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EP0400068A1 - Derivate des 2,3-difluorphenols - Google Patents

Derivate des 2,3-difluorphenols

Info

Publication number
EP0400068A1
EP0400068A1 EP89903139A EP89903139A EP0400068A1 EP 0400068 A1 EP0400068 A1 EP 0400068A1 EP 89903139 A EP89903139 A EP 89903139A EP 89903139 A EP89903139 A EP 89903139A EP 0400068 A1 EP0400068 A1 EP 0400068A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
trans
difluoro
compounds
methoxy
formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP89903139A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Reiffenrath
Joachim Krause
Andreas WÄCHTLER
Georg Weber
Thomas Geelhaar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Publication of EP0400068A1 publication Critical patent/EP0400068A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C43/00—Ethers; Compounds having groups, groups or groups
    • C07C43/02—Ethers
    • C07C43/20—Ethers having an ether-oxygen atom bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C07C43/225—Ethers having an ether-oxygen atom bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring containing halogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/30—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
    • C09K19/3001—Cyclohexane rings
    • C09K19/3066—Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/30—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
    • C09K19/3001—Cyclohexane rings
    • C09K19/3066—Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers
    • C09K19/3068—Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers chain containing -COO- or -OCO- groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/0403—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit the structure containing one or more specific, optionally substituted ring or ring systems
    • C09K2019/0407—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit the structure containing one or more specific, optionally substituted ring or ring systems containing a carbocyclic ring, e.g. dicyano-benzene, chlorofluoro-benzene or cyclohexanone

Definitions

  • the invention relates to derivatives of 2,3-difluorophenol of the formula I,
  • R 1 and R2 each independently of one another are an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, in which one or two non-adjacent CH ⁇ groups are also represented by -0-, -CO-,
  • Q means -CO- or -CH -, -.
  • Cyc in the following means a 1,4-cyclohexylene group and PheF- means a group of the formula
  • the compounds of the formula I can be used as components of liquid-crystalline media, in particular for displays, which are based on the principle of the twisted cell, the guest-host effect, the effect of the deformation of aligned phases or the effect of dynamic scattering.
  • the compounds of the formula I are distinguished by a clearly negative anisotropy of the dielectric constant and are aligned with their longitudinal axes in an electric field perpendicular to the field direction. This effect is known and is used to control the optical transparency in various liquid crystal displays, e.g. in liquid crystal cells of light scattering t p (dynamic scattering), of the so-called DAP type (deformation of erected phases) or ECB type (electrically controlled birefringence) or of the guest / host type (guest host interaction).
  • Liquid crystal compounds with negative dielectric anisotropy which have two or three rings linked via carboxyl groups or covalent bond and one or more side groups, such as halogen, cyano or nitro groups, are known from DE 22 40 864, DE 26 13 293, DE 28 35 662, DE 28 36 086 and EP 023 728.
  • EP 084 194 encompasses the compounds claimed here in a broad formula. However, no individual compounds of the formula according to the invention are mentioned there. The person skilled in the art could therefore neither easily derive synthesis possibilities for the claimed compounds from the prior art nor recognize that the compounds according to the invention predominantly have conveniently located mesophase regions and are distinguished by a large negative anisotropy of the dielectric with a simultaneously low viscosity.
  • dibenzoic acid esters of 2,3-dichlorohydroquinone are known (e.g. Bristol et al., J. Org. Chem. 39_, 3138 (1974) or ⁇ Clanderman et al., J. Am. Chem. Soc. 97, 1585 ( 1975)), which are monotropic or have very small mesophase ranges.
  • the method described by Eidenschink et al. described esters of 4-hydroxy-2,3-dichlorobenzoic acid (Angew. Chem. 89_, 103 (1977)) likewise only have narrow mesophase ranges.
  • the 4-alkyl-2,3-dichlorophenyl-4'-alkylbicyclohexyl-4-carboxylic acid esters known from DE OS 29 33 563 do not allow any technical application because of their high viscosity.
  • the object of the invention was to demonstrate stable, liquid-crystalline or mesogenic compounds with a large negative anisotropy of dielectric and at the same time low viscosity.
  • the compounds of the formula I are particularly suitable as components of liquid-crystalline media.
  • they can be used to produce stable liquid-crystalline media with a wide mesophase range and comparatively low viscosity.
  • the compounds of formula I have a wide range of applications. Depending on the selection of the substituents, these compounds can serve as base materials from which liquid-crystalline media are predominantly composed; However, it is also possible to add compounds of the formula I to liquid-crystalline base materials from other classes of compounds in order, for example, to vary the dielectric and / or optical anisotropy and / or the viscosity and / or the phase ranges and / or the tilt angle of such a dielectric.
  • the compounds of the formula I are also suitable as intermediates for the preparation of other substances which can be used as constituents of liquid-crystalline dielectrics.
  • the compounds of the formula I are colorless in the pure state and form liquid-crystalline mesophases in a temperature range which is conveniently located for electro-optical use. They are very stable chemically, thermally and against light.
  • the invention thus relates to the compounds of the formula I and to a process for their preparation, characterized in that a corresponding carboxylic acid or one of its reactive derivatives is reacted with a corresponding hydroxy compound or one of its reactive derivatives.
  • the invention furthermore relates to the use of the compounds of the formula I as components of liquid-crystalline media.
  • the invention further relates to liquid-crystalline media containing at least one compound of the formula I, and to liquid-crystal display elements containing such media.
  • Such media have particularly advantageous elastic constants and are suitable because of their low ⁇ / ⁇ . , Values especially for TFT mixtures.
  • R 1, R2 and m have the given before and after
  • those of the sub-formulas Ia and Ic are particularly preferred.
  • R 1 and R2 are preferably alkyl or alkoxy.
  • Alkenyl or oxaalkyl e.g. Al oxymethyl
  • R 1 and R2 preferably have 2-12 C atoms, in particular 3-10 C atoms.
  • One or two CH 2 groups can also be replaced in R 1 and R2.
  • Preferably only one CH 2 group is replaced by -O-, or -CH CH-.
  • They are preferably straight-chain, have 2, 3, 4, 5, 6 or 7 carbon atoms and accordingly preferably mean ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, ethoxy, propoxy, butoxy, pentoxy, hexoxy or heptoxy, furthermore methyl , Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Octoxy, Nonoxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy or Tetra-decoxy.
  • R 1 and R2 are an alkyl radical, i • n is a CH -, -
  • alkenyl radical can be straight-chain or branched. It is preferably straight-chain and has 2 to 10 carbon atoms. Accordingly, it means especially vinyl, prop-1, or prop-2-enyl, but-1-, 2- or But-3-enyl, pent-1-, 2-, 3- or pent-4-enyl, hex-1-, 2-, 3-, 4- or hex-5-enyl, hept-1-, 2- , 3-, 4-, 5- or hept-6-enyl, oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- or oct-7-enyl, non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- or non-8-enyl, Dec-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- or Dec-9 -enyl.
