一种液晶化合物、组合物及其应用的制作方法

本发明涉及液晶显示材料领域，特别涉及一种液晶化合物、组合物及其应用。

背景技术：

液晶材料作为环境材料在信息显示材料、有机光电子材料等领域中的应用具有极大的研究价值和美好的应用前景。液晶材料作为新型显示材料有许多优势，如功耗极低，驱动电压低。同时与其他材料相比，还具有体积小、重量轻、长寿命、显示信息量大、无电磁辐射等优点，几乎可以适应各种信息显示的要求，尤其在tft-lcd(薄膜晶体管技术)产品方面。

在tft有源矩阵的系统中，主要有tn(twistednematic，扭曲向列结构)模式，ips(in-planeswitching，平面转换)，ffs(fringefieldswitching，边缘场开关技术)模式和va(verticalalignment，垂直取向)模式等主要显示模式。

目前，tft-lcd产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等技术难题，大尺寸和中小尺寸tft-lcd显示器在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流地位。但是对显示技术的要求一直在不断的提高，要求液晶显示器实现更快速的响应，降低驱动电压以降低功耗等方面。

液晶材料本身对改善液晶显示器的性能发挥重要的作用，尤其是降低液晶材料旋转粘度和提高液晶材料的介电各向异性△ε。为了改善材料的性能使其适应新的要求，新型结构液晶化合物的合成及结构-性能关系的研究成为液晶领域的一项重要工作。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种新型的负介电各向异性的液晶化合物，该化合物具有较高的负介电各向异性、良好的液晶互溶性、相对低的旋转粘度等优点，这些正是改善液晶材料所需要的，具有重要的应用价值。

本发明所述的液晶化合物，具有如通式i所示的结构：

所述通式i中，r1、r2各自独立地表示具有1～12个碳原子的烷基或烷氧基；环a表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1～4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基；环b表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1～4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基；m为0、1或2。

优选地，所述通式i中，r1、r2各自独立地表示具有1～5个碳原子的烷基或烷氧基；环a表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1～4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基；环b表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1～4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基；m为0、1或2。

所述通式i中，r1、r2各自独立地表示具有1～12个碳原子的烷基或烷氧基，优选为具有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，进一步优选为具有1～3个碳原子的烷基或烷氧基。

所述通式i中，当环a或/和环b为氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基时，有1～4个氢原子被氟原子取代，优选1～2个氢原子被氟原子取代。当环a和环b均为氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基时，环a和环b中氢原子被氟原子取代的数量以及取代方式可以相同也可以不同。

所述通式i中，m为0、1或2，优选为0或1。

作为一种优选技术方案，所述通式i中，r1、r2各自独立地表示具有1～5个碳原子的烷基或烷氧基，优选具有1～3个碳原子的烷基或烷氧基；环a表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1～2个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基；环b表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1～2个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基；m为0或1。

作为进一步优选的技术方案，所述液晶化合物具有通式i-1～i-14中任意一种或几种所示结构：

所述通式i-1～i-14中，r1、r2各自独立地表示具有1-5个碳原子的烷基或烷氧基，优选r1、r2各自独立地表示具有1-3个碳原子的烷基或烷氧基。

作为本发明的最佳实施方式，所述液晶化合物选自如下结构中的一种或几种：

本发明的第二目的是提供所述液晶化合物的制备方法。本发明根据环b的不同，选择不同的合成路线。

作为本发明的一种技术方案，当环b为1,4-亚苯基或1-4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基时，即液晶化合物为时；

