JPH08802B2 - 光学活性化合物およびそれを用いたスメクチツク液晶組成物 - Google Patents

光学活性化合物およびそれを用いたスメクチツク液晶組成物

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JPH08802B2
JPH08802B2 JP61079204A JP7920486A JPH08802B2 JP H08802 B2 JPH08802 B2 JP H08802B2 JP 61079204 A JP61079204 A JP 61079204A JP 7920486 A JP7920486 A JP 7920486A JP H08802 B2 JPH08802 B2 JP H08802B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、表示素子又は電気光学素子に用いられる光
学活性アミド化合物およびそれを用いた強誘電性スメク
チック液晶組成物に関するものである。
[従来の技術] 従来、時計電卓等の表示部に用いられているネマチッ
ク液晶を使用した液晶表示素子は、その応答速度が、他
の表示素子たとえば、発光ダイオードよりも非常に遅い
ため、高速の応答が必要とされる分野、たとえば、光通
信、プリンターヘッドへの液晶表示素子への応用は制限
されていた。
最近、高速の応答性を示す液晶表示素子として、強誘
電性を示すスメクチック液晶を使用した液晶表示素子が
報告され(例えば、N.A.Clark,S.T.Lagerwall,Appl.Phy
s.Lett.36,899(1980))注目を集めている。
強誘電性を示すスメクチック液晶としては、カイラル
スメクチックC相と、カイラルスメクチックH相があ
り、これらは層状構造を示し、液晶分子が層の積み重ね
方法に対して垂直でなく傾むいている。この傾むき方向
が、層の積み重ね芳香に対して、らせんを巻くように液
晶分子は配列しており、この層と平行で、かつ液晶分子
に垂直な芳香に自発分極が発生し強誘電性を示す。この
らせん構造が強誘電性を示す原因と考えられている。強
誘電性を示す材料は、電界に対して強誘電体としての応
答性を示し、電界の向きに応じて自発分極の向きを反転
させて再配列する。
このとき、応答性は自発分極が大きく、粘度が低いほ
ど同じ電界強度に対しより高速となることが知られてい
る。また、強誘電性スメクチック液晶を用いた素子はメ
モリー性があり、このメモリー性を利用して高密度の表
示を行なう研究も開発になされている。
[発明の解決しようとする問題点] 従来、強誘電性スメクチック液晶としては、シツフ塩
基型の下記に示すような化合物が多く研究されてきた。
p−デシルオキシベンジリデン−p′−アミノ−2−
メチルブチル−桂皮酸エステル(DOBAMBC) しかし、このようなシツフ塩基型化合物は加水分解し
やすいため、水分によって分解しやすい問題点があっ
た。
また、カイラルスメクチックC相を示すエステル型化
合物として、下記に一般式(II)で示すような化合物も
知られていた。
(G.W.Gray等 Mol.Cryst.Liq.Cryst.,1976,37189−21
1) (Rは、炭素数5〜10の直鎖状アルキル基) しかしながら、このエステル化合物は水分には耐える
もののその自発分極の値が小さいという問題点を有して
いた。
さらに最近、自発分極の大きな化合物として、DOBA−
1−MBCと略称される下記の構造の化合物が吉野等(K.Y
OSHINO等、J.J.A.P.,1984,23 L 175−177)によって報
告されている。
しかし、この化合物もシツフ塩基型であるため水分に
よって分解しやすい欠点を有している。
[問題を解決するための手段] 本発明は前述の問題点を解決するためになされたもの
であり、一般式 (式中、Z,Z′は単結合、−COO−、−OCO−、−CH2CH2
−、−OCH2−又は−CH2O−をあらわし、Rは炭素数1〜
12のアルキル基もしくはアルコキシ基、シアノ基又はハ
