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JP2023547642A - 芳香族イソチオシアネート類 - Google Patents

芳香族イソチオシアネート類 Download PDF

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JP2023547642A JP2023525989A JP2023525989A JP2023547642A JP 2023547642 A JP2023547642 A JP 2023547642A JP 2023525989 A JP2023525989 A JP 2023525989A JP 2023525989 A JP2023525989 A JP 2023525989A JP 2023547642 A JP2023547642 A JP 2023547642A
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Abstract

Figure 2023547642000001
【課題】芳香族イソチオシアネート類を提供する。
【解決手段】本発明は請求項1において定義される通りの式Gの化合物と、式Gの化合物を含む液晶性媒体と、マイクロ波の位相をシフトさせるデバイス、チューナブルフィルタ、チューナブル材料構造および電子ビーム操作アンテナ、例えばフェーズドアレイアンテナなどの、これらの媒体を含む高周波部品、特に高周波デバイス用マイクロ波部品とに関する。

Description

本発明は芳香族イソチオシアネート類と、それを含む液晶性媒体と、マイクロ波の位相をシフトさせるデバイス、チューナブルフィルタ、チューナブル材料構造および電子ビーム操作アンテナ(例えばフェーズドアレイアンテナ)などの、これらの媒体を含む高周波部品、特に高周波デバイス用マイクロ波部品と、前記部品を含むデバイスとに関する。
液晶メディアは、情報を表示するための電気光学ディスプレイ(液晶ディスプレイ(liquid crystal display):LCD)に長年使用されてきた。しかしながら近年、液晶媒体をマイクロ波技術用の部品において使用することも、例えばドイツ国特許出願第10 2004 029 429号(特許文献1)および特開2005-120208号公報(特許文献2)などで提案されてきた。
A.Gaebler、F.Goelden、S.Muller、A.PenirschkeおよびR.Jakoby著「Direct Simulation of Material Permittivites using an Eigen-Susceptibility Formulation of the Vector Variational Approach」、12MTC 2009-International Instrumentation and Measurement Technology Conference、シンガポール、2009年(IEEE)、第463~467頁(非特許文献1)には、既知の液晶混合物E7(メルク社、ドイツ国)の相当する特性が記載されている。
ドイツ国特許出願第10 2004 029 429号(特許文献1)には、マイクロ波技術、とりわけ相シフタにおける液晶媒体の使用が記載されている。そこでは相応する周波数範囲におけるそれらの特性に関する液晶媒体が議論されており、主に芳香族ニトリル類およびイソチオシアネート類の混合物を基礎とする液晶媒体が示されている。
欧州特許出願公開第2 982 730号明細書(特許文献3)には、イソチオシアネート基の隣にフッ素原子を2個まで含む化合物が提案および例示されている完全にイソチオシアネート化合物から成る混合物が記載されている。極性を導入するためにメソゲン化合物においてフッ素原子が一般的に使用される。特に末端のNCS基との組み合わせにより、分子全体の双極子は分子の部分構造の個々の全ての双極子の合計であるため、特に1位のNCS基が、そのオルト位に2個のフッ素原子を有する場合に高い誘電率異方性値を達成できる。
一方、しばしばフッ素置換は化合物のネマチック相特性に悪影響を及ぼすので、フッ素原子の数に関してバランスのとれた妥協点を見つけなければならない。悪影響は、アルキル基のような嵩高い置換基の場合、より顕著になり得る。そのような化合物は通常、高い粘度および低い透明温度を示すため、液晶のディスプレイ用途に関する先行技術からは殆ど知られていない。
マイクロ波用途における使用のために入手可能な組成物には依然として、幾つかの欠点がある。それらの一般的な物理的特性、保存性、デバイスにおける動作下での安定性に関して、これらの媒体を改良する必要がある。マイクロ波用途向けの液晶性媒体の開発のために考慮され改良されなければならない多数の異なるパラメータの観点から、そのような液晶性媒体の開発のために、より広い範囲の可能な混合成分を有することが望ましい。
ドイツ国特許出願第10 2004 029 429号 特開2005-120208号公報 欧州特許出願公開第2 982 730号明細書
A.Gaebler、F.Goelden、S.Muller、A.PenirschkeおよびR.Jakoby著「Direct Simulation of Material Permittivites using an Eigen-Susceptibility Formulation of the Vector Variational Approach」、12MTC 2009-International Instrumentation and Measurement Technology Conference、シンガポール、2009年(IEEE)、第463~467頁
本発明の目的は、電磁スペクトルのマイクロ波範囲における用途に関連する改良された特性を有する液晶媒体において使用するための化合物を提供することである。
この目的は、本発明によって一般式Gの化合物で達成される。
Figure 2023547642000002
式中、
は、H、1~12個のC原子を有しフッ素化されているかフッ素化されておらず、好ましくはフッ素化されていない直鎖状もしくは分岐状のアルキルまたは2~12個のC原子を有しフッ素化されているかフッ素化されておらず、好ましくはフッ素化されていない直鎖状もしくは分岐状のアルケニルを表し、該基において1個以上のCH基は、
Figure 2023547642000003
で置き換えられてよく、ただし隣接しない1個以上のCH基はOで置き換えられてよく、
G1、ZG2は同一または異なって、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-C≡C-C≡C-または単結合、好ましくは-CF=CF-、-C≡C-または単結合を表し、
XはClまたはF、好ましくはFを表し、
Rは1~6個のC原子を有する直鎖状または分岐状または環状のアルキル、好ましくはメチル、エチル、イソプロピルまたはシクロプロピル、非常に好ましくはメチルを表し、
tは0、1または2、好ましくは0または1であり、および
Figure 2023547642000004
は以下の群から選択される基を表し、
a)1,4-フェニレン、1,4-ナフチレンおよび2,6-ナフチレンから成る群、ただし1個または2個のCH基はNで置き換えられてよく、ただし1個以上のH原子はLで置き換えられてよく、
b)トランス-1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、テトラリン-2,6-ジイル、テトラリン-5,8-ジイル、デカリン-2,6-ジイル、ビシクロ[1.1.1]ペンタン-1,3-ジイル、4,4’-ビシクロヘキシレン、ビシクロ[2.2.2]オクタン-1,4-ジイルおよびスピロ[3.3]ヘプタン-2,6-ジイルから成る群、ただし1個または2個のCH基はNで置き換えられてよく、1個以上の隣接しないCH基は-O-および/または-S-で置き換えられてよく、ただし1個以上のH原子はLで置き換えられてよく、
c)チオフェン-2,5-ジイル、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル、セレノフェン-2,5-ジイルから成る群、また該基のそれぞれはLで一置換または多置換されてもよく、
Lは、それぞれの出現で同一または異なって、F、Cl、CN、SCN、SFまたは、それぞれ1~12個のC原子を有し直鎖状もしくは分枝状で、それぞれの場合でフッ素化されてよいアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシを表す。
本発明の別の態様によれば、式Gの1種類以上の化合物を含む液晶媒体が提供される。
本発明の好ましい実施形態は従属請求項の主題であり、また本明細書から取り上げることができる。
驚くべきことに式Gの化合物を液晶媒体において使用することで優れた安定性と同時に、高い誘電異方性、好適に速いスイッチ時間、好適なネマチック相範囲、高い調整性および電磁スペクトルのマイクロ波領域において低い誘電損失を有する液晶媒体を実現することが可能であることが見出された。
特に本発明による化合物は高い調整性τを有する媒体を可能とし、液晶ホスト、特にイソチオシアネートタイプの同様の極性化合物を含むものとの優れた混和性を示す。これらの極性化合物は一般にホスト材料への限られた溶解度を有するため式Gの化合物を添加することで、媒体において高い調整性を有する化合物の全体の割合を増加させ、よってマイクロ波用途の媒体のより良好な調整性を達成することが可能である。
