)及びこれを含む組成物の融点が降下する。
また、一般に、化合物の環基数が多い場合、これを重合させたときに、液晶メソゲン同士で強いパッキングが起こり、結晶マルチドメイン質の散乱、即ち透過率ロスが発生し易いが、上記のように、液晶メソゲン中に僅かな環構造の歪みが存在することにより、硬化膜における散乱が抑制され、また同時に液晶としての異方性も適切に維持される。
In addition, the presence of silicon atoms derived from E 1 and E 2 in the liquid crystal mesogen skeleton not only has an effect as light resistance, but also has physical properties such as lowering of the melting point of the monomer composition and improvement of transmittance of the cured film. It also contributes to a positive effect. This is derived from slight distortion of the ring structure inside or outside the ring group of E 1 and E 2 , that is, asymmetry due to the difference between the bond distance of the carbon-silicon atom and the bond distance of the carbon-carbon atom. Accordingly, the melting point of the compound (1) and the composition containing the compound (1) decreases.
In general, when a compound has a large number of ring groups, when this is polymerized, strong packing occurs between liquid crystal mesogens, and scattering of crystal multidomain material, that is, loss of transmittance tends to occur. The presence of slight ring structure distortion in the liquid crystal mesogen suppresses scattering in the cured film, and at the same time maintains the anisotropy of the liquid crystal appropriately.
以上より、液晶メソゲン中にケイ素原子を含む化合物(1)およびこれを含む組成物は、低融点で扱い易く、その硬化物は、青色光に対する耐久性および透過率特性に優れている。特に式(1)中のkが1である場合には、高いΔn値や実効Δn値を得られるため、光学素子設計における多様性に優れたものとなる。更に、これを用いて得られる光学素子は、青色光に対する耐久性に優れており、光ヘッド装置に利用した場合にも、良好な光利用効率を得ることができる。 From the above, the compound (1) containing a silicon atom in the liquid crystal mesogen and the composition containing the same are easy to handle with a low melting point, and the cured product is excellent in durability against blue light and transmittance characteristics. In particular, when k in the formula (1) is 1, a high Δn value or effective Δn value can be obtained, so that the diversity in optical element design is excellent. Furthermore, the optical element obtained by using this is excellent in durability against blue light, and good light utilization efficiency can be obtained even when used in an optical head device.
本発明の化合物(1)は、ネマチック高分子液晶、スメクチック高分子液晶およびコレステリック高分子液晶を得るための液晶組成物の一成分として使用されることが好ましい。 この場合、本発明の化合物(1)は、広い液晶温度範囲を有する液晶組成物を得やすく、特に液晶相を示す温度範囲が低温側に広い液晶組成物を得やすいという特徴を有する。なお、液晶組成物が広い液晶温度巾を示すものとするためには、組成物の融点を低温側に広げるか、または組成物のTc(液晶−等方相への相転移温度)を高温側へ広げればよい。
高分子液晶を得るための液晶組成物が低温側においても液晶性を示すように、この液晶組成物は化合物(1)から選ばれる2種以上の化合物を含む液晶組成物、または化合物(1)の1種以上と化合物(1)以外の重合性液晶の1種以上とを含む液晶組成物であることが好ましい。このような液晶組成物とすることによって、融点(Tm)降下が生じるため、取り扱いが容易になり且つ液晶相を示す温度範囲をより広くできる。なお、Tcを上げることで液晶温度範囲を高温側へ広げたい場合には、化合物(1)以外の重合性液晶として、高いTcを有する重合性液晶を選択すればよい。
以下では、化合物(1)以外の重合性液晶化合物を化合物(3)という。
The compound (1) of the present invention is preferably used as one component of a liquid crystal composition for obtaining a nematic polymer liquid crystal, a smectic polymer liquid crystal and a cholesteric polymer liquid crystal. In this case, the compound (1) of the present invention has a feature that it is easy to obtain a liquid crystal composition having a wide liquid crystal temperature range, and in particular, it is easy to obtain a liquid crystal composition having a wide temperature range exhibiting a liquid crystal phase on the low temperature side. In order for the liquid crystal composition to exhibit a wide liquid crystal temperature range, the melting point of the composition is widened to the low temperature side or the Tc (liquid crystal-phase transition temperature to isotropic phase) of the composition is set to the high temperature side. You can spread to
The liquid crystal composition containing two or more compounds selected from the compound (1) or the compound (1) so that the liquid crystal composition for obtaining the polymer liquid crystal exhibits liquid crystallinity even at a low temperature side. It is preferable that it is a liquid crystal composition containing 1 or more types of these, and 1 or more types of polymerizable liquid crystals other than a compound (1). By using such a liquid crystal composition, a melting point (Tm) drop occurs, so that the handling becomes easy and the temperature range showing the liquid crystal phase can be widened. When it is desired to increase the temperature range of the liquid crystal by increasing Tc, a polymerizable liquid crystal having a high Tc may be selected as the polymerizable liquid crystal other than the compound (1).
Hereinafter, a polymerizable liquid crystal compound other than the compound (1) is referred to as a compound (3).
液晶組成物が、化合物(1)と化合物(3)とを含むものである場合には、化合物(3)としては、アクリロイル基またはメタクリロイル基を有する化合物が好ましく、特にアクリロイル基を有する化合物は、重合が速やかに進行することから好ましい。アクリロイル基の数は単官能または2官能であることが好ましい。
重合性液晶である化合物(3)としては、青色耐光性や物性の面で、化合物(1)に類似することが望ましいため、化合物(3)の分子構造は、化合物(1)の分子構造に類似するものであることが好ましい。これにより、化合物(1)と化合物(3)とからなる液晶組成物は、融点降下が効果的に生じ、安定したネマチック液晶相又はスメクチック液晶相を示すものとなる。
When the liquid crystal composition contains the compound (1) and the compound (3), the compound (3) is preferably a compound having an acryloyl group or a methacryloyl group, and the compound having an acryloyl group is preferably polymerized. It is preferable because it proceeds quickly. The number of acryloyl groups is preferably monofunctional or bifunctional.
The compound (3), which is a polymerizable liquid crystal, is preferably similar to the compound (1) in terms of blue light resistance and physical properties. Therefore, the molecular structure of the compound (3) is the molecular structure of the compound (1). It is preferable that they are similar. As a result, the liquid crystal composition comprising the compound (1) and the compound (3) effectively exhibits a melting point drop and exhibits a stable nematic liquid crystal phase or smectic liquid crystal phase.
ただし、化合物(3)を構成する環基は、Phまたはトランス−1、4−シクロヘキシレン基(以下、Cyと略記)が好ましく、前記E1、E2のような、環基中にケイ素原子を含む環基でないことが好ましい。液晶骨格中にケイ素原子が含まれると、Tc(液晶−等方相への相転移温度)が僅かに下がる傾向にあるため、液晶温度範囲を高温側に広げる場合には、このような、ケイ素原子を含まない化合物(3)を適宜選択することにより、Tcを調整することが好ましい。 However, the cyclic group constituting the compound (3) is preferably Ph or trans-1,4-cyclohexylene group (hereinafter abbreviated as Cy), and a silicon atom in the cyclic group such as E 1 and E 2 described above. It is preferably not a cyclic group containing When silicon atoms are contained in the liquid crystal skeleton, Tc (liquid crystal-phase transition temperature to isotropic phase) tends to slightly decrease. It is preferable to adjust Tc by appropriately selecting the compound (3) containing no atom.
以上より、調製した組成物は、安定なネマチック相またはスメクチック相を示し、更にこれに、重合性カイラルドーパント(4)を添加した場合にも、安定したコレステリック相を示すものとなる。 As described above, the prepared composition exhibits a stable nematic phase or smectic phase, and further exhibits a stable cholesteric phase even when a polymerizable chiral dopant (4) is added thereto.
化合物(3)としては、下式(3−1)で表される化合物[化合物(3−1)]または下式(3−2)で表される化合物[化合物(3−2)]または下式(3−3)で表される化合物[化合物(3−3)]が好ましい。
CH2=CR3−COO−(α)β−E3−E4−E5−E6−R4・・・(3−1)
CH2=CR5−COO−(γ)δ−E7−E8−E9−R6 ・・・(3−2)
CH2=CR7−COO−E10−E11−R8 ・・・(3−3)
ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
R3、R5、R7:それぞれ独立に、水素原子またはメチル基。
R4:炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、又はCH2=CR3−COO−(α)β−。
R6:炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、又はCH2=CR5−COO−(γ)δ−。
R8:炭素数1〜8のアルキル基又はアルコキシ基。
β、δ:それぞれ独立に、0または1。
α、γ:それぞれ独立に、−(CH2)sO−または−(CH2)t−(ただし、sおよびtはそれぞれ独立に2〜8の整数。)。
ただし、R4、R6及びR8のアルキル基、アルコキシ基、並びにα及びγは、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子に置換されていてもよく、エーテル結合を含んでいてもよい。
E3〜E11:それぞれ独立に1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基。ただし、E4およびE5の少なくとも1つはトランス−1,4−シクロヘキシレン基である。また、E7〜E9の少なくとも1つはトランス−1,4−シクロヘキシレン基である。
ただし、前記の1,4−フェニレン基およびトランス−1,4−シクロヘキシレン基は、これらの基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
As the compound (3), a compound represented by the following formula (3-1) [compound (3-1)] or a compound represented by the following formula (3-2) [compound (3-2)] or The compound represented by formula (3-3) [compound (3-3)] is preferred.
CH 2 = CR 3 -COO- (α ) β -E 3 -E 4 -E 5 -E 6 -R 4 ··· (3-1)
CH 2 = CR 5 -COO- (γ ) δ -E 7 -E 8 -E 9 -R 6 ··· (3-2)
CH 2 = CR 7 -COO-E 10 -E 11 -
However, the symbols in the formulas have the following meanings.
R 3 , R 5 , R 7 : each independently a hydrogen atom or a methyl group.
R 4: an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxy group, or a CH 2 = CR 3 -COO- (α ) β -.
R 6 : an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkoxy group, or CH 2 ═CR 5 —COO— (γ) δ —.
R 8: alkyl or alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms.
β, δ: each independently 0 or 1.
α, γ: each independently — (CH 2 ) s O— or — (CH 2 ) t — (wherein s and t are each independently an integer of 2 to 8).
However, the alkyl group, alkoxy group, and α and γ of R 4 , R 6 and R 8 may be such that a hydrogen atom bonded to a carbon atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and an ether bond is included. Also good.
E 3 to E 11 : each independently 1,4-phenylene group or trans-1,4-cyclohexylene group. However, at least one of E 4 and E 5 is a trans-1,4-cyclohexylene group. In addition, at least one of E 7 to E 9 is a trans-1,4-cyclohexylene group.
However, in the 1,4-phenylene group and trans-1,4-cyclohexylene group, a hydrogen atom bonded to a carbon atom in these groups may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group. .
