一种新型液晶化合物及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及液晶材料技术领域，尤其涉及一种新型液晶化合物及其制备方法与应用。


背景技术：

2.近年来，液晶显示装置发展越来越迅速，也发展出不同类型，如车载小型液晶显示装置、便携式液晶显示装置、超薄型液晶显示装置等等。以电视为例，其特点是重量轻、占据空间小、移动方便等，此外还有笔记本型个人电脑、手机等。
3.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具有极大的研究价值和美好的应用前景。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，也就要求液晶材料具有低电压驱动、快速响应、宽的温度范围和良好的低温稳定性。
4.液晶材料本身对改善液晶显示器的性能发挥着重要的作用，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。
5.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种新型结构的液晶化合物，该液晶化合物具有较大的垂直介电各向异性和更低的光学各向异性，并且具有较低的旋转粘度以及良好的液晶互溶性等特点，可广泛用于液晶显示领域，能够达到低功耗和宽视角、高对比度的应用目的，有效改善显示品质，具有重要的应用价值；本发明的另一目的在于，提供该液晶化合物的制备方法与应用。
7.具体地，本发明提供以下技术方案：
8.本发明提供一种液晶化合物，其具有如通式i所示结构：
[0009][0010]
式i中，
[0011]v1
、v2各自独立地选自单键、-ch
2-、-ch2ch
2-、-ch＝ch-、-coo-、-ooc-、-cf2o-、-och
2-、-ch2o-、-ocf
2-、-cf2ch
2-、-ch2cf
2-、-c2f
4-或-cf＝cf-；
[0012]
r1、r2、r3、r4相同或不同，各自独立地选自由氢、氘、氟、腈基、具有c
1-c
40
的直链烷基、具有c
1-c
40
的直链烷氧基、具有c
1-c
40
的直链杂烷基、具有c
1-c
40
的直链杂烷氧基、具有c
3-c
40
的支链或环状的烷基、具有c
3-c
40
的支链或环状的烷氧基、具有c
3-c
40
的支链或环状的杂烷基、具有c
3-c
40
的支链或环状的杂烷氧基、具有c
2-c
40
的烯基或炔基、具有6～80个碳原子的芳基或具有2～60个碳原子的杂芳基组成的群组，r1和r2可以任选的接合或稠合，并且与其相连的si一起形成取代的或未取代的环，在所形成的环中含有或不含有一个或多个额外的n、o、s或si杂原子；且r1、r2、r3中的一个或多个氢原子可以任选地被氟原子取代；
[0013]
x1表示o或s；
[0014]
r0为氢或氟；
[0015]
t1选自由单键或以下基团组成的群组：
[0016][0017]
*—和—*表示连接键。
[0018]
本发明意义上的芳基优选含有6-60个碳原子，在本发明意义上的杂芳基含有2-60个碳原子和至少一个杂原子，其条件是碳原子和杂原子的总和至少是5；所述杂原子优选选自n、o或s。此处的芳基或杂芳基被认为是指简单的芳族环，即苯、联苯等，或简单的杂芳族环，如吡啶、嘧啶、噻吩等，或稠合的芳基或杂芳基，如蒽、菲、喹啉、异喹啉等。芳基或杂芳基上的氢通过简单的替换或取代形成取代的芳基或取代的杂芳基，例如氟苯、二氟苯、三氟苯、四氟苯、环己基苯、环己基氟苯等，被称为芳基或杂芳基。
[0019]
对于本发明意义上的含有1-40个碳原子的烷基、烯基或炔基优选被认为是指如下基团：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基丁基、正戊基、仲戊基、新戊基、环戊基、正己基、新己基、环己基、正庚基、环庚基、正辛基、环辛基、2-乙基己基、环己烯基、庚烯基、环庚烯基、辛烯基、环辛烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、庚炔基或辛炔基。烷氧基优选具有1～40个碳原子的烷氧基被认为是指甲氧基、三氟甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、仲戊氧基、2-甲基丁氧基、正己氧基、环己氧基、正庚氧基、环庚氧基、正辛氧基、环辛氧基、2-乙基己氧基、五氟乙氧基和2,2,2-三氟乙氧基。杂烷基优选具有1～40个碳原子的烷基，是指其中单独的氢原子或-ch