  • R 1 and / or R2 may occasionally be due to a better one
  • Solubility in the usual liquid-crystalline base materials may be important, but in particular as chiral dopants if they are optically active.
  • Smectic compounds of this type are suitable as components for ferroelectric materials.
  • Branched groups of this type usually contain no more than one chain branch.
  • Formula I includes both the racemates of these compounds and the optical antipodes and mixtures thereof.
  • Preferred compounds of the formulas I and Ia to Id are those in which at least one of the radicals contained therein has one of the preferred meanings indicated.
  • the compounds of the formula I are prepared by methods known per se, as described in the literature (for example in the standard works such as Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart) ben are, under reaction conditions that are known and suitable for the reactions mentioned. Use can also be made here of variants which are known per se and are not mentioned here in detail. If desired, the starting materials can also be formed in situ in such a way that they are not isolated from the reaction mixture, but instead are immediately reacted further to give the compounds of the formula I.
  • 1,2-Difluorobenzene or 1-R -2,3-Difluorobenzene is in an inert solvent such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dirthhoxyethane, tert-butyl methyl ether or dioxane, hydrocarbons such as hexane, heptane, cyclohexane, benzene or toluene or mixtures thereof
  • Solvent optionally with the addition of a complexing agent such as tetramethylethylenediamine (TMEDA) or hexamethylphosphoric triamide with phenyllithium, lithium tetramethylpiperidine, n-, sec- or tert-butyllithium at temperatures from -100 ° C to +50 ° C, preferably -78 ° C to 0 ° C implemented.
  • TEDA tetramethylethylenediamine
  • the lithium-2,3-difluorophenyl compounds are reacted at -100 ° C. to 0 ° C., preferably at -50 ° C., with the corresponding electrophiles.
  • Suitable electrophiles are aldehydes, ketones, nitriles, epoxides, carboxylic acid derivatives such as esters, anhydrides or halides, halogen formic acid esters or carbon dioxide.
  • the lithium 2,3-difluorophenyl compounds are transmetallated and coupled under transition metal catalysis.
  • the zinc (cf. DE OS 36 32 410) or the titanium 2,3-difluorophenyl compounds (cf. DE OS 37 36489) are particularly suitable for this.
  • the compounds of the formula I can be prepared by esterifying corresponding carboxylic acids (or their reactive derivatives) with alcohols or phenols (or their reactive derivatives).
  • Suitable reactive derivatives of the carboxylic acids mentioned are especially the acid halides, especially the chlorides and bromides, and also the anhydrides, e.g. B. also mixed anhydrides, azides or esters, especially alkyl esters with 1-4 C atoms in the alkyl group.
  • Suitable reactive derivatives of the alcohols or phenols mentioned are, in particular, the corresponding metal alcoholates or phenolates, preferably an alkali metal such as Na or K.
  • esterification is advantageously carried out in the presence of an inert solvent.
  • ethers such as diethyl ether, di-n-butyl ether, THF, dioxane or anisole, ketones such as acetone, butanone or cyclohexanone, amides such as DMF or phosphoric acid hexamethyltriamide, hydrocarbons such as benzene, toluene or xylene are particularly suitable.
  • Halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride or Tetrachlorethylene and sulfoxides such as dimethyl sulfoxide or sulfolane.
  • Solvents immiscible with water can at the same time advantageously be used for azeotropically distilling off the water formed during the esterification.
  • an excess of an organic base for example pyridine, chinese or triethylamine, can also be used as a solvent for the esterification.
  • the esterification can also be carried out in the absence of a solvent, for example by simply heating the components in the presence of sodium acetate.
  • the reaction temperature is usually between -50 ° and +250 °, preferably between -20 ° and +80 °. At these temperatures, the esterification reactions are generally complete after 15 minutes to 48 hours.
  • reaction conditions for the esterification largely depend on the nature of the starting materials used.
  • a free carboxylic acid is generally reacted with a free alcohol or phenol in the presence of a strong acid, for example a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid.
  • a preferred reaction is the reaction of an acid anhydride or, in particular, an acid chloride with an alcohol, preferably in a basic medium, the bases being in particular alkali metal hydroxides such as sodium or potassium hydroxide, alkali metal carbonates or hydrogen carbonates such as sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate or potassium hydrogen carbonate, alkali metal acetates such as sodium or potassium acetate, alkaline earth metal hydroxides such as calcium hydroxide or organic bases such as triethylamine, pyridine, lutidine, collidine or quinoline are important.
  • alkali metal hydroxides such as sodium or potassium hydroxide
  • alkali metal carbonates or hydrogen carbonates such as sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate or potassium hydrogen carbonate
  • alkali metal acetates such as sodium or potassium acetate
  • alkaline earth metal hydroxides such as calcium hydroxide or organic bases such as triethylamine, pyridine, lutidine, collidine or quinoline
  • a a further preferred embodiment of the esterification consists in first converting the alcohol or the phenol into the sodium or potassium alcoholate or phenolate, for example by treatment with ethanolic sodium hydroxide solution or potassium hydroxide solution, isolating it and together with sodium hydrogen carbonate or Potassium carbonate suspended in acetone or diethyl ether with stirring and a solution of the acid chloride or anhydride in diethyl ether, acetone or DMF was added to this suspension, advantageously at temperatures between about -25 ° and +20 °.
  • methyl ethers of formula I can be represented by known etherifications, e.g. by a compound of formula
  • Z is OH, OMe, SH or SMe, where Me is an equivalent of a metal cation and shark is a halogen atom, preferably chlorine or bromine, with a compound of the formula
  • the radicals R 2 and R 2 have the meanings given in the formula (I).
  • the reaction conditions for these ether syntheses are the usual ones for such reactions; polar, aprotic solvents are used as solvents, for example, methyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide or N-methylpyrrolidone; alkali salts are preferably used as bases weak acids, for example sodium acetate, potassium carbonate or sodium carbonate.
  • the reactions can be carried out at temperatures between 0 ° C. and the boiling point of the lowest-boiling component of the reaction mixture; it has proven to be particularly advantageous to use temperatures between 60 and 120 ° C.
  • the liquid-crystalline media according to the invention preferably contain 2 to 40, in particular 4 to 30, components as further constituents. These media very particularly preferably contain 7 to 25 components in addition to one or more compounds according to the invention.