本発明による媒体は、高い透明温度、広いネマチック相範囲および優れた低温安定性(LTS:low-temperature stability)により区別される。その結果、媒体を含むデバイスは極端な温度条件下で動作可能である。
媒体は更に、誘電率異方性の高い値および低い回転粘度で区別される。その結果、閾電圧、即ちデバイスがスイッチ可能な最低電圧は非常に低い。改良されたスイッチ特性および高いエネルギー効率を有するデバイスを実現するために、低い動作電圧および低い閾電圧が望ましい。低い回転粘度によって、本発明によるデバイスの速いスイッチが可能になる。
これらの特性は全体として媒体を、高周波技術およびマイクロ波範囲における用途のための部品およびデバイス、特にマイクロ波の位相をシフトするためのデバイス、チューナブルフィルタ、チューナブル材料構造および電子ビーム操縦アンテナ(例えばフェーズドアレイアンテナ)における使用に特に適したものにする。
よって本発明の別の態様によれば、いずれも電磁スペクトルのマイクロ波範囲で動作可能な部品および前記部品を含むデバイスが提供される。好ましい部品は、相シフタ、バラクタ、無線および電波アンテナアレイ、整合回路ならびに適応フィルタである。
本明細書において「高周波数技術」は1MHz~1THz、好ましくは1GHz~500GHz、より好ましくは2GHz~300GHz、特に好ましくは約5GHz~150GHzの範囲の周波数を有する電磁波用途を意味する。
本明細書で使用する場合ハロゲンは、F、Cl、BrまたはI、好ましくはFまたはCl、特に好ましくはFである。
本明細書においてアルキルは直鎖状または分岐状で、1~12個のC原子を有し、好ましくは直鎖状で、他に示さない限り1個、2個、3個、4個、5個、6個または7個のC原子を有し、よって好ましくはメチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシルまたはn-ヘプチルである。
本明細書において分岐状のアルキルは好ましくは、イソプロピル、s-ブチル、イソブチル、2-メチルブチル、イソペンチル(3-メチルブチル)、2-メチルヘキシルまたは2-エチルヘキシルである。
本明細書で使用する場合、環状アルキルは、12個までのC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキルまたはアルケニル、好ましくは1~7個のC原子を有するアルキルであって、該基において基CHは3~5個のC原子を有する炭素環で置き換えられており、非常に好ましくはシクロプロピルアルキル、シクロブチルアルキル、シクロペンチルアルキルおよびシクロペンテニルアルキルから成る群より選択されるものを意味すると解される。
本明細書においてアルコキシ基は直鎖状または分岐状で、1~12個のC原子を含む。これは好ましくは直鎖状で、他に示さない限り1個、2個、3個、4個、5個、6個または7個のC原子を有し、よって好ましくはメトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、n-ブトキシ、n-ペントキシ、n-ヘキソキシまたはn-ヘプトキシである。
本明細書においてアルケニル基は好ましくは、2~12個のC原子を有するアルケニル基であり、該基は直鎖状または分枝状で、少なくとも1個のC-C二重結合を含む。それは好ましくは直鎖状で、2~7個のC原子を有する。よって、それは好ましくはビニル、プロパ-1-または-2-エニル、ブタ-1-、-2-または-3-エニル、ペンタ-1-、-2-、-3-または-4-エニル、ヘキサ-1-、-2-、-3-、-4-または-5-エニル、ヘプタ-1-、-2-、-3-、-4-、-5-または-6-エニルである。C-C二重結合の2個のC原子が置換されている場合、アルケニル基はEおよび/またはZ異性体(トランス/シス)の形態でよい。一般に、それぞれのE異性体が好ましい。アルケニル基のうち、プロパ-2-エニル、ブタ-2-および-3-エニルならびにペンタ-3-および-4-エニルが特に好ましい。
本明細書においてアルキニルは2~12個のC原子を有するアルキニル基を意味すると解され、該基は直鎖状または分枝状で、少なくとも1個のC-C三重結合を含む。1-および2-プロピニルならびに1-、2-および3-ブチニルが好ましい。
フッ素化アルキル-、アルコキシ-、アルケニルまたはアルケニルオキシは分岐状または非分岐状でよく、部分的にフッ素化され、好ましくはパーフッ素化されている。それは好ましくは非分岐状で、1個、2個、3個、4個、5個、6個または7個のC原子、アルケニルの場合、2個、3個、4個、5個、6個または7個のC原子を有し、それは非常に好ましくは、-(CH-CH=CF、-(CH-CH=CHF、-(CH-CH=Cl、-C2n+1、-(CF-CFH、-(CH-CF、-(CH-CHF、-(CHCHF、-CH=CF、-O(CH-CH=CF、-OC2n+1、-O(CF-CFH、-O(CHCF、-O(CH-CHF、-O(CF)CHF、-OCF=CFから選択され、ただしnは0~7の整数であり、特にOCFである。
一般式Gの化合物は、文献(例えば、Houben-Weyl、Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry]、Georg-Thieme-Verlag、Stuttgartなどの標準書)に記載のそれ自体既知の方法、前記反応に適した正確な反応条件下で調製することができる。それ自体既知であるが、本明細書ではより詳細に言及されていない改変を使用することができる。
所望により出発物質を反応混合物から単離せず、直ちに一般式Gの化合物に更に反応することにより、その場で形成することも可能である。
式Gの化合物は、欧州特許出願公開第1 054 001号明細書に記載されているプロセスに類似して調製できる。本発明による化合物への好ましい合成経路は下スキーム1に例示され、ただし出現する基およびパラメータは式Gに与えられる意味を有する。それは実施例によって更に例示され、適切な出発材料の選択により一般式Gの特定の所望の化合物に適合できる。
好ましい構築ブロック2(スキーム1)は例えば、4-ブロモ-2-クロロ-6-メチル-ベンゼンアミン、4-ブロモ-2-フルオロ-6-メチル-ベンゼンアミン、4-ブロモ-2-クロロ-6-エチル-ベンゼンアミンまたは4-ブロモ-2-エチル-6-フルオロ-ベンゼンアミンで、全て文献に記載されており例えば、薗頭反応(スキーム1、ただしZG1は-C≡C-であり、GはHである。)、鈴木カップリング(ただしZG1は単結合、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-または-CF=CH-であり、Gはボロン酸またはアルキルボロンエステル基である。)および関連する遷移金属触媒クロスカップリング反応の通りの公知のクロスカップリング反応によって適切な中間体1と反応でき、式Gの化合物を得る。
式Nの化合物をチオ炭酸誘導体またはCSと反応させ、式Gの化合物を得る。
Figure 2023547642000005
式中、XおよびYは離脱基である。
Figure 2023547642000006
式Nの化合物を式Gの化合物に変換するための本発明による方法のための好ましい試薬は、二硫化炭素、チオホスゲン、チオカルボニルジイミダゾール、ジ-2-ピリジルチオカーボネート、ビス(ジメチルチオカルバモイル)ジスルフィド、塩化ジメチルチオカルバモイルおよびフェニルクロロチオブロメート、非常に好ましくはチオホスゲンである。
記載されている反応は、例示に過ぎないと考えるべきである。当業者は、式Gの化合物を得るために、記載された合成の対応する改変を実施し、また他の適切な合成経路をたどることができる。
式Gの化合物は好ましくは、式G-1~G-6から成る化合物の群より選択される。
Figure 2023547642000007
式中、R、ZG1、ZG2
Figure 2023547642000008
は式Gに上で与えられる意味を有し、好ましくは
G1、ZG2は同一または異なって、-CF=CF-または-C≡C-を表し、
は、1~7個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状もしくは環状のアルキルまたはアルケニルを表し、
Figure 2023547642000009
は同一または異なって好ましくは
Figure 2023547642000010
を表し、
式中、Rは、それぞれの出現で同一または異なってHまたは1~6個のC原子を有するアルキルを表し、
または
Figure 2023547642000011
を表し、
式中、1個以上のH原子は基RまたはFで置き換えられてよく、
ただし、
は、Hまたは1~6個のC原子を有するアルキルを表し、
非常に好ましくは、
Figure 2023547642000012

Figure 2023547642000013
を表し、
Figure 2023547642000014

Figure 2023547642000015
特に
Figure 2023547642000016
を表す。
式Gの非常に好ましい化合物は以下のサブ式から選択される。
Figure 2023547642000017
Figure 2023547642000018
Figure 2023547642000019
Figure 2023547642000020