2-基团可被氧、硫、卤素原子取代的基团，被认为是指烷氧基、烷硫基、氟代的烷氧基、氟代的烷硫基，特别是指甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、甲硫基、乙硫基、正丙硫基、异丙硫基、正丁硫基、异丁硫基、仲丁硫基、叔丁硫基、三氟甲硫基、三氟甲氧基、五氟乙氧基、五氟乙硫基、2,2,2-三氟乙氧基、2,2,2-三氟乙硫基、乙烯氧基、乙烯硫基、丙烯氧基、丙烯硫基、丁烯硫基、丁烯氧基、
戊烯氧基、戊烯硫基、环戊烯氧基、环戊烯硫基、己烯氧基、己烯硫基、环己烯氧基、环己烯硫基、乙炔氧基、乙炔硫基、丙炔氧基、丙炔硫基、丁炔氧基、丁炔硫基、戊炔氧基、戊炔硫基、己炔氧基、己炔硫基。
[0020]
一般来说，根据本发明的环烷基、环烯基可为环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环丁烯基、环戊烯基、环己烯基、环庚基、环庚烯基，其中一个或多个-ch
2-基团可被上述基团代替；此外，一个或多个氢原子还可被氘原子、卤素原子或腈基代替。
[0021]
作为优选，所述液晶化合物包括以下所示结构中的一种或多种：
[0022][0023]
进一步地，所述v1、v2各自独立地选自单键、-ch2o-、-ch2ch
2-、-cf2o-或-coo-。
[0024]
进一步地，所述r3选自由氢、氘、氟、腈基、三氟甲基、三氟甲氧基、二氟甲氧基、具有c
1-c7的直链烷基、具有c
1-c7的直链烷氧基组成的群组，r3中的一个或多个氢原子可以被氟原子取代。
[0025]
进一步地，所述r4选自由氢、甲基、乙基、腈基组成的群组。
[0026]
进一步地，所述r1、r2各自相同或不同地选自由具有c
1-c
40
的直链烷基、具有c
1-c
40
的直链烷氧基、具有c
1-c
40
的直链杂烷基、具有c
1-c
40
的直链杂烷氧基、具有c
3-c
40
的支链或环状的烷基、具有c
3-c
40
的支链或环状的烷氧基、具有c
3-c
40
的支链或环状的杂烷基、具有c
3-c
40
的支链或环状的杂烷氧基、具有c
2-c
40
的烯基或炔基组成的群组，r1和r2可以任选的接合，并且与其相连的si一起形成取代的或未取代的环，在所形成的环中含有或不含有一个或多个额外的n、o、s或si杂原子；在r1、r2中的一个或多个氢原子可以被氟原子取代。
[0027]
进一步地，所述t1选自由单键或以下基团组成的群组：
[0028][0029]
*—和—*表示连接键。
[0030]
根据本发明的实施例，所述r0为氟；x1为s或o。
[0031]
根据本发明的实施例，所述r4选自由氢、甲基、腈基组成的群组。
[0032]
根据本发明的实施例，所述r3选自由氢、氟、三氟甲基、三氟甲氧基、二氟甲氧基、具有c
1-c7的直链烷基、具有c
1-c7的直链烷氧基组成的群组，r3中的一个或多个氢原子可以被氟原子取代。
[0033]
根据本发明的实施例，所述r1、r2各自相同或不同地选自由具有c
1-c
40
的直链烷基、
具有c
3-c
40
的支链或环状的烷基、具有c
2-c
40
的烯基或炔基组成的群组，r1和r2可以任选的接合，并且与其相连的si一起形成取代的或未取代的环，在所形成的环中含有或不含有一个或多个额外的n、o、s或si杂原子；在r1、r2中的一个或多个氢原子可以被氟原子取代。
[0034]
作为优选，所述r1、r2相同或不同，各自独立地选自由甲基、乙基、丙基、丁基、丙烯基、丁烯基组成的群组，或r1和r2彼此键合形成具有c2～c7的亚烷基。
[0035]
作为优选，所述r4选自由氢或甲基。
[0036]
根据本发明的实施例，作为优选，所述r1、r2相同或不同，各自独立地选自由甲基、乙基、丙基、丁基组成的群组，或r1和r2彼此键合形成具有c2～c5的亚烷基。
[0037]
作为优选，所述液晶化合物包括如下所示结构ls01-ls134中的一种或多种：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043][0044]
本发明还提供以上所述的液晶化合物的制备方法：
