DE3620049A1 - Chirale ester aus (alpha)-substituierten phenylalkansaeuren und mesogenen hydroxylverbindungen und ihre verwendung als dotierstoff in fluessigkristall-phasen - Google Patents
Chirale ester aus (alpha)-substituierten phenylalkansaeuren und mesogenen hydroxylverbindungen und ihre verwendung als dotierstoff in fluessigkristall-phasenInfo
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Description
Die Kennlinien der in Flüssigkristall-Displays verwendeten
elektro-optischen Effekte verändern sich im allgemeinen
mit der Temperatur. Insbesondere bei einer Aussteuerung im
Multiplexbereich ergeben sich daraus Schwierigkeiten, die
zu einer unerwünschten Einschränkung des Arbeitstemperaturbereiches
führen können. Bei verschiedenen elektrooptischen
Effekten kann durch Zusatz chiraler Verbindungen zum
nematischen Flüssigkristall über die Temperaturfunktion
der Ganghöhe der dadurch induzierten cholesterischen Helixstruktur
die Temperaturabhängigkeit der elektrooptischen
Kennlinien vorteilhaft beeinflußt werden, so beim
cholesterisch-nematischen Phasenumwandlungseffekt, der TN
("twisted nematic")-Zelle und dem kürzlich vorgestellten
SBE ("supertwisted birefringence effect").
Neben den nematischen und cholesterischen Flüssigkristallen
haben seit einigen Jahren in zunehmendem Maße auch für
Praxisanwendungen geneigt("tilted")-smektische Flüssigkristall-
Phasen an Bedeutung gewonnen. Wenn solchen geneigt-
smektischen Phasen, insbesondere smektisch C (S c
oder SmC)Phasen, geeignete Dotierstoffe zugesetzt werden,
die eine sogenannte spontane Polarisation (P s ) zeigen, so
können die genannten Phasen in eine ferroelektrische
Flüssigkristall-Phase umgewandelt werden (Benennung von
P s in nC · cm-2), siehe dazu beispielsweise Lagerwall et
al. im Aufsatz "Ferroelectric Liquid Cristals for Displays"
(Ferroelektrische Flüssigkristalle für Anzeigenelemente),
SID Symposium, October Meeting, 1985, San Diego (USA).
In der EP-A 01 59 872 werden Verbindungen u. a. der nachstehenden
allgemeinen Formel beschrieben, die als Komponente
in Flüssigkristall-Systemen geeignet sein sollen,
wobei sie hohe Werte für die spontane Polarisation zeigen:
Die Substituenten sollen dabei folgende Bedeutung haben:
R a = (C1-C18)Alkyl, X = F, Cl oder Br und R b = Benzyl oder
Phenyl.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verbindungen
aufzuzeigen, die bei hohen Werten für die spontane Polarisation
P s Strukturelemente aufweisen, die sie auch mit
anderen Komponenten in Flüssigkristall-Systemen "verträglich"
(d. h. mischbar) machen, da Strukturelemente im mesogenen
Teil und/oder chiralen Teil der Moleküle oftmals
für eine gute "Verträglichkeit" mit den anderen Mischungskomponenten
in Flüssigkristall-Systemen verantwortlich
sind.
Die Erfindung geht aus von den bekannten chiralen Estern
aus α-substituierten Phenylalkansäuren und mesogenen Hydroxylverbindungen.
Die erfindungsgemäßen Ester sind dann
dadurch gekennzeichnet, daß in der allgemeinen Formel (I)
die Symbole folgende Bedeutung haben:
MO = Molekülrest einer mesogenen Hydroxylverbindung MOH nach Abspaltung eines H, wobei der Rest MO durch die allgemeine Formel (II) ausgedrückt wird
MO = Molekülrest einer mesogenen Hydroxylverbindung MOH nach Abspaltung eines H, wobei der Rest MO durch die allgemeine Formel (II) ausgedrückt wird
R2-(A1) n1-(B-) n2(A2) n3-O (II)
mit der Bedeutung von
R2 = geradkettiges oder verzweigtes (C1-C12)Alkyl, wobei eine oder zwei nicht-benachbarte CH2- Gruppen durch O- und/oder S-Atome ersetzt sein können, oder falls n1 = 1 auch F, Cl, Br, CN oder CF3,
A1, A2 = unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, Pyrimidin- 2,5-diyl, 1,4-Cyclohexylen, 1,3-Dioxan-2,5- diyl, 1,3-Dithian-2,5-diyl oder 1,4-Bicyclo- (2,2,2)octylen, wobei diese Gruppen auch mindestens einfach substituiert sein können durch F, Cl, Br, CN, CF3 und/oder (C1-C12)Alkyl (gegebenenfalls sind ein oder zwei nicht- benachbarte CH2-Gruppen durch O- und/oder S- Atome ersetzt),
B = CO-O, O-CO, CH2-CH2, OCH2, CH2O, CH=N, N=CH, N=N, N(O)=N,
n1, n2, n3 = unabhängig voneinander 0, 1 oder 2, wobei n1 und n3 nicht gleichzeitig 0 sind,
Y = ein elektronenabziehender Substituent,
Z = Y oder H, und
R1 = Benzyl oder Phenyl, wobei diese Gruppen im aromatischen Teil wie A1, A2 substituiert sein können,
wobei die Verbindungen mit Z = H, Y = F, Cl oder Br, R2 = (C1-C11)Alkoxy, A1, A2 = Phenyl, n1, n3 = 1 und n2 = 0 ausgenommen sind.
