JP2018052873A - Novel compound, photopolymerization initiator and polymerizable liquid crystal composition - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、液晶組成物中において揮発しにくく、しかも硬化能力に優れた光重合開始剤として有用な新規化合物を提供する。また、当該化合物を用いた重合性液晶組成物、及び、該重合性液晶組成物を用いて得られる高分子安定化液晶表示素子を提供する。
【解決手段】本発明は、一般式(i)で表される化合物を提供する。
ここで、一般式(i)中におけるR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10の分子量の総和は15以上175以下である。
【選択図】 なしThe present invention provides a novel compound useful as a photopolymerization initiator which is less volatile in a liquid crystal composition and has an excellent curing ability. In addition, a polymerizable liquid crystal composition using the compound and a polymer-stabilized liquid crystal display element obtained using the polymerizable liquid crystal composition are provided.
The present invention provides a compound represented by the general formula (i).
Here, the sum of the molecular weights of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 in the general formula (i) is 15 or more and 175 or less. .
[Selection figure] None
Description
本発明は新規化合物、該化合物を用いた光重合開始剤、該化合物を含む重合性液晶組成物に関する。 The present invention relates to a novel compound, a photopolymerization initiator using the compound, and a polymerizable liquid crystal composition containing the compound.
液晶材料は、テレビ、モニター、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末などのフラットパネルディスプレイにおいて一般的に利用されている。テレビ用途に関しては、現在のところVA方式が主流であることから、誘電率異方性が負を示すn型液晶材料が使用されている。さらに、n型液晶材料におよそ1質量%未満の少量の重合性化合物を添加し、UV光で硬化させることにより、液晶素子内における液晶材料−配向膜界面に突起物を形成させ、プレチルトを誘起するPSA(polymer−sustained alignment:高分子維持配向)液晶ディスプレイが実用化されている(例えば、特許文献1)。
さらに、重合性化合物の添加量を増やすことにより、液晶素子内に三次元ポリマーネットワークを形成させて、応答速度を改善したディスプレイ(高分子安定化液晶ディスプレイ)も報告されている(特許文献2)。このような液晶素子を得る際、重合性化合物を速やかに硬化させるために光重合開始剤の添加を必要とする。
Liquid crystal materials are generally used in flat panel displays such as televisions, monitors, mobile phones, smartphones, and tablet terminals. For television applications, the n-type liquid crystal material exhibiting negative dielectric anisotropy is used because the VA method is currently mainstream. Further, a small amount of a polymerizable compound of less than about 1% by mass is added to the n-type liquid crystal material, and cured by UV light, thereby forming protrusions at the liquid crystal material-alignment film interface in the liquid crystal element and inducing pretilt. PSA (polymer-stained alignment) liquid crystal displays have been put into practical use (for example, Patent Document 1).
Furthermore, a display (polymer stabilized liquid crystal display) in which a response speed is improved by forming a three-dimensional polymer network in the liquid crystal element by increasing the addition amount of the polymerizable compound has been reported (Patent Document 2). . When obtaining such a liquid crystal element, it is necessary to add a photopolymerization initiator in order to quickly cure the polymerizable compound.
従来、液晶材料中に添加する光重合開始剤としては、たとえばIrgacure651(BASF製)が汎用されている(特許文献2〜5)。しかし、該光重合開始剤は液晶滴下注入(ODF工程)やインクジェット機による滴下注入の際に、揮発しやすい欠点がある。重合開始剤の揮発が生じると、液晶素子中に該化合物の濃度分布が起きてムラが発生したり、重合性化合物が残留することにより液晶ディスプレイの表示信頼性が低下する。そこで、液晶化合物に類似する骨格を導入することにより、揮発性の低下と液晶材料への親和性向上を期待した光重合開始剤が提案されている(特許文献6)。 Conventionally, for example, Irgacure 651 (manufactured by BASF) is widely used as a photopolymerization initiator added to a liquid crystal material (Patent Documents 2 to 5). However, the photopolymerization initiator has a drawback that it easily volatilizes during liquid crystal dropping injection (ODF process) or dropping injection with an ink jet machine. When volatilization of the polymerization initiator occurs, the concentration distribution of the compound occurs in the liquid crystal element and unevenness occurs, or the display reliability of the liquid crystal display decreases due to the remaining polymerizable compound. Then, the photoinitiator which anticipated the fall of volatility and the affinity improvement to liquid crystal material by introduce | transducing frame | skeleton similar to a liquid crystal compound is proposed (patent document 6).
