新型液晶化合物－對正丙氧基肉桂酸－2－氟－4－羥基苯腈酯及其製備方法
2023-05-16 01:23:21
專利名稱：新型液晶化合物－對正丙氧基肉桂酸－2－氟－4－羥基苯腈酯及其製備方法
技術領域：
本發明涉及有機合成技術領域，尤其是涉及一種含有氟原子和氰基的取代肉桂酸酯類有機液晶化合物及製備方法和用途。
背景技術：
近年來，液晶化合物和液晶材料成為應用化學和材料化學研究的熱點之一，在電子學、光學、聲學、生物工程、化學工業等各方面得到了廣泛的應用，而其中最廣泛和最重要的是它在電子顯示方面的應用。隨著信息產業的發展，對液晶材料的要求也在不斷的提高。雖然有關液晶材料方面的報導已有很多，但它們並不全部適合用於顯示器件中，因為顯示用的液晶材料必須滿足較寬工作溫度範圍、較低的工作電壓、低黏度、快速響應、高穩定性等要求。
以2-氟-4-羥基苯腈為中間體的液晶化合物兼有含氟液晶和氰基液晶的優點，是滿足上述條件、代表液晶發展趨勢的一類重要的液晶化合物，而2-氟-4-羥基苯腈也因此成為液晶化學工業中重要的中間體。該中間體最早在1982年由日本Sumitomo Chemical Co.Ltd.首先合成，此後人們使用該中間體合成了數百種液晶化合物，這些化合物都具有高清亮點、寬液晶工作範圍、低黏度的優點，適合作為性能優良的顯示液晶材料的組成成分。
發明內容
本發明的目的是提供一種含有氟原子和氰基的取代肉桂酸酯類液晶化合物，其結構式為 該化合物具有化學性質穩定、清亮點高、液晶範圍寬的優點，是潛在的液晶顯示材料的組成成分。
該化合物是通過有機合成技術製成的。合成該化合物的方法的要點為1)以乙醇-水溶液為混合溶劑，其中乙醇的體積百分比為70％～95％；加入可溶性鹼金屬氫氧化物使溶液的酸鹼度達到pH＞10，在溶劑中加入滷代正丙烷(滷素原子包括氟、氯、溴原子)和對羥基肉桂酸，兩者的物質的量之比為2～5∶1，對羥基肉桂酸在溶液中的質量分數為5％～30％。在這一條件下，使兩者發生縮合反應。反應溫度為50～80℃。
2)縮合反應完畢後，用可溶性鹼金屬氫氧化物的乙醇-水混合溶劑溶液與上一步反應所得的混合液反應，通過水解反應除去步驟1)中生成的副產物，製得純的對正丙氧基肉桂酸。所用的可溶性氫氧化物與步驟1)中所使用的對羥基肉桂酸的物質的量之比為2～5∶1，反應體系的pH＞12，反應溫度為50～80℃，混合溶劑中乙醇的體積百分比為60％～80％。
X＝Cl，Br，I3)以DCC(N，N-二環己基碳二亞胺)為脫水劑，DMAP(N，N-二甲氨基吡啶)為催化劑，無水四氫呋喃為溶劑，促使對正丙氧基肉桂酸和2-氟-4-羥基苯腈通過脫水縮合反應，生成目標化合物對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯。DCC、對正丙氧基肉桂酸、2-氟-4-羥基苯腈、DMAP的物質的量之比為1～1.5∶1～2∶1∶0.01～0.02，2-氟-4-羥基苯腈在溶液中的起始質量分數為5％～20％。反應溫度為0～30℃。
通過以下實驗將有助於理解本發明，但以下實驗不限制本發明的內容。
實施11)將0.01mol對羥基肉桂酸與0.02mol氫氧化鉀溶於40ml95％(體積分數)乙醇中，再以約1ml/min的速度逐滴加入0.03mol溴代正丙烷，回流反應24h，再加入0.02mol氫氧化鉀的70％(體積分數)乙醇溶液計14ml，繼續回流2h。加入水100ml，濃鹽酸20ml，加熱15min後，冷卻過濾，以蒸餾水洗滌、乾燥，再以95％(體積分數)乙醇重結晶，得到對正丙氧基肉桂酸，為白色片狀晶體，產率50％。
2)在三口燒瓶中加入0.01mol對正丙氧基肉桂酸和20ml無水四氫呋喃，攪拌使其完全溶解後，加入0.01mol的DCC(N，N-二環己基碳二亞胺)，待出現混濁現象後，將0.01mol2-氟-4-羥基苯腈和少量DMAP[4-(N，N-二甲氨基)吡啶]溶解在20ml無水四氫呋喃中配成溶液，緩慢滴入燒瓶中，在10℃左右攪拌24h，反應完畢後，過濾除去副產物N，N-二環己基脲，在濾液中加蒸餾水使產物沉澱出來，乾燥後通過柱層析分離得純品0.5g，產率約15％。
實施21)將0.02mol對羥基肉桂酸與0.05mol氫氧化鉀溶於100ml95％(體積分數)乙醇中，再加入0.03mol溴代正丙烷，回流反應48h。之後加入0.03mol氫氧化鉀的70％(體積分數)乙醇溶液計35ml，繼續回流2h。加入水100ml，濃鹽酸40ml，混合均勻，加熱20min後，冷卻過濾，以蒸餾水洗滌、乾燥，再以95％(體積分數)乙醇重結晶，得到對正丙氧基肉桂酸，為白色片狀晶體，產率52％。