所述液晶化合物的合成路线如下：

所述合成方法包括以下具体步骤：

(1)与有机锂试剂金属化反应，再与硼酸酯反应，得到

(2)与通过suzuki反应，得到

其中，各步骤所涉及化合物中的r1、r2、m、环a、环b均与所得液晶化合物产物中r1、r2、m、环a、环b代表的基团相对应。

所述步骤(1)中，有机锂试剂与硼酸酯的投料摩尔比为1∶1.0～2.0∶1.0～3.0，反应温度-50～-100℃；

其中，所述有机锂试剂选自仲丁基锂、叔丁基锂或正丁基锂中的一种或几种，所述硼酸酯选自硼酸三甲酯、硼酸三异丙酯、硼酸三丁酯或硼酸三异丁酯中的一种或几种。

所述步骤(2)中，与投料摩尔比为1∶0.9～1.5，反应温度60～140℃。

作为第二种技术方案，当环b为1,4-亚环己基，即所述液晶化合物结构为时，

所述液晶化合物的合成路线如下：

所述合成方法包括以下具体步骤：

(1)与有机锂试剂进行金属化反应，再与反应，得到

(2)通过与三氟化硼乙醚、三乙基硅烷反应，得到

其中，各步骤所涉及化合物中的r1、r2、m、环a均与所得液晶化合物产物中r1、r2、m、环a代表的基团相对应。

所述步骤(1)中，有机锂试剂与的投料摩尔比为1.0～3.0：1.0～3.0∶1，反应温度-50～-100℃；

其中，所述有机锂试剂选自仲丁基锂、叔丁基锂或正丁基锂中的一种或几种，优选为正丁基锂。

所述步骤(2)中，三氟化硼乙醚与三乙基硅烷的投料摩尔比为1∶1.0～3.0：1.0～3.0，反应温度-20～-100℃。

作为第三种技术方案，当环b为1,4-亚环己烯基，即所述液晶化合物的结构为

时；

所述液晶化合物的合成路线如下：

所述合成方法包括以下具体步骤：

(1)与有机锂试剂进行金属化反应，再与反应，得到

(2)在酸催化下脱水，得到

其中，各步骤所涉及化合物中的r1、r2、m、环a均与所得液晶化合物产物中r1、r2、m、环a代表的基团相对应。

所述步骤(1)中，有机锂试剂与的投料摩尔比为1.0～3.0：1.0～3.0∶1，反应温度-50～-100℃；

其中，所述有机锂试剂选自仲丁基锂、叔丁基锂或正丁基锂中的一种或几种，优选为正丁基锂。

所述步骤(2)中，与酸的投料摩尔比为1∶0.02～0.2，反应温度50～130℃；

其中，所述酸选自盐酸、硫酸、甲酸、醋酸、对甲苯磺酸、硫酸氢钾中的一种或几种，优选为对甲苯磺酸。

本发明所述的方法，在必要时会涉及常规后处理，所述常规后处理具体如：用二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯萃取，分液，水洗，干燥，真空旋转蒸发仪蒸发，所得产物用减压蒸馏或重结晶和/或色谱分离法提纯，即可。

以上三种技术方案中，涉及原料其合成路线如下：

其合成路线包括如下具体步骤：

(1)r2ch2cooc2h5与有机锂试剂进行金属化反应，再与反应，得到

(2)与无机碱水解反应，得到

(3)与氯化亚砜反应，得到

(4)在路易斯酸催化下，傅克酰基化得到

(5)与三氟乙酸、三乙基硅烷还原反应，得到

其中，各步骤所涉及化合物中的r2与所得液晶化合物产物中r2代表的基团相对应。

上述方法所述步骤(1)中，有机锂试剂与r2ch2cooc2h5的投料摩尔比为1∶1.0～2.0∶1.0～2.0，反应温度-60～-90℃；其中，所述有机锂试剂选自二甲氨基锂、氨基化锂或二异丙胺锂中的一种或几种，优选为二异丙胺锂(lda)；

所述步骤(2)中，与无机碱的投料摩尔比为1∶1～4，反应温度50～100℃；其中，所述无机碱选自氢氧化钾、氢氧化钠；

所述步骤(3)中，与氯化亚砜的投料摩尔比为1∶1～5，反应温度60～100℃；

所述步骤(4)中，与路易斯酸的投料摩尔比为1∶1.0～2，反应温度30～-20℃；其中，所述路易斯酸选自三氯化铝、三氟化硼或者四氯化钛中的一种或几种，优选为三氯化铝；