ロゲン原子をあらわし、環A及び環Bは1,4−ジ置換フ
ェニレンもしくはトランス1,4−ジ置換シクロヘキシレ
ンをあらわし、nは0又は1をあらわし、Xは をあらわし、*は光学活性中をあらわし、R′は炭素数
2〜12のアルキル基または R″は水素原子または炭素数1〜20のアルキル若しくは
アルコキシ基をあらわす)で示される光学活性アミド化
合物であり、この一般式(I)で示される光学活性アミ
ド化合物を少なくとも1種含有する強誘電性スメクチッ
ク液晶組成物である。
一般式(I)の化合物において、Z及びZ′は単結
合、−COO−、−OCO−、−CH2CH2−、−OCH2−又は−CH
2O−をあらわすが、一般に単結合である場合には粘度が
低く、−COO−である場合にはスメクチックC相を示す
上限温度(Ts)が高いので、単結合又は−COO−が好ま
しい。
また、n=1の場合には、Z、Z′の両方が−COO−
であると粘度が高くなるので、その場合には少なくとも
一方は単結合であることが好ましい。
環A及び環Bは1,4−ジ置換フェニレンもしくはトラ
ンス−1,4−ジ置換シクロヘキシレンをあらわすが、一
般にトランス−1,4−ジ置換シクロヘキシレンの方が1,4
−ジ置換フェニレンよりも粘度が低く、分子量の大きい
化合物は粘度が高いので、n=1の場合には、環A、環
Bの少なくとも一方はトランス−1,4−ジ置換シクロヘ
キシレンであることが好ましいが、n=0の場合には分
子量が大きくないので、1,4−ジ置換フェニレン、トラ
ンス−1,4−ジ置換シクロヘキシレンのいずれであって
もよい。
又、Rは炭素数は1〜12のアルキル基、炭素数は1〜
12のアルコキシ基、シアノ基又はハロゲン原子をあらわ
すが、シアノ基の場合には粘度が高く、またハロゲン原
子の場合にはTsが低いのでアルキル基又はアルコキシ基
であることが好ましい。また、アルキル基、アルコキシ
基の場合、その炭素数が少ない場合には融点が高く、多
すぎる場合にはその粘度が高いので1〜12であるが、好
ましくは2〜8が良い。又、直鎖状でも分岐状でも良い
が、一般に直鎖状のものの方が、他の液晶性を示す化合
物と混合した場合にそのスメクチックC相を示す液晶上
限温度が高いので好ましい。
同様な理由により、もしR′が であり、R″がアルキル基かアルコキシ基の場合、R″
は炭素数が1〜12の直鎖状であることが好ましく、特に
は炭素数2〜8が好ましい。
従って、本発明の好ましい態様は以下に示すAとBで
ある。
(A)一般式(I)において、Rが炭素数1〜12の直鎖
状アルキル基をあらわし、環Aがトランス−1,4−ジ置
換シクロヘキシレンをあらわし、環Bが1,4−ジ置換フ
ェニレンをあらわし、Zが単結合をあらわし、Z′が単
結合又は−COO−をあらわし、nが1をあらわすところ
の光学活性アミド化合物。
(B)一般式(I)において、Rが炭素数1〜12の直鎖
状アルキル基又は直鎖状アルコキシ基をあらわし、環A
が1,4−ジ置換フェニレンをあらわし、Zが単結合又は
−COO−をあらわし、nが0をあらわすところの光学活
性アミド化合物。
なお、一般式(I)で示される化合物の旋光性は、左
旋性であるか右旋性であるかを問わない。
これらの好ましい態様の光学活性アミド化合物は、低
い粘度を示し、スメクチックC相の上限温度(Ts)をほ
とんど低下させなく、前記光学活性エステル化合物より
も一般に高い自発分極を示す。これらの中でも、特にZ
及びZ′が単結合の光学活性アミド化合物が好ましい。
一般式(I)で示される化合物は、強誘電性スメクチ
ック液晶表示素子又は電気光学素子に使用されるには、
所望の温度範囲でカイラルスメクチックC相を有するよ
うに、他の強誘電性スメクチック液晶、スメクチック液
晶あるいは他の光学活性物質と適宜混合し、強誘電性ス
メクチック液晶組成物として使用する。更にらせんピッ
チを調整したり、カラー表示を行なうために、ネマチッ
ク液晶,非液晶,二色性染料等を添加してもよい。本発
明の強誘電性を示すスメクチック液晶組成物中の一般式
(I)で示される化合物の含有量は、多過ぎる場合には