  • These further constituents are preferably selected from nematic or nematogenic (monotropic or isotropic) substances, in particular substances from the classes of azoxybenzenes, benzylidene anilines, biphenyls, terphenyls, phenyl- or cyclohexylbenzoates, cyclohexane-carboxylic acid phenyl or cyclohexyl esters , phenyl or cyclohexyl esters of cyclohexylbenzoic acid, phenyl or cyclohexyl esters of cyclohexylcyclohexanecarboxylic acid, cyclohexyl phenyl ester of benzoic acid,
  • L and E which may be the same or different, each independently represent a bivalent radical from the group consisting of -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe- Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- and -G-Cyc- and their mirror images formed group, where Phe unsubstituted or substituted by fluorine-substituted 1,4-phenylene, Cyc trans-l, 4-cyclohexylene or 1,4-cyclohexenylene, pyr pyrimidine-2,5-diyl or pyridine-2,5-diyl, diol, 3-dioxane-2,5-diyl and G 2- ( mean trans-1,4-cyclohexyl) ethyl, pyrimidine-2,5-diyl, pyridine-2,
  • residues L and E is Cyc, Phe or
  • the media according to the invention preferably contain one or more components selected from the compounds of the formulas 1, 2, 3, 4 and 5, in which L and E are selected from the group Cyc, Phe and Pyr and at the same time one or more components selected from the links of the formulas 1, 2, 3, 4 and 5, in which one of the radicals L and E is selected from the group Cyc, Phe and Pyr and the other radical is selected from the group -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- and -G-Cyc-, and optionally one or more components selected from the compounds of the formulas 1, 2, 3, 4 and 5, in which the radicals L and E are selected from the group -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- and -G-Cyc-.
  • R 1 and R in each case independently of one another denote alkyl, alkenyl, alkoxy, alkenyloxy or alkanoyloxy with up to 8 carbon atoms (group 1). Most of these compounds, R * and R "are different from one another, one of these radicals usually being alkyl or alkenyl. In another preferred
  • Subgroup of the compounds of the formulas 1, 2, 3, 4 and 5 is R "-CN, -CF 3 , F, Cl or -NCS; R has the meaning given for the compounds of group 1 and is preferably alkyl or Alkenyl (group 2), but other variants of the envisaged substituents in the compounds of the formulas 1, 2, 3, 4 and 5 are also common, and many such substances or mixtures thereof are commercially available, all of which are known from the literature Methods or available in analogy.
  • the media according to the invention preferably also contain components from group 2, the proportions of which are preferably as follows:
  • Group 1 20 to 90%, in particular 30 to 90%
  • group 2 10 to 80%, in particular 10 to 50%, the sum of the proportions of the compounds according to the invention and of the compounds from groups 1 and 2 giving up to 100%.
  • the media according to the invention preferably contain 1 to 40%, particularly preferably 5 to 30%, of compounds according to the invention. Also preferred are media containing more than 40%, in particular 45 to 90%, of compounds according to the invention.
  • the media preferably contain three, four or five compounds according to the invention.
  • the media according to the invention are produced in a conventional manner.
  • the components are dissolved in one another, expediently at elevated temperature.
  • the liquid-crystalline phases can be modified according to the invention in such a way that they can be used in all types of liquid-crystal display elements which have hitherto become known.
  • Such additives are known to the person skilled in the art and are described in detail in the literature (H. Kelker / R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim,
  • pleochroic dyes can be added to produce colored guest-host systems or substances to change the dielectric anisotropy, the viscosity and / or the orientation of the nematic phases.
  • K crystalline solid state
  • S smectic phase (the index characterizes the phase type)
  • N nematic state
  • Ch cholesteric phase
  • I isotropic phase. The number between two symbols indicates the transition temperature in degrees Celsius.
  • T M The melting point
  • T- the clearing point
  • 2,3-difluorooctylbenzene is obtained and from it, as in the previous example, the 4-octyl-2,3-difluorophenol via the formyl compound.
  • the required benzyl bromide is prepared from 2,3-difluoro (trans-4-pentylcyclohexyl) methoxybenzene by lithiation, reaction with N-formylpiperidine, reduction of the aldehyde with sodium borohydride and reaction of the benzyl alcohol with dibromotriphenylphosphorane.
  • a liquid crystalline nematic medium consisting of

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Description

Derivate des 2,3-Difluorphenols
Die Erfindung betrifft Derivate des 2,3-Difluorphenols der Formel I,
F
worin
R 1 und R2 jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit 1 bis 15 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH^-Gruppen durch -0-, -CO-,
-CH=CH- und/oder -C≡C- ersetzt sein können,
m 1 oder 2, und
Q -CO- oder -CH-,- bedeutet.
Der Einfachheit halber bedeuten im folgenden Cyc eine 1,4- Cyclohexylengruppe und PheF-, bedeutet eine Gruppe der Formel
Die Verbindungen der Formel I können als,Komponenten flüssigkristalliner Medien verwendet werden, insbeson¬ dere für Displays, die auf dem Prinzip der verdrillten Zelle, dem Guest-Host-Effekt, dem Effekt der Deformation aufgerichteter Phasen oder dem Effekt der dynamischen Streuung beruhen.
Die Verbindungen der Formel I zeichnen sich durch eine deutlich negative Anisotropie der Dielektrizitätskonstante aus und werden in einem elektrischen Feld mit ihren Mole¬ küllängsachsen senkrecht zur Feldrichtung ausgerichtet. Dieser Effekt ist bekannt und wird zur Steuerung der op¬ tischen Transparenz in verschiedenen Flüssigkristallan¬ zeigen ausgenützt, so z.B. in Flüssigkristallzellen vom Lichtstreuungst p (dynamische Streuung), vom sogenannten DAP-Typ (Deformation aufgerichteter Phasen) oder ECB-Typ (electrically controlled birefringence) oder vom Gast/ Wirt-Typ (guest host interaction).
Es sind bisher bereits eine Reihe von flüssigkristallinen Verbindungen mit~schwach negativer dielektrischer Anisotro¬ pie synthetisiert worden. Hingegen sind noch, relativ wenig Flüssigkristallkomponenten mit großer negativer Anisotropie der Dielektrizitätskonstante bekannt. Zudem weisen letztere im allgemeinen Nachteile auf, wie z.B. schlechte Löslich¬ keit in Mischungen, hohe Viskosität, hohe Schmelzpunkte und chemische Instabilität. Es besteht daher ein Bedarf an wei¬ teren Verbindungen mit negativer dielektrischer Anisotro¬ pie, die es erlauben, die Eigenschaften von Mischungen für verschiedenste elektro-optische Anwendungen weiter zu ver- bessern.
Flüssigkristallverbindungen mit negativer dielektrischer Anisotropie, welche zwei oder drei über Carboxylgruppen oder Kovalenzbindung verknüpfte Ringe und eine oder mehrere seitliche Gruppen, wie Halogen, Cyano oder Nitrogruppen aufweisen, sind bekannt aus DE 22 40 864, DE 26 13 293, DE 28 35 662, DE 28 36 086 und EP 023 728.
In der EP 084 194 werden in einer breiten Formel die hier beanspruchten Verbindungen umfaßt. Jedoch sind dort keine Einzelverbindungen der erfindungsgemäßen Formel genannt. Der Fachmann konnte somit aus dem Stand der Technik weder in einfacher Art und Weise Synthesemöglichkeiten für die beanspruchten Verbindungen entnehmen noch erkennen, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen überwiegend günstig gelegene Mesophasenbereiche aufweisen und sich durch eine große negative Anisotropie der Dielektrizität bei gleich¬ zeitiger niedriger Viskosität auszeichnen.