上記の化合物(3)のうち好ましい化合物は、下記化合物(3−1−1A)、化合物(3−1−1C)、化合物(3−1−3C)、化合物(3−2−1B)、化合物(3−2−2B)、化合物(3−3−2)、である。ただし下記のPhおよびCyは、これらの基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
CH2=CR3−COO−(CH2)sO−Ph−Cy−Ph−Ph−R4・・・(3−1−1A)
CH2=CR3−COO−Ph−Cy−Ph−Ph−R4・・・(3−1−1B)
CH2=CR3−COO−(CH2)sO−Ph−Cy−Ph−Ph−O(CH2)s−OOC−CR3=CH2・・・(3−1−1C)
CH2=CR3−COO−(CH2)sO−Ph−Ph−Cy−Ph−R4・・・(3−1−2A)
CH2=CR3−COO−Ph−Ph−Cy−Ph−R4・・・(3−1−2B)
CH2=CR3−COO−(CH2)sO−Ph−Cy−Cy−Ph−R4・・・(3−1−3A)
CH2=CR3−COO−Ph−Cy−Cy−Ph−R4・・・(3−1−3B)
CH2=CR3−COO−(CH2)sO−Ph−Cy−Cy−Ph−O(CH2)s−OOC−CR3=CH2・・・(3−1−3C)
CH2=CR5−COO−(CH2)sO−Ph−Cy−Ph−R6・・・(3−2−1A)
CH2=CR5−COO−Ph−Cy−Ph−R6・・・(3−2−1B)
CH2=CR5−COO−(CH2)sO−Ph−Cy−Ph−O(CH2)s−OOC−CR5=CH2・・・(3−2−1C)
CH2=CR5−COO−(CH2)sO−Ph−Ph−Cy−R6・・・(3−2−2A)
CH2=CR5−COO−Ph−Ph−Cy−R6・・・(3−2−2B)
CH2=CR7−COO−Ph−Cy−R8 ・・・(3−3−1)
CH2=CR7−COO−Cy−Cy−R8 ・・・(3−3−2)
Among the compounds (3), preferable compounds are the following compound (3-1-1A), compound (3-1-1C), compound (3-1-3C), compound (3-2-1B), and compound. (3-2-2B) and compound (3-3-2). However, in the following Ph and Cy, a hydrogen atom bonded to a carbon atom in these groups may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group.
CH 2 = CR 3 -COO- (CH 2) s O-Ph-Cy-Ph-Ph-R 4 ··· (3-1-1A)
CH 2 = CR 3 -COO-Ph -Cy-Ph-Ph-R 4 ··· (3-1-1B)
CH 2 = CR 3 -COO- (CH 2) s O-Ph-Cy-Ph-Ph-O (CH 2) s -OOC-CR 3 =
CH 2 = CR 3 -COO- (CH 2) s O-Ph-Ph-Cy-Ph-R 4 ··· (3-1-2A)
CH 2 = CR 3 -COO-Ph -Ph-Cy-Ph-R 4 ··· (3-1-2B)
CH 2 = CR 3 -COO- (CH 2) s O-Ph-Cy-Cy-Ph-R 4 ··· (3-1-3A)
CH 2 = CR 3 -COO-Ph -Cy-Cy-Ph-R 4 ··· (3-1-3B)
CH 2 = CR 3 -COO- (CH 2) s O-Ph-Cy-Cy-Ph-O (CH 2) s -OOC-CR 3 =
CH 2 = CR 5 -COO- (CH 2) s O-Ph-Cy-Ph-R 6 ··· (3-2-1A)
CH 2 = CR 5 -COO-Ph -Cy-Ph-R 6 ··· (3-2-1B)
CH 2 = CR 5 -COO- (CH 2) s O-Ph-Cy-Ph-O (CH 2) s -OOC-CR 5 =
CH 2 = CR 5 -COO- (CH 2) s O-Ph-Ph-Cy-R 6 ··· (3-2-2A)
CH 2 = CR 5 -COO-Ph -Ph-Cy-R 6 ··· (3-2-2B)
CH 2 = CR 7 -COO-Ph -Cy-
CH 2 = CR 7 -COO-Cy -Cy-
重合性カイラルドーパント(4)としては、特に限定されないが、下記の化合物(4−1)〜(4−4)に示すイソソルビド誘導体またはイソマンニド誘導体から成る重合性カイラルドーパント等が好ましい。 Although it does not specifically limit as a polymerizable chiral dopant (4), The polymerizable chiral dopant etc. which consist of an isosorbide derivative or an isomannide derivative shown to the following compounds (4-1)-(4-4) are preferable.
R9〜R11:それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基。
u、v、x、y:2〜8の整数。
R 9 to R 11 : each independently an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
u, v, x, y: integers of 2 to 8.
ネマチック高分子液晶、スメクチック高分子液晶またはコレステリック高分子液晶(以下これらを総称して「これらの高分子液晶」とも記載する)を製造するための組成物としては、重合性ネマチック液晶、重合性スメクチック液晶および重合性カイラルドーパントを合わせて75質量%以上含む液晶組成物であり、90質量%以上の液晶組成物を含むことが好ましい。
この液晶組成物は、非液晶性の重合性化合物や非重合性の液晶化合物を含んでもよい。コレステリック液晶組成物としては、重合性ネマチック液晶又は重合性スメクチック液晶を75質量%以上、特に85質量%以上含む液晶組成物が好ましい。
本発明において、これらの高分子液晶を製造するための組成物として、液晶組成物中の全重合性化合物に対して化合物(1)を少なくとも5質量%含む液晶組成物が好ましい。
Compositions for producing nematic polymer liquid crystals, smectic polymer liquid crystals or cholesteric polymer liquid crystals (hereinafter collectively referred to as “these polymer liquid crystals”) include polymerizable nematic liquid crystals and polymerizable smectics. The liquid crystal composition contains 75% by mass or more of the liquid crystal and the polymerizable chiral dopant, and preferably contains 90% by mass or more of the liquid crystal composition.
This liquid crystal composition may contain a non-liquid crystalline polymerizable compound or a non-polymerizable liquid crystal compound. As the cholesteric liquid crystal composition, a liquid crystal composition containing a polymerizable nematic liquid crystal or a polymerizable smectic liquid crystal in an amount of 75% by mass or more, particularly 85% by mass or more is preferable.
In the present invention, the composition for producing these polymer liquid crystals is preferably a liquid crystal composition containing at least 5% by mass of the compound (1) with respect to the total polymerizable compound in the liquid crystal composition.
本発明においてこれらの高分子液晶を製造するために適した液晶組成物は、前記のように化合物(1)の1種以上を含有する液晶組成物、および、化合物(1)の1種以上と化合物(3)の1種以上を含有する液晶組成物である。これらの液晶組成物における化合物(1)と化合物(3)の合計量に対する化合物(1)の割合は、30〜100質量%であることが好ましく、50〜100質量%であることが特に好ましい。 In the present invention, a liquid crystal composition suitable for producing these polymer liquid crystals includes a liquid crystal composition containing at least one compound (1) as described above, and at least one compound (1). It is a liquid-crystal composition containing 1 or more types of a compound (3). The ratio of the compound (1) to the total amount of the compound (1) and the compound (3) in these liquid crystal compositions is preferably 30 to 100% by mass, and particularly preferably 50 to 100% by mass.
さらに、化合物(3)は化合物(1)に比較して低分子量であることが多く、このため化合物(1)と化合物(3)の合計量に対する化合物(1)のモル比は質量比よりも小さくなることが多い。したがって、モル比で表した場合、化合物(1)と化合物(3)の合計量に対する化合物(1)の割合は18モル%以上であることが好ましく、30モル%以上であることがより好ましい。化合物(1)と化合物(3)を含む液晶組成物においては、化合物(1)と化合物(3)の合計量に対する化合物(1)の割合の上限は90モル%であることが好ましい。 Furthermore, the compound (3) often has a low molecular weight as compared with the compound (1), and therefore the molar ratio of the compound (1) to the total amount of the compound (1) and the compound (3) is more than the mass ratio. Often smaller. Therefore, when expressed in terms of a molar ratio, the ratio of the compound (1) to the total amount of the compound (1) and the compound (3) is preferably 18 mol% or more, and more preferably 30 mol% or more. In the liquid crystal composition containing the compound (1) and the compound (3), the upper limit of the ratio of the compound (1) to the total amount of the compound (1) and the compound (3) is preferably 90 mol%.
また、化合物(1)において、Aが重合性基を有しないものである場合、この化合物(1)と共に液晶組成物に含有させる他の液晶性化合物としては、例えば下記に示す非重合性の化合物(5)を用いることができる。
(ただし、式中のR12、R13、R14はそれぞれ独立にアルキル基、アルケニル基、ハロゲン原子で置換されたアルキル基を示す。)。
なお、下記非重合性化合物(5)は、化合物(1)が非重合性の場合に限られず、化合物(1)が重合性の場合にも、液晶組成物として併用することが可能である。
Further, in the compound (1), when A does not have a polymerizable group, other liquid crystalline compounds to be contained in the liquid crystal composition together with the compound (1) include, for example, the following non-polymerizable compounds (5) can be used.
(However, R 12 , R 13 , and R 14 in the formula each independently represent an alkyl group, an alkenyl group, or an alkyl group substituted with a halogen atom).
The following non-polymerizable compound (5) is not limited to the case where the compound (1) is non-polymerizable, and can also be used as a liquid crystal composition when the compound (1) is polymerizable.
なお、化合物(1)が非重合性のものの場合、この化合物(1)と混合して用いる他の液晶性化合物としては、上記非重合性の化合物(5)に限られず、重合性の液晶化合物(3)を用いることもでき、また、市販のネマチック性液晶組成物と混合して使用することもできる。 In addition, when the compound (1) is non-polymerizable, the other liquid crystalline compound used by mixing with the compound (1) is not limited to the non-polymerizable compound (5), and is a polymerizable liquid crystal compound. (3) can also be used, and it can also be used by mixing with a commercially available nematic liquid crystal composition.
液晶組成物中に含まれる化合物(1)の量は、液晶組成物に対して0.5質量%以上であり、2〜30質量%が好ましく、3〜20質量%が特に好ましい。重合性液晶組成物の場合には、前記範囲の量の化合物(1)を用いることにより、モノマー組成物の融点の上昇や、光散乱に伴う透過率ロス等を抑制しつつ、液晶組成物のΔn値を適宜向上させることができる。 The amount of the compound (1) contained in the liquid crystal composition is 0.5% by mass or more, preferably 2 to 30% by mass, and particularly preferably 3 to 20% by mass with respect to the liquid crystal composition. In the case of a polymerizable liquid crystal composition, by using the amount of the compound (1) in the above range, the rise in the melting point of the monomer composition, the transmittance loss accompanying light scattering, etc. are suppressed, and the liquid crystal composition The Δn value can be appropriately improved.