その強誘電性スメクチック上限温度を低下させる傾向に
あり、少なすぎる場合にはその自発分極を大きくする効
果が小さいので、1〜90Wt%とされ、好ましくは2〜50
Wt%が良い。
本発明の一般式(I)の化合物と混合して、強誘電性
スメクチック液晶組成物として使用される相手の化合物
としては、例えば、以下のようなものがある。
以下の例でRは光学活性を示すアルキル基又はアル
コキシ基を示し、Rは本発明のRとは関係がなく、直鎖
状または分岐したアルキル基又はアルコキシ基を示し、
一つの化合物に同一のR、Rが示されていてもそれら
は同一の基とは限らない。
これらの外、公知の種々の液晶又は非液晶の液晶添加
物が併用でき、例えば以下のようなものがある。
及びこれらのベンゼン環、シクロヘキサン環等の水素
原子の一部をハロゲン、シアノ基、メチル基等に置換し
た化合物。
この例としては、以下のような誘電率異方性が負の化
合物等の化合物がある。なお、以下の例においては、R
は本発明のRとは関係がなく、直鎖状または分岐した炭
素数1〜12のアルキル基を示し、一の化合物に同一のR
が示されていてもそれら同一の基とは限らない。
二色性染料としては、トリスアゾ系,アントラキノン
系など、いわゆるゲストホスト型液晶表示素子に使用さ
れる染料が挙げられる。
強誘電性液晶表示素子、又は電気光学素子は、液晶層
を挟持するように配置し、少なくとも一枚が透明である
複数の全面又は一部に電極を有する基到と、前記液晶層
を囲むように前記電極基板間に形成したシール部材とか
ら成る。該液晶表示素子において前記基板間の厚みは、
0.5〜20μmが好ましい。また、前記基板には、各々に
平行の配向制御処理がなされても良い。この配列制御の
手段として、配向制御膜を電極基板上に一部又は全面に
塗布してもよい。該配向制御膜としては、ポリイミド等
の、その屈折率が1.5以上の高分子材料が好ましい。更
に偏光子が少なくとも1枚、液晶素子に付設されている
ことが好ましい。該電極基板は少なくとも2枚必要であ
るが、さらに多数枚を積み重ねて使用しても良い。
本発明の化合物は例えば以下に示す経路により合成す
ることができる。
(式中Z、Z′、R、環A、環B、nおよびXは前記意
味をもつ) 即ち、カルボン酸(III)に塩化チオニル、オキシ塩
化リン等の塩素化剤を作用させて酸塩化物(IV)とし、
これをピリジン等の塩基性物質の存在下に光学活性二級
アミンと反応させ、抽出、再結晶、カラムクロマトグラ
フィー等一連の精製処理を施すことにより、純粋な
(I)を合成することができる。
[実施例] 次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1 の化合物2.82g(0.01モル)を塩化チオニル10ml、四塩
化炭素10mlと共に還流温度にて4時間加熱したのち、エ
バポレーターにより低沸点物を除去して、 の化合物を黄色の抽状物質として得た。これをトルエン
15mlを加え、え、 の化合物1.35g(0.01モル)、ピリジン4ml、トルエン20
mlの混合物に10℃以下にて滴加した。滴加後6時間かく
はんし、20%塩酸100mlにあけトルエンにて抽出した。
トルエン層を水洗後、無水硫酸マグネシウムにて乾燥
し、エバポレーターにより溶媒を留去した。残った褐色
抽状物質をエタノール30mlと共に加熱し不溶物を除去し
た。エタノールを留去後クーゲルロア蒸溜装置を用いて
220℃〜230℃/0.1mmHgの留分を集め、トルエンを展開溶
媒としたアルミナのカラムクロマトグラフィーにかけ更
にヘキサン30mlより再結晶し目的とする の化合物を得た。収量2.9g(0.0072モル)、収率72%、
融点74.0℃ [α]D 25=+128゜(C=0.68,CHCl3,l=10mm) この化合物のIRスペクトルを第1図に示す。
この化合物の1H NMRスペクトルは以下のとおりであっ
た。
実施例2 実施例1において の化合物に代えて の化合物3.50g(0.01モル)を用いて同実施例と同様の
処理を施すことにより、目的とする の化合物を得た。収量3.0g(0.0064モル)、収率64%、