[0045][0046]
其中，r
0-r3、x1、v1、v2、t1的含义与上述定义相同；y1为br、i、li、oh或otf；y2为cl、br、i或otf。
[0047]
合成式i所示化合物的原料可通过商业途径购买而得，此方法原理、操作过程、常规后处理、过柱纯化、重结晶提纯等手段是本领域合成从员所熟知的，完全可以实现合成过程，得到目标产物。
[0048]
上述所有方法的所有步聚的反应均在溶剂中进行；所述溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1-甲基吡咯烷-2-酮、乙醇、甲醇、二氯甲烷、丙酮、甲苯和去离子水中的至少一种。
[0049]
本发明同时提供一种液晶介质，其包含一种或多种以上所述的液晶化合物。
[0050]
作为优选，所述液晶介质还包含一种或多种结构式为ii的化合物，作为第二组份：
[0051][0052]
其中，
[0053]
r7、r8各自独立地选自由以下a、b、c所定义的基团组成的群组：
[0054]
a：具有c
1-c7的直链烷基或具有c
1-c7的直链烷氧基；
[0055]
b：所述a中的任一基团中的一个或多个*-ch
2-*被*-o-*、*-coo-*、*-ooc-*或*-ch＝ch-*代替后形成的基团；
[0056]
c：所述a中的任一基团中的一个或多个氢原子被f、cl、*-ch＝ch2或*-ch＝ch-ch3代替后形成的基团；
[0057]
环b、环c、环d、环e各自独立地选自由如下基团组成的群组：
[0058][0058]
并且在所述环b、环c、环d、环e中至少有一个选自中的一种；
[0059]
m、n、o各自独立地为0或1；
[0060]
z1、z2、z3各自独立地选自由单键、*-c2h
4-*、*-ch＝ch-*、*-coo-*、*-ooc-*、*-ch2o-*、*-och
2-*、*-cf2o-*和*-ocf
2-*组成的群组，其中任意的h可以被f代替；
[0061]
*—和—*指示取代基键合的位置；
[0062]
作为优选，所述液晶介质还包含一种或多种结构式为iii的化合物：
[0063][0064]
其中，
[0065]
r9、r
10
各自独立地选自由具有c
1-c
10
的烷基或具有c
2-c
10
的烯基组成的群组，其中任意的-ch
2-可以被-ch2o-、-och
2-、代替，任意的h原子可以被f代替；
[0066]
环f、环g、环i、环j各自独立地选自由如下基团组成的群组：
[0067][0068]
p、q、r各自独立地为0或1；
[0069]
z4、z5、z6各自独立地选自由单键、*-c2h
4-*、*-ch＝ch-*、*-coo-*、*-ooc-*、*-ch2o-*、*-och
2-*、*-cf2o-*和*-ocf
2-*组成的群组，其中任意的h可以被f代替；
[0070]
*—和—*指示取代基键合的位置。
[0071]
作为优选，所述液晶介质中，所述液晶化合物的质量百分含量为1-24％，结构式为
ii的化合物的质量百分含量为35-58％，结构式为iii的化合物的质量百分含量为30-46％。
[0072]
进一步地，所述结构式为ii的化合物包括如下式ii-1～式ii-15所示的化合物：
[0073][0074][0075]
其中，
[0076]
r7、r8各自独立地选自由以下a、b、c所定义的基团组成的群组：
[0077]
a：具有c
1-c7的直链烷基或具有c
1-c7的直链烷氧基；
[0078]
b：所述a中的任一基团中的一个或多个*-ch
2-*被*-o-*、*-coo-*、*-ooc-*或*-ch＝ch-*代替后形成的基团；
[0079]
c：所述a中的任一基团中的一个或多个氢原子被f、cl、*-ch＝ch2或*-ch＝ch-ch3代替后形成的基团；
[0080]
上述环h1、环h2各自独立地选自由如下基团组成的群组：
[0081][0082]
进一步地，所述结构式为iii的化合物包括如下式iii-1～式iii-16所示的化合物：
[0083][0084][0085]
其中，r9、r
10
各自独立地选自由具有c
1-c
10
的烷基或具有c
2-c
10
的烯基组成的群组，其中任意的-ch
2-可以被-ch2o-、-och
2-、代替，任意的h原子可以被f代替；(f)各自独立地表示f或h。
[0086]