本発明の重合性液晶組成物は、重合性ネマチック液晶、重合性スメクチック液晶および重合性カイラルドーパント以外の成分(以下、他の成分と記す。)を含んでいてもよい。他の成分としては、重合開始剤、重合禁止剤、式(4)以外のカイラル剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤、二色性色素等が挙げられる。 The polymerizable liquid crystal composition of the present invention may contain components other than the polymerizable nematic liquid crystal, the polymerizable smectic liquid crystal, and the polymerizable chiral dopant (hereinafter referred to as other components). Examples of other components include a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, a chiral agent other than the formula (4), an ultraviolet absorber, an antioxidant, a light stabilizer, and a dichroic dye.
重合性液晶組成物に含まれる重合性液晶の総量(以下、「重合性液晶の総量」と記す。)、および、他の成分の割合は、用途によって調整することが好ましい。たとえば、他の成分として式(4)以外のカイラル剤を使用する場合、重合性液晶の総量は、重合性液晶組成物に対して60〜95質量%が好ましく、70〜95質量%が特に好ましい。式(4)以外のカイラル剤の量は、重合性液晶組成物に対して5〜40質量%が好ましく、5〜30質量%が特に好ましい。 The total amount of polymerizable liquid crystal contained in the polymerizable liquid crystal composition (hereinafter referred to as “total amount of polymerizable liquid crystal”) and the ratio of other components are preferably adjusted depending on the application. For example, when a chiral agent other than the formula (4) is used as the other component, the total amount of the polymerizable liquid crystal is preferably 60 to 95% by mass, particularly preferably 70 to 95% by mass with respect to the polymerizable liquid crystal composition. . The amount of the chiral agent other than the formula (4) is preferably 5 to 40% by mass and particularly preferably 5 to 30% by mass with respect to the polymerizable liquid crystal composition.
他の成分として二色性色素を使用する場合、重合性液晶の総量は、重合性液晶組成物に対して80〜99質量%が好ましく、82〜97質量%が特に好ましい。 When a dichroic dye is used as the other component, the total amount of the polymerizable liquid crystal is preferably 80 to 99% by mass, and particularly preferably 82 to 97% by mass with respect to the polymerizable liquid crystal composition.
他の成分として、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤等を使用する場合は、これらの成分の量は重合性液晶組成物に対して5質量%以下が好ましく、3質量%以下が特に好ましい。この場合の重合性液晶の総量は、重合性液晶組成物に対して95質量%以上100質量%未満が好ましく、97質量%以上100質量%未満が特に好ましい。重合開始剤の割合については後述する。 In the case where an ultraviolet absorber, an antioxidant, a light stabilizer and the like are used as other components, the amount of these components is preferably 5% by mass or less, particularly 3% by mass or less, based on the polymerizable liquid crystal composition. preferable. In this case, the total amount of the polymerizable liquid crystal is preferably 95% by mass or more and less than 100% by mass, particularly preferably 97% by mass or more and less than 100% by mass with respect to the polymerizable liquid crystal composition. The ratio of the polymerization initiator will be described later.
また、本発明の液晶組成物は、非重合性液晶組成物の場合にも、カイラル材、二色性色素、紫外線吸収剤、酸化防止剤、光安定剤等の、非重合性液晶以外の他の成分を含んでいてもよい。
これら他の成分の量は、非重合性液晶組成物に対して5質量%以下が好ましく、3質量%以下が特に好ましい。この場合の非重合性液晶の総量は、非重合性液晶組成物に対して95質量%以上100質量%未満が好ましく、97質量%以上100質量%未満が特に好ましい。
In addition, the liquid crystal composition of the present invention is a non-polymerizable liquid crystal composition other than non-polymerizable liquid crystals such as chiral materials, dichroic dyes, ultraviolet absorbers, antioxidants, and light stabilizers. May be included.
The amount of these other components is preferably 5% by mass or less, particularly preferably 3% by mass or less, based on the non-polymerizable liquid crystal composition. In this case, the total amount of the non-polymerizable liquid crystal is preferably 95% by mass or more and less than 100% by mass, and particularly preferably 97% by mass or more and less than 100% by mass with respect to the non-polymerizable liquid crystal composition.
つぎに、本発明の光学異方性材料について説明する。
本発明の光学異方性材料は、前記の重合性液晶組成物を、この重合性液晶組成物がネマチック相、スメクチック相またはコレステリック相(以下、これらを総称して「液晶相」とも略記する)を示す状態で、かつこれらの液晶が配向した状態で重合して得られる重合体からなる。
Next, the optically anisotropic material of the present invention will be described.
The optically anisotropic material of the present invention includes the polymerizable liquid crystal composition, wherein the polymerizable liquid crystal composition is a nematic phase, a smectic phase, or a cholesteric phase (hereinafter collectively referred to as “liquid crystal phase”). And a polymer obtained by polymerization in a state where these liquid crystals are aligned.
重合性液晶組成物が液晶相を示す状態に保つためには、雰囲気温度を液晶相から等方相への相転移温度(Tc)℃以下にすればよいが、Tcに近い温度では液晶組成物のΔnまたは実効Δnが極めて小さいので、雰囲気温度の上限は(Tc−10)℃以下とすることが好ましい。 To the polymerizable liquid crystal composition keep showing a liquid crystal phase, but the ambient temperature may be below the phase transition temperature (T c) ° C. to isotropic phase from the liquid phase, the liquid crystal is at a temperature close to T c Since Δn or effective Δn of the composition is extremely small, the upper limit of the ambient temperature is preferably set to (T c −10) ° C. or less.
重合としては、光重合および熱重合等が挙げられ、光重合が好ましい。光重合に用いる光としては、紫外線または可視光線が好ましい。光重合を行う場合は光重合開始剤を用いることが好ましく、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ベンゾイン類、ベンジル類、ミヒラーケトン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンジルジメチルケタール類、およびチオキサントン類等から適宜選択される光重合開始剤が好ましい。光重合開始剤は1種または2種以上を使用できる。光重合開始剤の量は、液晶組成物の全体量に対して0.01〜5質量%が好ましく、0.03〜2質量%が特に好ましい。 Examples of the polymerization include photopolymerization and thermal polymerization, and photopolymerization is preferred. The light used for photopolymerization is preferably ultraviolet light or visible light. When performing photopolymerization, it is preferable to use a photopolymerization initiator, which is appropriately selected from acetophenones, benzophenones, benzoins, benzyls, Michler's ketones, benzoin alkyl ethers, benzyl dimethyl ketals, thioxanthones, etc. Photoinitiators are preferred. 1 type (s) or 2 or more types can be used for a photoinitiator. The amount of the photopolymerization initiator is preferably 0.01 to 5% by mass and particularly preferably 0.03 to 2% by mass with respect to the total amount of the liquid crystal composition.
つぎに本発明の光学素子について説明する。
本発明の光学素子は、配向処理が施された1対の支持体間に、前記液晶組成物を挟持し、この液晶組成物が液晶相を示す状態でかつ液晶が配向した状態で重合して得られる重合体を含む。
Next, the optical element of the present invention will be described.
In the optical element of the present invention, the liquid crystal composition is sandwiched between a pair of supports subjected to an alignment treatment, and the liquid crystal composition exhibits a liquid crystal phase and is polymerized in a state where the liquid crystal is aligned. Contains the resulting polymer.
支持体としては、ガラス製または樹脂製の透明基板に配向処理を施した支持体が好ましい。配向処理は、綿、羊毛、ナイロン、ポリエステル等の繊維で透明基板表面を直接ラビングする方法、透明基板表面にポリイミド配向膜を積層した後に該配向膜表面を上記繊維等でラビングする方法、透明基板表面に無機材料を斜方蒸着する方法等によって行うことが好ましい。 As the support, a support obtained by subjecting a transparent substrate made of glass or resin to an orientation treatment is preferable. The alignment treatment is a method of directly rubbing the transparent substrate surface with fibers such as cotton, wool, nylon, polyester, etc., a method of laminating a polyimide alignment film on the transparent substrate surface and then rubbing the alignment film surface with the above fibers, etc., transparent substrate It is preferable to carry out the method by oblique deposition of an inorganic material on the surface.
次に、配向処理が施された面にガラスビーズなどのスペーサを配置し、複数枚の支持体を所望の間隔に制御して対向させ、支持体間に液晶組成物を挟持する。支持体間に挟持した液晶組成物が重合性液晶組成物の場合には、その後に重合を行う。重合は、前記光学異方性材料を作製する場合の重合と同様に行うことができる。重合によって得られた重合体は、支持体に挟持したまま用いてもよく、支持体から剥離して用いてもよい。
本発明の光学素子は、単に非重合性液晶組成物を二枚の支持体間に挟持した光学素子であってもよいし、重合性液晶組成物を重合させて作製した光学素子であってもよい。
なお、電圧印加により動作を切り替えるものでなければ、重合させた光学異方性材料を用いた光学素子とすることが、光学素子としての特性の変動が少ないため好ましい。また、この重合体は単独、すなわち光学異方性材料単独でも使用できるが、形状を保持しやすく、破損を生じにくいことから、何らかの支持体に保持された構造とすることが好ましい。具体的には、重合体である光学異方性材料が一対の支持体に挟持された構造、または1枚の支持体上に光学異方性材料が積層された構造であることが好ましい。
Next, spacers such as glass beads are arranged on the surface subjected to the alignment treatment, the plurality of supports are opposed to each other at a desired interval, and the liquid crystal composition is sandwiched between the supports. When the liquid crystal composition sandwiched between the supports is a polymerizable liquid crystal composition, polymerization is performed thereafter. The polymerization can be performed in the same manner as the polymerization for producing the optically anisotropic material. The polymer obtained by polymerization may be used while being sandwiched between supports, or may be used after being peeled from the support.
The optical element of the present invention may be an optical element in which a non-polymerizable liquid crystal composition is simply sandwiched between two supports, or an optical element produced by polymerizing a polymerizable liquid crystal composition. Good.
If the operation is not switched by voltage application, an optical element using a polymerized optically anisotropic material is preferable because there is little variation in characteristics as an optical element. Moreover, although this polymer can be used alone, that is, an optically anisotropic material alone, it is preferable to have a structure held on some support because it is easy to maintain its shape and hardly break. Specifically, a structure in which an optically anisotropic material that is a polymer is sandwiched between a pair of supports, or a structure in which an optically anisotropic material is stacked on a single support is preferable.
