液晶化合物及其制备方法、液晶组合物以及微波通讯器件技术

本发明专利技术公开一种液晶化合物及其制备方法、液晶组合物以及微波通讯器件，所述液晶化合物具有如结构式(Ⅰ)所示的结构。本发明专利技术提供的所述液晶化合物的结构中具有四联苯结构，因而具有光学各向异性大和结构稳定的优点，其应用到高介电各向异性液晶材料中时，有利于降低液晶微波器件的介电损耗，提高相位调制能力和增大液晶材料的品质因数。

Liquid crystal compounds and their preparation methods, liquid crystal compositions and microwave communication devices

The invention discloses a liquid crystal compound and a preparation method thereof, a liquid crystal composition and a microwave communication device. The liquid crystal compound has a structure as shown in the structural formula (I). The structure of the liquid crystal compound provided by the invention has the advantages of tetrabiphenyl structure, large optical anisotropy and stable structure. When applied to high dielectric anisotropic liquid crystal materials, the structure of the liquid crystal compound is beneficial to reducing the dielectric loss of liquid crystal microwave devices, improving the phase modulation ability and increasing the quality factor of liquid crystal materials.

【技术实现步骤摘要】
液晶化合物及其制备方法、液晶组合物以及微波通讯器件
本专利技术涉及有机合成
，特别涉及一种液晶化合物及其制备方法、液晶组合物以及微波通讯器件。
技术介绍
目前，液晶在显示领域已经得到广泛的应用，然而，在一些研究中，液晶介质还被建议用于微波技术的组件中。液晶用于微波器件研究始于上个世纪末，高速发展于本世纪初；尤其是近几年得到了全世界的广泛关注，发展迅速，研究发现其可用于调滤波器、可重构天线、可调频率选择器及可调移相器等重要领域，例如，1993年LimK.C.等人采用商用液晶K15，根据电控双折射效应，施加16V偏电压，在10.5GHz频率上获得20°的相移，实现了微波相位可调；2002年德国报道了一种平面集成液晶可调移相器，得到18GHz频率附近53°的相移，受到世界同行普遍重视等等。尽管如此，但在相关关键技术，如液晶材料、取向、封装、接线、器件设计与功能表征等多方面都存在急待解决的基本问题，尤其是在液晶材料方面的研究报道较少。为便于理解，对液晶材料的相关性能参数介绍如下：Δε表示介电各向异性；△n表示光学各向异性，即折射率(589nm，25℃)；Iso.为液晶组合物的相态的清亮点温度(℃)；在微波范围内的介电各向异性定义为：△εr≡(εr||-εr⊥)；可调谐性(τ)定义为：τ≡(Δεr/εr||)；材料品质(η)定义为：η≡(τ/tanδεrmax.)，最大介电损耗为：tanδεrmax.≡max.{tanδεr⊥，tanδεr||}。其中，介电损耗是指微波(4～40GHZ)照射或穿过液晶材料时产生的波频吸收而引起的微波波频损耗，通常叫微波插损；在液晶材料中表现为介电常数“Δεr”，介电常数分为平行液晶长轴的分量“εr∥”和垂直分量“εr⊥”，介电常数值为Δεr＝εr∥-εr⊥；物理上对微波“介电损耗”的量化表达是：介电损耗的正切值(tanδεr⊥，或tanδεrmax)，是反映液晶材料在微波场中的主要性能指标参数，一般要求tanδεr⊥(或tanδεrmax)值≤0.03左右，tanδεr∥值≤0.006左右。双折射率是液晶化合物和混合液晶材料光学各向异性的表达方法，指光通过液晶材料后，经过液晶折射和散射，形成寻常光和非寻常光，寻常光折射率表示”no”，非寻常光折射率表示“ne”，双折射率用“Δn”表示，“Δn＝no-ne”，微波高频器件要求Δn值≥0.30以上，Δn值越高越有利于提高微波移相量。