式中、Rは上で与えられる意味を有し好ましくは、1~7個のC原子を有する直鎖状または分枝状のアルキル、特にメチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-ペンチル、n-ヘキシルまたはn-ヘプチルを表す。
本発明の別の態様によれば、式Gの1種類以上の化合物を含む液晶媒体が提供される。好ましくは媒体は、式I、IIおよびIIIの群から選択される1種類以上の化合物を含む。
Figure 2023547642000021
式中、
は、H、1~17個、好ましくは2~10個のC原子を有する非フッ素化アルキルもしくは非フッ素化アルコキシまたは2~15個、好ましくは3~10個のC原子を有する非フッ素化アルケニル、非フッ素化アルケニルオキシもしくは非フッ素化アルコキシアルキル、好ましくは非フッ素化アルキルまたは非フッ素化アルケニルを表し、該基において1個以上のCH基は、
Figure 2023547642000022
で置き換えられてよく、
nは、0、1または2であり、
Figure 2023547642000023
(式中、Rは、それぞれの出現で同一または異なってHまたは1~6個のC原子を有するアルキル、好ましくはH、メチルまたはエチル、特に好ましくはHを表す。)
Figure 2023547642000024
(式中、1個以上のH原子は基RまたはFで置き換えられてよい。)
を表し、
およびただし、
Figure 2023547642000025
を表し、
n=2の場合、
Figure 2023547642000026
好ましくは、
Figure 2023547642000027
を表し、
より好ましくは、
Figure 2023547642000028
を表し、
Figure 2023547642000029
を表し、
Figure 2023547642000030
を表し、
は、H、1~17個、好ましくは2~10個のC原子を有する非フッ素化アルキルもしくは非フッ素化アルコキシまたは2~15個、好ましくは3~10個のC原子を有する非フッ素化アルケニル、非フッ素化アルケニルオキシもしくは非フッ素化アルコキシアルキル、好ましくは非フッ素化アルキルまたは非フッ素化アルケニルを表し、該基において1個以上のCH基は、
Figure 2023547642000031
で置き換えられてよく、
21は、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-または-C≡C-、好ましくは-C≡C-またはトランス-CH=CH-を表し、および
Figure 2023547642000032
(式中、Rは、それぞれの出現で同一または異なってHまたは1~6個のC原子を有するアルキル、好ましくはH、メチルまたはエチル、特に好ましくはHを表す。)
Figure 2023547642000033
(式中、1個以上のH原子は基RまたはFで置き換えられてよい。)
を表し、
好ましくは、
Figure 2023547642000034
を表し、
Figure 2023547642000035
を表し、および
Figure 2023547642000036
より好ましくは
Figure 2023547642000037
を表し、
は、H、1~17個、好ましくは2~10個のC原子を有する非フッ素化アルキルもしくは非フッ素化アルコキシまたは2~15個、好ましくは3~10個のC原子を有する非フッ素化アルケニル、非フッ素化アルケニルオキシもしくは非フッ素化アルコキシアルキル、好ましくは非フッ素化アルキルまたは非フッ素化アルケニルを表し、該基において1個以上のCH基は、
Figure 2023547642000038
で置き換えられてよく、
31およびZ32の一方、好ましくはZ32は、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-または-C≡C-を表し、他方は、それと独立して-C≡C-、トランス-CH=CH-、トランス-CF=CF-または単結合を表し、好ましくは、それらの一方、好ましくはZ32は-C≡C-またはトランス-CH=CH-を表し、他方は単結合を表し、および
Figure 2023547642000039
(式中、Rは、それぞれの出現で同一または異なってHまたは1~6個のC原子を有するアルキル、好ましくはH、メチルまたはエチル、特に好ましくはHを表す。)
Figure 2023547642000040
(式中、1個以上のH原子は基RまたはFで置き換えられてよい。)
を表し、
およびただし、
Figure 2023547642000041
を表し、
好ましくは
Figure 2023547642000042
を表し、
より好ましくは、
Figure 2023547642000043
を表し、
Figure 2023547642000044
特に
Figure 2023547642000045
を表し、
Figure 2023547642000046
特に
Figure 2023547642000047
を表す。
式I、IIおよびIIIの化合物において、Rは好ましくはHを表す。別の好ましい実施形態において式I、IIおよびIIIの化合物において、1個または2個の基R、好ましくは1個の基RはHと異なる。
本発明の好ましい実施形態において式Iの化合物は、式I-1~式I-5の化合物の群から選択される。
Figure 2023547642000048
式中、
、LおよびLは、それぞれの出現で同一または異なってHまたはFを表し、および他の基は式Iで上に示されるそれぞれの意味を有し、
好ましくは
は、1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表す。
媒体は好ましくは、式I-1a~I-1dの化合物、好ましくは式I-1bの化合物の群から好ましくは選択される1種類以上の式I-1の化合物を含む。
Figure 2023547642000049
式中、Rは式Iに上で示される意味を有し、好ましくは1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表す。
媒体は好ましくは、式I-2a~I-2eの化合物、好ましくは式I-2cの化合物の群から好ましくは選択される1種類以上の式I-2の化合物を含む。
Figure 2023547642000050
式中、Rは式Iに上で示される意味を有し、好ましくは1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表す。
媒体は好ましくは、式I-3a~I-3dの化合物、好ましくは式I-3bの化合物の群から好ましくは選択される1種類以上の式I-3の化合物を含む。
Figure 2023547642000051
式中、Rは式Iに上で示される意味を有し、好ましくは1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表す。
媒体は好ましくは、式I-4a~I-4eの化合物、好ましくは式I-4bの化合物の群から好ましくは選択される1種類以上の式I-4の化合物を含む。
Figure 2023547642000052
式中、Rは式Iに上で示される意味を有し、好ましくは1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表す。
媒体は好ましくは、式I-5a~I-5dの化合物、好ましくは式I-5bの化合物の群から好ましくは選択される1種類以上の式I-5の化合物を含む。
Figure 2023547642000053
式中、Rは式Iに上で示される意味を有し、好ましくは1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表す。
媒体は好ましくは、式II-1~II-3の化合物の群から好ましくは選択され、式II-1およびII-2の化合物の群から好ましくは選択される1種類以上の式IIの化合物を含む。
Figure 2023547642000054
式中、出現する基は式IIで上に与えられる意味を有し、および
好ましくは
は、1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルもしくはアルコキシまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表し、および
Figure 2023547642000055
を表し、
他方は独立に、
Figure 2023547642000056
好ましくは
Figure 2023547642000057
最も好ましくは
Figure 2023547642000058
を表し、
および好ましくは、
は、C2n+1またはCH=CH-(CHを表し、および
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6および特に好ましくは3~5の範囲内の整数を表し、および
zは、0、1、2、3または4、好ましくは0または2を表す。
式II-1の化合物は好ましくは、式II-1a~II-1eの化合物の群から選択される。
Figure 2023547642000059
式中、
は上に示される意味を有し、好ましくはC2n+1またはCH=CH-(CHを表し、および
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6および特に好ましくは3~5の範囲内の整数を表し、および
zは、0、1、2、3または4、好ましくは0または2を表す。