2)在三口燒瓶中加入0.015mol對正丙氧基肉桂酸和50ml無水四氫呋喃，攪拌使其完全溶解後，加入0.01mol的DCC(N，N-二環己基碳二亞胺)，待出現混濁現象後，將0.015mol2-氟-4-羥基苯腈和少量DMAP[4-(N，N-二甲氨基)吡啶]完全溶解在35ml無水四氫呋喃中配成溶液，緩慢滴入燒瓶中，在20℃左右攪拌24h，反應完畢後，過濾除去副產物N，N-二環己基脲，在濾液中加蒸餾水使產物沉澱出來，乾燥後通過柱層析分離得純品0.8g，產率約17％。
通過IR，1H NMR方法對所合成的化合物進行表徵，以確認其結構。
IR(紅外光譜) 氰基(1，C≡N鍵伸縮振動，2236cm-1)苯環(2，苯環碳骨架伸縮振動，1602，1572，1510cm-1)羰基(3，C＝O伸縮振動，1740cm-1)碳氧單鍵(4，C-O-C伸縮振動，1257，1126cm-1)1HNMR(核磁共振氫譜) 質子1δ＝6.74×10-6，s＝1.02質子2δ＝7.01×10-6，s＝2.08質子3δ＝7.78×10-6，s＝1.98
質子4δ＝7.01×10-6，s＝2.08質子5δ＝7.35×10-6，s＝1.0質子6δ＝7.62×10-6，s＝1質子7δ＝8.05×10-6，s＝1.06質子8δ＝0.98×10-6，s＝3.02質子9δ＝1.73×10-6，s＝2.03質子10δ＝4.00×10-6，s＝1.94由此確認所合成的化合物的結構與預期一致。
通過DSC(示差量熱掃描)和POM(正交偏光顯微鏡)對所合成的化合物的液晶相變性質進行表徵。
通過示差量熱掃描分析發現所合成的化合物的相變行為為K 102.4 N 113.2 I 111.9 N 87.8 K符合熱致液晶的相變行為。
通過正交偏光顯微鏡對所合成的樣品進行觀察，常溫下樣品在偏光顯微鏡下呈現棒狀晶體，將樣品以5℃/min的速率加熱，至約103℃時樣品熔解進入液晶態，視野中出現大量液滴，液滴中出現眾多黑色條紋，交叉處出現十字消光現象，呈現出典型的條紋織構，並且迅速流動，表明樣品目前以向列相存在。再加熱至115℃，紋影織構迅速減小消失，視野呈現一片黑色，表明樣品已轉化為各向同性液體。降溫時，視野中先在112℃出現黃色背景的紋影織構，再在約85℃結晶重新變為晶體。這說明對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯是一種互變熱致液晶。
以上關於液晶性質的測試結果說明對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯適合用作液晶顯示器中所用的液晶複合物的理想的組成成分，適合用於TN、STN、TFT等液晶顯示器所用的液晶複合材料中。
權利要求
1.一種新型液晶化合物—對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯，其結構式為
2.一種新型液晶化合物—對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯的製備方法，其特徵在於1)在pH＞10的酸鹼度、50～80℃的溫度下，通過Williamson縮合反應使滷代正丙烷和對羥基肉桂酸縮合成對正丙氧基肉桂酸，2)縮合完畢後，以強鹼在乙醇-水混合溶劑中的溶液在50～80℃條件下通過水解反應除去反應步驟1)中生成的副產物，3)以DCC(N，N-二環己基碳二亞胺)為脫水劑，DMAP(N，N-二甲氨基吡啶)為催化劑，在0～30℃下反應，促使對正丙氧基肉桂酸和2-氟-4-羥基苯腈脫水縮合成對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯。
3.一種新型液晶化合物—對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯在混配液晶中的應用，其特徵在於混配液晶中含有以結構式(1)為特徵的化合物。
4.如權利要求3所述的一種新型液晶化合物—對正丙氧基肉桂酸-2-氟-4-羥基苯腈酯在混配液晶中的應用，其特徵在於液晶顯示器電極對間含有以結構式(1)為特徵的化合物。
全文摘要
本發明涉及一種含氟氰基肉桂酸酯類液晶化合物及其製備方法。該化合物的化學結構為對正丙氧基肉桂酸－2－氟－4－羥基苯腈酯。其製備方法的特徵為通過Williamson醚化反應在肉桂酸(3－苯基丙烯酸)的4－位上引入烷氧基，再通過DCC脫水縮合，促使取代肉桂酸和2－氟－4－羥基苯腈縮合生成所需的化合物。本發明還涉及該化合物的用途，該化合物可以用於混配液晶中，還可應用於各類液晶顯示器中。
文檔編號C09K19/10GK1730470SQ20051004371
公開日2006年2月8日 申請日期2005年6月8日 優先權日2005年6月8日
發明者任銳, 張書聖, 李強, 宋修豔, 黃學青 申請人:青島科技大學