融点136.6℃ [α]D 25=+110.6゜(C=0.92,CHCl3,l=10mm) この化合物のIRスペクトルを第2図に示す。
実施例3 実施例2において の化合物に代えて式(+)−n−C6H13−CH(CH3)−NH
−CH3の化合物1.43g(0.01モル)を用いて、同実施例と
同様の処理を施すことにより目的とする の化合物を得た。収量2.5g(0.0053モル)、収率53%、
融点80.8℃、 [α]D 25=+23.1゜(C=0.81,CHCl3,l=10mm) この化合物のIRスペクトルを第3図に示す。
実施例4 実施例2において の化合物に代えて(+)−α−ピペリコン0.99g(0.01
モル)を用いて同実施例と同様の処理を施すことにより
目的とする の化合物を得た。収量2.9g(0.0067モル)、収率67%。
実施例5 実施例3において の化合物に代えて の化合物3.26g(0.01モル)を用いて同実施例と同様の
処理を施すことにより目的とする の化合物を得た。収量3.4g(0.0075モル)、収率75%、
融点39.5℃、 [α]D 25=+14.6゜(C=0.96,CHCl3,l=10mm)、 この化合物のIRスペクトルを第4図に示す。
実施例6 実施例5の式(+)−n−C6H13−CH(CH3)−NH−CH
3の化合物に代えて、 の化合物1.35g(0.01モル)を用いて、実施例5と同様
の処理を施すことにより、目的とする の化合物を得た。収量2.7g(0.0061モル)、収率61%、
融点78.1℃、 [α]D 25=+117.5゜(C=0.88,CHCl3,l=10mm)、 この化合物のIRスペクトルを第5図に示す。
上記実施例と同様にして、対応するカルボン酸と、光
学活性二級アミンとから、以下の式で示される光学活性
アミド化合物を得ることができる。
実施例7 実施例1、2、3および6の化合物を4−n−オクチ
ルオキシ安息香酸4−n−ヘキシルオキシフェニル(以
下、母体液晶と称す)に5.0wt%混合し(以下、それぞ
れ混合物1、2、3および6と称す)、それらの自発分
極および強誘電性スメクチック相を示す上限温度(Ts)
を測定した。自発分極の測定は試料を、3μmのスペー
サーをはさみ電極面積が1cm2であるセルに封入し、Ts−
10℃において20Hz、10Vの三角波を印加するMiyasato等
の方法に従い、行なった。(K.Miyasato等、Japan、J.A
ppl.Phys.,22,L 661(1983))また、Tsの測定はホット
ステージ(メトラー社製FP51)付の偏光顕微鏡下の観察
により行なった。
その結果を表−1に示す。表−1からわかるように、
自発分極の大きさは、従来研究されている強誘電製液晶
化合物 (DOBAMBC)が単品で3.7nC/cm2であり、エステル型化合
が単品で1.8nC/cm2であるのに対し、実施例1、2、3
および6の化合物は5.0wt%に稀釈した混合物であって
も、更に大きな自発分極を有している。また混合物1、
2、3および6はいずれも実用上十分に高いTsを有して
いる。
実施例8 実施例7で用いた混合物2およびDOBAMBCをサンプル
管に入れ、温度80℃、温度90%の雰囲気抽に20時間放置
し、この前後でのTsの変化を調べた。
DOBAMBCはシツフ塩基型化合物であるため加水分解を
おこしやすくTsが93.0℃から76.1℃16.9℃も低下したの
に対し、混合物2は64.6℃から64.3℃へと0.3℃しか低
下せず実用上問題がないことがわかった。
比較例 実施例1において、 の化合物に代えて の化合物1.21g(0.01モル)を用いて同実施例と同様の
処理を施すことにより の化合物を得た。収量2.7g(0.007モル)、収率70%、
融点167.6℃、[α]D 25=+36.1゜(C=0.78,HCHl3,l
=10mm)。
この化合物は、実施例1の化合物よりも融点が93.6℃
も高く相溶性に乏しい化合物であった。
[発明の効果] 本発明は自発分極が大きく、かつ化学的に安定な一般