Weiterhin sind Dibenzoesäureester des 2,3-Dichlorhydro- chinons bekannt (z.B. Bristol et al., J. Org. Chem. 39_, 3138 (1974) oder~Clanderman et al., J. Am. Chem. Soc. 97, 1585 (1975)), die allerdings monotrop sind bzw. sehr kleine Mesophasenbereiche aufweisen. Die von Eidenschink et al. beschriebenen Ester der 4-Hydroxy-2,3-dichlorben- zoesäure (Angew. Chem. 89_, 103 (1977)) besitzen ebenfalls nur schmale Mesophasenbereiche. Die aus der DE OS 29 33 563 bekannten 4-Alkyl-2,3-dichlor- phenyl-4'-alkylbicyclohexyl-4-carbonsäureester erlauben wegen ihrer hohen Viskosität keine technische Anwendung.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde stabile, flüssig- kristalline oder mesogene Verbindungen mit einer großen negativen Anisotropie der Dielektrizität und gleichzeitig geringer Viskosität aufzuzeigen.
Es wurde gefunden, daß die Verbindungen der Formel I als Komponenten flüssigkristalliner Medien vorzüglich geeig- net sind. Insbesondere sind mit ihrer Hilfe stabile flüssigkristalline Medien mit breitem Mesophaεenbereich und vergleichsweise niedriger Viskosität herstellbar.
Mit der Bereitstellung der Verbindungen der Formel I wird außerdem ganz allgemein die Palette der flüssigkri- stallinen Substanzen, die sich unter verschiedenen anwen¬ dungstechnischen Gesichtspunkten zur Herstellung flüssig¬ kristalliner Gemische eignen, erheblich verbreitert.
Die Verbindungen der Formel I besitzen einen breiten An¬ wendungsbereich. In Abhängigkeit von der Auswahl der Sub- stituenten können diese Verbindungen als Basismaterialien dienen, aus denen flüssigkristalline Medien zum überwie¬ genden Teil zusammengesetzt sind; es können aber auch Ver¬ bindungen der Formel I flüssigkristallinen Basismaterialien aus anderen Verbindungsklassen zugesetzt werden, um bei- spielsweise die dielektrische und/oder optische Anisotropie und/oder die Viskosität und/oder die Phasenbereiche und/oder den Tiltwinkel eines solchen Dielektrikums zu varriieren. Die Verbindungen der Formel I eignen sich ferner als Zwi¬ schenprodukte zur Herstellung anderer Substanzen, die sich als Bestandteile flüssigkristalliner Dielektrika verwenden lassen.
Die Verbindungen der Formel I sind in reinem Zustand farb¬ los und bilden flüssigkristalline Mesophasen in einem für die elektrooptische Verwendung günstig gelegenen Tempera¬ turbereich. Chemisch, thermisch und gegen Licht sind sie sehr stabil.
Gegenstand der Erfindung sind somit die Verbindungen der Formel I sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, da¬ durch gekennzeichnet, daß man eine entsprechende Carbon¬ säure oder eines ihrer raktionsfähigen Derivate mit einer entsprechenden Hydroxyverbindung oder einem seiner reak- tionsfähigen Derivate umsetzt.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung der Verbindungen der Formel I als Komponenten flüssigkristal¬ liner Medien. Gegenstand der Erfindung sind ferner flüs- sigkristalline Medien mit einem Gehalt an mindestens einer Verbindung der Formel I, sowie Flüssigkristall-Aήzeige- ele ente, die derartige Medien enthalten. Derartige Medien weisen besonders vorteilhafte elastische Konstanten auf, und eignen sich wegen ihrer niedrigen Δε/ε . , -Werte beson¬ ders für TFT-Mischungen.
Vor- und nachstehen haben R 1, R2 und m die angegebene
Bedeutung, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes ver¬ merkt ist. Die Verbindungen der Formel I umfassen dementsprechend Verbindungen mit zwei Ringen der Teilformeln Ia und Ib:
R1-Cyc-COO-PheF2-R2 Ia
R1-Cyc-CH20-PheF2-R2 Ib
und Verbindungen mit drei Ringen der Teilformeln Ic und Id
R1-Cyc-Cyc-COO-PheF2-R2 Ic R1-Cyc-Cyc-CH20-PheF2-R2 Id
Darunter sind diejenigen der Teilformeln Ia und Ic be¬ sonders bevorzugt.
In den Verbindungen der vor- und nachstehenden Formeln bedeuten R 1 und R2 vorzugsweise Alkyl oder Alkoxy.
Weiterhin bevorzugt sind Verbindungen der vor- und nach- stehenden Formeln, m denen einer der Reste R 1 und R2,
Alkenyl oder Oxaalkyl (z.B. Al oxymethyl) bedeutet.
R 1 und R2 weisen in den vor- und nachstehenden Formeln vorzugsweise 2-12 C-Atome, insbesondere 3-10 C-Atome auf. In R 1 und R2 können auch eine oder zwei CH2-Gruppen er¬ setzt sein. Vorzugsweise ist nur eine CH2-Gruppe ersetzt durch -O-, oder -CH=CH-.
In den vor- und nachstehenden Formeln bedeuten R und
R vorzugsweise Alkyl, Alkoxy oder eine andere Oxaalkyl- gruppe, ferner auch Alkylgruppen, in denen eine oder zwei CH-,-Gruppen durch -CH=CH- ersetzt sein können. Falls R1 und R2 Alkylreste, in denen auch eine ("Alkoxy" bzw. "Oxaalkyl") oder zwei ("Alkoxylakoxy" bzw. "Dioxa- alkyl") nicht benachbarte CH2~Gruppen durch O-Atome er¬ setzt sein können, bedeuten, so können sie geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise sind sie geradkettig, haben 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atome und bedeuten demnach bevorzugt Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy oder Heptoxy, ferner Methyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Octoxy, Non- oxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy oder Tetra- decoxy.
Oxaalkyl bedeutet vorzugsweise geradkettiges 2-Oxypropyl (= Methoxymethyl), 2- (= Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (= 2-Methoxyethyl), 2-, 3- oder 4-0xapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6-Oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Oxadecyl, 1,3-Dioxabutyl (= Methoxymethoxy), 1,3-, 1,4-, 2,4-Dioxa- pentyl, 1,3-, 1,4-, 1,5-, 2,4-, 2,5- oder 3,5-Dioxahexyl, 1,3-, 1,4-, 1,5-, 1,6-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,5-, 3,6- oder 4,6-Dioxahepty1.
