[发明专利]含五元氮杂环的液晶化合物及其合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于液晶材料领域，具体涉及一种以二氟甲氧基及酯为桥键连接的五元氮杂环类液晶化合物及其合成方法和用途，该类化合物可通过改变末端五元氮杂环对其物理和液晶性能进行有效调控。

背景技术

近几十年来，液晶材料领域的快速发展带来了液晶显示行业的大变革。液晶显示器作为重要的信息电子产品，由于其质量轻、体积及功耗小，成为现代显示器的主导产品之一。

含氟类液晶具有黏度低、电阻率高、响应速度较快、介电常数较高等优点，非常适合薄膜场效应晶体管驱动的液晶显示。含氟液晶，特别是在桥键引入二氟甲氧基可降低液晶分子的熔点，抑制或消除近晶相，可拓宽向列相温度范围，增大介电常数。同时含氟液晶具有高的电压保持率，且不随温度变化。另外，液晶显示器要求驱动电压低、能耗量小，所以需要使用低阈值电压的液晶材料，而这样的液晶材料必须要求有高的介电各向异性。

近年来，人们通过分子设计的方法，在液晶分子中引入极性氟原子能改善分子的介电各向异性。目前，所合成的高介电各向异性的液晶单体主要可分为向苯环侧向、末端及桥链引入氟原子，通过增大分子极性，从而有效增大分子的介电各向异性。

杂环液晶是指分子结构中含有碳原子和非碳原子构成的环状结构液晶化合物，环中的非碳原子称之为杂原子，常见的杂原子有氧、氮、硫等。极化性大的杂原子可以改变分子的极性、几何构型从而影响液晶的相转变温度。另外，杂原子的引入可以影响分子间的相互作用，从而改变液晶分子的偶极矩大小、方向、介电各向异性特征，同时，极化性大的杂原子引入还会对液晶分子的双折射率以及介晶相类型等产生影响，因而，合成含有大极性杂环的液晶材料对发展新型显示材料具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于结合氮杂五元环化合物高的极性和偶极矩，并且通过改变五元氮杂环中氮原子个数，对其极性和偶极矩进行调节，再通过连接液晶结构单元，采用二氟甲氧基或酯为桥键，提供一种含五元氮杂环的液晶化合物，使其具有优越的液晶性能，如：宽向列相范围、高介电常数、适中的折射率等。

本发明的另一目的在于提供上述含五元氮杂环液晶化合物的合成方法。

本发明的再一目的在于提供上述含五元氮杂环液晶化合物的用途，即可作为液晶材料单体组分加入到目前商业化的混配液晶中以调节混晶的各项性能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种含五元氮杂环的液晶化合物，具有如式1所示的结构：

其中，Y为CF₂O或COO，n为3或5，m为1或2；

表示五元氮杂环，优选

R₁、R₂、R₃、R₄为H或F。

优选地，n为3，R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝H，为

优选地，上述的含五元氮杂环的液晶化合物是以下结构中的一种：(结构式下方的字母和数字是该化合物的编号)

另外，附上合成上述化合物的过程中涉及到的重要中间体结构：

当Y为CF₂O时，上述的含五元氮杂环的液晶化合物的合成方法包括以下步骤：

(1)将式2所示的二硫盐溶于二氯甲烷中，降温至-70℃，再缓慢滴加式3a所示的化合物和三乙胺(Et₃N)的二氯甲烷溶液，搅拌1h，15min内加入三乙胺三氟化氢(Et₃N-3HF)，再加入含Br₂的CH₂Cl₂溶液；自然升温至0℃，反应完毕后得到式4a所示的产物；

式2所示的二硫盐按照文献(Peer Kirsch，Angew.Chem.Int.Ed.2001，40，1480-1484)方法合成；

式2所示的二硫盐、式3a所示的化合物、Et₃N、Et₃N-3HF与Br₂的摩尔比为1:(1-2):(1-2):(3-5):(3-5)，优选1:1.2:1.4:5:5；

上述过程发生如下反应：