本発明の光学異方性材料および光学素子は、青色レーザー光に対して良好な耐久性を示すので、レーザー光を透過させて使用する光学異方性材料および光学素子として有用である。
例えば、ネマチック液晶組成物やスメクチック液晶組成物を用いた場合には、屈折率異方性を利用したレーザー光の位相状態および/または波面状態を変調する用途に使用される、光学異方性材料およびこの光学異方性材料からなる部材を有する光学素子として有用である。また、コレステリック液晶組成物を用いた場合には、円偏光複屈折を利用した偏光ホログラム等の回折素子として、光ヘッド装置に搭載して使用される。偏光ホログラムとしては、レーザー光源からの出射光が光ディスクの情報記録面によって反射されて発生する信号光を分離し、受光素子へ導光する例が挙げられる。他の用途としては、旋光子や円偏光選択ミラー、補償膜が挙げられる。
Since the optically anisotropic material and optical element of the present invention exhibit good durability against blue laser light, they are useful as optically anisotropic materials and optical elements that are used by transmitting the laser light.
For example, when a nematic liquid crystal composition or a smectic liquid crystal composition is used, an optically anisotropic material used for modulating the phase state and / or wavefront state of laser light utilizing refractive index anisotropy And it is useful as an optical element having a member made of this optically anisotropic material. Further, when a cholesteric liquid crystal composition is used, it is mounted on an optical head device and used as a diffraction element such as a polarization hologram utilizing circularly polarized birefringence. Examples of the polarization hologram include an example in which signal light generated by light emitted from a laser light source being reflected by an information recording surface of an optical disc is separated and guided to a light receiving element. Other applications include optical rotators, circularly polarized light selective mirrors, and compensation films.
さらに、本発明の光学異方性材料は、青色耐光性に優れた従来の液晶材料と同様に、高いΔn値を有しながら、融点が低く取り扱い性に優れており、重合して得られる膜は、散乱による透過率損失が小さいという利点を持つ。また、Δn値が高いため、光学素子の設計の自由度が高い。 Furthermore, the optically anisotropic material of the present invention is a film obtained by polymerization, having a high Δn value, a low melting point and excellent handleability, as with conventional liquid crystal materials excellent in blue light resistance. Has the advantage of low transmission loss due to scattering. In addition, since the Δn value is high, the degree of freedom in designing the optical element is high.
以下、本発明化合物の合成例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明に係る化合物の合成はこれらの例によって限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to synthesis examples of the compound of the present invention, but the synthesis of the compound according to the present invention is not limited by these examples.
[合成例1]化合物(1A-1-1)の合成例(R21=メチル基、R22=プロピル基):
[例1−1]化合物(13)の合成例
[Example 1-1] Synthesis example of compound (13)
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した2000mLの4つ口フラスコを0℃に冷却し、2mol/LのアリルマグネシウムクロリドのTHF溶液(アルドリッチ社製)500mLを加え、ここへ化合物(11)(110.0g、0.434モル)を脱水テトラヒドロフラン(500mL)に溶解させたものを、窒素気流下にて30分かけて滴下した。滴下終了後、室温で3時間撹拌した後、1mol/Lの塩化アンモニウム水溶液(200mL)を加えて反応を停止させた。
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮し化合物(12)を12.4g得た。収率は98%であった。この段階ではこれ以上の精製を行わず、次の合成ステップに進んだ。
A 2000 mL four-necked flask equipped with a reflux apparatus, a stirrer, and a dropping apparatus was cooled to 0 ° C., and 500 mL of a 2 mol / L allylmagnesium chloride THF solution (manufactured by Aldrich) was added thereto, to which compound (11) ( 110.0 g, 0.434 mol) dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (500 mL) was added dropwise over 30 minutes under a nitrogen stream. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at room temperature for 3 hours, and a 1 mol / L aqueous ammonium chloride solution (200 mL) was added to stop the reaction.
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. After drying the organic layer with anhydrous magnesium sulfate, anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated to obtain 12.4 g of compound (12). The yield was 98%. At this stage, no further purification was carried out and the next synthesis step proceeded.
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した1000mLの4つ口フラスコに、化合物(12)(112.4g、0.426モル)、NaBH4(9.4g、0.249モル)、脱水テトラヒドロフラン(500mL)を加えて溶解させた。ここへ、東京化成製のBF3−ジエチルエーテル錯体49.0gを30分かけて滴下した。滴下終了後、室温で4時間撹拌した。更にこの系へ20%−NaOH水溶液295mLを30分かけて滴下した。引き続き、この系へ30%−過酸化水素水溶液を30分かけて滴下した。滴下終了後、室温で1晩攪拌した。
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮し化合物(13)を108.8g得た。収率は85%であった。この段階ではこれ以上の精製を行わず、次の合成ステップに進んだ。
In a 1000 mL four-necked flask equipped with a reflux apparatus, a stirrer, and a dropping apparatus, compound (12) (112.4 g, 0.426 mol), NaBH 4 (9.4 g, 0.249 mol), dehydrated tetrahydrofuran ( 500 mL) was added and dissolved. To this, 49.0 g of BF 3 -diethyl ether complex manufactured by Tokyo Chemical Industry was dropped over 30 minutes. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. Furthermore, 295 mL of 20% -NaOH aqueous solution was dropped into this system over 30 minutes. Subsequently, a 30% aqueous hydrogen peroxide solution was dropped into this system over 30 minutes. After completion of dropping, the mixture was stirred overnight at room temperature.
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. After drying the organic layer with anhydrous magnesium sulfate, anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated to obtain 108.8 g of Compound (13). The yield was 85%. At this stage, no further purification was carried out and the next synthesis step proceeded.
[例1−2]化合物(14)の合成例
これにイソプロピルアルコール100ccを加えて反応を停止させた後、20%−HCl水溶液および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮し化合物(14)を17.8g得た。収率は15%であった。この段階ではこれ以上の精製を行わず、次の合成ステップに進んだ。
[Example 1-2] Synthesis example of compound (14)
To this was added 100 cc of isopropyl alcohol to stop the reaction, and then 20% -HCl aqueous solution and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure. The filtrate was concentrated to obtain 17.8 g of compound (14). The yield was 15%. At this stage, no further purification was carried out and the next synthesis step proceeded.
[例1−3]化合物(16)の合成例
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタンを展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.78)、化合物(15)(16.7g)を得た。収率は80%であった。
[Example 1-3] Synthesis example of compound (16)
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane as a developing solution (Rf value 0.78) to obtain compound (15) (16.7 g). The yield was 80%.
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した500mLの4つ口フラスコに、化合物(15)(16.7g、0.043モル)、水素化ナトリウム(60%オイル)(2.42g、0.0602モル)、脱水トルエン(200mL)を加え、発生するエタノールを留去しながら100℃で3時間撹拌した。
20%−塩化水素水溶液を加えて反応を停止させた後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタンを展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.72)、化合物(16)(13.3g)を得た。収率は91%であった。
In a 500 mL four-necked flask equipped with a reflux apparatus, a stirrer, and a dropping apparatus, compound (15) (16.7 g, 0.043 mol), sodium hydride (60% oil) (2.42 g, 0.0602) were added. Mol) and dehydrated toluene (200 mL) were added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 3 hours while distilling off the generated ethanol.
The reaction was stopped by adding a 20% -hydrogen chloride aqueous solution, and then water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane as a developing solution (Rf value 0.72) to obtain compound (16) (13.3 g). The yield was 91%.
[例1−4]化合物(17)の合成例
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した500mLの4つ口フラスコに、化合物(16)(13.3g、0.039モル)、塩化ナトリウム(3.19g、0.055モル)、水(1mL)、ジメチルスルホキシド100mLを加え、140℃で1晩撹拌した。
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタンを展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.72)、化合物(17)(7.68g)を得た。収率は74%であった。
In a 500 mL four-necked flask equipped with a reflux apparatus, a stirrer, and a dropping apparatus, compound (16) (13.3 g, 0.039 mol), sodium chloride (3.19 g, 0.055 mol), water (1 mL) ), 100 mL of dimethyl sulfoxide was added, and the mixture was stirred at 140 ° C. overnight.
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane as a developing solution (Rf value 0.72) to obtain compound (17) (7.68 g). The yield was 74%.
化合物(17)の1HNMRスペクトルを以下に示す。
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl3、内部標準:TMS)δ(ppm):1.53〜1.55(m、4H)、2.55〜2.65(m、4H)、7.25〜7.65(m、10H)。
The 1 HNMR spectrum of the compound (17) is shown below.
1 HNMR (400 MHz, solvent: CDCl 3 , internal standard: TMS) δ (ppm): 1.53 to 1.55 (m, 4H), 2.55 to 2.65 (m, 4H), 7.25 7.65 (m, 10H).
[例1−5]化合物(19)の合成例
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した500mLの4つ口フラスコに、マグネシウム(0.97g、0.040モル)、ヨウ素(0.1g)を加え、1−ブロモ−4−メトキシベンゼン(6.48g、0.035モル)を脱水テトラヒドロフラン(50mL)に溶解させたものを、窒素気流下にて先ず2,3滴下し、ドライヤーで過熱した。反応が開始してヨウ素の着色が無色に変化した後、残りの溶液を30分要して滴下した。この際、反応温度が高くならないように、ゆっくりと滴下する。滴下終了後、室温で3時間撹拌し、グリニヤール試薬(18)を調製した。次に、この4つ口フラスコを0℃に冷却し、化合物(17)(7.68g、0.029モル)を脱水テトラヒドロフラン(100mL)に溶解させたものを、窒素気流下にて30分を要して滴下した。滴下終了後、70℃で3時間撹拌、還流した後、1mol/Lの塩化アンモニウム水溶液(50mL)を加えて反応を停止させた。
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮し化合物(19)を含む混合物を得た。この段階ではこれ以上の精製を行わず、次の合成ステップに進んだ。
Magnesium (0.97 g, 0.040 mol) and iodine (0.1 g) are added to a 500 mL four-necked flask equipped with a reflux apparatus, a stirrer, and a dropping apparatus, and 1-bromo-4-methoxybenzene (6 .48 g, 0.035 mol) dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (50 mL) was first dropped a few drops under a nitrogen stream and heated with a dryer. After the reaction started and the iodine color changed to colorless, the remaining solution was added dropwise over 30 minutes. At this time, it is slowly added dropwise so that the reaction temperature does not increase. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to prepare a Grignard reagent (18). Next, this four-necked flask was cooled to 0 ° C., and compound (17) (7.68 g, 0.029 mol) dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (100 mL) was added for 30 minutes under a nitrogen stream. In short, it was dripped. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred and refluxed at 70 ° C. for 3 hours, and a 1 mol / L aqueous ammonium chloride solution (50 mL) was added to stop the reaction.
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, then anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated to obtain a mixture containing the compound (19). At this stage, no further purification was carried out and the next synthesis step proceeded.