“高介低耗”液晶材料是指高介电各向异性、高光学各向异性、低介电损耗的液晶材料；微波经过液晶材料照射以后，介电损耗很小，tanδεr⊥(或tanδεrmax)值低于0.008左右，tanδεr||值低于0.004。微波液晶移相器的“相位调制系数”，表示为“τ”，反映液晶材料对微波频率的相位调制能力的参数，0.15≤τ≤0.5。液晶的“品质因素”(η，或FOM)是指微波通过液晶以后的性能综合评价结果，反映出液晶材料的性能和质量，一般要求η≥15以上。最早使用的液晶是德国Merck公司产品K15、E7，其Δn值低于0.2，在高频下的Δεr值很小，介电损耗较大，LC盒过厚(d＝254μm)，响应时间超过350ms；后来使用Merck公司的GT3-23001液晶，Δn值0.3左右，高频下Δεr达到0.8，介电损耗明显减小，相位移量有所增加；最近几年德国Merck公司报道了异硫氰基-多环芳乙炔基类高Δn值混合液晶材料，其Δn值达到0.25～0.30左右，对微波器件的介电性能有所改善，但介电损耗依然较大。HermanJ.等人在2013年和2015年分别报道了异硫氰基-侧向乙基四苯二乙炔类液晶化合物(Δn≥0.6)，微波相移量明显增加，但介电损耗偏大，材料熔点高。2013年ReuterM.等人报道了高频对-F、-CN、-NCS等不同端基吸波的影响。2017年DziaduszekJ等人报道了端基为NCS、CN、F、OCF3等侧向氟代联苯乙炔类系列化合物配制的△n＝0.45液晶组合物，分析比较了这些端基对GHz和THz波段介电各向异性的影响作用。2018年KowerdziejR.等人报道了含氟二苯乙炔异硫氰酸酯类液晶组合物在6GHz频段的光可调谐性随温度的变化情况，发现这类液晶对微波相位可调置性(τ)和介电性能(△n)随温度变化不明显，表明异硫氰基和乙炔基等结构单元对微波比较稳定。最近LapanikV.等人在KowerdziejR.工作的基础上，采用异硫氰基-多芳环类混合液晶材料，不仅降低了介电损耗，还增大了微波移相量，揭示了分子结构中基团、桥键的稳定性对介电损耗的影响作用，但其材料熔点仍在0℃以上，亦不能满足户外使用要求。而对微波用液晶的低温光电性能影响方面的研究尚未见报道。进一步在现有大量研究过程中发现，目前微波用液晶材料在实际应用中主要存在以下几个问题：①Δn值偏小，导致移相量不充分；②由于液晶分子中结构基团的吸波和可极化作用，导致液晶材料的介电损耗偏大；③缺少高Δn值、低熔点的液晶溶剂以及向列相液晶组分，导致影响液晶材料的低温性能。因此，亟待提出一种新型高稳定性、Δn≥0.35、低熔点、高介低耗的向列相液晶化合物。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种液晶化合物及其制备方法、液晶组合物以及微波通讯器件，旨在降低液晶微波器件的介电损耗。为实现上述目的，本专利技术提出一种液晶化合物，所述液晶化合物具有如下结构式(Ⅰ)所示的结构：其中，R1和R2各自独立地选自H原子或未取代的含有1～7个碳原子的烷基，X1、X2、X3、X4和X5各自独立地选自H原子、F原子或Cl原子。优选地，所述液晶化合物为具有以下结构式(Ⅰ-1)至结构式(Ⅰ-6)所示结构的化合物中的至少一种：其中，结构式(Ⅰ-1)至结构式(Ⅰ-6)中的R1和R2各自独立地选自含有2～5个碳原子的烷基。优选地，所述液晶化合物为具有如下结构式(Ⅰ-3-1)所示结构的化合物中的至少一种：其中，m为2、3、4或5。为实现上述目的，本专利技术还提出一种如上所述的液晶化合物的制备方法，包括以下步骤：步骤S10、在氮气保护下，将第一反应物、2-乙基-4-碘苯胺、钯催化剂、K2CO3、乙醇、甲苯和水在加热搅拌条件下进行Suzuki偶联反应3.5～4.5h，然后经过分离、洗涤、干燥和纯化处理，得到第一中间体；步骤S20、将所述第一中间体、浓硫酸和四氢呋喃混合后，再在0～10℃温度下滴加NaNO2的水溶液后保温搅拌50～70min，继续在0～10℃温度下滴加KI的水溶液，滴加完毕后自然升温至室温，再加入硫代硫酸钠水溶液，然后经过萃取分液、提取干燥和纯化处理，得到第二中间体；步骤S30、在氮气保护下，将所述第二中间体、第二反应物、钯催化剂、K2CO3、乙醇、甲苯和水在加热搅拌条件下进行Suzuki偶联反应3.5～4.5h，然后经过分离、洗涤、干燥和纯化处理，得到目标化合物，即制得液晶化合物；其中，步骤S10中的所述第一反应物为具有如下结构式(Ⅱ)所示结构的化合物，步骤S30中的所述第二反应物为具有如下结构式(Ⅲ)所示结构的化合物：其中，结构式(Ⅱ)中的R1和结构式(Ⅲ)中的R2各自独立地选自H原子或未取代的含有1～7个碳原子的烷基，结构式(Ⅲ)中的X1、X2、X3、X4和X5各自独立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶化合物，其特征在于，所述液晶化合物具有如下结构式(Ⅰ)所示的结构：