式II-2の化合物は好ましくは、式II-2aおよびII-2bの化合物の群から選択される。
Figure 2023547642000060
式中、
は上に示される意味を有し、好ましくはC2n+1またはCH=CH-(CHを表し、
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6および特に好ましくは3~5の範囲内の整数を表し、および
zは、0、1、2、3または4、好ましくは0または2を表す。
式II-3の化合物は好ましくは、式II-3a~II-3dの化合物の群から選択される。
Figure 2023547642000061
式中、
は上に示される意味を有し、好ましくはC2n+1またはCH=CH-(CHを表し、
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6および特に好ましくは3~5の範囲内の整数を表し、および
zは、0、1、2、3または4、好ましくは0または2を表す。
式IIIの化合物は、好ましくは式III-1~III-6の化合物の群から選択され、より好ましくは式III-1、III-2、III-3およびIII-4の、特に好ましくは式III-1の化合物の群から選択される式である。
Figure 2023547642000062
式中、
31およびZ32は互いに独立にトランス-CH=CH-またはトランス-CF=CF-、好ましくはトランス-CH=CH-、あるいは式III-6においてZ31およびZ32の一方は-C≡C-を表してよく、他方の基は式IIIにおいて上で与えられる意味を有し、
および好ましくは
は、1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルもしくはアルコキシまたは2~7個のC原子を有する非フッ素化アルケニルを表し、および
Figure 2023547642000063
非常に好ましくは
Figure 2023547642000064
を表し、
他方は互いに独立に、
Figure 2023547642000065
好ましくは
Figure 2023547642000066
より好ましくは
Figure 2023547642000067
を表し、
ただしあるいは
Figure 2023547642000068
を表し、
および好ましくは
は、C2n+1またはCH=CH-(CHを表し、
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6および特に好ましくは3~5の範囲内の整数を表し、および
zは、0、1、2、3または4、好ましくは0または2を表す。
式III-1の化合物は、好ましくは式III-1a~III-1jの化合物の群から選択され、より好ましくは式III-1a、III-1b、III-1gおよびIII-1hの、特に好ましくは式III-1bおよび/またはIII-1hの化合物の群から選択される式である。
Figure 2023547642000069
Figure 2023547642000070
式中、
は上に示される意味を有し、好ましくはC2n+1またはCH=CH-(CHを表し、
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6および特に好ましくは3~5の範囲内の整数を表し、および
zは、0、1、2、3または4、好ましくは0または2を表す。
式III-2の化合物は、好ましくは式III-2a~III-2l、非常に好ましくはIII-2bおよび/またはIII-2jの化合物である。
Figure 2023547642000071
Figure 2023547642000072
式中、
は上に示される意味を有し、好ましくはC2n+1またはCH=CH-(CHを表し、
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6および特に好ましくは3~5の範囲内の整数を表し、および
zは、0、1、2、3または4、好ましくは0または2を表す。
式III-5の化合物は好ましくは、式III-5aの化合物から選択される。
Figure 2023547642000073
は上に示される意味を有し、好ましくはC2n+1またはCH=CH-(CHを表し、
nは、1~7の範囲内、好ましくは2~6の範囲内の整数を表す。
加えて先の好ましい実施形態と同じであっても異なっていてもよい、ある実施形態における本発明による液晶媒体は好ましくは、1種類以上の式IVの化合物を含む。
Figure 2023547642000074
式中、
Figure 2023547642000075
を表し、
sは0または1、好ましくは1であり、および
好ましくは
Figure 2023547642000076
特に好ましくは
Figure 2023547642000077
を表し、
は、Hまたは1~6個のC原子を有するアルキル、3~6個のC原子を有するシクロアルキルまたは4~6個のC原子を有するシクロアルケニル、好ましくはCH、C、n-C、i-C、シクロプロピル、シクロブチル、シクロヘキシル、シクロペンタ-1-エニルまたはシクロヘキサ-1-エニル、および特に好ましくは特に好ましくはCH、C、シクロプロピルまたはシクロブチルを表し、
は、H、1~3個のC原子を有するアルキルまたはハロゲン、好ましくはH、FまたはCl、より好ましくはHまたはF、非常に特に好ましくはFを表し、
41~R44は互いに独立に、それぞれ1~15個のC原子を有する非フッ素化アルキルもしくは非フッ素化アルコキシ、それぞれ2~15個のC原子を有する非フッ素化アルケニル、非フッ素化アルケニルオキシもしくは非フッ素化アルコキシアルキルまたはそれぞれ15個までのC原子を有するシクロアルキル、アルキルシクロアルキル、シクロアルケニル、アルキルシクロアルケニル、アルキルシクロアルキルアルキルもしくはアルキルシクロアルケニルアルキルを表し、および代替的にR43およびR44の一方または両方は、またHも表し、
好ましくは
41およびR42は互いに独立に、それぞれ1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルもしくは非フッ素化アルコキシまたは、それぞれ2~6個のC原子を有する非フッ素化アルケニル、非フッ素化アルケニルオキシもしくは非フッ素化アルコキシアルキルを表し、
特に好ましくは
41は、1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは、それぞれ2~6個のC原子を有する非フッ素化アルケニル、非フッ素化アルケニルオキシもしくは非フッ素化アルコキシアルキルを表し、および
特に好ましくは
42は、それぞれ1~7個のC原子を有する非フッ素化アルキルまたは非フッ素化アルコキシを表し、および
好ましくは
43およびR44は、H、1~5個のC原子を有する非フッ素化アルキル、3~7個のC原子を有する非フッ素化シクロアルキルもしくはシクロアルケニル、それぞれ4~12個のC原子を有する非フッ素化アルキルシクロヘキシルもしくは非フッ素化シクロヘキシルアルキル、または5~15個のC原子を有する非フッ素化アルキルシクロヘキシルアルキル、特に好ましくはシクロプロピル、シクロブチルまたはシクロヘキシルを表し、および非常に特に好ましくはR43およびR44の少なくとも一方はn-アルキル、特に好ましくはメチル、エチルまたはn-プロピルを表し、および他方はHまたはn-アルキル、特に好ましくはH、メチル、エチルまたはn-プロピルを表す。
非常に好ましくは式IVの化合物は、式IV-1の化合物から選択される。
Figure 2023547642000078
式中、R41およびR42は同一または異なって2個、3個、4個、5個または6個のC原子を有するアルキルを表す。
本明細書で使用される場合、誘電的に正との表現はΔε>3.0である化合物を記載し、誘電的に中性は-1.5≦Δε≦3.0のものを記載し、誘電的に負はΔε<-1.5のものを記載する。Δεは、1kHzの周波数および20℃において決定される。それぞれの化合物の誘電異方性は、それぞれ個々の化合物のネマチックホスト混合物中10%の溶液の結果から決定される。ホスト混合物中のそれぞれの化合物の溶解度が10%未満の場合、濃度を5%に低下する。試験用混合物の静電容量は、ホメオトロピック配向を有するセルおよびホモジニアス配向を有するセルの両者において決定される。両タイプのセルのセル厚は、およそ20μmである。印加される電圧は1kHzの周波数および典型的には0.5V~1.0Vの有効値を有する矩形波であるが、それはそれぞれの試験用混合物の容量閾値より常に低くなるよう選択される。
Δεは(ε-ε)の通り定義され、一方εaveは(ε+2ε)/3である。
外挿により純粋な化合物の物理定数を決定するために使用されるホスト混合物はメルク社、ドイツ国からのZLI-4792である。化合物の誘電率の絶対値、複屈折(Δn)および回転粘度(γ)は、化合物を添加した際のホスト混合物のそれぞれの値の変化から決定される。ホスト中の濃度は10%、溶解度が不十分な場合は5%である。値は、添加された化合物の濃度を100%に外挿したものである。
実施例において純粋な化合物の相シークエンスは、以下の略号を使用して与えられる:
K:結晶、N:ネマチック、SmA:スメクチックA、SmB:スメクチックB、I:等方。
20℃の測定温度においてネマチック相を有する成分をそのまま測定し、それ以外は化合物と同様に扱う。