[例1−6]化合物(20)の合成例
還流装置、撹拌機を装備した500mLのナス型フラスコに、[例1−5]で得た化合物(19)(重量未測定)、パラトルエンスルホン酸一水和物(0.13g、0.005モル)、トルエン(200mL)を加え、これに、モレキュラーシーブ4A(20g)の入った等圧滴下漏斗をつけ、110℃で4時間撹拌、還流した。
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタンを展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.89)、化合物(20)(7.23g)を得た。化合物(17)から化合物(20)までの収率は70%であった。
In a 500 mL eggplant-shaped flask equipped with a reflux apparatus and a stirrer, compound (19) obtained in [Example 1-5] (weight not measured), paratoluenesulfonic acid monohydrate (0.13 g, 0.005) Mol) and toluene (200 mL) were added, and an isobaric dropping funnel containing molecular sieve 4A (20 g) was attached thereto, followed by stirring and refluxing at 110 ° C. for 4 hours.
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane as a developing solution (Rf value 0.89) to obtain compound (20) (7.23 g). The yield from the compound (17) to the compound (20) was 70%.
[例1−7]化合物(21)の合成例
500mLの4つ口フラスコに、化合物(20)(7.23g、0.020モル)、テトラヒドロフラン(200mL)、10%パラジウム−活性炭素(1.6g)を添加した。0.4MPaの圧力で水素を導入しながら、室温で24時間撹拌した。反応終了後、濾過することによって触媒を除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタン/ヘキサン=50/50(vol%)を展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.68)、化合物(21)(7.13g)を得た。収率は98%であった。 To a 500 mL four-necked flask was added compound (20) (7.23 g, 0.020 mol), tetrahydrofuran (200 mL), 10% palladium-activated carbon (1.6 g). The mixture was stirred at room temperature for 24 hours while introducing hydrogen at a pressure of 0.4 MPa. After completion of the reaction, the catalyst was removed by filtration, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane / hexane = 50/50 (vol%) as a developing solution (Rf value 0.68) to obtain Compound (21) (7.13 g). The yield was 98%.
[例1−8]化合物(22)の合成例
500mLのナスフラスコに、化合物(21)(7.13g、0.020モル)、脱水ジクロロメタン(50mL)を加えた。ここに、一塩化ヨウ素(3.55g、0.022モル)を脱水ジクロロメタン50mLに溶解させたものを、ゆっくりと滴下した。滴下終了後、室温で3時間撹拌した。さらに、この反応液を、LAH(0.81g、0.022モル)のTHF溶液中へゆっくりと滴下した。数分攪拌後、20%−塩化水素水溶液を加えて反応を停止させた後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタン/ヘキサン=30/70(vol%)を展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.61)、化合物(22)(5.05g)を得た。収率は90%であった。 Compound (21) (7.13 g, 0.020 mol) and dehydrated dichloromethane (50 mL) were added to a 500 mL eggplant flask. A solution obtained by dissolving iodine monochloride (3.55 g, 0.022 mol) in 50 mL of dehydrated dichloromethane was slowly added dropwise thereto. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. Further, this reaction solution was slowly dropped into a THF solution of LAH (0.81 g, 0.022 mol). After stirring for several minutes, 20% aqueous hydrogen chloride solution was added to stop the reaction, and water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane / hexane = 30/70 (vol%) as a developing solution (Rf value 0.61) to obtain Compound (22) (5.05 g). The yield was 90%.
[例1−9]化合物(24−1)の合成例
500mLの4つ口フラスコに、化合物(22)(5.05g、0.018モル)、塩化鉄(III)(3.19g、0.020モル)、脱水トルエン(200mL)を加えた。ここに、塩化水素ガスをバブリングしながら室温で30分攪拌した。これにより反応系中に前述した化合物(22−2)が生成する。この反応液をセライト濾過することによって触媒を除去し、濾液を濃縮した。これに脱水THFを50mL加えて窒素雰囲気下にて待機させた。
また別途、[例1−5]と同様の手法を用いて1−ブロモ−4−プロピルベンゼン(3.58g、0.018モル)から上記グリニヤール試薬(23−1)を発生させた。これに、上記待機させてあった活性化合物(22−2)のTHF溶液を室温でゆっくりと窒素気流下にて滴下した。滴下終了後、70℃で3時間撹拌、還流した。
水を加えて反応を停止させた後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタン/ヘキサン=30/70(vol%)を展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.57)、化合物(24−1)のシス−トランス混合物(3.47g)を得た。収率は60%であった。
シス体とトランス体は、略70%:30%(シス体:トランス体)の比率で存在しており、ヘキサンを用いて再結晶を行い、トランス体(24−1)すなわち化合物(1A−1−1)を2.00g得た。
Compound (22) (5.05 g, 0.018 mol), iron (III) chloride (3.19 g, 0.020 mol), and dehydrated toluene (200 mL) were added to a 500 mL four-necked flask. The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes while bubbling hydrogen chloride gas. Thereby, the compound (22-2) described above is generated in the reaction system. The reaction solution was filtered through Celite to remove the catalyst, and the filtrate was concentrated. 50 mL of dehydrated THF was added thereto, and the mixture was kept in a nitrogen atmosphere.
Separately, the Grignard reagent (23-1) was generated from 1-bromo-4-propylbenzene (3.58 g, 0.018 mol) using the same method as in [Example 1-5]. To this, the THF solution of the active compound (22-2) that had been waiting was slowly added dropwise at room temperature under a nitrogen stream. After completion of dropping, the mixture was stirred and refluxed at 70 ° C. for 3 hours.
Water was added to stop the reaction, and water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane / hexane = 30/70 (vol%) as a developing solution (Rf value 0.57), and a cis-trans mixture of compound (24-1) (3 .47 g) was obtained. The yield was 60%.
The cis isomer and the trans isomer are present in a ratio of approximately 70%: 30% (cis isomer: trans isomer), and recrystallization is performed using hexane to obtain the trans isomer (24-1), that is, the compound (1A-1 -1) was obtained 2.00g.
化合物(1A−1−1)の1HNMRスペクトルを以下に示す。
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl3、内部標準:TMS)δ(ppm):0.85〜1.00(m、5H)、1.15〜1.35(d、2H)、1.50〜1.85(m、4H)、2.15〜2.25(d、2H)、2.45(t、1H)、2.60(t、2H)、3.72(s、3H)、4.38(t、1H)、6.80(dd、2H)、7.00〜7.32(m、4H)、7.45〜7.60(dd、2H)。
化合物(1A−1−1)の結晶相からネマチック相への相転移温度は48.0℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は85.4℃であった。
The 1 HNMR spectrum of the compound (1A-1-1) is shown below.
1 HNMR (400 MHz, solvent: CDCl 3 , internal standard: TMS) δ (ppm): 0.85 to 1.00 (m, 5H), 1.15 to 1.35 (d, 2H), 1.50 1.85 (m, 4H), 2.15 to 2.25 (d, 2H), 2.45 (t, 1H), 2.60 (t, 2H), 3.72 (s, 3H), 4 .38 (t, 1H), 6.80 (dd, 2H), 7.00 to 7.32 (m, 4H), 7.45 to 7.60 (dd, 2H).
The phase transition temperature from the crystal phase of the compound (1A-1-1) to the nematic phase was 48.0 ° C., and the phase transition temperature from the nematic phase to the isotropic phase was 85.4 ° C.
[合成例2]化合物(1A−3−1)の合成例(R22=プロピル基):
[例2−1]化合物(25−1)の合成例
[Example 2-1] Synthesis example of compound (25-1)
500mLのナスフラスコに、化合物(24−1)(2.00g、0.0062モル)、脱水トルエンを加えた。これに、窒素雰囲気下にて、LiBH(sec−C4H9)3の1.0mol/L−THF溶液(アルドリッチ社製)60mLをゆっくりと滴下した。滴下終了後、室温にて1週間攪拌した。
水を加えて反応を停止させた後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタンを展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、化合物(25−1)(0.96g)を得た。収率は50%であった。
Compound (24-1) (2.00 g, 0.0062 mol) and dehydrated toluene were added to a 500 mL eggplant flask. To this, 60 mL of a 1.0 mol / L-THF solution (manufactured by Aldrich) of LiBH (sec-C 4 H 9 ) 3 was slowly added dropwise under a nitrogen atmosphere. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 1 week.
Water was added to stop the reaction, and water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane as a developing solution to obtain compound (25-1) (0.96 g). The yield was 50%.
[例2−2]化合物(1A−3−1)の合成例
300mLの4つ口フラスコに、化合物(25−1)(0.96g、0.020モル)、テトラヒドロフラン(100mL)、トリエチルアミン(0.34g、0.0034モル)を加えた。これにアクリル酸クロリド(0.68g、0.0074モル)を窒素気流下で、内温が20℃を超えないように氷冷しながら、ゆっくりと滴下した。滴下終了後、室温で1晩攪拌した。
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタン/ヘキサン=50/50(vol%)を展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、更にヘキサンを用いて再結晶を行うことで、化合物(1A−3−1)(1.01g)を得た。収率は90%であった。
To a 300 mL four-necked flask, compound (25-1) (0.96 g, 0.020 mol), tetrahydrofuran (100 mL), and triethylamine (0.34 g, 0.0034 mol) were added. Acrylic acid chloride (0.68 g, 0.0074 mol) was slowly added dropwise thereto while cooling with ice so that the internal temperature did not exceed 20 ° C. under a nitrogen stream. After completion of dropping, the mixture was stirred overnight at room temperature.
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane / hexane = 50/50 (vol%) as a developing solution, and further recrystallized using hexane to obtain compound (1A-3-1). (1.01 g) was obtained. The yield was 90%.
化合物(1A−3−1)の1HNMRスペクトルを以下に示す。
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl3、内部標準:TMS)δ(ppm):0.78〜1.00(m、6H)、1.18〜1.32(t、3H)、1.58〜1.90(m、4H)、2.10〜2.30(d、2H)、2.40〜2.70(m、3H)、4.38(t、1H)、5.90〜6.10(d、1H)、6.20〜6.40(m、1H)、6.45〜6.70(d、1H)、7.05(dd、2H)、7.19〜7.25(m、4H)、7.47〜7.49(dd、2H)。
化合物(1A−3−1)の結晶相からネマチック相への相転移温度は75.2℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は117.6℃であった。
The 1 HNMR spectrum of the compound (1A-3-1) is shown below.
1 HNMR (400 MHz, solvent: CDCl 3 , internal standard: TMS) δ (ppm): 0.78 to 1.00 (m, 6H), 1.18 to 1.32 (t, 3H), 1.58 to 1.90 (m, 4H), 2.10-2.30 (d, 2H), 2.40-2.70 (m, 3H), 4.38 (t, 1H), 5.90-6. 10 (d, 1H), 6.20 to 6.40 (m, 1H), 6.45 to 6.70 (d, 1H), 7.05 (dd, 2H), 7.19 to 7.25 ( m, 4H), 7.47-7.49 (dd, 2H).
The phase transition temperature from the crystal phase of the compound (1A-3-1) to the nematic phase was 75.2 ° C., and the phase transition temperature from the nematic phase to the isotropic phase was 117.6 ° C.
