【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は液晶組成物の成分として有用な、正の
誘電異方性を有する新規な液晶化合物及びそれを
含有する液晶組成物に関する。
液晶表示素子は液晶物質が持つ光学異方性、誘
電異方性という性質を利用したものであるが、そ
の方式にはTN型（ねじれネマチツク型）、DS型
（動的散乱型）、ゲスト・ホスト型、DAP型など
があり、それぞれの方式によつて使用される液晶
物質に要求される性質は異る。しかしいずれの方
式に用いられる液晶物質でも水分、空気、熱、光
等に安定である必要があり、さらにはそのネマチ
ツク温度範囲が−20〜＋80℃以上のものが望まれ
ている。しかし、現在のところ、単一物質ではこ
の様な条件を満す物質はないので、数種の液晶物
質や非液晶物質を混合して目的に適合させている
のが現状である。
使用温度が比較的高い様な用途に使用する場合
はＮ−Ｉ点（ネマチツク−透明点）が高い液晶組
成物を使用しなければならないが、その様な液晶
を得るためには高融点の液晶化合物を多く使用す
る必要がある。ところが一般に高融点の液晶物質
は粘度が高く従つて組成物の粘度も高くなる。粘
度が高くなると表示素子の表示速度がおそくなり
応用範囲が制限される。
本発明の化合物は、この様な用途の液晶組成物
に一成分として加えることにより全体の粘度を低
下させ、しかも液晶としての諸性能を低下させな
いばかりか、かえつて向上させる様な化合物に関
するものである。
即ち、本発明は一般式
（上式中、Ｒは炭素数１〜10の直鎖のアルキル基
を示す）
で表わされるトランス−４−アルキル−（4′−ク
ロロフエニル）シクロヘキサン及びそれを少なく
とも１成分含むことを特徴とする液晶組成物であ
る。
本発明の（）式の化合物は低粘性であるの
で、これを液晶組成物に加えることにより、その
組成物の粘度が低くなり、従つてそれを用いた表
示素子の表示速度が速くなる。しかも本化合物の
誘電率異方性△εは＋２程度と小さいにもかかわ
らずしきい電圧も低くなる。又、本化合物は熱、
光、空気、水に安定であり、他の液晶、即ちビフ
エニル系、フエニルシクロヘキサン系、エステル
系の液晶とよく混合することが出来る。又光学異
方性値が0.06と小さいので視角特性の良い表示素
子をつくることができる。
次に本発明の化合物の製造法を示す。
まず４−クロロ−臭化ベンゼンと金属マグネシ
ウムを反応させ４−クロロベンゼンマグネシウム
ブロミドをつくり、これに４−アルキルシクロヘ
キサノンを反応させて4′−アルキル−1′−シクロ
ヘキサン−1′−オール−４−クロロベンゼンと
し、ついで酸性硫酸カリウムを用いて脱水して
4′−アルキル−4′−シクロヘキセン−1′−イル−
４−クロロベンゼンとし、これを更に酸化白金触
媒を用いて還元して目的のトランス−４−アルキ
ル−（4′−クロロフエニル）シクロヘキサンを得
る。以上を化学式で示すと
（Ｒは前記と同じ）
最後の（）′式のものはトランス体とシス体
との混合物であるが再結晶によりトランス体のみ
を分離できる。
以下に本発明の化合物の製造法及びその性質、
更にそれを含む液晶組成物について、実施例によ
り詳細に説明する。
実施例 １
〔トランス−４−ヘプチル−（4′−クロロフエニ
ル）シクロヘキサンの製造〕
フラスコ中のマグネシウム切片2.4ｇ（0.1モ
ル）に対し、ｐ−ブロムクロルベンゼン21ｇ
（0.1モル）を100mlのTHF（テトラヒドロフラ
ン）に溶解した溶液を、窒素気流中で温度を35℃
以下に保ちながら除々に滴下して行く。マグネシ
ウムが溶け均一な溶液になれば、それが４−クロ
ロフエニルマグネシウムブロミドの溶液即ちグリ
ニヤール試薬である。これに、４−ヘプチルシク
ロヘキサノン0.08モルをTHF100mlに溶かした溶
液を、発熱しない様充分冷却しながら20℃以下で
全量を速かに加える。30℃で１時間保つた後、水
冷し20℃以下で徐々に10％硫酸60mlを加える。油
状物をｎ−ヘプタン200mlで抽出し、それを水層
が中性になるまで水洗してからｎ−ヘプタンを減
圧留去する。残つた油状物が4′−ヘプチル−1′−
シクロヘキサン−1′−オール−４−クロルベンゼ
ンである。これに3.5ｇの硫酸水素カリウムを加
え窒素気流中撹拌しながら250℃で２時間加熱し
て脱水する。冷却後ｎ−ヘプタン200mlを加え硫
酸水素カリウムを別しｎ−ヘプタン層を水洗す
る。ｎ−ヘプタンを減圧留去し残つた油状物をア
ルコール500mlで再結晶させると4′−ヘプチル−
1′−シクロヘキセン−1′−イル−４−クロロベン
ゼン（）が得られる。このものの収量は15ｇ、
収率は50％で、融点は62.4〜64.0℃である。次に
その5.0ｇをベンゼン20mlに溶かし酸化白金
（PtO2）0.25ｇを加え、接触還元装置で常圧、30
℃で水素還元を行なつた。10時間で水素吸収量は
7.9（0.35モル）であつた。還元終了後、触媒
を別し、少量のエタノールで洗つて液をその
まま冷却すると結晶が析出する。これが４−ヘプ
チル−（4′−クロロフエニル）シクロヘキサンの
シス体とトランス体の混合物である。これを新し
いエタノール150mlで再結晶すると目的のトラン
ス−４−ヘプチル−−（4′−クロロフエニル）シ
クロヘキサンが0.3ｇ得られた（化合物（）を
基準として収率６％）。このものは融点（Ｃ−Ｉ
点）が36.0〜37.5℃、Ｎ−Ｉ点は18.3℃でモノト
ロロピツク液晶である。
実施例 ２〜８
実施例１と全く同様にして（）式でＲが炭素
数１〜８のアルキル基の化合物を対応するアルキ
ル基を持つ原料を使用することにより製造した。
その収量及び融点などを実施例１の結果と共に第
１表に示す。
The present invention relates to a novel liquid crystal compound having positive dielectric anisotropy useful as a component of a liquid crystal composition, and a liquid crystal composition containing the same. Liquid crystal display elements utilize the properties of optical anisotropy and dielectric anisotropy of liquid crystal materials, and their methods include TN type (twisted nematic type), DS type (dynamic scattering type), and guest scattering type. There are host type, DAP type, etc., and each type requires different properties of the liquid crystal material used. However, the liquid crystal material used in either method must be stable against moisture, air, heat, light, etc., and it is further desired that the nematic temperature range be -20 