Falls R 1 und R2 einen Alkylrest bedeuten, i•n dem eine CH-,-
Gruppe durch -CH = CH- ersetzt ist, so ist die trans-Form bevorzugt. Dieser"Alkenylrest kann geradkettig oder ver¬ zweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und hat 2 bis 10 C-Atome. Er bedeutet demnach besonders Vinyl, Prop-1-, oder Prop-2-enyl, But-1-, 2- oder But-3-enyl, Pent-1-, 2-, 3- oder Pent-4-enyl, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder Hex-5-enyl, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyl, Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder Oct-7-enyl, Non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder Non-8-enyl, Dec-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder Dec-9-enyl. Verbindungen der Formel I mit verzweigten Flügelgruppen
R 1 und/oder R2können gelegentlich wegen einer besseren
Löslichkeit in den üblichen flüssigkristallinen Basisma¬ terialien von Bedeutung sein, insbesondere aber als chi- rale Dotierstoffe, wenn sie optisch aktiv sind. Smektische Verbindungen dieser Art eignen sich,als Komponenten für ferroelektrische Materialien. _
Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Bevorzugte verzweigte Reste Rl und/oder R2 sind Isopropyl, 2-Butyl (= 1-Methyl- propyl), Isobutyl (= 2-Methylpropyl), 2-Methylbutyl, Iso- pentyl (= 3-Methylbutyl), 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl,
2-Ethylhexyl, 2-Propylpentyl, Isopropoxy, 2-Methylpropoxy,
2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, 2-Methylpentoxy, 3-Methyl- pentoxy, 2-Ethylhexoxy, 1-Methylhexoxy, 1-Methylheptoxy,
2-Oxa-3- ethylbutyl, 3-Oxa-4-methylpentyl, 4-Methylhexyl,
2-Nonyl, 2-Decyl, 2-Dodecyl, 6-Methyloctoxy.
Formel I umfaßt sowohl die Racemate dieser Verbindungen als auch die optischen Antipoden sowie deren Gemische.
Unter den Verbindungen der Formeln I sowie Ia bis Id sind diejenigen bevorzugt, in denen mindestens einer der darin enthaltenen Reste eine der angegebenen bevorzugten Bedeutungen hat.
Die Verbindungen der Formel I werden nach an sich bekann- ten Methoden hergestellt, wie sie in der Literatur (z. B. in den Standardwerken wie Houben-Weyl, Methoden der Orga¬ nischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart) beschrie¬ ben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Da- bei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen. Die Ausgangsstoffe können gewünschtenfalls auch in situ gebildet werden, derart, daß man sie aus dem Reaktions¬ gemisch nicht isoliert, sondern sofort weiter zu den Ver¬ bindungen der Formel I umsetzt.
Verbindungen der Formel I sind ausgehend von 1,2-Difluor- benzol zugänglich. Dieses wird nach bekanntem Verfahren
(z.B. A.M. Roe et al., J. Chem. Soc. Chem. Comm., 22,
582 (1965)) metalliert und mit dem entsprechenden Elektro-
2 phil umgesetzt. Mit dem so erhaltenen 1-R -2,3-Difluro- benzol läßt sich diese Reaktionssequenz ein zweites Mal z.B. mit tert.-Butylhydroperoxid als Elektrophil durchfüh- ren und man gelangt so zu den 2,3-Dιfluor-4-R 2-phenolen.
2 . . . .
1,2-Dιfluorbenzol bzw. 1-R -2,3-Dιfluorbenzol wird in einem inerten Lösungsmittel wie Diethylether, Tetrahydrofuran, Dirnethoxyethan, tert-Butylmethylether oder Dioxan, Kohlen¬ wasserstoffen wie Hexan, Heptan, Cyclohexan, Benzol oder Toluol oder Gemischen dieser Lösungsmittel gegebenenfalls unter Zusatz eine Komplexierungsmittels wie Tetramethyl- ethylendiamin (TMEDA) oder Hexamethylphosphorsäuretriamid _ mit Phenyllithium, Lithiu tetramethylpiperidin, n-, sek- oder tert-Butyllithium bei Temperaturen von -100 °C bis +50 °C vorzugsweise -78 °C bis 0 °C umgesetzt.
Die Lithium-2,3-difluorphenyl-Verbindungen werden bei -100 °C bis 0 °C vorzugsweise bei -50 °C mit den ent- sprechenden Elektrophilen umgesetzt. Geeignete Elektro- phile sind Aldehyde, Ketone, Nitrile, Epoxide, Carbon¬ säure-Derivate wie Ester, Anhydride oder Halogenide, Halogenameisensäureester oder Kohlendioxid. Zur Umsetzung mit aliphatischen oder aromatischen Halogen- Verbindungen werden die Lithium-2,3-difluorphenyl-Verbin- dungen transmetalliert und unter Übergangsmetallkatalyse gekoppelt. Besonders geeignet sind hierfür die Zink- (vgl. DE OS 36 32 410) oder die Titan-2,3-difluorphenyl-Verbin¬ dungen (vgl. DE OS 37 36489).
Die Verbindungen der Formel I können hergestellt werden durch Veresterung entsprechender Carbonsäuren (oder ihrer reaktionsfähigen Derivate) mit Alkoholen bzw. Phenolen (oder ihren reaktionsfähigen Derivaten) erhalten werden.
Als reaktionsfähige Derivate der genannten Carbonsäuren eignen sich insbesondere die Säurehalogenide, vor allem die Chloride und Bromide, ferner die Anhydride, z. B. auch gemischte Anhydride, Azide oder Ester, insbesondere Alkylester mit 1-4 C-Atomen in der Alkylgruppe.
Als reaktionsfähige Derivate der genannten Alkohole bzw. Phenole kommen insbesondere die entsprechenden Metall- alkoholate bzw. Phenolate, vorzugsweise eines Alkali¬ metalls wie Na oder K, in Betracht.
Die Veresterung wird vorteilhaft in Gegenwart eines iner¬ ten Lösungsmittels durchgeführt. Gut geeignet sind ins¬ besondere Ether wie Diethylether, Di-n-butylether, THF, Dioxan oder Anisol, Ketone wie Aceton, Butanon oder Cyclo- hexanon, Amide wie DMF oder Phosphorsäure-hexamethyltri- amid, Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol oder Xylol, Halogenkohlenwasserstoffe wie Tetrachlorkohlenstoff oder Tetrachlorethylen und Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid oder Sulfolan. Mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel können gleichzeitig vorteilhaft zum azeotropen Abdestillieren des bei der Veresterung gebildeten Wassers verwendet wer- den. Gelegentlich kann auch ein Überschuß einer organi¬ schen Base, z.B. Pyridin, Chinesin oder Triethylamin als Lösungsmittel für die Veresterung angewandt werden. Die Veresterung kann auch in Abwesenheit eines Lösungsmittels, z.B. durch einfaches Erhitzen der Komponenten in Gegenwart von Natriumacetat, durchgeführt werden. Die Reaktionstem¬ peratur liegt gewöhnlich zwischen -50 ° und +250 °, vor¬ zugsweise zwischen -20 ° und +80 °. Bei diesen Tempera¬ turen sind die Veresterungsreaktionen in der Regel nach 15 Minuten bis 48 Stunden beendet.