[合成例3]化合物(1B−7−1)の合成例(R21=メチル基、R22=プロピル基):
[例3−1]化合物(31−3)の合成例
[Example 3-1] Synthesis example of compound (31-3)
上記グリニヤール試薬(30−1)の前駆体は、前述のように、5−ブロモ−2−ヨードトルエンと4−プロピルフェニルボロン酸の鈴木カップリングにより準備した。この合成した前駆体(16g、0.065モル)を、前述[例1−5]と同様の方法を用いることでグリニヤール試薬(30−1)を発生させた。
一方で、化合物(22)(18.5g、0.066モル)から、前述[例1−9]の方法を用いて(22−2)を合成し、これの脱水THF溶液を準備した。
上記グリニヤール試薬(30−1)に、上記(22−2)の脱水THF溶液を、室温でゆっくりと窒素気流下にて滴下した。滴下終了後、70℃で3時間撹拌、還流した。
水を加えて反応を停止させた後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタン/ヘキサン=30/70(vol%)を展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い(Rf値0.54〜0.46)、化合物(31−1)のシス−トランス混合物(17.65g)を得た。収率は65%であった。シス体とトランス体は、略70%:30%(シス体:トランス体)の比率で存在しており、ヘキサンを用いて再結晶を行い、トランス体(31−1)すなわち化合物(1B−7−1)を10.77g得た。
The precursor of the Grignard reagent (30-1) was prepared by Suzuki coupling of 5-bromo-2-iodotoluene and 4-propylphenylboronic acid as described above. This synthesized precursor (16 g, 0.065 mol) was used to generate a Grignard reagent (30-1) by using the same method as in [Example 1-5] described above.
On the other hand, (22-2) was synthesized from the compound (22) (18.5 g, 0.066 mol) using the method of [Example 1-9] described above to prepare a dehydrated THF solution thereof.
To the Grignard reagent (30-1), the dehydrated THF solution of (22-2) was slowly added dropwise at room temperature under a nitrogen stream. After completion of dropping, the mixture was stirred and refluxed at 70 ° C. for 3 hours.
Water was added to stop the reaction, and water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane / hexane = 30/70 (vol%) as a developing solution (Rf value 0.54 to 0.46), and cis- A trans mixture (17.65 g) was obtained. The yield was 65%. The cis isomer and the trans isomer are present at a ratio of approximately 70%: 30% (cis isomer: trans isomer), and recrystallization is performed using hexane to obtain the trans isomer (31-1), that is, the compound (1B-7). -1) was obtained 10.77g.
化合物(1B−7−1)の1HNMRスペクトルを以下に示す。
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl3、内部標準:TMS)δ(ppm):0.85〜1.10(m、5H)、1.20〜1.38(d、2H)、1.50〜1.90(m、4H)、2.05〜2.30(m、5H)、2.50(t、1H)、2.62(t、2H)、3.80(s、3H)、4.40(t、1H)、6.80(dd、2H)、7.10〜7.30(m、7H)、7.40〜7.55(dd、2H)。
化合物(1B−7−1)の結晶相からネマチック相への相転移温度は68.0℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は150.1℃であった。
The 1 HNMR spectrum of the compound (1B-7-1) is shown below.
1 HNMR (400 MHz, solvent: CDCl 3 , internal standard: TMS) δ (ppm): 0.85 to 1.10 (m, 5H), 1.20 to 1.38 (d, 2H), 1.50 1.90 (m, 4H), 2.05 to 2.30 (m, 5H), 2.50 (t, 1H), 2.62 (t, 2H), 3.80 (s, 3H), 4 .40 (t, 1H), 6.80 (dd, 2H), 7.10 to 7.30 (m, 7H), 7.40 to 7.55 (dd, 2H).
The phase transition temperature from the crystal phase of the compound (1B-7-1) to the nematic phase was 68.0 ° C., and the phase transition temperature from the nematic phase to the isotropic phase was 150.1 ° C.
[合成例4]化合物(1B−31−1)の合成例(R22=プロピル基):
[例4−1]化合物(31−2)の合成例
[Example 4-1] Synthesis example of compound (31-2)
[例4−2]化合物(1B−31−1)の合成例
還流装置、撹拌機、滴下装置を装備した500mLの4つ口フラスコに化合物(31−2)(6.23g、0.0156モル)、CH2=CH−COO−(CH2)6−Br(4.39g、0.019モル)、炭酸カリウム(2.58g、0.019モル)、ヨウ化カリウム(0.4g)、アセトン(100mL)を加え、60℃で、24時間撹拌、還流した。
反応終了後、水および酢酸エチルを加えて分液し、有機層を回収した。回収した有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、つぎに水洗し、再度有機層を回収した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧濾過によって無水硫酸マグネシウムを除去し、濾液を濃縮した。得られた濾液を、ジクロロメタン/ヘキサン=30/70を展開液としたカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、更にヘキサンを用いて再結晶を行い、化合物(1B−31−1)(5.18g)を得た。収率は60%であった。
Compound (31-2) (6.23 g, 0.0156 mol), CH 2 = CH—COO— (CH 2 ) 6 —Br () was added to a 500 mL four-necked flask equipped with a reflux apparatus, a stirrer, and a dropping apparatus. 4.39 g, 0.019 mol), potassium carbonate (2.58 g, 0.019 mol), potassium iodide (0.4 g), and acetone (100 mL) were added, and the mixture was stirred and refluxed at 60 ° C. for 24 hours.
After completion of the reaction, water and ethyl acetate were added for liquid separation, and the organic layer was recovered. The collected organic layer was washed with a saturated aqueous sodium chloride solution, then washed with water, and the organic layer was collected again. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the anhydrous magnesium sulfate was removed by filtration under reduced pressure, and the filtrate was concentrated. The obtained filtrate was purified by column chromatography using dichloromethane / hexane = 30/70 as a developing solution, and further recrystallized from hexane to obtain Compound (1B-31-1) (5.18 g). Obtained. The yield was 60%.
化合物(1B−31−1)の1HNMRスペクトルを以下に示す。
1HNMR(400MHz、溶媒:CDCl3、内部標準:TMS)δ(ppm):0.83〜1.10(m、5H)、1.15〜1.38(d、2H)、1.39〜1.88(m、12H)、2.05〜2.35(m、5H)、2.45(t、1H)、2.60(t、2H)、3.94(t、2H)、4.17(t、2H)、4.40(t、1H)、5.80(d、1H)、6.02〜6.20(m、1H)、6.37(d、1H)、6.82(dd、2H)、7.10〜7.35(m、7H)、7.38〜7.50(dd、2H)。
化合物(1B−31−1)の結晶相からネマチック相への相転移温度は54.5℃、ネマチック相から等方相への相転移温度は105.6℃であった。
The 1 HNMR spectrum of the compound (1B-31-1) is shown below.
1 HNMR (400 MHz, solvent: CDCl 3 , internal standard: TMS) δ (ppm): 0.83 to 1.10 (m, 5H), 1.15 to 1.38 (d, 2H), 1.39 to 1.88 (m, 12H), 2.05 to 2.35 (m, 5H), 2.45 (t, 1H), 2.60 (t, 2H), 3.94 (t, 2H), 4 .17 (t, 2H), 4.40 (t, 1H), 5.80 (d, 1H), 6.02 to 6.20 (m, 1H), 6.37 (d, 1H), 6. 82 (dd, 2H), 7.10 to 7.35 (m, 7H), 7.38 to 7.50 (dd, 2H).
The phase transition temperature from the crystal phase to the nematic phase of the compound (1B-31-1) was 54.5 ° C., and the phase transition temperature from the nematic phase to the isotropic phase was 105.6 ° C.
実施例1〜4
[液晶化合物の物性]
表1に、合成例1〜4で得られた(1A−1−1)、(1A−3−1)、(1B−7−1)、(1B−31−1)の各化合物(以下、実施例1〜4とする。)と、実施例1〜4それぞれについて、トランス1,4−シクロヘキシレン基をケイ素原子で置換していないものに変更した比較化合物(比較例1〜4とする。)の初期融点、液晶相転移温度、Δn値の値を示す。
Examples 1-4
[Physical properties of liquid crystal compounds]
Table 1 shows compounds (1A-1-1), (1A-3-1), (1B-7-1), and (1B-31-1) obtained in Synthesis Examples 1 to 4 (hereinafter, Comparative Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 in which the trans 1,4-cyclohexylene group is not substituted with a silicon atom are used (Examples 1 to 4). ) Initial melting point, liquid crystal phase transition temperature, and Δn value.
表1に示す液晶相転移温度は、上記各化合物を配向膜付きセルに注入し、セル内の温度を降下させながら化合物の変化を偏光顕微鏡で観察し、相転移発生時の温度を測定することによって決定した。
なお、表1中の液晶相転移の値は、例えば、「C 30 N 77 I」の表記は、77℃で等方相からネマチック相に相転移(Tc)し、30℃でネマチック相から結晶相に相転移(Tm)したことを示す。なお、ネマチック相から結晶相への相転移温度(Tm)における「<29」の表記は、液晶化合物が室温で過冷却状態であり、融点が観測されない状態であったことを示す。
The liquid crystal phase transition temperature shown in Table 1 is to inject each of the above compounds into a cell with an alignment film, observe the change of the compound with a polarizing microscope while lowering the temperature in the cell, and measure the temperature when the phase transition occurs. Determined by.
The values of the liquid crystal phase transition in Table 1 are, for example, “C 30 N 77 I”, which is a phase transition (Tc) from an isotropic phase to a nematic phase at 77 ° C. and crystallized from the nematic phase at 30 ° C. It shows that the phase has undergone a phase transition (Tm). The notation of “<29” in the phase transition temperature (Tm) from the nematic phase to the crystal phase indicates that the liquid crystal compound was in a supercooled state at room temperature and no melting point was observed.
(Δnの測定方法)
上記各液晶化合物を楔型セルに注入した。2枚の直交偏光子(クロスニコル)を持つ偏光顕微鏡によって楔型セルを観察し、干渉縞の間隔を観測してΔnを算出した。
測定時の温度は、それぞれ表1中に記載の温度で行い、測定波長は405nmで行った。
(Measuring method of Δn)
Each liquid crystal compound was injected into a wedge-shaped cell. The wedge-shaped cell was observed with a polarizing microscope having two orthogonal polarizers (crossed Nicols), and the interval between the interference fringes was observed to calculate Δn.
The temperature at the time of measurement was the same as that shown in Table 1, and the measurement wavelength was 405 nm.