所述步骤(5)中，与三氟乙酸、三乙基硅烷反应的投料摩尔比为1∶1.0～4.0∶1.0～4.0，反应温度20～40℃。

本发明提供的制备方法能够稳定、高效地得到本发明所述的液晶化合物。

本发明的第三目的是保护含有所述液晶化合物的组合物。所述液晶化合物在组合物中的质量百分比为1～60％，优选为3～50％，进一步优选为5～25％。

本发明的第四目的是保护所述液晶化合物以及含有所述液晶化合物的组合物在液晶显示领域的应用，优选为在液晶显示装置中的应用；所述的液晶显示装置包括但并不限于tn、ads、va、psva、ffs或ips液晶显示器。所述液晶化合物或含有所述液晶化合物的组合物具有极高的负介电各向异性，旋转粘度低，可有效降低液晶显示装置的驱动电压，提高液晶显示装置的响应速度，同时具有光学各向异性数值适中、电荷保持率高等特点。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

所述原材料如无特别说明，均能从公开商业途径获得。

按照本领域的常规检测方法，通过线性拟合得到液晶化合物的各项性能参数，其中，各性能参数的具体含义如下：

△n代表光学各向异性(25℃)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000hz)；γ1代表旋转粘度(mpa.s，25℃)。

实施例1

液晶化合物的结构式为：

制备化合物lc-01的合成线路如下所示：

具体步骤如下：

(1)化合物lc-01-1的合成：

三口瓶内加入111g二异丙胺(1.1mol)，500ml四氢呋喃，搅拌降温至0--10℃，控温滴加1.2mol正丁基锂，滴毕，控温反应1h。降温至-70--75℃，控温滴加171g正戊酸乙酯(1.3mol)和300ml四氢呋喃的混合溶液,滴毕，控温反应30min，控温-70～-75℃滴加206g(1.0mol)和200ml四氢呋喃的混合溶液，滴毕，控温搅拌1h，后自然搅拌过夜。加入2m盐酸水溶液1000ml进行酸化，进行常规后处理，gc：70％，旋干得256g，理论产量：256g，收率：100％；

(2)化合物lc-01-2的合成：

三口瓶中加入179glc-01-1(0.7mol)，56g氢氧化钠(1.4mol)，400ml水，400ml乙醇，后慢慢升温至60℃，反应4h。将反应液倒入盛有100g盐酸的烧杯中(ph＜7)，进行常规后处理，石油醚重结晶得到浅黄色固体(化合物lc-01-2,0.42mol)96g，gc：99.5％，收率60.0％；

(3)化合物lc-01-3的合成：

三口瓶内加入96glc-01-2(0.42mol)，150g氯化亚砜(1.26mol)，搅拌下升温至70℃，反应5h。进行常规后处理，得到浅黄色液体(化合物lc-01-3,0.42mol)103g，收率100％；

(4)化合物lc-01-4的合成：

三口瓶中加入152g三氯化铝(0.63mol)，300ml二氯甲烷，降温至0～-10℃，控温滴加103glc-01-3(0.42mol)和400ml二氯甲烷的混合溶液，滴毕，控温0～-10℃搅拌2h，后升温至30℃搅拌3h。将反应液倒入盛有200g盐酸的冰水中酸化，进行常规后处理，得粗品(化合物lc-01-4,0.41mol)86.1g，理论产量：88g，gc：98％，收率：98％；

(5)化合物lc-01-5的合成：

三口瓶内加入86.1glc-01-4(0.41mol)，控温40℃以下加入96g三乙基硅烷(0.82mol)，140g三氟乙酸(1.23mol)，控温20℃搅拌4h。反应液倒入370g碳酸钠(2.46mol)和500ml水的混合溶液中(ph＞7)，进行常规后处理，旋干得粗品56.3g，(化合物lc-01-5,0.287mol)，gc：95％，理论产量：80g，收率70％；