いずれの場合も他に明言しない限り本願において「閾電圧」との表現は光学的閾値を指して10%相対コントラスト(V10)を引用し、「飽和電圧」との表現は光学的飽和を指して90%相対コントラスト(V90)を引用する。また容量閾電圧(V)はフレデリック閾値(VFr)とも呼ばれ、明言する場合にのみ使用する。
本願で示されるパラメータの範囲は他に明言しない限り、全て限界値を含む。
互いに組み合わせて様々な範囲の特性について示される異なる上限値および下限値は、追加の好ましい範囲を生じる。
本願を通して他に明言しない限り、以下の条件および定義が適用される。全ての濃度は重量パーセントで引用され、それぞれの混合物の全体に関し、全ての温度は摂氏で引用され、全ての温度差は差異度で引用される。全ての物理的性質は「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」1997年11月刊、メルク社、ドイツ国に従って決定され、他に明言しない限り20℃の温度について引用される。光学異方性(Δn)は589.3nmの波長で決定される。誘電異方性(Δε)は1kHzの周波数で決定される。閾電圧ならびに全ての他の電気光学的特性は、メルク社で製造された試験用セルを使用して決定される。Δεを決定するための試験用セルは、およそ20μmのセル厚を有する。電極は1.13cmの面積およびガードリングを有する円形ITO電極である。配向層はホメオトロピック配向(ε)用には日本国日産化学社製SE-1211であり、ホモジニアス配向(ε)用には日本国日本合成ゴム社製ポリイミドAL-1054である。静電容量は、0.3Vrmsの電圧を有する正弦波を使用するSolatron1260周波数応答分析器を使用して決定する。電気光学的測定に使用される光は白色光である。本明細書においては、ドイツ国Autronic-Melchers社より商業的に入手可能なDMS装置を使用する機器構成を使用する。特性電圧は垂直観察下で決定された。閾値(V10)、中間灰色(V50)および飽和(V90)電圧は、それぞれ10%、50%および90%の相対コントラストで決定された。
A.Penirschkeら著、「Cavity Perturbation Method for Characterisation of Liquid Crystals up to 35GHz」、第34回European Microwave Conference-アムステルダム、第545~548頁に記載される通りに、マイクロ波周波数領域における特性に関して液晶媒体を検討する。また、これについてはA.Gaeblerら著「Direct Simulation of Material Permittivites(後略)」、12MTC2009-International Instrumentation and Measurement Technology Conference、シンガポール、2009年(IEEE)、第463~467頁および独国特許出願公開第10 2004 029 429号明細書も比較され、それらには測定方法が同様に詳細に記載されている。
液晶を、液晶を円筒形のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)または石英キャピラリ中に導入する。キャピラリは180μmの内径および350μmの外径を有する。有効長は2.0cmである。充填されたキャピラリを、19GHzの共鳴周波数を有する円筒形のキャビティの中心に導入する。このキャビティは11.5mmの長さおよび6mmの半径を有する。次いで入力信号(信号源)を印加して、市販のベクトルネットワーク分析器(N5227A PNA Microwave Network Analyzer、Keysight Technologies社、米国)を使用して出力信号の結果を記録する。他の周波数では、キャビティの寸法をそれに対応して適合する。
共振周波数の変化と、液晶が充填されたキャピラリでの測定および液晶が充填されたキャピラリなしでの測定間のQ因子とを使用し、上述の刊行物A.Penirschkeら著、「Cavity Perturbation Method for Characterisation of Liquid Crystals up to 35GHz」、第34回European Microwave Conference-アムステルダム、第545~548頁に記載される通りの式10および11を用いて対応する目標周波数における誘電率および損失角を決定する。
液晶のダイレクタに垂直および平行な特性成分の値は、磁界中での液晶の配向によって得られる。この目的のために、永久磁石の磁界が使用される。磁界の強さは0.35テスラである。
本願において用語「化合物」は他に明記しない限り、1種類の化合物および多種類の化合物の両者を意味すると解釈する。
マイクロ波領域の誘電率異方性は、下の通り定義される。
Figure 2023547642000079
調整性(τ)は、下の通り定義される。
Figure 2023547642000080
材料品質(η)は、下の通り定義される。
Figure 2023547642000081
式中、最大の誘電損失は下である。
Figure 2023547642000082
採用される液晶は個々の物質または混合物のいずれかである。それらは好ましくはネマチック相を有する。
本発明による混合物は全てネマチックである。本発明による液晶媒体は、好ましくは、上に与えられた好ましい範囲のネマチック相を有する。ここでネマチック相を有するという表現は、一方では対応する温度において低温でスメクチック相および結晶化が観察されず、他方ではネマチック相からの加熱で透明化が生じないということを意味する。高温では、従来の方法で毛細管内の透明点を測定する。低温での検討は流動粘度計で対応する温度で行い、バルクサンプルの保存で確認する。所定の温度Tにおける本発明による媒体のバルクでの貯蔵安定性(LTS)は、目視検査によって決定される。検討する媒体2gを、所定の温度の冷蔵庫に置かれた適切な大きさの密閉ガラス容器(ボトル)に充填する。ボトルは、スメクチック相の発生や結晶化について、決められた時間間隔でチェックされる。各材料および各温度で2本のボトルが保管される。対応する2本のボトルのうち少なくとも1本で結晶化またはスメクチック相の出現が観察された場合、試験は終了し、高次相の出現が観察される前の最後の検査時間がそれぞれの保存安定性として記録される。最終的に1000時間後に試験を終了し、即ち1000時間のLTS値は、混合物が所定の温度で少なくとも1000時間安定であることを意味する。
本発明による液晶媒体は、更なる添加剤およびキラルドーパントを通常の濃度で含んでよい。これらの更なる成分の合計濃度は混合物全体を基礎として0%~10%、好ましくは0.1%~6%の範囲内である。使用する個々の化合物の濃度は、それぞれ好ましくは0.1%~3%の範囲内である。これらおよび同様の添加剤の濃度は、本願における液晶媒体の液晶化合物の値および濃度範囲を引用するときは考慮しない。
任意に本発明による媒体は物理的特性を調整するために、更なる液晶化合物を含む。そのような化合物は、当業者に知られている。本発明による媒体中のそれらの濃度は、好ましくは0%~30%、より好ましくは0.1%~20%、最も好ましくは1%~15%である。
本発明による液晶媒体は複数の化合物、好ましくは3~30種類、より好ましくは4~20種類、非常に好ましくは4~16種類の化合物から成る。これらの化合物は常法で混合される。一般に、より少ない量で使用する所望の量の化合物を、より多い量で使用する化合物に溶解する。温度がより高い濃度で使用する化合物の透明点より高い場合、溶解プロセスの完了を観察することは特に容易である。しかしながら、また他の従来の方法、そのまま使える混合物である成分である例えば化合物の同種混合物もしくは共晶混合物であり得る所謂プレミックスを用いて、または例えば所謂「マルチボトル」システムを用いて媒体を調製することも可能である。
例えば融点T(C、N)またはT(C、S)、スメクチック(S)相からネマチック(N)相への転移T(S、N)および液晶の透明点T(N、I)などの全ての温度は摂氏度で引用される。全ての温度差は差異度で引用される。
本明細書において、メソゲン化合物の構造は頭字語とも呼ばれる略語によって示される。これらの頭字語において下の表A~Cを使用して化学式を以下の通り略記する。全ての基C2n+1、C2m+1およびC2l+1およびCH2n-1、C2m-1およびC2-1は、それぞれ直鎖状のアルキルまたはアルキレンを表し、それぞれの場合でn、mまたはl個のC原子を有し、ただしnおよびmは独立に1、2、3、4、5、6または7であり、lは1、2または3である。表Aには化合物のコア構造の環要素に使用されるコードを列記する一方で、表Bには連結基および末端基を示す。表Cには化合物の例示構造を、それらのそれぞれの略語と共に示す。
<表A:環要素>
Figure 2023547642000083


Figure 2023547642000084
Figure 2023547642000085
Figure 2023547642000086
Figure 2023547642000087
Figure 2023547642000088
<表B:連結基>
Figure 2023547642000089
<表B:末端基>
Figure 2023547642000090
表中、nとmはそれぞれ整数を表し、3つの点「...」はこの表からの他の略語のための場所である。