表1より、本発明の実施例2〜4の化合物は、各々の比較化合物と比較して初期融点が低く、取り扱い性に優れることが確認できた。
また、配向膜付きセル中においても、本発明の化合物は、各比較化合物と比較して、融点が低いことが確認できた。従って、これら本発明の化合物は、液晶組成物の融点を下げる効果を得られることが分かる。
更に、化合物(1B−7−1)(実施例3)と、その比較化合物(比較例3)のΔn値を比較すると、本発明の化合物(1B−7−1)は、高いΔn値を有することが確認できた。
重合基を有する化合物のΔn値については、組成物としての実施例5において、以下に示す。
From Table 1, it was confirmed that the compounds of Examples 2 to 4 of the present invention had a lower initial melting point than each of the comparative compounds and were excellent in handleability.
Moreover, also in the cell with an alignment film, it has confirmed that the compound of this invention had low melting | fusing point compared with each comparative compound. Therefore, it can be seen that these compounds of the present invention can obtain the effect of lowering the melting point of the liquid crystal composition.
Further, when the Δn value of the compound (1B-7-1) (Example 3) and the comparative compound (Comparative Example 3) are compared, the compound (1B-7-1) of the present invention has a high Δn value. I was able to confirm.
About the (DELTA) n value of the compound which has a polymeric group, in Example 5 as a composition, it shows below.
実施例5および比較例5
[液晶組成物の調製および重合]
本発明の重合性化合物(1B−31−1)(実施例4)と、本発明の化合物以外の「その他の重合性液晶化合物」とを、表2に示す割合で混合した液晶組成物Aを得た(実施例5)。また、「その他の重合性液晶化合物」のみを表2に示す割合で混合した液晶組成物Bを得た(比較例5)。
なお、「その他の重合性液晶化合物」としては、下記化合物(3−1−1a)、(3−1−1c)、(3−2−1b)、(3−2−2b1)および(3−2−2b2)を使用した。
なお、表2に記載した割合は、液晶組成物を構成する全重合性液晶化合物に対する各重合性液晶化合物の割合(モル%)である。
Example 5 and Comparative Example 5
[Preparation and polymerization of liquid crystal composition]
A liquid crystal composition A prepared by mixing the polymerizable compound (1B-31-1) of the present invention (Example 4) and “other polymerizable liquid crystal compound” other than the compound of the present invention in the ratios shown in Table 2. Obtained (Example 5). Moreover, the liquid crystal composition B which mixed only the "other polymerizable liquid crystal compound" in the ratio shown in Table 2 was obtained (Comparative Example 5).
As "other polymerizable liquid crystal compounds", the following compounds (3-1-1a), (3-1-1c), (3-2-1b), (3-2-2b1) and (3- 2-2b2) was used.
In addition, the ratio described in Table 2 is a ratio (mol%) of each polymerizable liquid crystal compound to the total polymerizable liquid crystal compound constituting the liquid crystal composition.
次に、液晶組成物AおよびBに重合開始剤(チバ・ジャパン株式会社製、商品名「イルガキュア」184)を0.5質量%、重合禁止剤(株式会社アデカ製、商品名「AO50」)を0.4質量%、光安定剤(株式会社アデカ製、商品名「Tinuvin123」)を1.5質量%添加して、液晶組成物A1およびB1を得た。
更に、液晶組成物A1およびB1を、以下に示す方法で重合して液晶組成物ポリマーA2およびB2を得た。
Next, 0.5% by mass of a polymerization initiator (manufactured by Ciba Japan Co., Ltd., trade name “Irgacure” 184) is added to the liquid crystal compositions A and B, and a polymerization inhibitor (trade name “AO50”, manufactured by ADEKA CORPORATION). Liquid crystal composition A1 and B1 were added by adding 0.4% by mass and 1.5% by mass of a light stabilizer (trade name “Tinuvin 123” manufactured by Adeka Corporation).
Further, the liquid crystal compositions A1 and B1 were polymerized by the following method to obtain liquid crystal composition polymers A2 and B2.
まず、縦5cm、横5cm、厚さ0.5mmのガラス基板に、ポリイミド溶液をスピンコータで塗布して乾燥した。次いで、ナイロンクロスで一定方向にラビング処理して支持体を作製し、配向処理を施した面が向かい合うように、2枚の支持体を接着剤を用いて貼り合わせてセルを作製した。接着剤には直径6μmのガラスビーズを添加し、支持体の間隔が6μmになるように調整した。
次に、上記のセル内に、液晶組成物A1およびB1を90℃で注入し、引き続き40℃において、強度130mW/cm2の紫外線を3分間照射して光重合を行った。これにより、液晶組成物ポリマーA2およびB2を得た。これらの重合物は、基板のラビング方向に対して水平配向しており、目視において散乱などは確認できなかった。
First, a polyimide solution was applied to a glass substrate having a length of 5 cm, a width of 5 cm, and a thickness of 0.5 mm using a spin coater and dried. Next, a support was prepared by rubbing in a certain direction with a nylon cloth, and two cells were bonded using an adhesive so that the surfaces subjected to the alignment treatment face each other to prepare a cell. Glass beads having a diameter of 6 μm were added to the adhesive, and the distance between the supports was adjusted to 6 μm.
Next, the liquid crystal compositions A1 and B1 were injected into the cell at 90 ° C., followed by irradiation with ultraviolet rays having an intensity of 130 mW / cm 2 for 3 minutes at 40 ° C. to perform photopolymerization. Thereby, liquid crystal composition polymers A2 and B2 were obtained. These polymers were horizontally oriented with respect to the rubbing direction of the substrate, and scattering or the like could not be confirmed visually.
表3に、液晶組成物A1およびB1についての、降温時の液晶相転移温度及び波長405nmにおけるモノマーΔn値と、液晶組成物ポリマーA2およびB2についての、波長405nmにおけるポリマーΔn値を示す。
なお、液晶相転移温度及びΔn値の測定は、実施例1〜4及び比較例1〜4のときと同様の方法によって行った。Δn値の測定時の温度は、モノマーのΔn値については表3中に記載の温度で行い、ポリマーのΔn値については室温で行った。
Table 3 shows the liquid crystal phase transition temperature during cooling and the monomer Δn value at a wavelength of 405 nm for the liquid crystal compositions A1 and B1, and the polymer Δn value at a wavelength of 405 nm for the liquid crystal composition polymers A2 and B2.
The liquid crystal phase transition temperature and Δn value were measured by the same method as in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4. The temperature at the time of measuring the Δn value was measured at the temperature described in Table 3 for the Δn value of the monomer, and at room temperature for the Δn value of the polymer.
表3より、本発明の化合物を含む液晶組成物A1及び液晶組成物ポリマーA2は、ケイ素原子を含まない従来の液晶組成物B1及び液晶組成物ポリマーB2と同等の、高いΔn値を有する液晶組成物であることが確認できた。
また、液晶相転移測定時において、液晶組成物A1、B1の両者とも、室温では過冷却液晶状態であった。これらのセルを長時間放置したところ、液晶組成物B1では、析出が確認された。従って、液晶組成物B1は、液晶組成物A1と比較して、結晶相への相転移点(融点)が高いことが確認できた。
From Table 3, the liquid crystal composition A1 and the liquid crystal composition polymer A2 containing the compound of the present invention have a high Δn value equivalent to the conventional liquid crystal composition B1 and the liquid crystal composition polymer B2 not containing a silicon atom. It was confirmed to be a thing.
Further, at the time of measuring the liquid crystal phase transition, both the liquid crystal compositions A1 and B1 were in a supercooled liquid crystal state at room temperature. When these cells were allowed to stand for a long time, deposition was confirmed in the liquid crystal composition B1. Therefore, it was confirmed that the liquid crystal composition B1 had a higher phase transition point (melting point) to the crystal phase than the liquid crystal composition A1.
[液晶組成物の硬化膜の特性]
液晶組成物A1およびB1を、上記の手法により作成した配向膜付きの6μmセル、10μm、15μmのセルに注入し、光重合を行った。この時の透過率を図1に示す。図1において、横軸はRd値(リターデーション。Δn×膜厚。単位はnm。)を示し、縦軸は透過率を示す。
[Characteristics of cured film of liquid crystal composition]
The liquid crystal compositions A1 and B1 were injected into 6 μm cells, 10 μm, and 15 μm cells with alignment films prepared by the above method, and photopolymerization was performed. The transmittance at this time is shown in FIG. In FIG. 1, the horizontal axis represents the Rd value (retardation, Δn × film thickness, unit is nm), and the vertical axis represents the transmittance.
図1より、本発明の化合物を含む液晶組成物A1を重合した膜は、Rd値が高い場合、即ち膜厚が大きい場合でも、光散乱が極めて少なく、透過率特性に優れることが確認できた。 From FIG. 1, it was confirmed that the film obtained by polymerizing the liquid crystal composition A1 containing the compound of the present invention has very low light scattering and excellent transmittance characteristics even when the Rd value is high, that is, when the film thickness is large. .
[硬化膜の青色耐光性]
液晶組成物A1およびB1を、上記手法により作成した配向膜付きの5μmセルに注入し、光重合を行って光学異方性膜A3およびB3を作成した。
この光学異方性膜(以下、硬化膜と示す。)A3およびB3に対し、Krレーザー(波長407nm、413nmのマルチモード)を照射し、青色レーザー光曝露加速試験を行った。照射条件は、温度80℃、積算曝露エネルギー20W・hour/mm2とした。
青色レーザー光を積算曝露エネルギー20W・hour/mm2曝露した後の透過率の変化量は、硬化膜A3ではマイナス1.6%、硬化膜B3ではマイナス4.4%であった。 以上より、本発明の化合物(1B−31−1)(実施例4)を含む液晶組成物は、融点が低く取り扱いに優れており、更に当該液晶組成物を用いて得られる光学異方性膜(硬化膜)は、高いΔn値が維持され、かつ透過率損失が極めて小さいことが確認された。また、当該光学異方性膜(硬化膜)は、耐光性にも優れていた。
[Blue light resistance of cured film]
Liquid crystal compositions A1 and B1 were injected into a 5 μm cell with an alignment film prepared by the above method, and photopolymerization was performed to prepare optically anisotropic films A3 and B3.
This optically anisotropic film (hereinafter referred to as a cured film) A3 and B3 was irradiated with a Kr laser (multimode of wavelengths 407 nm and 413 nm), and a blue laser light exposure acceleration test was performed. The irradiation conditions were a temperature of 80 ° C. and an integrated exposure energy of 20 W · hour / mm 2 .
The amount of change in transmittance after exposure to blue laser light with an integrated exposure energy of 20 W · hour / mm 2 was −1.6% for cured film A3 and −4.4% for cured film B3. From the above, the liquid crystal composition containing the compound (1B-31-1) of the present invention (Example 4) has a low melting point and excellent handling, and an optically anisotropic film obtained using the liquid crystal composition The (cured film) was confirmed to maintain a high Δn value and extremely low transmittance loss. Further, the optically anisotropic film (cured film) was excellent in light resistance.