【技术特征摘要】
1.一种液晶化合物，其特征在于，所述液晶化合物具有如下结构式(Ⅰ)所示的结构：其中，R1和R2各自独立地选自H原子或未取代的含有1～7个碳原子的烷基，X1、X2、X3、X4和X5各自独立地选自H原子、F原子或Cl原子。2.如权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于，所述液晶化合物为具有以下结构式(Ⅰ-1)至结构式(Ⅰ-6)所示结构的化合物中的至少一种：其中，结构式(Ⅰ-1)至结构式(Ⅰ-6)中的R1和R2各自独立地选自含有2～5个碳原子的烷基。3.如权利要求2所述的液晶化合物，其特征在于，所述液晶化合物为具有如下结构式(Ⅰ-3-1)所示结构的化合物中的至少一种：其中，m为2、3、4或5。4.一种如权利要求1至3任意一项所述的液晶化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、在氮气保护下，将第一反应物、2-乙基-4-碘苯胺、钯催化剂、K2CO3、乙醇、甲苯和水在加热搅拌条件下进行Suzuki偶联反应3.5～4.5h，然后经过分离、洗涤、干燥和纯化处理，得到第一中间体；步骤S20、将所述第一中间体、浓硫酸和四氢呋喃混合后，再在0～10℃温度下滴加NaNO2的水溶液后保温搅拌50～70min，继续在0～10℃温度下滴加KI的水溶液，滴加完毕后自然升温至室温，再加入硫代硫酸钠水溶液，然后经过萃取分液、提取干燥和纯化处理，得到第二中间体；步骤S30、在氮气保护下，将所述第二中间体、第二反应物、钯催化剂、K2CO3、乙醇、甲苯和水在加热搅拌条件下进行Suzuki偶联反应3.5～4.5h，然后经过分离、洗涤、干燥和纯化处理，得到目标化合物，即制得液晶化合物；其中，步骤S10中的所述第一反应物为具有如下结构式(Ⅱ)所示结构的化合物，步骤S30中的所述第二反应物为具有如下结构式(Ⅲ)所示结构的化合物：其中，结构式(Ⅱ)中的R1和结构式(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智勇，陈婷，欧阳慧琦，关金涛，汪相如，乔俊飞，张海燕，蔡雄辉，高时汉，赵怿哲，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42