分岐する横方向の鎖基は最も長い鎖が選択される環(1)の隣の位置から始めて番号を付け、小さい番号は分岐の長さを示し、括弧内の上付き数字は分岐の位置を示す。例えば下である。
Figure 2023547642000091
Figure 2023547642000092
次の表は、それぞれの略語と共に例示的な構造を示す。これらは、略語の規則の意味を説明するために示される。それらは更に好ましく使用される化合物を表す。
<表C:例示的構造>
以下の例示的構造は例であり、および媒体中に好ましく付加的に使用される化合物である。
Figure 2023547642000093
Figure 2023547642000094
Figure 2023547642000095
Figure 2023547642000096
Figure 2023547642000097
Figure 2023547642000098
Figure 2023547642000099
Figure 2023547642000100
Figure 2023547642000101
Figure 2023547642000102
Figure 2023547642000103
Figure 2023547642000104
Figure 2023547642000105
Figure 2023547642000106
Figure 2023547642000107
Figure 2023547642000108
Figure 2023547642000109
表中、mおよびnは同一または異なって、1、2、3、4、5、6または7である。
好ましくは本発明による媒体は、表Cの化合物から選択される1種類以上の化合物を含む。
他に示さない限り、部またはパーセントデータは重量部または重量パーセントを表す。
上および下において:
は20℃における容量閾電圧[V]を表し、
は20℃および589nmにおける異常屈折率を表し、
は20℃および589nmにおける通常屈折率を表し、
Δnは20℃および589nmにおける光学的異方性を表し、
εは20℃および1kHzにおけるダイレクターに垂直な誘電率を表し、
εは20℃および1kHzにおけるダイレクターに平行な誘電率を表し、
Δεは20℃および1kHzにおける誘電異方性を表し、
cl.p.、T(N,I)は透明点[℃]を表し、
γは20℃で測定される回転粘度[mPa・s]を表し、
は20℃における「スプレイ(splay)」変形に対する弾性定数[pN]を表し、
は20℃における「ツイスト(twist)」変形に対する弾性定数[pN]を表し、
は20℃における「ベンド(bend)」変形に対する弾性定数[pN]を表す。
avg.は、
Figure 2023547642000110
の通り定義される平均弾性定数を表し、
LTS(low-temperature stability)は特定される通り試験用セル中またはバルクで決定される低温安定性(ネマチック相)を表す。
他に明記しない限り、例えば、融点T(C,N)、スメクチック(S)からネマチック(N)相への転移T(S,N)および透明点T(N,I)またはcl.pなどの本出願において示される全ての温度の値は摂氏度(℃)で示される。M.p.は融点を表す。更にTgはガラス状態、Cは結晶状態、Nはネマチック相、Sはスメクチック相およびIは等方相である。これらの記号の間の数字は転移温度を表す。
本発明について用語「閾電圧」は、他に明示しない限り、フレデリックス閾値としても既知の容量閾値(V)に関する。また、例において、一般的に通常であるが、10%相対コントラスト(V10)に対する光学的閾値も示す場合がある。
容量閾電圧の測定用に使用されるディスプレイは20μmの間隔で離れている2枚の平坦で平行なガラス製外板から成り、それぞれの外板は内側に電極層および最上部にラビングされていないポリイミド配向層を有しており、液晶分子のホメオトロピックエッジ配向を生じる。
透明点は、メトラー社Thermosystem FP900を用いて測定する。光学異方性(n)は、アッベ屈折計H005(ナトリウムスペクトルランプNa10、589nm、20℃において)を用いて測定する。誘電率異方性(Δε)はLCRメータE4980A/アジレント社(G005)を用いて、20℃で測定する(JALS2096-R1を備えるε-パラレルセル)。起動電圧(V)はLCRメータE4980A/アジレント社(G005)を用いて、20℃で測定する(JALS2096-R1を備えるε-パラレルセル)。回転粘度(γ)は東陽テクニカ社LCM-2(0002)を用いて、20℃で測定する(JALS-2096-R1を備えるガンマ1ネガティブセル)。弾性定数(K、スプレイ)はLCRメータE4980A/アジレント社(G005)を用いて、20℃で測定する(JALS2096-R1を備えるε-パラレルセル)。K:弾性定数(K、ベンド)はLCRメータE4980A/アジレント社(G005)を用いて、20℃で測定する(JALS2096-R1を備えるε-パラレルセル)。
<合成例>
略号
dist. 蒸留
DABCO 1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン
THF テトラヒドロフラン
MTBエーテル メチル-tert-ブチルエーテル
XPhos 2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,4’,6’-トリイソプロピルビフェニル
XPhos Pd G2 クロロ(2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,4’,6’-トリイソプロピル-1,1’-ビフェニル)[2-(2’-アミノ-1,1’-ビフェニル)パラジウム(II)
<合成例1>:4-ブチル-4’-[2-(3-フルオロ-4-イソチオシアナト-5-メチルフェニル)エチニル]-1,1’-ビフェニルー
<行程1.1>:[4-(4-ブチルフェニル)フェニル]エチニルトリメチルシラン
Figure 2023547642000111
1-ブロモ-4-(4-ブチルフェニル)ベンゼン(CAS63619-54-5、33.5g、116mmol)、トリエチルアミン(135mL)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)クロリド(3.2g、4.6mmol)、銅(I)ヨウ化物(530mg、2.8mmol)およびトリメチルシリルアセチレン(33.6mL、237mmol)の混合物を還流温度で一晩熱する。次いで蒸留水およびMTBエーテルを反応混合物に添加する。層を分離し、水性層をMTBエーテルで抽出する。合わせた有機層を蒸留水で洗浄し、乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製し、[4-(4-ブチルフェニル)フェニル]エチニルトリメチルシランをオレンジ色の固体として得る。
<行程1.2>:1-ブチル-4-(4-エチニルフェニル)ベンゼン
Figure 2023547642000112
テトラ-n-ブチルアンモニウムフルオリド(113mL、THF中1M)を、THF(650mL)中の[4-(4-ブチルフェニル)フェニル]エチニルトリメチルシラン(34.6g、113mmol)の溶液にゆっくりと10℃で添加する。反応混合物を室温で一晩攪拌する。次いで蒸留水、塩酸(1M)およびMTBエーテルを反応混合物に添加する。相を分離し、水性相をMTBエーテルで抽出する。合わせた有機相をブラインで洗浄し、乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製し、1-ブチル-4-(4-エチニルフェニル)ベンゼンを薄黄色の固体として得る。
<行程1.3>:4-(2-{4’-ブチル-[1,1’-ビフェニル]-4-イル}エチニル)-2-フルオロ-6-メチルアニリン
Figure 2023547642000113
ジイソプロピルアミン(40mL)およびTHF(40mL)中の1-ブチル-4-(4-エチニルフェニル)ベンゼン(4.0g、17mmol)および4-ブロモ-2-フルオロ-6-メチルアニリン(3.6g、17mmol)の混合物を窒素雰囲気下で70℃まで加熱する。次に、XPhos PD G2(27mg、0.03mmol)、XPhos(16mg、0.03mmol)および銅(I)ヨウ化物(3.3mg、0.02mmol)を添加し、反応混合物を70℃で一晩攪拌する。次いで、それを濾過し、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ヘプタンおよびヘプタン/MTBエーテル)で精製し、4-(2-{4’-ブチル-[1,1’-ビフェニル]-4-イル}エチニル)-2-フルオロ-6-メチルアニリンを薄茶色の固体として得る。
<行程1.4>:4-ブチル-4’-[2-(3-フルオロ-4-イソチオシアナト-5-メチルフェニル)エチニル]-1,1’-ビフェニル
Figure 2023547642000114
チオホスゲン(1.75mL、22mmol)を、ジクロロメタン(75mL)中の4-(2-{4’-ブチル-[1,1’-ビフェニル]-4-イル}エチニル)-2-フルオロ-6-メチルアニリン(7.2g、20mmol)および1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(5.6g、50mmol)の混合物に0℃で滴下して添加し、反応混合物を室温で1時間撹拌する。それをブラインで加水分解し、相を分離する。水相をジクロロメタンで洗浄し、合わせた有機相を乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製し、ヘプタンで結晶化することで、4-ブチル-4’-[2-(3-フルオロ-4-イソチオシアナト-5-メチルフェニル)エチニル]-1,1’-ビフェニルを淡黄色の結晶として得る。
