本发明专利技术公开了一种高双折射率液晶化合物及其制备方法，以及含此化合物的组合物。液晶化合物的结构如通式(1)所示：其中F(x)表示苯环上任意位置氟原子取代,x表示氟原子取代个数，其取值为0～4。液晶组合物包括小于等于30％且不为零的通式Ⅰ所示的化合物、2％～40％的通式Ⅱ所示化合物、2％～50％的通式Ⅲ所示化合物和5％～50％的通式Ⅳ所示化合物。其中R1～R3为碳数1～9的直链烷烃，X1～X7为-F或-H，且其中至少一个为-F。本发明专利技术既具有高双折率又具有低旋转粘度的优点，适用于空间光调制器、激光探测器以及3D显示等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种高双折射率液晶化合物及其制备方法以及其组合物
本专利技术属于液晶材料
，具体涉及一种高双折射率液晶化合物及其组合物，主要适用于空间光调制器、激光探测器以及3D显示等领域。
技术介绍
近年来，液晶材料在空间光调制器、激光探测器等新型液晶光学器件方面的应用备受关注。在位相型液晶光控制器应用中，器件的响应时间主要取决于下降时间，而下降时间公式为τf＝γ1d2/πK，由此公式可以看出，材料的旋转粘度γ1越低，液晶盒厚d越薄则液晶器件的响应时间越短。而液晶光学应用要求必须要有一定的位相调制量(Δnd≥1λ)，在这种器件中，如果增大液晶材料的双折射率Δn值，则在相同调制量下可以制备液晶盒厚度更小的液晶器件，即可有效提高响应速度。对于液晶激光器件来说，器件在使用过程中会产生较高的热量，要求所使用的液晶材料须具有很宽的向列相温度范围，尤其是要具有较高的清亮点以防止其在使用过程中到达到清亮点而失去液晶性，导致器件无法正常工作。液晶材料在3D显示中主要有两类应用，一是用来制作显示的面板，二是制作实现2D/3D效果转换的辅助器件如液晶快门眼镜、液晶光栅和液晶透镜等。对于液晶面板而言，为了达到更流畅的观赏效果，降低液晶的响应时间，使液晶面板拥有更快的刷新频率是面板厂家不断追求的目标。一个完整的响应时间周期包括上升时间(τr＝γ1d2/ε0Δε(V2-Vth2))和下降时间(τf＝γ1d2/πK)。由此可见，下将时间即液晶材料的回复时间只与材料本身性能有关，要想缩短响应时间，势必要降低材料的旋转粘度γ1和减小液晶盒厚度d。在液晶透镜制作中，由于需要在已有的液晶盒上再附加一个控制光学折射的液晶盒，因此要想提高光学透镜的响应速度，就必须使用具有高双折射率的液晶材料来达到降低器件厚度的效果。提高液晶材料双折射率的最有效办法就是寻求线性共轭分子，二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶材料由于具有高的双折射率和适中的旋转粘度，在新型光学器件中得到广泛应用，用于提高配方的双折射率，从而提升器件的响应性能。一般情况下液晶化合物的粘度会随着末端烷基链碳原子数的增加而有所增加，随着刚性苯环数目的增加而大幅增加，因此为了使混合液晶配方具有较快的响应特性，在保证具有高双折射率的同时，尽量选取具有低粘度和宽向列相温度范围的液晶化合物作为配方的主体组分。在期刊“Liquidcrystals，2003,30(2)：191-198”，题名为“Synthesis，mesomorphicandopticalpropertitiesofisothiocyanatotolanes”的论文中报道了含饱和烷基链的的二苯乙炔基异硫氰酸酯化合物，结构式如下所示：报道的相变温度为Cr94.4SK(85.8)SE(90.5)I，熔点高达94.4℃，没有向列相，在混合液晶中相溶性差，容易出现晶析现象。在期刊“Liquidcrystals，2003,30(2)：191-198”，题名为“Synthesis，mesomorphicandopticalpropertitiesofisothiocyanatotolanes”的论文中报道了含饱和烷基链的侧氟取代的二苯乙炔基异硫氰酸酯化合物，结构式如下所示：报道的相变温度为：Cr71.3I，熔点为71.3℃，未出现向列相，将该化合物添加在混合液晶中无法拓宽配方的向列相温度范围。在期刊“Liquidcrystals，2004,31(4)：541-555”，题名为“Tailoringthephysicalpropertiesofsomehighbirefringenceisothiocyanato-basedliquidcrystals”的论文中报道了含丙烯基的二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶化合物，结构式如下所示：报道的相变温度为Cr87.8N96.9I，向列相温度范围只有9.1℃。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中存在的缺陷或不足，本专利技术提供一种具有高双折射率、低旋转粘度和宽向列相温度范围的液晶化合物及其组合物。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种高双折射率液晶化合物，其特征在于，其结构通式如(Ⅰ)所示：其中F(x)表示苯环上任意位置氟原子取代，x表示F原子的取代个数，其取值为0～4；根据本专利技术，其中优选x的取值为0～3，进一步优选为0～2；根据本专利技术，优选的例子是：所述的高双折射率液晶化合物，具体结构式如下：本专利技术提供的高双折射率液晶化合物，采用如下合成路线制备：具体按以下步骤制备：1.