式(I)で示される光学活性アミド化合物、および該化
合物を少なくとも1種を含有する強誘電性スメクチック
液晶組成物を提供することにより、信頼性に優れた、高
速応答が可能な表示素子又は電気光学素子を構成し得る
ような優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至5図は,夫々本発明の実施例1、2、3、5
及び6の化合物のIRスペクトル図である。 第6図は、比較例の化合物のIRスペクトル図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C09K 19/54 B 9279−4H G02F 1/13 500

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中、Z,Z′は単結合、−COO−、−OCO−、−CH2CH2
    −、−OCH2−又は−CH2O−をあらわし、Rは炭素数1〜
    12のアルキル基もしくはアルコキシ基、シアノ基又はハ
    ロゲン原子をあらわし、環A及び環Bは1,4−ジ置換フ
    ェニレンもしくはトランス−1,4−ジ置換シクロヘキシ
    レンをあらわし、nは0又は1をあらわし、 をあらわし、*は光学活性中心をあらわし、R′は炭素
    数2〜12のアルキル基または R″は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基若しく
    はアルコキシ基をあらわす)で示される光学活性アミド
    化合物。
  2. 【請求項2】一般式(I)において、Rが直鎖状のアル
    キル基であり、環Aがトランス−1,4−ジ置換シクロヘ
    キシレンをあらわし、環Bが1,4−ジ置換フェニレンを
    あわらし、Zが単結合をあらわし、Z′が単結合をあら
    わし、nが1をあらわすところの特許請求の範囲第1項
    記載の化合物。
  3. 【請求項3】一般式(I)において、Rが直鎖状のアル
    キル基であり、環Aがトランス−1,4−ジ置換シクロヘ
    キシレンをあらわし、環Bが1,4−ジ置換フェニレンを
    あらわし、Zが単結合をあらわし、Z′が−COO−をあ
    らわし、nが1をあらわすところの特許請求の範囲第1
    項記載の化合物。
  4. 【請求項4】一般式(I)において、Rが直鎖状の基で
    あり、環Aが1,4−ジ置換フェニレンをあらわし、Zが
    単結合をあらわし、nが0をあらわすところの特許請求
    の範囲第1項記載の化合物。
  5. 【請求項5】一般式(I)において、Rが直鎖状の基で
    あり、環Aが1,4−ジ置換フェニレンをあらわし、Zが
    −COO−をあらわし、nが0をあらわすところの特許請
    求の範囲第1項記載の化合物。
  6. 【請求項6】一般式 (式中、Z,Z′は単結合、−COO−、−OCO−、−CH2CH2
    −、−OCH2−又は−CH2O−をあらわし、Rは炭素数1〜
    12のアルキル基もしくはアルコキシ基、シアノ基又はハ
    ロゲン原子をあらわし、環A及び環Bは1,4−ジ置換フ
    ェニレンもしくはトランス−1,4−ジ置換シクロヘキシ
    レンをあらわし、nは0又は1をあらわし、 をあらわし、*は光学活性中心をあらわし、R′は炭素
    数2〜12のアルキル基または R″は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基若しく
    はアルコキシ基をあらわす)で示される光学活性アミド
    化合物を少なくとも1種含有する強誘電性スメクチック
    液晶組成物。
JP61079204A 1985-04-12 1986-04-08 光学活性化合物およびそれを用いたスメクチツク液晶組成物 Expired - Lifetime JPH08802B2 (ja)

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