to +80°C or higher. However, at present, there is no single substance that satisfies these conditions, so the current situation is to mix several types of liquid crystal substances and non-liquid crystal substances to suit the purpose. When used in applications where the operating temperature is relatively high, a liquid crystal composition with a high N-I point (nematic clearing point) must be used, but in order to obtain such a liquid crystal, a liquid crystal with a high melting point is required. It is necessary to use many compounds. However, liquid crystal substances with high melting points generally have high viscosity, and therefore the viscosity of the composition also increases. As the viscosity increases, the display speed of the display element slows down, limiting the range of applications. The compound of the present invention relates to a compound that, when added as a component to a liquid crystal composition for such uses, reduces the overall viscosity, and not only does not reduce the various performances of the liquid crystal, but even improves it. be. That is, the present invention is based on the general formula (In the above formula, R represents a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms) Trans-4-alkyl-(4'-chlorophenyl)cyclohexane represented by It is a composition. Since the compound of formula () of the present invention has a low viscosity, by adding it to a liquid crystal composition, the viscosity of the composition is lowered, and therefore the display speed of a display element using it is increased. Moreover, although the dielectric anisotropy Δε of the present compound is as small as about +2, the threshold voltage is also low. In addition, this compound is suitable for heat,
It is stable to light, air, and water, and can be mixed well with other liquid crystals, such as biphenyl-based, phenylcyclohexane-based, and ester-based liquid crystals. Furthermore, since the optical anisotropy value is as small as 0.06, a display element with good viewing angle characteristics can be produced. Next, a method for producing the compound of the present invention will be described. First, 4-chloro-benzene bromide and magnesium metal are reacted to produce 4-chlorobenzene magnesium bromide, which is then reacted with 4-alkylcyclohexanone to produce 4'-alkyl-1'-cyclohexane-1'-ol-4-chlorobenzene. and then dehydrated using acidic potassium sulfate.
4'-alkyl-4'-cyclohexen-1'-yl-
This is converted into 4-chlorobenzene, which is further reduced using a platinum oxide catalyst to obtain the desired trans-4-alkyl-(4'-chlorophenyl)cyclohexane. If the above is expressed as a chemical formula, (R is the same as above) The final formula ()' is a mixture of trans and cis forms, but only the trans form can be separated by recrystallization. The method for producing the compound of the present invention and its properties,
Further, a liquid crystal composition containing the same will be explained in detail with reference to Examples. Example 1 [Production of trans-4-heptyl-(4'-chlorophenyl)cyclohexane] 21 g of p-bromochlorobenzene was added to 2.4 g (0.1 mol) of magnesium pieces in a flask.
(0.1 mol) dissolved in 100 ml of THF (tetrahydrofuran) was heated to 35°C in a nitrogen stream.