実施例6および比較例6
[コレステリック液晶組成物の調製および重合]
表4に示す割合で、本発明の重合性化合物(1B−31−1)(実施例4)と、その他の重合性液晶化合物とを混合した液晶組成物Cを得た(実施例6)。また、上記の「その他の重合性液晶化合物」のみを用いて液晶組成物Dを得た(比較例6)。
なお、表4に記載した割合は、液晶組成物を構成する全重合性液晶化合物に対する各重合性液晶化合物の割合(モル%)である。
Example 6 and Comparative Example 6
[Preparation and polymerization of cholesteric liquid crystal composition]
A liquid crystal composition C in which the polymerizable compound (1B-31-1) of the present invention (Example 4) and other polymerizable liquid crystal compound were mixed at the ratio shown in Table 4 was obtained (Example 6). Further, a liquid crystal composition D was obtained using only the “other polymerizable liquid crystal compound” (Comparative Example 6).
In addition, the ratio described in Table 4 is a ratio (mol%) of each polymerizable liquid crystal compound with respect to the total polymerizable liquid crystal compound constituting the liquid crystal composition.
次に、前記と同様に、液晶組成物CおよびDに重合開始剤(チバ・ジャパン株式会社製、商品名「イルガキュア184」)を0.5質量%、重合禁止剤(株式会社アデカ製、商品名「AO50」)を0.4質量%、光安定剤(株式会社アデカ製、商品名「Tinuvin123」)を1.5質量%添加して、液晶組成物C1およびD1を得た。
更に、液晶組成物C1およびD1に、夫々、下記に示す重合性カイラルドーパント(4−1a)を添加して、コレステリック液晶組成物C4、D4を得た。液晶組成物C4およびD4に対するカイラルドーパント(4−1a)の添加量は、それぞれC4に対しては8.01質量%、D4に対しては9.60質量%とした。
Next, in the same manner as described above, 0.5% by mass of a polymerization initiator (manufactured by Ciba Japan Co., Ltd., trade name “Irgacure 184”) and a polymerization inhibitor (manufactured by Adeka Co., Ltd. The liquid crystal compositions C1 and D1 were obtained by adding 0.4% by mass of the name “AO50”) and 1.5% by mass of the light stabilizer (trade name “Tinuvin 123” manufactured by Adeka Corporation).
Furthermore, the polymerizable chiral dopant (4-1a) shown below was added to the liquid crystal compositions C1 and D1, respectively, to obtain cholesteric liquid crystal compositions C4 and D4. The amount of the chiral dopant (4-1a) added to the liquid crystal compositions C4 and D4 was 8.01% by mass for C4 and 9.60% by mass for D4, respectively.
コレステリック液晶組成物C4、D4を、上記実施例5及び比較例5と同様の方法で重合した。ただし、重合に用いるセルとしては、膜厚15μmのものを用いて行った。これにより、コレステリック液晶組成物を重合して得た光学異方性膜である硬化膜C5、D5を得た。
なお、上記カイラルドーパント(4−1a)の添加量は、後述の硬化膜C5およびD5の選択反射帯の短波長端が、ともにほぼ469nmになるように予め調整したものである。これは、このような帯域に選択反射帯を調整した膜を用いて回折格子を作成すると、波長405nmにおいては左円偏光を透過/右円偏光を回折、波長660nmや波長785nmでは左右円偏光とも透過する、という特殊な光学素子を作製できるためである(前記特許文献3参照。)。
これらの重合物は、液晶メソゲンが基板のラビング方向に対して水平配向していた。また、硬化膜C5、D5ともにも右円偏光を反射していた。
Cholesteric liquid crystal compositions C4 and D4 were polymerized in the same manner as in Example 5 and Comparative Example 5 above. However, the cell used for the polymerization was one having a film thickness of 15 μm. Thereby, cured films C5 and D5, which are optical anisotropic films obtained by polymerizing the cholesteric liquid crystal composition, were obtained.
The amount of the chiral dopant (4-1a) added is adjusted in advance so that the short wavelength ends of the selective reflection bands of cured films C5 and D5 described later are both approximately 469 nm. This is because when a diffraction grating is formed using a film in which a selective reflection band is adjusted in such a band, left circularly polarized light is transmitted at a wavelength of 405 nm / right circularly polarized light is diffracted. This is because a special optical element that transmits light can be manufactured (see Patent Document 3).
In these polymers, liquid crystal mesogens were horizontally aligned with the rubbing direction of the substrate. Further, both the cured films C5 and D5 reflected the right circularly polarized light.
[コレステリック液晶組成物の硬化膜の特性]
図2及び図3に、硬化膜C5およびD5についての、一定波長域における光透過率のスペクトルを示す。ただし、図2及び図3に示す各スペクトルのうち、下側に大きく選択反射帯を有するスペクトルが右円偏光によるものであり、他方が左円偏光によるものである。
なお、光透過率のスペクトルの測定は、光源の先に設置した偏光子に、光源が発する無偏光の光を通して直線偏光を取り出し、この直線偏光を所定の角度でλ/4波長板に入射させて偏光変換(右円偏光化または左円偏光化)し、この偏光を試料に透過させて、得られた透過光を分光計で測定することにより行った。
[Characteristics of cured film of cholesteric liquid crystal composition]
2 and 3 show light transmittance spectra in the fixed wavelength region for the cured films C5 and D5. However, among the spectra shown in FIGS. 2 and 3, the spectrum having a large selective reflection band on the lower side is due to right circular polarization, and the other is due to left circular polarization.
The light transmittance spectrum is measured by taking out linearly polarized light through a non-polarized light emitted from the light source into a polarizer placed at the tip of the light source and making this linearly polarized light incident on the λ / 4 wavelength plate at a predetermined angle. Then, the light was converted into polarized light (right circular polarization or left circular polarization), this polarized light was transmitted through the sample, and the obtained transmitted light was measured with a spectrometer.
図2、図3で示される透過率スペクトルのうち、特に重要である、波長405nmにおける左円偏光透過率および右円偏光透過率の数値を、表5に抜粋して示す。 Of the transmittance spectra shown in FIGS. 2 and 3, the numerical values of the left circularly polarized light transmittance and the right circularly polarized light transmittance at a wavelength of 405 nm, which are particularly important, are extracted and shown in Table 5.
表5より、本発明の化合物(1B−31−1)(実施例4)を含むコレステリック液晶組成物C1の硬化膜は、液晶組成物D1の硬化膜と比較して、左円偏光、右円偏光ともに透過率特性に優れていることが分かる。 From Table 5, the cured film of the cholesteric liquid crystal composition C1 containing the compound (1B-31-1) of the present invention (Example 4) is compared with the cured film of the liquid crystal composition D1, left circularly polarized light, right circle It can be seen that both the polarized light and the transmittance characteristics are excellent.
[コレステリック硬化膜の耐光性]
上記の硬化膜C5およびD5に対して、上記実施例5及び比較例5と同様の方法で青色レーザー光曝露加速試験を行った。照射条件は、温度80℃、積算曝露エネルギー15W・hour/mm2とした。
青色レーザー光を積算曝露エネルギー15W・hour/mm2曝露した後の透過率の変化量は、硬化膜C5、D5ともに±2%以内であった。
以上より、本発明の化合物を含むコレステリック液晶組成物は、透過率損失が極めて小さい光学異方性膜を得ることができる。更に、この光学異方性膜は、耐光性に優れている。
[Light resistance of cholesteric cured film]
A blue laser light exposure acceleration test was performed on the cured films C5 and D5 in the same manner as in Example 5 and Comparative Example 5. The irradiation conditions were a temperature of 80 ° C. and an integrated exposure energy of 15 W · hour / mm 2 .
The amount of change in transmittance after exposure to blue laser light with an integrated exposure energy of 15 W · hour / mm 2 was within ± 2% for both the cured films C5 and D5.
From the above, the cholesteric liquid crystal composition containing the compound of the present invention can obtain an optically anisotropic film with extremely low transmittance loss. Furthermore, this optically anisotropic film is excellent in light resistance.
Claims (9)
A−Ph−E1−Ph−(Ph)m−(E2)n−B−R2 ・・・(1)
ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
A:CH2=CR1−COO−(L)k−又は
炭素数1〜8のアルキル基もしくは炭素数1〜8のアルコキシ基。
ただし、アルキル基及びアルコキシ基は、直鎖状のものでも分岐状のものでもよく、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、アルキル基及びアルコキシ基はエーテル結合を含んでいてもよい。
R1:水素原子またはメチル基。
L:−(CH2)pO−、−(CH2)q− であり、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、アルキレン基はエーテル結合を含んでいてもよい。(ただしpおよびqはそれぞれ独立に2〜8の整数。)。
k:0または1。
B:−CH2−、−OCH2−、−SiH2−、又は−Si(CH3)2−。
R2:炭素数1〜7のアルキル基又は炭素数1〜7のアルコキシ基。
ただし、アルキル基及びアルコキシ基は、直鎖状のものでも分岐状のものでもよく、水素原子がフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、アルキル基及びアルコキシ基はエーテル結合を含んでいてもよい。
Ph:1,4−フェニレン基。(但し、環基のA側を1位とする。)
m、n:独立に0か1。
E1: トランス1,4−シクロヘキシレン基の4位炭素原子をケイ素原子で置換した下式に示す環基(但し、環基のA側を1位とする。):
また、式(1)中における1,4−フェニレン基は、その環基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。
また、式(1)中におけるE1及びE2は、その環基中の炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換されていてもよい。 A compound represented by the following formula (1).
A-Ph-E 1 -Ph- ( Ph) m - (E 2) n -B-R 2 ··· (1)
However, the symbols in the formulas have the following meanings.
A: CH 2 = CR 1 —COO— (L) k — or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms.
However, the alkyl group and the alkoxy group may be linear or branched, the hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkyl group and the alkoxy group contain an ether bond. Also good.
R 1 : a hydrogen atom or a methyl group.
L: — (CH 2 ) p O—, — (CH 2 ) q −, the hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkylene group may contain an ether bond. (However, p and q are each independently an integer of 2 to 8.)
k: 0 or 1.
B: -CH 2 -, - OCH 2 -, - SiH 2 -, or -Si (CH 3) 2 -.
R 2 : an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 7 carbon atoms.
However, the alkyl group and the alkoxy group may be linear or branched, the hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom or a chlorine atom, and the alkyl group and the alkoxy group contain an ether bond. Also good.
Ph: 1,4-phenylene group. (However, the A side of the cyclic group is the first position.)
m, n: 0 or 1 independently.
E 1 : A cyclic group represented by the following formula in which the 4-position carbon atom of the trans 1,4-cyclohexylene group is substituted with a silicon atom (provided that the A side of the cyclic group is the 1-position):
In the 1,4-phenylene group in the formula (1), a hydrogen atom bonded to a carbon atom in the ring group may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group.
In E 1 and E 2 in formula (1), a hydrogen atom bonded to a carbon atom in the ring group may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom or a methyl group.
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