(6)化合物lc-01-6的合成：

氮气保护下，向反应瓶中加入56.3glc-01-5(0.287mol)，150ml四氢呋喃，控温-70～-80℃滴加0.37mol正丁基锂的正己烷溶液，滴毕保温反应1小时，控温-60～-70℃滴加46.6g硼酸三甲酯(0.44mol)，然后自然回温至-30℃。加入2m盐酸水溶液400ml进行酸化，进行常规后处理，石油醚重结晶得到浅黄色固体(化合物lc-01-6,0.264mol)63.3g，hplc：99.6％，收率92％；

(7)化合物lc-01的合成：

氮气保护下，向反应瓶中加入63.3g化合物lc-01-6(0.264mol)，52.3g化合物(0.264mol)，200mln,n-二甲基甲酰胺，100ml去离子水，72.8g无水碳酸钾(0.53mol)，0.5g四三苯基膦钯，加热至70℃反应3小时。进行常规后处理，经色谱纯化，正己烷洗脱，乙醇重结晶得到白色固体(化合物lc-01,0.188mol)58.9g，gc：99.6％，收率：71.1％；

采用gc-ms对所得白色固体lc-01进行分析，产物的m/z为314(m+)；

¹h-nmr(300mhz,cdcl3):0.82-2.90(m,19h)，7.10-7.60(m,5h)。

实施例2

依据实施例1的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性操作，可以合成得到以下液晶化合物：

实施例3

液晶化合物的结构式为：

制备化合物lc-02的合成线路如下所示：

具体步骤如下：

(1)化合物lc-02-1的合成：

三口瓶内加入111g二异丙胺(1.1mol)，500ml四氢呋喃，搅拌降温至0～-10℃，控温滴加1.2mol正丁基锂，滴毕，控温反应1h。降温至-70～-75℃，控温滴加152.1g正戊酸乙酯(1.3mol)和300ml四氢呋喃的混合溶液,滴毕，控温反应30min，控温-70～-75℃滴加206g(1mol)和200ml四氢呋喃的混合溶液，滴毕，控温搅拌1h，后自然搅拌过夜。加入2m盐酸水溶液1000ml进行酸化，进行常规后处理，gc：68％，旋干得242g，理论产量：242g，收率：100％；

(2)化合物lc-02-2的合成：

三口瓶中加入164.6glc-02-1(0.68mol)，56g氢氧化钠(1.4mol)，400ml水，400ml乙醇，后慢慢升温至70℃，反应5h。将反应液倒入盛有100g盐酸的烧杯中(ph＜7)，进行常规后处理，石油醚重结晶得到浅黄色固体(化合物lc-02-2,0.45mol)96g，gc：99.5％，收率66.0％；

(3)化合物lc-02-3的合成：

三口瓶内加入96glc-02-2(0.45mol)，150g氯化亚砜(1.26mol)，搅拌下升温至78℃，反应6h。进行常规后处理，得到浅黄色液体(化合物lc-02-3,0.45mol)104g，收率100％；

(4)化合物lc-02-4的合成：

三口瓶中加入144.6g三氯化铝(0.60mol)，300ml二氯甲烷，降温至0～-10℃，控温滴加104glc-02-3(0.45mol)和400ml二氯甲烷的混合溶液，滴毕，控温0～-10℃搅拌2h，后升温至30℃搅拌3h。将反应液倒入盛有100g盐酸的冰水中酸化，进行常规后处理，得粗品(0.58mol化合物lc-02-4)114g.1理论产量：117.6g，gc：98％，收率：97％；