Drop it gradually while keeping the amount below. When the magnesium dissolves into a homogeneous solution, it is a solution of 4-chlorophenylmagnesium bromide, ie, a Grignard reagent. To this, quickly add a solution of 0.08 mol of 4-heptylcyclohexanone dissolved in 100 ml of THF at a temperature below 20° C. while cooling sufficiently to avoid generating heat. After keeping at 30℃ for 1 hour, cool with water and gradually add 60ml of 10% sulfuric acid at below 20℃. The oil was extracted with 200 ml of n-heptane, washed with water until the aqueous layer became neutral, and then the n-heptane was distilled off under reduced pressure. The remaining oil is 4'-heptyl-1'-
Cyclohexane-1'-ol-4-chlorobenzene. Add 3.5 g of potassium hydrogen sulfate to this and heat at 250° C. for 2 hours while stirring in a nitrogen stream to dehydrate. After cooling, 200 ml of n-heptane was added to remove the potassium hydrogen sulfate, and the n-heptane layer was washed with water. When n-heptane was distilled off under reduced pressure and the remaining oil was recrystallized with 500 ml of alcohol, 4'-heptyl-
1'-Cyclohexen-1'-yl-4-chlorobenzene () is obtained. The yield of this product is 15g,
The yield is 50% and the melting point is 62.4-64.0°C. Next, dissolve 5.0 g in 20 ml of benzene, add 0.25 g of platinum oxide (PtO 2 ), and boil at normal pressure in a catalytic reduction device at 30 mL.
Hydrogen reduction was carried out at °C. The amount of hydrogen absorbed in 10 hours is
It was 7.9 (0.35 mol). After the reduction is complete, the catalyst is separated, washed with a small amount of ethanol, and the liquid is allowed to cool to form crystals. This is a mixture of the cis and trans forms of 4-heptyl-(4'-chlorophenyl)cyclohexane. This was recrystallized from 150 ml of fresh ethanol to obtain 0.3 g of the desired trans-4-heptyl-(4'-chlorophenyl)cyclohexane (6% yield based on compound ()). This substance has a melting point (C-I
point) is 36.0 to 37.5°C, and the N-I point is 18.3°C, making it a monotropic liquid crystal. Examples 2 to 8 Compounds of the formula ( ) in which R is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms were produced in exactly the same manner as in Example 1 by using raw materials having the corresponding alkyl group.
The yield, melting point, etc. are shown in Table 1 together with the results of Example 1.
【表】
応用例 １
トランス−４−プロピル−（4′−シアノフエニ
ル）シクロヘキサン 24％
トランス−４−ペンチル−（4′−シアノフエニ
ル）シクロヘキサン 36％
トランス−４−ヘプチル−（4′−シアノフエニ
ル）シクロヘキサン 25％
トランス−４−ペンチル−（4″−シアノビフエニ
ル）シクロヘキサン 15％
なる液晶組成物のＮ−Ｉ点は72.0℃、誘電異方性
値△εは＋11.6で光学異方性値△ｎは0.140、20
℃での粘度は28cpである。この液晶組成物を透
明電極を施した厚さ10μｍのTNセルに封入した
ものの動作しきい電圧は1.75V、飽和電圧は
2.40Vである。
上記の組成物85部に本発明の実施例６のトラン
ス−４−ペンチル−（4′−クロロフエニル）シク
ロヘキサン15部を加えた組成物のＮ−Ｉ点は63.1
℃、△εは＋10.2で△ｎは0.127 20℃での粘度は
24cpであつた。これを上記と同じセルに封入し
たTNセルの動作しきい電圧は1.65V、飽和電圧
は2.26と低くなつた。[Table] Application example 1 Trans-4-propyl-(4'-cyanophenyl)cyclohexane 24% Trans-4-pentyl-(4'-cyanophenyl)cyclohexane 36% Trans-4-heptyl-(4'-cyanophenyl)cyclohexane 25 % trans-4-pentyl-(4″-cyanobiphenyl)cyclohexane 15% The N-I point of the liquid crystal composition is 72.0°C, the dielectric anisotropy value △ε is +11.6, and the optical anisotropy value △n is 0.140. , 20
The viscosity at °C is 28 cp. When this liquid crystal composition was sealed in a 10 μm thick TN cell with transparent electrodes, the operating threshold voltage was 1.75V, and the saturation voltage was
It is 2.40V. The N-I point of the composition obtained by adding 15 parts of trans-4-pentyl-(4'-chlorophenyl)cyclohexane of Example 6 of the present invention to 85 parts of the above composition is 63.1.
℃, △ε is +10.2 and △n is 0.127 The viscosity at 20℃ is
It was hot at 24 cp. A TN cell containing this in the same cell as above had an operating threshold voltage of 1.65V and a low saturation voltage of 2.26V.