Figure 2023547642000115
<合成例2>:5-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-1-フルオロ-2-イソチオシアナト-3-メチルベンゼン
<行程2.1>:4-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-2-フルオロ-6-メチルアニリン
Figure 2023547642000116
ジイソプロピルアミン(45mL)およびテトラヒドロフラン(50mL)中の1-ブチル-4-エチニルベンゼン(CAS79887-09-5)(3.0g、19mmol)および4-ブロモ-2-フルオロ-6-メチルアニリン(CAS429683-46-5)(3.9g、19mmol)の溶液を窒素雰囲気下で70℃まで加温する。次いでXPhos Pd G2(30mg、0.04mmol)、XPhos(18mg、0.04mmol)および銅(I)ヨウ化物(3.6mg、0.02mmol)を添加し、反応混合物を70℃で72時間撹拌する。次いで、それを濾過し、真空中で濃縮する。残渣をヘプタン/トルエンでシリカゲルクロマトグラフィーにより精製して、4-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-2-フルオロ-6-メチルアニリンを薄茶色オイルとして得る。
<行程2.2>:5-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-1-フルオロ-2-イソチオシアナト-3-メチルベンゼン
Figure 2023547642000117
チオホスゲン(1.5mL、20mmol)を、、ジクロロメタン(65mL)中の4-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-2-フルオロ-6-メチルアニリン(5.0g、18mmol)およびDABCO(5.0g、44mmol)の混合物に0℃で滴下して添加し、反応混合物を室温で1時間撹拌する。それをブラインで加水分解し、相を分離する。水相をジクロロメタンで洗浄し、合わせた有機相を乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をヘプタンでシリカゲルクロマトグラフィーおよびアセトニトリルでRPフラッシュクロマトグラフィーにより精製して、5-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-1-フルオロ-2-イソチオシアナト-3-メチルベンゼンを無色オイルとして得る。
Figure 2023547642000118
<合成例3>:4’-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-3-フルオロ-4-イソチオシアナト-5-メチル-1,1’-ビフェニル
<行程3.1>:2-フルオロ-6-メチル-4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)アニリン
Figure 2023547642000119
1,4-ジオキサン(200mL)中の4-ブロモ-2-フルオロ-6-メチルアニリン(CAS429683-46-5、17.0g、83mmol)、酢酸カリウム(24.5g、250mmol)、[1,1’-ビス(ジフェニルホスピノ)フェロセン]-ジクロロパラジウム(II)(1.8g、2.5mmol)およびビス(ピナコラト)ジボロン(25.9g、100mmol)の混合物を還流温度で一晩加熱する。次いで蒸留水とMTBエーテルの添加によって反応をクエンチする。相を分離し、水性相をMTBエーテルで抽出する。合わせた有機相を蒸留水およびブラインで洗浄し、乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ジクロロメタン)で精製し、2-フルオロ-6-メチル-4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)アニリンをオレンジ色のオイルとして得る。
<行程3.2>:4’-ブロモ-3-フルオロ-5-メチル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン
Figure 2023547642000120
イソプロパノール(30mL)、トルエン(90mL)および蒸留水(65mL)中の2-フルオロ-6-メチル-4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)アニリン(12.0g、48mmol)、1-ブロモ-4-ヨードベンゼン(15.2g、53mmol)および炭酸ナトリウム(12.2g、115mmol)の混合物を窒素雰囲気下で1時間撹拌する。次いでビス(トリフェニルホスフィノ)パラジウム(II)ジクロリド(993mg、1.4mmol)を添加し、反応混合物を還流温度で一晩攪拌する。相を分離し、水性相をトルエンで抽出する。合わせた有機相を蒸留水で洗浄し、乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ヘプタン/MTBエーテル)で精製し、4’-ブロモ-3-フルオロ-5-メチル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミンを無色の固体として得る。
<行程3.3>:4’-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-3-フルオロ-5-メチル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン
Figure 2023547642000121
ジイソプロピルアミン(25mL)およびTHF(25mL)中の1-ブチル-4-エチニルベンゼン(CAS79887-09-5、1.5g、10mmol)および4’-ブロモ-3-フルオロ-5-メチル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン(2.5g、9mmol)の混合物を窒素雰囲気下でゆっくり加熱する。XPhos PD G2(15mg、0.02mmol)、XPhos(9mg、0.02mmol)および銅(I)ヨウ化物(1.8mg、0.01mmol)を添加し、反応混合物を還流温度で4時間撹拌し、濾過し、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ヘプタンおよびトルエン)で精製し、4’-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-3-フルオロ-5-メチル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミンを無色の固体として得る。
<行程3.4>:4’-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-3-フルオロ-4-イソチオシアナト-5-メチル-1,1’-ビフェニル
Figure 2023547642000122
チオホスゲン(0.6mL、8mmol)を、ジクロロメタン(25mL)中の4’-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-3-フルオロ-5-メチル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン(2.5g、7mmol)およびDABCO(2.0g、18mmol)の混合物に0℃で滴下し添加する。反応混合物は室温で1時間撹拌し、ブラインで加水分解し、層が分離される。水相をジクロロメタンで洗浄し、合わせた有機相を乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をフラッシュクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製し、ヘプタンで結晶化させて、4’-[2-(4-ブチルフェニル)エチニル]-3-フルオロ-4-イソチオシアナト-5-メチル-1,1’-ビフェニルの淡黄色の結晶を得る。
Figure 2023547642000123
<合成例4>:1-フルオロ-2-イソチオシアナト-3-メチル-5-{2-[4-(4-プロピルシクロヘキシル)-フェニル]エチニル}ベンゼン
<行程4.1>:2-フルオロ-6-メチル-4-{2-[4-(4-プロピルシクロヘキシル)フェニル]エチニル}アニリン
Figure 2023547642000124
THF(60mL)中の4-(4-プロピルシクロヘキシル)フェニルアセチレン(CAS167858-58-4)(5.4g、24mmol)および4-ブロモ-2-フルオロ-6-メチルアニリン(CAS429683-46-5)(4.6g、23mmol)およびジイソプロピルアミン(55mL)の溶液を窒素雰囲気下で70℃まで加温する。次いでXPhos Pd G2(35mg、0.05mmol)、XPhos(21mg、0.05mmol)および銅(I)ヨウ化物(4mg、0.02mmol)を添加し、反応混合物を70℃で一晩攪拌する。次いで、それを濾過し、真空中で濃縮する。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン/メチルtert-ブチルエーテル)で精製し、2-フルオロ-6-メチル-4-{2-[4-(4-プロピルシクロヘキシル)フェニル]エチニル}アニリンを薄茶色の固体として得る。