Im einzelnen hängen die Reaktionsbedingungen für die Ver¬ esterung weitgehend von der Natur der verwendeten Ausgangs¬ stoffe ab. So wird eine freie Carbonsäure mit einem freien Alkohol oder Phenol in der Regel in Gegenwart einer star¬ ken Säure, beispielsweise einer Mineralsäure wie Salzsäure oder Schwefelsäure, umgesetzt. Eine bevorzugte Reaktions¬ weise ist die Umsetzung eines Säureanhydrids oder insbe¬ sondere eines Säurechlorids mit einem Alkohol, vorzugsweise in einem basischen Milieu, wobei als Basen insbesondere Alkalimetallhydroxide wie Natrium- oder Kaliumhydroxid, Alkalimetallcarbonate bzw. -hydrogencarbonate wie Natrium- carbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat oder Kaliumhydrogencarbonat, Alkalimetallacetate wie Natrium¬ oder Kaliumacetat, Erdalkalimetallhydroxide wie Calcium- hydroxid oder organische Basen wie Triethylamin, Pyridin, Lutidin, Collidin oder Chinolin von Bedeutung sind. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Veresterung besteht darin, daß man den Alkohol bzw. das Phenol zunächst in das Natrium- oder Kaliumalkoholat bzw. -phenolat überführt, z.B. durch Behandlung mit ethanolischer Natron- oder Kali- lauge, dieses isoliert und zusammen mit Natriumhydrogen- carbonat oder Kaliumcarbonat unter Rühren in Aceton oder Diethylether suspendiert und diese Suspension mit einer Lösung des SäureChlorids oder Anhydrids in Diethylether, Aceton oder DMF versetzt, zweckmäßig bei Temperaturen zwischen etwa -25 ° und +20 °.
Die Methylether der Formel I können durch bekannte Ver- etherungen dargestellt werden, z.B. indem eine Verbindung der Formel
worin Z. OH, OMe, SH oder SMe bedeutet, wobei Me ein Äqui¬ valent eines Metallkations und Hai ein Halogenatom, vor¬ zugsweise Chlor oder Brom ist, mit einer Verbindung der Formel
worin Zß -CH2-Hal bedeutet, in Gegenwart einer Base umsetzt. Die Reste R-, und R2 haben dabei die bei der Formel (I) an¬ gegebenen Bedeutungen. Die Reaktionsbedingungen für diese Ethersynthesen sind die für derartige Umsetzungen üblichen; als Lösungsmittel werden polare, aprotische verwendet, zum Beispiel Dirnethylsulfoxid, N,N-Dimethylformamid oder N-Me- thylpyrrolidon; als Basen dienen vorzugsweise Alkalisalze schwacher Säuren, zum Beispiel Natriumacetat, Kaliumcar- bonat oder Natriumcarbonat. Die Reaktionen können bei Temperaturen zwischen 0 °C und dem Siedepunkt der am nied¬ rigsten siedenden Komponente des Reaktionsgemisches durch- geführt werden; es hat sich als besonders vorteilhaft er¬ wiesen, Temperaturen zwischen 60 und 120 °C anzuwenden. Die Ausgangsmaterialien sind zum Teil bekannt, zum Teil können sie analog zu bekannten Verbindungen nach Stan¬ dardverfahren der synthetischen organischen Chemie herge- stellt werden.
Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien enthalten vorzugsweise neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Verbindungen als weitere Bestandteile 2 bis 40, insbeson¬ dere 4 bis 30 Komponenten. Ganz besonders bevorzugt ent- halten diese Medien neben einer oder mehreren erfindungs¬ gemäßen Verbindungen 7 bis 25 Komponenten. Diese weiteren Bestandteile werden vorzugsweise ausgewählt aus nemati- schen oder nematogenen (monotropen oder isotropen) Sub¬ stanzen, insbesondere Substanzen aus den Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan-carbonsäure- phenyl- oder cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexyl- ester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexyl- ester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexyl- phenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsaure, bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclo- hexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexyl- cyclohexylcyclohexene, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4'- Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyl- dioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2-Di- phenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, l-Phenyl-2-cyclo- hexylethane, l-Cyclohexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane, l-Cyclohexyl-2-biphenylylethane, l-Phenyl-2-cyclohexyl- phenylethane, gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren. Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.
Die wichtigsten als weitere Bestandteile erfindungsgemäßer Medien in Frage kommenden Verbindungen lassen sich durch die Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 charakterisieren:
R'- -E-R" 1 R'-L-COO-E-R" 2
R'-L-OOC-E-R" 3
R'-L-CH2CH2-E-R" 4
R'-L-C≡C-E-R" 5
In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten L und E, die gleich oder verschieden sein können, jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebil¬ deten Gruppe, wobei Phe unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen, Cyc trans-l,4-Cyclo- hexylen oder 1,4-Cyclohexenylen, Pyr Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio l,3-Dioxan-2,5-diyl und G 2-(trans-1,4-Cyclohexyl)-ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl bedeuten.
Vorzugsweise ist einer der Rest L und E Cyc, Phe oder
Pyr. E ist vorzugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugs¬ weise enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E ausgewählt sind aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und gleichzeitig eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin einer der Reste L und E ausgewählt ist aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und der andere Rest ausgewählt ist aus der Gruppe -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-, und gegebenen- falls eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E ausgewählt sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.
R1 und R" bedeuten in einer bevorzugten Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 jeweils unab¬ hängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen (Gruppe 1). Bei den meisten dieser Verbindungen sind R* und R" von¬ einander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl oder Alkenyl ist. In einer weiteren bevorzugten
Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeutet R" -CN, -CF3, F, Cl oder -NCS; R hat dabei die bei den Verbindungen der Gruppe 1 angegebene Bedeu¬ tung und ist vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl (Gruppe 2). Aber auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten in den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 sind ge¬ bräuchlich. Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich. Alle diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.
Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise neben Komponenten aus der Gruppe 1 auch Komponenten aus der Gruppe 2, deren Anteile vorzugsweise wie folgt sind:
Gruppe 1: 20 bis 90 %, insbesondere 30 bis 90 %, Gruppe 2: 10 bis 80 %, insbesondere 10 bis 50 %, wobei die Summe der Anteile der erfindungsgemäßen Verbin¬ dungen und der Verbindungen aus den Gruppen 1 und 2 bis zu 100 % ergeben.
Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise 1 bis 40 %, insbesondere vorzugsweise 5 bis 30 % an er¬ findungsgemäßen Verbindungen. Weiterhin bevorzugt sind Medien, enthaltend mehr als 40 %, insbesondere 45 bis 90 % an erfindungegemäßen Verbindungen. Die Medien ent¬ halten vorzugsweise drei, vier oder fünf erfindungs- gemäße Verbindungen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Medien erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel werden die Kompo¬ nenten ineinander gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Tempe¬ ratur. Durch geeignete Zusätze können die flüssigkristal- linen Phasen nach der Erfindung so modifiziert werden, daß sie in allen bisher bekannt gewordenen Arten von Flüssigkristallanzeigeelementen verwendet werden können. Derartige Zusätze sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben (H. Kelker/R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim,
1980). Beispielsweise können pleochroitische Farbstoffe zur Herstellung farbiger Guest-Host-Systeme oder Sub¬ stanzen zur Veränderung der dielektrischen Anisotropie, der Viskosität und/oder der Orientierung der nematischen Phasen zugesetzt werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen, mp. = Schmelzpunkt, cp. = Klärpunkt. Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtspro¬ zent; alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben. "Übliche Aufarbeitung" bedeutet: man gibt Wasser hinzu, extrahiert mit Methylenchlorid, trennt ab, trocknet die organische Phase, dampft ein und reinigt das Produkt durch Kristallisation und/oder Chromatographie. Es bedeuten ferner:
K: Kristallin-fester Zustand, S: smektische Phase (der Index kennzeichnet den Phasentyp), N: nematischer Zu¬ stand, Ch: cholesterische Phase, I: isotrope Phase. Die zwischen zwei Symbolen stehende Zahl gibt die Um¬ wandlungstemperatur in Grad Celsius an.-.
Durch TM wird der Schmelzpunkt, durch T-, der Klärpunkt bezeichnet; die Temperaturen sind in Grad Celsius ange¬ geben.
Beispiel 1:
0.1 mol 2,3-Difluor-4-ethylphenol (herstellbar aus o-Di- fluorbenzol durch Umsetzung mit Butyllithium in Gegenwart von Kaliumtertiärbutylat bei -90 bis 100° in Tetrahydro- furan (THF), Alkylierung der Kaliumverbindung mit Ethyl- bromid/l,3-Dime hyltetrahydro-2-(lH)-pyrimidinon (DMPU), Isolierung des 2,3-Difluorethylbenzols, erneute Metal- lierung und Umsetzung mit N-Formylpiperidin zum Aldehyd, dessen Oxidation nach Baeyer-Villiger zum Formiat und an¬ schließende Hydrolyse), 0,1 mol Kaliumcarbonat und 0.1 mol trans-4-Pentyl-l-brommethylcyclohexan werden in 100 ml Di¬ rnethylformamid 15 Stunden auf 120° erhitzt. Man filtriert von den anorganischen Salzen ab, engt bis fast zur Trockne ein, nimmt den Rückstand in Dichlormethan auf, wäscht mit Wasser und trocknet. Nach dem Abdestillieren des Lösungs- mittels erhält man trans-(4-Pentylcyclohexyl)-methoxy- 2,3-difluor-4-ethylbenzol.
Analog werden hergestellt:
trans-(4-Pentylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-propyl- benzol trans-(4-Pentylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-butyl- benzol trans-(4-Pentylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-pentyl- benzol trans-(4-Pentylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-heptyl- benzol
trans-(4-Butylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-ethyl- benzol ___ trans-(4-Butylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-propyl- benzol trans-(4-Butylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-butyl- benzol trans-(4-Butylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-pentyl- benzol trans-(4-Butylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-heptyl- benzol trans-(4-Butylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-methoxy- methylbenzol trans-(4-Butylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-but-3- enylbenzol
trans-(4-Propylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-ethyl- benzol trans-(4-Propylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-propyl- benzol trans-(4-Propylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-butyl- benzol trans-(4-Propylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-pentyl- benzol trans-(4-Propylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-heptyl- benzol trans-( -Propylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-methoxy- methylbenzol trans-(4-Propylcyclohexyl)-methoxy-2,3-difluor-4-but-3- enylbenzol trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl-methoxy- 2,3-difluor-4-ethyl-benzol trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl-methoxy- 2,3-difluor-4-propyl-benzol trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl-methoxy- 2,3-difluor-4-butyl-benzol trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl-methoxy- 2,3-difluor-4-pentyl-benzol trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl-methoxy- 2,3-difluor-4-heptyl-benzol trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl-methoxy- 2,3-difluor-4-methoxymethyl-benzol trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl-methoxy- 2,3-difluor-4-but-3-enyl-benzol
Beispiel 2:
Durch Lithiierung von o-Difluorbenzol und Umsetzung mit Octanal, Dehydratisierung und Hydrierung erhält man 2,3- Difluoroctylbenzol und daraus wie im vorhergehenden Bei¬ spiel über die FormylVerbindung das 4-Octyl-2,3-difluor- phenol.
0.1 mol dieses Phenols, 0.1 mol trans-4-Butylcyclohexan¬ carbonsaure und 0.01 mol 4-Dimethylaminopyridin werden in 150 ml Dichlormethan vorgelegt, bei 10° unter Rühren die Lösung von 0.1 mol Dicyclohexylcarbodiimid in 30 ml Di- chlormethan zugetropft und anschließend 15 Stunden bei
Raumtemperatur nachgerührt. Man saugt über Kieselgel ab, verdampft das Lösungsmittel und erhält als Rückstand (2,3-Difluor-4-octylphenyl)-trans-4-butylcyclohexanoat.
Analog werden hergestellt:
(2,3-Difluor-4-pentylphenyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat T-. = 13, c = 28,5 (2,3-Difluor-4-propylphenyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-heptylphenyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-butoxymethyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-propoxymethyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-(but-3-enyl)-phenyl)-trans-4-pentylcyclo- hexanoat
Beispiel 3:
Analog Beispiel 2 wird 2,3-Difluor-4-pentylphenol erhalten und mit trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexancarbon- säure verestert. Übliche Aufarbeitung ergibt (2,3-Difluor- 4-pentylphenyl)-trans-4-(trans-4-pentylcyclohexyl)cyclo- hexanoat.
Analog werden hergestellt:
(2,3-Difluor-4-pentylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat; T- = 180
(2,3-Difluor-4-ethylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat
(2,3-Difluor-4-propylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat (2,3-Difluor-4-butylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat
(2,3-Difluor-4-heptylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat
(2,3-Difluor-4-ethylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat
(2,3-Difluor-4-propylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat
(2,3-Difluor-4-butylphenyl)-trans-4-(trans-4-propylcyclo- hexyl)-cyclohexanoat Beispiel 4 :
Analog Beispiel 1 wird durch Metallierung von o-Difluor- benzol mit Butyllithium/Kaliumtertiärbutylat und Umsetzung mit Ethoxyethylbromid 2,3-Difluorethoxyethylbenzol und dar- aus über den Aldehyd das 2,3-Difluor-4-ethoxyethylphenol erhalten. Alkylierung mit trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)- 1-brommethylcyclohexan in Gegenwart von Kaliumcarbonat und Dirnethylformamid (DMF) als Lösungsmittel ergibt l-[trans- 4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy-2,3-di- fluor-4-ethoxyethylbenzol.