(5)化合物lc-02-5的合成：

三口瓶内加入114glc-02-4(0.58mol)，控温40℃以下加入96g三乙基硅烷(0.82mol)，140g三氟乙酸(1.23mol)，控温30℃搅拌5h。反应液倒入370g碳酸钠(2.46mol)和500ml水的混合溶液中(ph＞7)，进行常规后处理，旋干得粗品79.2g，(化合物lc-02-5,0.44mol)，gc：95％，理论产量：105.6g，收率75％；

(6)化合物lc-02-6的合成：

氮气保护下，向反应瓶中加入13.6glc-02-5(0.44mol)和250ml四氢呋喃，控温-75～-85℃滴加0.48mol正丁基锂的正己烷溶液，滴毕保温反应1小时，控温-75～-85℃滴加81.4g丙基双环己基酮(0.37mol)和100ml四氢呋喃组成的溶液，然后自然回温至-30℃。加入300ml水淬灭反应，进行常规后处理，得到浅黄色液体(化合物lc-02-6,0.3mol)121.2g，gc：98％，收率81％；

(7)化合物lc-02的合成：

向反应瓶中加入121.2glc-02-6(0.3mol)，5.6g对甲苯磺酸(0.03mol)，0.1g2,6-二叔丁基对 甲酚和200ml甲苯，回流分水反应8小时。进行常规后处理，得到白色固体(化合物lc-02，0.21mol)81.1g，gc：99.8％，收率70％；

采用gc-ms对所得白色固体lc-02进行分析，产物的m/z为386(m+)；

¹h-nmr(300mhz,cdcl3):0.88-2.88(m,34h)，5.62-5.80(m,1h),6.80-7.00(m,1h)。

实施例4

依据实施例3的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性操作，可以合成以下液晶化合物：

实施例5

液晶化合物的结构式为：

制备化合物lc-03的合成线路如下所示：

具体步骤如下：

(1)化合物lc-03-1的合成：

三口瓶内加入111g二异丙胺(1.1mol)，500ml四氢呋喃，搅拌降温至0～-10℃，控温滴加1.2mol正丁基锂，滴毕，控温反应1h。降温至-70～-75℃，控温滴加132.6g正丙酸乙酯(1.3mol)和300ml四氢呋喃的混合溶液,滴毕，控温反应30min，控温-70～-75℃滴加206g(1mol)和200ml四氢呋喃的混合溶液，滴毕，控温搅拌1h，后自然搅拌过夜。加入2m盐酸水溶液1000ml进行酸化，进行常规后处理，gc：66％，旋干得150.5g，理论产量：150.5g，收率：100％；

(2)化合物lc-03-2的合成：

三口瓶中加入150.5glc-03-1(0.66mol)，36.9g氢氧化钠(0.924mol)，400ml水，400ml乙醇，后慢慢升温至70℃，反应5h。将反应液倒入盛有80g盐酸的烧杯中(ph＜7)，进行常规后处理，石油醚重结晶得到浅黄色固体(化合物lc-03-2,0.5mol)100g，gc：99.0％，收率75.1％；

(3)化合物lc-03-3的合成：

三口瓶内加入100glc-03-2(0.50mol)，215g氯化亚砜(1.8mol)，搅拌下升温至80℃，反应6h。进行常规后处理，得到浅黄色液体(化合物lc-03-3,0.5mol)109g，收率100％；

(4)化合物lc-03-4的合成：

三口瓶中加入157g三氯化铝(0.65mol)，300ml二氯甲烷，降温至0～-10℃，控温滴加109glc-03-3(0.5mol)和400ml二氯甲烷的混合溶液，滴毕，控温0～-10℃搅拌2h，后升温至30℃搅拌3h。将反应液倒入盛有100g盐酸的冰水中酸化，进行常规后处理，得粗品(化合物lc-03-4，0.48mol)87.4g，理论产量：91g，gc：97％，收率：96％；