R2 = geradkettiges oder verzweigtes (C1-C12)Alkyl, wobei eine oder zwei nicht-benachbarte CH2- Gruppen durch O- und/oder S-Atome ersetzt sein können, oder falls n1 = 1 auch F, Cl, Br, CN oder CF3,
A1, A2 = unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, Pyrimidin- 2,5-diyl, 1,4-Cyclohexylen, 1,3-Dioxan-2,5- diyl, 1,3-Dithian-2,5-diyl oder 1,4-Bicyclo- (2,2,2)octylen, wobei diese Gruppen auch mindestens einfach substituiert sein können durch F, Cl, Br, CN, CF3 und/oder (C1-C12)Alkyl (gegebenenfalls sind ein oder zwei nicht- benachbarte CH2-Gruppen durch O- und/oder S- Atome ersetzt),
B = CO-O, O-CO, CH2-CH2, OCH2, CH2O, CH=N, N=CH, N=N, N(O)=N,
n1, n2, n3 = unabhängig voneinander 0, 1 oder 2, wobei n1 und n3 nicht gleichzeitig 0 sind,
Y = ein elektronenabziehender Substituent,
Z = Y oder H, und
R1 = Benzyl oder Phenyl, wobei diese Gruppen im aromatischen Teil wie A1, A2 substituiert sein können,
wobei die Verbindungen mit Z = H, Y = F, Cl oder Br, R2 = (C1-C11)Alkoxy, A1, A2 = Phenyl, n1, n3 = 1 und n2 = 0 ausgenommen sind.
Zu den elektronenabziehenden Substituenten Y sollen insbesondere
die CF3- und die OCH3-Gruppe zählen, aber auch
Halogene wie Cl oder Br oder die CN-Gruppe.
Die genannten Verbindungen sind chirale α-mono oderdisubstituierte
(d. h. in 2-Stellung einer chiralenPhenylalkansäure
substituierte) Phenylessig- oder Phenylpropionsäureester
von Phenolen (oder vergleichbaren heterocyclischen
Verbindungen) oder Cycloalkanolen.
Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe ist eine verdrillbare
Flüssigkristall-Phase mit einem Gehalt an mindestens
einer chiralen Verbindung, die als chirale Verbindung
mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel (I)
enthält. Unter dem Begriff "verdrillbare Flüssigkristall-
Phase" sind nematische, cholesterische oder geneigt("tilted")-
smektische, insbesondere SmC-Phasen zu verstehen.
Die verdrillbaren Flüssigkristall-Phasen bestehen aus 2
bis 20, vorzugsweise 2 bis 15 Komponenten, darunter mindestens
einer der erfindungsgemäß beanspruchten chiralen
Verbindungen. Die anderen Bestandteile werden vorzugsweise
ausgewählt aus den bekannten Verbindungen mit nematischen,
cholesterischen und/oder geneigt-smektischen Phasen, dazu
gehören beispielsweise Schiffsche Basen, Biphenyle,Terphenyle,
Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Pyrimidine,
Zimtsäureester, Cholesterinester, verschieden überbrückte,
terminal-polare mehrkernige Ester von p-Alkylbenzoesäuren.
Im allgemeinen liegen die im Handel erhältlichen
Flüssigkristall-Phasen bereits vor der Zugabe der
chiralen Verbindung(en) als Gemische verschiedenster Komponenten
vor, von denen mindestens eine mesogen ist, d. h.
als Verbindung, in derivatisierter Form oder im Gemisch
mit bestimmten Cokomponenten eine Flüssigkristall-Phase
zeigt [= mindestens eine enantiotrope (Klärtemperatur ≦λτ
Schmelztemperatur) oder monotrope (Klärtemperatur ≦ωτ
Schmelztemperatur) Mesophasenbildung erwarten läßt].