Analog werden hergestellt:
1-[trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy- 2,3-difluor-4-pentylbenzol; T-, = 35, Tc = 118
1-[trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy- 2,3-difluor-4-ethoxymethylbenzol
1-[trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy- 2,3-difluor-4-propoxymethylbenzol
1-[trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy- 2,3-difluor-4-butoxymethylbenzol
l-[trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy-
2,3-difluor-4-ethylbenzol
1-[trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy-
2,3-difluor-4-propylbenzol
1-[trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy- 2,3-difluor-4-butylbenzol
1-[trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexyl]-methoxy-
2,3-difluor-4-pentylbenzol Beispiel 5 :
Durch Lithiierung von o-Difluorbenzol mit Butyllithium/ Tetramethylethylendia in (TMEDA) in THF bei -70 bis -80° und Umsetzung mit fester Kohlensäure, Reduktion der Säure mit Lithiumalanat, Überführung des Alkohols in das Tosylat und Umsetzung mit Natriumpentanolat erhält man 2,3-Difluor- pentyloxymethylbenzol. Wie in Beispiel 1 beschrieben, wird daraus das Phenol und durch Veresterung mit trans-4-Propyl- cyclohexancarbonsäure (2,3-Difluor-4-pentyloxymethylphenyl)- trans-4-propylcyclohexanoat erhalten.
Analog werden hergestellt:
(2,3-Difluor-4-(hex-2-enyl)-phenyl)-tr ns-4-propylcyclo- hexanoat
(2,3-Difluor-4-pentyl-phenyl)-trans-4-ethylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-pentyl-phenyl)-trans-4-butylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-pentyl-phenyl)-trans-4-heptylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-(pent-2-enyl)-phenyl)-trans-4-butylcyclo- hexanoat (2,3-Difluor-4-(hex-2-enyl)-phenyl)-trans-4-butylcyclo- hexanoat
(2,3-Difluor-4-pentyl-phenyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-hexyl-phenyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-heptyl-phenyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat (2,3-Difluor-4-octyl-phenyl)-trans-4-pentylcyclohexanoat
Beispiel 6:
Zu einer Lösung von 0.01 mol 1-Hexin und 5 ml Hexan fügt man 10 ml einer 20%igen Lösung von Diisobutylaluminium- hydrid in Hexan und erwärmt 3 Stunden auf 50°. Anschließend kühlt man auf 25° ab, tropft 6,3 ml einer 15%igen Lösung Butyllithium in Hexan und nach 30 min 0.01 mol 2,3-Difluor- 4(trans-4-pentylcyclohexyl)-methoxybenzylbromid, gelöst in 15 ml Tetrahydrofuran, zu und erhitzt 12 Stunden unter Rückfluß. Nach der Aufarbeitung erhält man 2,3-Difluor- 4(trans-4-pentylcyclohexyl)methoxy-trans-hept-2-enylbenzol.
Das erforderliche Benzylbromid stellt man her aus 2,3- Difluor-(trans-4-pentylcyclohexyl)-methoxybenzol durch Lithiierung, Umsetzung mit N-Formylpiperidin, Reduktion des Aldehyds mit Natriumborhydrid und Umsetzung des Benzylalkohols mit Dibromtriphenylphosphoran.
Analog werden hergestellt:
2,3-Difluor-4-(trans-pentylcyclohexyl)-methoxy-pentoxy- methylbenzol
2,3-Difluor-4-(trans-pentylcyclohexyl)-methoxy-hexoxy- mehtylbenzol 2,3-Difluor-4-(trans-pentylcyclohexyl)-methoxy-heptoxy- methylbenzol
2,3-Difluor-4-(trans-pentylcyclohexyl)-methoxy-pentyl- benzol
2,3-Difluor-4-(trans-pentylcyclohexyl)-methoxy-hexyl- benzol
2,3-Difluor-4-(trans-pentylcyclohexyl)-methoxy-heptyl- benzol
Die folgenden Beispiele betreffen erfindungsgemäße flüssigkristalline Medien:
Beispiel A
Ein flüssigkristallines nematisches Medium bestehend aus
10 % p-trans-4-Ethylcyclohexyl-benzonitril, 10 % p-trans-4-Butylcyclohexyl-benzonitril, 5 % p-Ethylbenzoesäure-(4-cyan-4-fluorphenylester), 5 % p-Propylbenzoesäure-(4-cyan-4-fluorphenylester), 5 % p-Pentylbenzoesäure-(4-cyan-3-fluorphenylester), 15 % trans,trans-4-Ethoxy-4'-pentylcyclohexylcyclohexan, 5 % trans-4-Propylcyclohexancarbonsäure-(p-methoxyphenyl- ester),
5 % trans-4-Butylcyclohexancarbonsäure-(p-methoxyphenyl- ester), _
5 % trans-4-Butylcyclohexancarbonsäure-(p-ethox_~phenyl- ester), 5 % trans-4-Pentylcyclohexancarbonsäure-(p-ethoxyphenyl- ester), 5 % trans-4-Pentylcyclohexancarbonsäure-(p-methoxyphenyl- ester), 5 % (2,3-Difluor-4-pentyloxymethylphenyl)-trans-4-propyl- cyclohexanoat,
5 % trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexancarbon- säure-(p-propylphenylester), 5 % trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexancarbon¬ saure-(p-pentylphenylester), 5 % trans-4-(trans-4-Butylcyclohexyl)-cyclohexancarbon- säure-(p-propylphenylester) und 5 % (2,3-Difluor-4-pentylphenyl)-trans-4-(trans-4-pentyl- cyclohexyl)-cyclohexanoat
zeigt gute Multiplexeigenschaften.

Claims

Patentansprüche
1. Derivate des 2,3-Difluorphenols der Formel I,
worin
R 1 und R2 j.ewei.ls unabhängig voneinander eine Alkyl¬ gruppe mit 1 bis 15 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH2-Grup- pen durch -0-, -CO-, -CH=CH- und/oder
-C≡C- ersetzt sein können,
m 1 oder 2, und
Q -CO- oder -CH-,- bedeutet.
2. Verfahren zur Herstellung der Derivate des 2,3 Di- fluorphenols nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Difluorphenol der Formel
oder eines seiner reaktionsfähigen Derivate mit einer Cyclohexancarbonsaure der Formel
oder einem ihrer reaktionsfähigen Derivate verestert, oder mit einer Hydroxyverbindung der Formel
oder einem ihrer reaktionsfähigen Derivate verethert.
3. Verwendung der Derivate nach Anspruch 1 als Kompo¬ nenten flüssigkristalliner Medien.
4. Flüssigkristallines Medium mit mindestens zwei flüssig¬ kristallinen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente ein Derivat nach An¬ spruch 1 ist.
5. Elektrooptisches Anzeigeelement, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß es als Dielektrikum ein Medium nach Anspruch 4 enthält.
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