<行程4.2>:1-フルオロ-2-イソチオシアナト-3-メチル-5-{2-[4-(4-プロピルシクロヘキシル)フェニル]-エチニル}ベンゼン
Figure 2023547642000125
チオホスゲン(1.7mL、22mmol)を、ジクロロメタン(75mL)中の2-フルオロ-6-メチル-4-{2-[4-(4-プロピルシクロヘキシル)フェニル]エチニル}アニリン(7.0g、20mmol)およびDABCO(5.6g、50mmol)の混合物に0℃で滴下して添加し、反応混合物を室温で1時間撹拌する。それをブラインで加水分解し、相を分離する。水相をジクロロメタンで洗浄し、合わせた有機相を乾燥させ(硫酸ナトリウム)、真空中で濃縮する。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(ヘプタン)で精製し、ヘプタンで結晶化させる。粗生成物をフラッシュクロマトグラフィー(トルエンおよびヘプタン)およびヘプタンによる結晶化により精製し、1-フルオロ-2-イソチオシアナト-3-メチル-5-{2-[4-(4-プロピルシクロヘキシル)フェニル]エチニル}ベゼンの白色結晶を得る。
Figure 2023547642000126
合成例1~4に類似して、以下の化合物を得る。
Figure 2023547642000127
Figure 2023547642000128
Figure 2023547642000129
Figure 2023547642000130
Figure 2023547642000131
Figure 2023547642000132
Figure 2023547642000133
Figure 2023547642000134
Figure 2023547642000135
Figure 2023547642000136
Figure 2023547642000137
Figure 2023547642000138
Figure 2023547642000139
Figure 2023547642000140
<用途試験>
以下の表に示す通りの組成および特性を有するネマチック液晶ホスト混合物N1、例混合物M1~M4および比較例混合物C1~C4を調製し、それらの一般物理特性および19GHzおよび20℃におけるマイクロ波部品におけるそれらの用途性に関して特徴付ける。
比較例混合物は、1-フルオロ-2-イソチオシアナト-3-メチルベンゼン頭部基が1,3-ジフルオロ-2-イソチオシアナト-ベンゼン頭部基で置き換えられている合成例1~4に対応する先行技術から既知の化合物を含む。
<混合物N1>
Figure 2023547642000141
例混合物M1は、90%のホスト混合物N1および10%の合成例1の化合物PPTG(1)-4-Sから成る。
例混合物M2は、90%のホスト混合物N1および10%の合成例2の化合物PTG(1)-4-Sから成る。
例混合物M3は、90%のホスト混合物N1および10%の合成例3の化合物PTPG(1)-4-Sから成る。
例混合物M4は、90%のホスト混合物N1および10%の合成例4の化合物CPTG(1)-3-Sから成る。
比較混合物C1は、90%のホスト混合物N1および10%の化合物PPTU-4-Sから成る。
比較混合物C2は、90%のホスト混合物N1および10%の化合物PTU-4-Sから成る。
比較混合物C3は、90%のホスト混合物N1および10%の化合物PTPU-4-Sから成る。
比較混合物C4は、90%のホスト混合物N1および10%の化合物CPTU-3-Sから成る。
以下の結果を得る。
Figure 2023547642000142
本発明による式Gの化合物は、技術水準からの化合物と同じ調整性値(τ)を示すことがわかる。驚くべきことに、本発明による化合物の特定の頭部基は、他の極性化合物との混和性が改善されている。一般にこれらの極性化合物はホスト材料への限定された溶解度を有するため、式Gの化合物の添加により、媒体中の高い調整性を有する化合物の合計割合を増加させ、よってマイクロ波用途のための媒体のより良好な調整性を達成することが可能である。

Claims (11)

  1. 式Gの化合物。
    Figure 2023547642000143
    (式中、
    は、H、1~12個のC原子を有しフッ素化もしくは非フッ素化の直鎖状もしくは分岐状のアルキルまたは2~12個のC原子を有しフッ素化もしくは非フッ素化の直鎖状もしくは分岐状のアルケニルを表し、該基において1個以上のCH基は、
    Figure 2023547642000144
    で置き換えられてよく、ただし隣接しない1個以上のCH基はOで置き換えられてよく、
    G1およびZG2は同一または異なって、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-C≡C-、-C≡C-C≡C-または単結合を表し、
    Xは、ClまたはFを表し、
    Rは、1~6個のC原子を有する直鎖状または分岐状または環状のアルキルを表し、
    tは、0、1または2であり、および
    Figure 2023547642000145
    は同一または異なって、以下の群から選択される基を表し、
    a)1,4-フェニレン、1,4-ナフチレンおよび2,6-ナフチレンから成る群、ただし1個または2個のCH基はNで置き換えられてよく、ただし1個以上のH原子はLで置き換えられてよく、
    b)トランス-1,4-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキセニレン、テトラリン-2,6-ジイル、テトラリン-5,8-ジイル、デカリン-2,6-ジイル、ビシクロ[1.1.1]ペンタン-1,3-ジイル、4,4’-ビシクロヘキシレン、ビシクロ[2.2.2]オクタン-1,4-ジイルおよびスピロ[3.3]ヘプタン-2,6-ジイルから成る群、ただし1個または2個のCH基はNで置き換えられてよく、1個以上の隣接しないCH基は-O-および/または-S-で置き換えられてよく、ただし1個以上のH原子はLで置き換えられてよく、
    c)チオフェン-2,5-ジイル、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル、セレノフェン-2,5-ジイルから成る群、また該基のそれぞれはLで一置換または多置換されてもよく、
    Lは、それぞれの出現で同一または異なって、F、Cl、CN、SCN、SFまたは、それぞれ1~12個のC原子を有し直鎖状もしくは分枝状で、それぞれの場合でフッ素化されてよいアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシを表す。)
  2. Rはメチルを表す、請求項1に記載の化合物。
  3. Xはフッ素を表す、請求項1または2に記載の化合物。
  4. 式G-1~G-6の化合物から選択される、請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物。
    Figure 2023547642000146
    (式中、R、ZG1、ZG2
    Figure 2023547642000147
    は、請求項1で与えられる意味を有する。)
  5. G1およびZG2は-CF=CF-または-C≡C-を表す、請求項1~4のいずれか1項に記載の化合物。
  6. Figure 2023547642000148

    Figure 2023547642000149
    を表し、
    式中、Rは、それぞれの出現で同一または異なってHまたは1~6個のC原子を有するアルキルを表し、
    または
    Figure 2023547642000150
    を表し、
    式中、1個以上のH原子は基RまたはFで置き換えられてよく、
    ただしRは、Hまたは1~6個のC原子を有するアルキルを表す、
    請求項1~5のいずれか1項に記載の化合物。
  7. 請求項1~6のいずれか1項に記載の式Gの1種類以上の化合物を含む、液晶媒体。
  8. 請求項7に記載の液晶媒体を含むことを特徴とする、高周波技術用部品。
  9. 液晶系アンテナ素子、位相シフタ、チューナブルフィルタ、チューナブル材料構造、マッチングネットワークまたはバラクタである、請求項8に記載の部品。
  10. 請求項8または9に記載の1個以上の部品を含むことを特徴とする、マイクロ波アンテナアレイ。
  11. 請求項1~6のいずれか1項に記載の式Gの化合物を製造する方法であって、
    式Nの化合物を式Nの化合物を二硫化炭素と、またはチオ炭酸誘導体X-C(=S)-Y(式中、XおよびYは同一または異なって離脱基を表す。)と反応させることを特徴とする、方法。
    Figure 2023547642000151
    (式中、出現する基およびパラメータは請求項1で与えられる意味を有する。)
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