Unter den Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind die
bevorzugt, bei denen die Symbole folgende Bedeutung haben:
R2 = geradkettiges (C4-C10)Alkyl, wobei eine CH2-Gruppe
durch ein O- oder S-Atom ersetzt sein kann, A1, A2 = unabhängig
voneinander unsubstituiertes 1,4-Phenylen, 1,4-
Cyclohexylen oder Pyrimidin-2,5-diyl, B = CO-O oder O-CO,
n1 = 1, n2 = 0 oder 1 und n3 = 1 oder 2, Y = CF3 und Z =
OCH3 oder Y = OCH3 und Z = H, und R1 = unsubstituiertes Phenyl.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen können aus den bekannten
Bausteinen Carbonsäure bzw. Carbonsäurehalogenid und
Phenolen oder Cycloalkanolen hergestellt werden.
Von der oder den erfindungsgemäßen Verbindung(en) enthalten
die Flüssigkristall-Phasen im allgemeinen 0,01 bis 70
Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 50 Gew.-%.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind insbesondere als
Dotierstoffe für geneigt-smektische Flüssigkristall-Phasen
geeignet, da sie diese in ferroelektrischen Flüssigkristall-
Phasen umwandeln.
Die Phenol- oder Cycloalkanolkomponente wird in Pyridin
gelöst und tropfenweise mit einer äquimolaren Menge des
(-)-2-Methoxy-2-trifluormethyl-2-phenyl-ethanoylchlorid
versetzt. Unter Feuchtigkeitsausschluß wird während
60 min. auf 65°C erwärmt und anschließend während 12 h
bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird das Gemisch in
Eiswasser gegossen, es wird mit konz. Salzsäure angesäuert,
mehrmals ausgeethert und die vereinigten Etherphasen
mit wäßriger NaHCO3-Lösung gewaschen. Nach dem
Trocknen der Etherphasen über MgSO4, Einengen auf ein
kleineres Volumen und Übersättigung der Phasen mit
Petrolether kristallisieren die nachstehenden Produkte
im Kühlschrank aus:
Es wird R-(-)-2-Methoxy-2-phenyl-ethansäure in Benzol mit
SOCl2 während 1 h unter Rückfluß erhitzt und anschließend
im Vakuum eingeengt und in absolutem Benzol aufgenommen.
Dazu wird eine Lösung der Phenol- oder Cycloalkanolkomponente
in Benzol zugegeben und das Reaktionsgemisch mit
Pyridin versetzt. Es wird während 12 h gerührt, in Wasser
gegossen, mit Ether ausgeschüttelt und die organische
Phase nacheinander mit wäßriger K2CO3-Lösung, wäßriger
gesättigter NaCl-Lösung, wäßriger 3N HCl-Lösung und wäßriger
gesättigter NaCl-Lösung behandelt. Danach wird getrocknet
(über MgSO4), eingeengt, und das Reaktionsprodukt
durch Säulenchromatographie an Kieselgel mit Methylenchlorid
als Laufmittel gereinigt.
Die spontane Polarisation (P s ) wird in der SmC-Phase der
handelsüblichen Verbindung "HEPTOAB" (Hersteller z. B.
Frinton - USA) mit den Kenndaten "K 74,4 SmC 95,4 N 124,2
J" bestimmt, wobei vom jeweiligen Dotierstoff 10 mol%
zugesetzt werden.
