一种含2,5-二氟取代苯的异硫氰酸酯液晶化合物及合成方法与流程

本发明属于液晶材料，具体涉及一种含有2,5-二氟苯异硫氰酸酯液晶化合物及其合成方法。

背景技术：

1、液晶材料在光电显示器件中得到了广泛应用，例如在各种液晶电视、桌面液晶显示器、移动显示终端等。近年来，随着微波及太赫兹通讯、光通信、激光相控阵等技术的不断发展，对具有高双折射率的液晶材料提出迫切需求。液晶的双折射率(δn)越高，在微波(1-100ghz)波段的介电各项异性值越大。此外，在光通信、激光相控阵等液晶器件中，采用高双折射率(δn)的液晶，在保证光学相位调制量的前提下，可以大幅度缩短响应时间。

2、为提升液晶材料的双折射率，需要在液晶分子中采用长共轭链的结构。例如分子骨架采用联苯、三联苯、四联苯、二苯乙炔的长共轭结构，分子末端基采用氰基(-cn)或异硫氰酸酯基(-ncs)。尤其是含有异硫氰酸酯基(-ncs)的液晶分子，较含氰基(-cn)的分子具有更高的双折射率、更低的粘度、更高的电阻率等优点，成为研究开发及应用的重点。

3、包含异硫氰酸酯基(-ncs)的高双折射率液晶分子结构已经在下述文献中公开：

4、[1]catanescu co,wu st,chien lc.tailoring the physical properties ofsome high birefringence isothiocyanato-based liquid crystals.liq cryst.2004；31:541-555.

5、[2]parish a,gauza s,wu s.t,dziaduszek j,dabrowski r.new fluorinatedterphenyl isothiocyanate liquid crystals.liq cryst.2008；35:79-86.

6、[3]song q,gauza s,xianyu h,wu st,liao ym,chang cy,hsu c s.highbirefringence lateral difluoro phenyl tolane liquid crystals.liq cryst.2010；37:139–147.

7、[4]r,kula p,herman j.high birefringence liquidcrystals.crystals.2013；3(3):443-482.

8、虽然已有大量的含异硫氰酸酯基(-ncs)的高双折射率液晶公开，但是现有仍然存在下述问题：

9、(1)双折射率有待进一步提升；

10、(2)液晶的低温相溶性较差；

11、(3)在微波频段，液晶的介电损耗较大；

12、(4)液晶相变特性不足，尤其是向列液晶相温区范围；

13、(5)液晶的粘度较高。

14、为进一步满足光学、微波等元器件的工作性能要求，迫切需要研究开发双折射率更高、向列相温区宽、粘度低、综合性能更好的新型分子结构。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中存在的缺陷或不足，本发明提供一种新型氟苯异硫氰酸酯类液晶化合物及其合成方法。

2、为了实现上述任务，本发明提供的化合物结构如通式i所示：

3、

4、其中：

5、r为碳原子数为1～10的烷基、氢被氟取代的烷基、烷氧基或氢被氟取代的烷氧基；或者为碳原子数为2-10的烯基、氢被氟取代的烯基、烯氧基或氢被氟取代的烯氧基；或者为碳原子数为3-8的环烷基、氢被氟取代的环烷基、含环烷基取代的烷基或氢被氟取代的含环烷基取代的烷基；

6、z1为单键、-c≡c-、-ch＝ch-、-cf＝cf-或-ch2ch2；

7、z2为单键、-c≡c-、-ch＝ch-、-cf＝cf-或-ch2ch2；

8、环a为苯环、环己烷、环己烯或氢被氟、氯、甲基或/和乙基取代的苯环；n＝0，1或2；

9、环b为苯环、环己烷、环己烯或氢被氟、氯、甲基或/和乙基取代的苯环。

10、进一步，n＝0。

11、进一步，n＝1，环a为苯环或环己烷。

12、进一步，n＝2，环a为苯环或环己烷。

13、进一步，所述化合物结构式为i-1～i-14式中任一结构式所示；

14、

15、

16、本发明还提供了上述化合物的合成方法。所提供的方法包括：

17、(1)2,5-二氟苯胺与卤化试剂反应，得到4-卤素取代-2,5-二氟苯胺；

18、(2)4-卤素取代-2,5-二氟苯胺在过渡金属催化下与芳基硼酸衍生物或含末端炔基的衍生物进行偶联反应，得到联苯胺类中间体或炔基苯胺类中间体；

19、(3)联苯胺类中间体或炔基苯胺类中间体进行光气化反应得到异硫氰酸酯类液晶化合物。

20、可选的，步骤(1)中卤化试剂选自碘、溴或n-溴代丁二酰亚胺。

21、可选的，所述的过渡金属催化剂选自含钯或镍的配合物。

22、本发明所述的液晶化合物，尽管与现有技术公开的含侧向氟取代的异硫氰酸酯类液晶具有相类似的分子骨架，但是通过在苯环特定的位置引入氟取代基后，与现有技术公开或已经应用的含侧向氟取代的异硫氰酸酯类液晶相比，获得令人惊讶的结果：(1)显著改善的液晶相变温度特性，例如宽液晶相区、低熔点、高清亮点的特性；(2)双折射率更高；(3)具有更好的低温相溶性；(4)在高频下的介电损耗值大幅度降低；(5)而且还保持较大的高频介电各向异性，非常有利于微波器件工作需要。此外，该类化合物还具有相对较低的旋转粘度。综上所述，本发明所公开的含2,5-二氟取代苯的异硫氰酸酯类液晶化合物，其综合性能突破了传统液晶化合物的认知水平。可用于制备光电器件和显示器件。

技术特征：

1.一种含2,5-二氟取代苯的异硫氰酸酯液晶化合物，其特征在于，所述化合物的结构如通式ⅰ所示：

2.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于，n＝0。

3.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于，n＝1，环a为苯环或环己烷。

4.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于，n＝2，环a为苯环或环己烷。

5.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于，所述化合物结构式为ⅰ-1～ⅰ-14式中任一结构式所示；

6.一种权利要求1所述的含2,5-二氟取代苯的异硫氰酸酯液晶化合物的合成方法，其特征在于，方法包括：

7.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中卤化试剂选自碘、溴或n-溴代丁二酰亚胺。

8.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述的过渡金属催化剂选自含钯或镍的配合物。

9.权利要求1所述化合物用于制备光电器件和显示器件的应用。

技术总结
本发明公开了一种包含2,5‑二氟取代苯的异硫氰酸酯液晶化合物及其合成方法。所公开化合物的结构通式如Ⅰ所示，其中R为碳原子数为1～10的烷基或烷氧基、碳原子数为2‑10的烯基或烯氧基、碳原子数为3‑8的环烷基或含环烷基取代的烷基，其中碳原子上的氢可以被氟取代；Z1、Z2为单键、‑C≡C‑、‑CH＝CH‑、‑CF＝CF‑、‑CH2CH2；环A、环B为苯环或环己烷、环己烯，其中苯环上的氢可以被氟、氯、甲基、乙基取代；n＝0，1，2。本发明液晶化合物具有宽向列相温度区间、低粘度、高双折射率的优点。

技术研发人员：李建,李娟利,张璐,胡明刚,莫玲超,杨诚,车昭毅,万丹阳,史凤娇,雷江涛,胡志刚,白浦江,武寅
受保护的技术使用者：西安近代化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4