(5)化合物lc-03-5的合成：

三口瓶内加入87.4glc-03-4(0.48mol)，控温40℃以下加入111.4g三乙基硅烷(0.96mol)，273.6g三氟乙酸(2.4mol)，控温20℃搅拌4h。反应液倒入407g碳酸钠(3.84mol)和800ml水的混合溶液中(ph＞7)，进行常规后处理，旋干得粗品54.8g，(化合物lc-03-5,0.33mol)，gc：95％，理论产量：80.6g，收率68％；

(6)化合物lc-03-6的合成：

氮气保护下，向反应瓶中加入16.8glc-03-5(0.33mol)和80ml四氢呋喃，控温-75～-85℃滴加0.36mol正丁基锂的正己烷溶液，滴毕，保温反应1小时，控温-75～-85℃滴加56.4g丙基双环己基酮(0.25mol)和100ml四氢呋喃组成的溶液，然后自然回温至-30℃。加入200ml水淬灭反应，进行常规后处理，得到浅黄色液体(化合物lc-03-6,0.18mol)68.3g，hplc：98.8％，收率70％；

(7)化合物lc-03的合成：

氮气保护下，向反应瓶中加入68.3g化合物lc-03-6(0.18mol)和150ml二氯甲烷，控温-70～-80℃滴加41.8g三乙基硅烷(0.36mol)，滴毕保温反应0.5小时，控温-70～-80℃滴加56.2g三氟化硼乙醚(0.39mol)，然后自然回温至-10℃。加入300ml水淬灭反应，进行常规后处理，得到白色固体(化合物lc-03,0.14mol)52.5g，gc：99.6％，收率78％；

采用gc-ms对所得白色固体lc-03进行分析，产物的m/z为374(m+)；

¹h-nmr(300mhz,cdcl3):0.88-2.88(m,37h)，6.80-7.00(m,1h)。

实施例6

依据实施例5的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性操作，可以合成以下液晶化合物：

对比例1

将实施例1所制得的化合物lc-01和对比例1的液晶化合物性能参数数据进行对比整理，检测结果如表1所示：

表1：液晶化合物的性能检测结果

由表1的检测结果可以明显看出，本发明提供的液晶化合物与传统的相似化学结构的负介电各向异性化合物相比，具有较高的负介电各向异性、旋转粘度γ1适中，良好的低温互溶性和较高的清亮点性能，这些正是改善液晶材料所需要的，可以有效提高液晶组合物的介电各向异性△ε，降低驱动电压，得到响应速度更快的液晶组合物。

对比例2

将实施例3所制得的化合物和对比例2的液晶化合物性能参数数据进行对比整理，检测结果如表2所示：

表2：液晶化合物的性能检测结果

由表2的检测结果可以明显看出，本发明提供的液晶化合物与传统的相似化学结构的负介电各向异性化合物相比，具有较高的负介电各向异性、旋转粘度γ1适中，良好的低温互溶性和较高的清亮点性能，这些正是改善液晶材料所需要的，可以有效提高液晶组合物的介电各向异性△ε，降低驱动电压，得到响应速度更快的液晶组合物。

对比例3

将实施例5所制得的化合物和对比例3的液晶化合物性能参数数据进行对比整理，检测结果如表3所示：

表3：液晶化合物的性能检测结果

由表3的检测结果可以明显看出，本发明提供的液晶化合物与传统的相似化学结构的负介电各向异性化合物相比，具有较高的负介电各向异性、旋转粘度γ1适中，良好的低温互溶性和较高的清亮点性能，这些正是改善液晶材料所需要的，可以有效提高液晶组合物的介电各向异性△ε，降低驱动电压，得到响应速度更快的液晶组合物。

此外，将本申请所述化合物具体应用在常规体系的液晶组合物中后发现，其可以提高液晶组合物的介电各向异性△ε，同时保持较低的旋转粘度γ1和适当的折射率各向异性△n，所得液晶组合物具有显著的快速响应特点和低电压驱动特点。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。