作为优选，所述液晶介质还包含一种或多种功能性添加剂；所述功能性添加剂包含抗氧化剂、手性剂、光稳定剂或紫外线吸收剂。
[0087]
本发明还提供一种消费型产品，其包含以上所述的液晶介质。
[0088]
所述的消费型产品包括但并不限于平板显示器、计算机监视器、医疗监视器、电视机、告示牌、用于内部或外部照明和/或发信号的灯、平视显示器、全透明或部分透明的显示器、柔性显示器、激光打印机、电话、蜂窝电话、平板电脑、平板手机、个人数字助理(pda)、可佩戴装置、膝上型计算机、数码相机、摄像机、取景器、对角线小于2英寸的微型显示器、3-d
显示器、虚拟现实或增强现实显示器、交通工具、包含多个平铺在一起的显示器的视频墙、剧院或体育馆屏幕、光疗装置和指示牌。
[0089]
如无特殊说明，本发明中所用原料均可通过市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0090]
本发明的有益效果如下：
[0091]
本发明所提供的液晶化合物，化学主体结构为二苯并噻吩或二苯并呋喃，此类结构本身介电各向异性较大，同时在二苯并噻吩或二苯并呋喃的一侧引入含有硅原子的六元环结构，形成强大的协同作用，使液晶化合物的负介电各向异性极高，且同时显著提高清亮点，比较高的光学各向异性，适中的旋转粘度和液晶互溶性，低温工作效果表现优秀，良好的热稳定性、化学稳定性、光学稳定性及力学等方面的性能；从而有效降低驱动电压，提高了液晶显示装置的响应速度，同时具有较好电荷保持率等特点。故利用本发明提供的式i所示化合物可改善液晶化合物的互溶性和响应速度，改善混晶低温稳定性，拓展液晶混合物的应用范围，具有重要的应用价值。
具体实施方式
[0092]
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0093]
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
[0094]
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法。所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，所述百分比如无特殊说明均为质量百分比。本发明提供的一系列新型液晶化合物，所有的反应都是在众所周知的适合条件下进行，有些涉及到简单的有机制备，例如苯硼酸的制备均能通过熟练的操作技能合成，在本发明中没有详细描述。
[0095]
实施例1
[0096]
化合物ls15的制备：
[0097][0098]
在氮气保护下，20.0mmol的4,6-二氟-7-丙氧基二苯并[b,d]噻吩-3-酚(反应物1)溶于50ml的dmf中，加入24.0mmol的4-氯甲基-1,1-二甲基硅环己烷(反应物2)和40.0mmol的无水碳酸钾，升温至80℃搅拌反应12小时，降到室温，将反应液倒入250ml的冰水中，用乙酸乙酯萃取，收集有机相，干燥，过滤，滤液减压浓缩干，用硅胶柱分离纯化，乙醇重结晶，得到白色固体，收率：84％，hrms，m/z：435.1563[m+h]。
[0099]
实施例2
[0100]
化合物ls27的制备：
[0101]
[0102]
在氮气保护下，20.0mmol的7-环戊烷甲氧基-4,6-二氟二苯并[b,d]噻吩-3-酚溶解于50ml的dmf中，加入40.0mmol的无水碳酸铯和24.0mmol的9-氯甲基-5-硅螺[4.5]癸烷，升温到80℃，搅拌反应12小时，降到室温，加入250ml的冰水，用二氯甲烷萃取，收集有机相再用饱和盐水洗，有机相干燥，过滤，滤液减压浓缩干，用硅胶柱分离纯化，乙醇重结晶，得到化合物ls27，白色固体，收率：90％，hrms，m/z：501.2029[m+h]。
[0103]
实施例3
[0104]
化合物ls71的制备：
[0105][0106]
20.0mmol的7-((4-乙基环己基)甲氧基)-4,6-二氟二苯并[b,d]呋喃-3-酚溶于80ml的丙酮中，再加入40.0mmol的无水碳酸钾和24.0mmol的4-氯甲基-1-乙基-1-甲基硅环己烷，升温至回流搅拌反应12小时，降到室温，过滤，滤液减压浓缩干，用硅胶柱分离纯化，乙醇重结晶，得到白色固体，收率：88％，hrms，m/z：514.2703[m+]。
[0107]
参照上述实施例1～实施例3类似的合成方法，制备以下表1所示液晶化合物：