氮气保护下，向反应瓶中加入三苯基膦、甲苯、DMF，搅拌下加入对碘苯甲醛，加热至100℃，滴加一氯二氟乙酸钠和DMF的混合溶液，滴完后回流反应，TLC监测无原料剩余停止反应。降至室温加水搅拌，有机层水洗、干燥、过滤、旋蒸得红色液体，正庚烷为洗脱剂，进行柱层析纯化，得到中间体(A)即1-(2,2-二氟乙烯基)-4-碘苯；所述的对碘苯甲醛、一氯二氟乙酸钠的摩尔比为1:1～4，优选为1:1～2.5。2.氮气保护下，在反应瓶中加入原料(B)、三乙胺、三苯基膦、碘化亚铜、二(三苯基膦)二氯化钯，搅拌片刻，滴加三甲基硅乙炔和三乙胺的混合溶液。室温反应2小时停止反应。过滤、旋蒸加入甲苯溶解，水洗、干燥、过滤、旋蒸后重结晶得红色固体即中间体(C)。所述的原料(B)、三甲基硅乙炔的摩尔比为1:1～5，优选为1:1～2。3.将中间体(C)加入反应瓶中，并依次加入氢氧化钾、水、乙醇，室温搅拌反应1小时，停止反应。反应液用甲苯萃取后水洗至中性，蒸除溶剂后所得红色固体用正庚烷和甲苯的混合溶剂重结晶后得中间体(D)；所述的中间体(C)、氢氧化钾的摩尔比为1：0.1～1，优选为1：0.1～0.5。4.氮气保护下，在三口瓶中依次加入化合物(A)、三乙胺、三苯基膦、碘化亚铜、二(三苯基膦)氯化钯，搅拌片刻，滴加中间体(D)和三乙胺的混合溶液，滴完后室温反应2h，停止反应。过滤，旋蒸除掉三乙胺，得深棕色固体用甲苯溶解、水洗、干燥、过滤，滤液旋蒸后用正庚烷重结晶得中间体(E)；所述的中间体(A)、中间体(D)的摩尔比为1:0.7～1.2，优选为1:0.9～1.1；Sonogashira偶联反应的反应温度为-20～+60℃，优选为10～+50℃；所述的钯催化剂为含有机磷配体的钯催化剂，优选为二(三苯基膦)氯化钯或四(三苯基膦)钯，原料(B)、钯催化剂的摩尔比为1:0.1％～2％，优选为1:0.2％～1％。5.在三口瓶中加入碳酸钙、水、氯仿，降温至0℃以下，加入硫光气搅拌片刻，滴加中间体(E)和氯仿的混合溶液，加完后室温反应2小时，TLC监测无原料剩余停止反应。反应液静置、水层加入1％的稀盐酸洗涤后用氯仿萃取，合并有机相水洗至中性。干燥、过滤、滤液旋蒸，所得粗品用正庚烷洗脱，进行柱层析纯化，得目标化合物(1)。所述的中间体(E)与硫光气的摩尔比为1:1～4，优选为1:1.2～2.5。本专利技术还提供一种高双折射率液晶组合物，该组合物至少包含一种通式Ⅰ所示的液晶化合物，且重量百分含量小于等于30％且不为零。还包含有重量百分比为2％～40％的通式Ⅱ所示化合物、2％～50％的通式Ⅲ所示化合物和5％～50％的通式Ⅳ所示化合物。其中，R1、R2、R3分别是碳原子数为1～7的烷基、碳原子数为1～7的烷氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高双折射率液晶化合物，其特征在于，结构通式如(1)所示：其中F(x)表示苯环上任意位置氟原子取代,x表示氟原子取代个数，其取值为0～4。
【技术特征摘要】
1.一种高双折射率液晶化合物，其特征在于，结构通式如(1)所示：其中F(x)表示苯环上任意位置氟原子取代,x表示氟原子取代个数，其取值为0～2。2.根据权利要求1所述的高双折射率液晶化合物，其特征在于，所述的液晶化合物是式1-1至式1-7所示化合物中的任意一种。3.一种权利要求1所述高双折射率液晶化合物的制备方法，其特征在于，合成路线为：步骤如下：步骤1：氮气保护下，向反应瓶中加入三苯基膦、甲苯、DMF，搅拌下加入对碘苯甲醛，加热至100℃，滴加一氯二氟乙酸钠和DMF的混合溶液，滴完后回流反应，TLC监测无原料剩余停止反应，反应液降至室温加水搅拌，有机层水洗、干燥、过滤、旋蒸得红色液体，正庚烷为洗脱剂，进行柱层析纯化，得到中间体(A)即1-(2,2-二氟乙烯基)-4-碘苯；步骤2：氮气保护下，在反应瓶中加入原料(B)、三乙胺、三苯基膦、碘化亚铜、二(三苯基膦)二氯化钯，滴加三甲基硅乙炔和三乙胺混合溶液，室温搅拌2小时停止反应，过滤、旋蒸加入甲苯溶解，水洗、干燥、过滤、旋蒸后重结晶得中间体(C)；步骤3：将中间体(C)加入反应瓶中，加入氢氧化钾、水、乙醇，室温搅拌1小时后停止反应，反应液用甲苯萃取后水洗至中性，蒸除溶剂后所得红色固体用正庚烷和甲苯的混合溶剂重结晶，得中间体(D)；步骤4：氮气保护下，在三口瓶中依次加入化合物(A)、三乙胺、三苯基膦、碘化亚铜、二(三苯基膦)氯化钯，搅拌片刻，滴加中间体(D)和三乙胺的混合溶液，滴完后室温反应2h后停止反应，过滤，旋蒸除掉三乙胺，得深棕色固体用甲苯溶解、水洗、干燥、过滤，滤液旋蒸后用正庚烷重结晶得中间体(E)；步骤5：在三口...
【专利技术属性】
技术研发人员：李娟利，安忠维，李建，胡明刚，张璐，车昭毅，杨志，莫玲超，杨晓哲，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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