Claims (6)
1. Chirale Ester aus α-substituierten Phenylalkansäuren
und mesogenen Hydroxylverbindungen, dadurch gekennzeichnet,
daß in der allgemeinen Formel (I)
die Symbole folgende Bedeutung haben:
MO = Molekülrest einer mesogenen Hydroxylverbindung MOH nach Abspaltung eines H, wobei der Rest MO durch die allgemeine Formel (II) ausgedrückt wirdR2-(A1) n1-(B-) n2(A2) n3-O,6(II)mit der Bedeutung von
R2 = geradkettiges oder verzweigtes (C1-C12)Alkyl, wobei eine oder zwei nicht-benachbarte CH2-Gruppen durch O- und/oder S-Atome ersetzt sein können, oder falls n1 = 1 auch F, Cl, Br, CN oder CF3,
A1, A2 = unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, Pyrimidin-2,5-diyl, 1,4-Cyclohexylen, 1,3-Dioxan- 2,5-diyl, 1,3-Dithian-2,5-diyl oder 1,4-Bicyclo(2,2,2)octylen, wobei diese Gruppen auch mindestens einfach substituiert sein können durch F, Cl, Br, CN, CF3 und/oder (C1-C12)Alkyl (gegebenenfalls sind ein oder zwei nicht-benachbarte CH2-Gruppen durch O- und/oder S-Atome ersetzt),
B = CO-O, O-CO, CH2-CH2, OCH2, CH2O, CH=N, N=CH, N=N, N(O)=N,
n1, n2, n3 = unabhängig voneinander 0, 1 oder 2, wobei n1 und n3 nicht gleichzeitig 0 sind,
Y = ein elektronenabziehender Substituent,
Z = Y oder H, und
R1 = Benzyl oder Phenyl, wobei diese Gruppen im aromatischen Teil wie A1, A2 substituiert sein können,
wobei die Verbindungen mit Z = H, Y = F, CL oder Br, R2 = (C1-C11)Alkoxy, A1, A2 = Phenyl, n1, n3= 1 und n2 = 0 ausgenommen sind.
MO = Molekülrest einer mesogenen Hydroxylverbindung MOH nach Abspaltung eines H, wobei der Rest MO durch die allgemeine Formel (II) ausgedrückt wirdR2-(A1) n1-(B-) n2(A2) n3-O,6(II)mit der Bedeutung von
R2 = geradkettiges oder verzweigtes (C1-C12)Alkyl, wobei eine oder zwei nicht-benachbarte CH2-Gruppen durch O- und/oder S-Atome ersetzt sein können, oder falls n1 = 1 auch F, Cl, Br, CN oder CF3,
A1, A2 = unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, Pyrimidin-2,5-diyl, 1,4-Cyclohexylen, 1,3-Dioxan- 2,5-diyl, 1,3-Dithian-2,5-diyl oder 1,4-Bicyclo(2,2,2)octylen, wobei diese Gruppen auch mindestens einfach substituiert sein können durch F, Cl, Br, CN, CF3 und/oder (C1-C12)Alkyl (gegebenenfalls sind ein oder zwei nicht-benachbarte CH2-Gruppen durch O- und/oder S-Atome ersetzt),
B = CO-O, O-CO, CH2-CH2, OCH2, CH2O, CH=N, N=CH, N=N, N(O)=N,
n1, n2, n3 = unabhängig voneinander 0, 1 oder 2, wobei n1 und n3 nicht gleichzeitig 0 sind,
Y = ein elektronenabziehender Substituent,
Z = Y oder H, und
R1 = Benzyl oder Phenyl, wobei diese Gruppen im aromatischen Teil wie A1, A2 substituiert sein können,
wobei die Verbindungen mit Z = H, Y = F, CL oder Br, R2 = (C1-C11)Alkoxy, A1, A2 = Phenyl, n1, n3= 1 und n2 = 0 ausgenommen sind.
2. Chirale Ester nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der allgemeinen Formel (I) die Symbole folgende
Bedeutung haben: R2 = geradkettiges (C4-C10)Alkyl, wobei
eine CH2-Gruppe durch ein O- oder S-Atom ersetzt
sein kann, A1, A2 = unabhängig voneinander unsubstituiertes
1,4-Phenylen, 1,4-Cyclohexylen oder Pyrimidin-
2,5-diyl, B = CO-O oder O-CO, n1 = 1, n2 = 0 oder
1 und n3 = 1 oder 2, Y = CF3 und Z = OCH3 oder Y = OCH3
und Z = H, und R1 unsubstituiertes Phenyl.
3. Verdrillbare Flüssigkristall-Phase mit einem Gehalt an
mindestens einer chiralen Verbindung, dadurch gekennzeichnet,
daß sie mindestens eine chirale Verbindung
der allgemeinen Formel (I) nach Anspruch 1 enthält.
4. Flüssigkristall-Anzeigeelement enthaltend eine Flüssigkristall-
Phase nach Anspruch 3.
5. Verwendung einer chiralen Verbindung gemäß der allgemeinen
Formel (I) nach Anspruch 1 zur Umwandlung einer
geneigt-smektischen in eine ferroelektrische Flüssigkristall-
Phase.
6. Verfahren zur Umwandlung einer geneigt-smektischen in
eine ferroelektrische Flüssigkristall-Phase durch Zusatz
von mindestens einer chiralen Verbindung, dadurch
gekennzeichnet, daß man der Flüssigkristall-Phase mindestens
eine Verbindung der allgemeinen Formel (I)
nach Anspruch 1 zusetzt.
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