[0108]
表1
[0109]
[0110]
[0111]
[0112]
[0113]
[0114]
[0115][0116]
混合物实施例
[0117]
实施例8-15：
[0118]
实施例8-15列出了不同液晶介质的制备方法，其中，各实施例具体化合物的单体结构、用量(重量百分含量)、所得的液晶介质的性能参数测试结果分别如下表8-15所示。
[0119]
各实施例中所涉及的温度单位为℃，其他符号的具体意义及测试条件如下：
[0120]
c.p.表示液晶的清亮点(℃)，测试仪器：mettler-toledo-fp system显微热分析仪；
[0121]
γ1为旋转粘度(mpa
·
s)，测试条件为：25℃、instec:alct-ir1、18微米垂直盒；
[0122]k11
为扭曲弹性常数，k
33
为展曲弹性常数，测试条件为：25℃、instec:alct-ir1、18微米垂直盒；
[0123]
δε表示介电各向异性，δε＝ε∥-ε
⊥
，其中，ε∥为平行于分子轴的介电常数，ε
⊥
为垂直于分子轴的介电常数，测试条件：25℃、instec:alct-ir1、18微米垂直盒；
[0124]
δn表示光学各向异性，δn＝n
o-ne，其中，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件：589nm、25
±
0.2℃。
[0125]
本发明中，分别按比例称取通式i、ii和iii的化合物，制备得到液晶介质，其中液晶介质的制备所用的设备和仪器为：
[0126]
(1)电子精密天平(精确度0.1mg)；
[0127]
(2)不锈钢烧杯：用于称量化合物原料；
[0128]
(3)勺子：用于加入原料；
[0129]
(4)磁力转子：用于搅拌；
[0130]
(5)控温电磁搅拌器。
[0131]
液晶介质的制备方法包括以下步骤：
[0132]
(1)将所用原料按顺序摆放整齐；
[0133]
(2)把不锈钢烧杯放置在天平上，用小勺将式i的化合物盛入不锈钢烧杯中；
[0134]
(3)依次按所需重量添加其他化合物原料；
[0135]
(4)把加好料的不锈钢烧杯放置在磁力搅拌仪器上加热融化；
[0136]
(5)待不锈钢烧杯中混合物大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入一颗磁力转子，将液晶混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶介质。
[0137]
将所得的液晶介质填充于液晶显示器两基板间进行性能测试。
[0138]
实施例8的液晶介质的组分配比及其性能参数表3；
[0139]
表3
[0140][0141][0142]
实施例9的液晶介质的组分配比及其性能参数表4；
[0143]
表4
[0144][0145][0146]
实施例10的液晶介质的组分配比及其性能参数表5；
[0147]
表5
[0148][0149]
实施例11的液晶介质的组分配比及其性能参数表6；
[0150]
表6
[0151]
[0152][0153]
实施例12的液晶介质的组分配比及其性能参数表7；
[0154]
表7
[0155][0156][0157]
实施例13的液晶介质的组分配比及其性能参数表8；
[0158]
表8
[0159][0160][0161]
实施例14的液晶介质的组分配比及其性能参数表9；
[0162]
表9
[0163][0164]
实施例15的液晶介质的组分配比及其性能参数表10；
[0165]
表10
[0166][0167]
对比例1
[0168]
配方如下表11所示，其组分中不包含结构式为式i的化合物，而包含式为v的化合物。
[0169]
表11
[0170][0171][0172]
结论：由实施例8至实施例15的液晶组合物的性能参数可知，本发明提供的液晶组合物具有良好的互溶性和较大的负性介电常数，由实施例13和对比例1对比可知，将环己烷或吡喃的液晶替换为本发明的硅环己烷液晶后表现出良好的互溶性和低温稳定性，并且具有更大的负性介电常数，故利用本发明提供的式i所示的化合物可改善液晶化合物的互溶性，拓展液晶混合物的应用范围，具有重要的应用价值。
[0173]
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。