一般的に、光重合開始剤が重合性化合物を重合させる能力(便宜上、硬化能力と呼ぶ)は、分子量と逆相関する傾向がある。これは、光重合開始剤の分子量を増加させると、生成するラジカルの移動速度が低下するため、重合性化合物の硬化速度が低下するからである。 In general, the ability of a photopolymerization initiator to polymerize a polymerizable compound (referred to as curing ability for convenience) tends to be inversely correlated with the molecular weight. This is because when the molecular weight of the photopolymerization initiator is increased, the rate of movement of the generated radicals is lowered, so that the curing rate of the polymerizable compound is lowered.
重合性化合物の硬化速度が落ちると、高分子安定化された液晶表示素子では応答速度が悪化するため、該表示素子の長所が毀損されてしまう。たとえば、特許文献6に記載の光重合開始剤では、硬化能力が低く、近年の高分子安定化液晶表示素子に求められる高速応答性に応えられるものではない。 When the curing rate of the polymerizable compound is lowered, the response speed of the polymer-stabilized liquid crystal display element is deteriorated, so that the advantages of the display element are damaged. For example, the photopolymerization initiator described in Patent Document 6 has a low curing ability and cannot meet the high-speed response required for recent polymer-stabilized liquid crystal display elements.
一方、Irgacure651(BASF社製)は分子量が256であり、一般的な液晶組成物の構成成分としては分子量が低すぎることが、液晶材料用の光重合開始剤として適用する上での課題であった。 On the other hand, Irgacure 651 (manufactured by BASF) has a molecular weight of 256, and the molecular weight is too low as a constituent component of a general liquid crystal composition, which is a problem in application as a photopolymerization initiator for liquid crystal materials. It was.
本発明は、液晶組成物中において揮発しにくく、しかも硬化能力に優れた光重合開始剤として有用な新規化合物を提供する。 The present invention provides a novel compound useful as a photopolymerization initiator that is not easily volatilized in a liquid crystal composition and has excellent curing ability.
また、当該化合物を用いた重合性液晶組成物及び高速応答な高分子安定化液晶表示素子を提供する。 In addition, a polymerizable liquid crystal composition using the compound and a polymer-stabilized liquid crystal display device having a high-speed response are provided.
本発明者らは、Irgcure651の高い硬化能力に着目しつつ、その構造的特性が高分子安定化液晶表示素子の諸特性へ及ぼす影響につき検討を重ねた。その結果、近年の高い応答速度と表示信頼性が求められる高分子安定化液晶表示素子においても、実用に耐える光重合開始剤として有用な新規化合物を見出した。 While paying attention to the high curing ability of Irgcure 651, the present inventors have repeatedly studied the influence of the structural characteristics on various characteristics of the polymer-stabilized liquid crystal display element. As a result, the present inventors have found a novel compound useful as a photopolymerization initiator that can withstand practical use even in polymer-stabilized liquid crystal display devices that require high response speed and display reliability in recent years.
すなわち、本願発明は 一般式(i) That is, the present invention relates to the general formula (i)
(式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10は、それぞれ独立して水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数3から10のシクロアルキル基、炭素原子数1から9のアルコキシ基、炭素原子数2から10のアルケニル基又は炭素原子数2から9のアルケニルオキシ基を表し、それぞれの基中に存在する1個又は隣接していない2個以上の−CH2−はそれぞれ独立して−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−又は−C≡C−によって置換されても良く、また、それぞれの基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は独立してフッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよく、
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10の分子量の総和が15以上175以下であり、
A1及びA2は、それぞれ独立して炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基を表す。)で表される化合物である。
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, or a carbon atom. An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 9 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an alkenyloxy group having 2 to 9 carbon atoms. 1 or two or more non-adjacent —CH 2 — present in each group are each independently —O—, —S—, —CO—, —COO—, —OCO—, — CO-S-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CO-NH-, -NH-CO-, -CH = CH-COO-, -CH = CH-OCO-, -COO- CH = CH-, -OCO-CH = CH-, -CH = CH-, -CF = CF- May be replaced by -C≡C-, also one or two or more hydrogen atoms present in each group may be substituted by a fluorine atom or a chlorine atom, independently,
The total molecular weight of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 is 15 or more and 175 or less,
A 1 and A 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms. ).
本発明の化合物は、液晶材料用の光重合開始剤と用いた際、液晶滴下注入工程等における揮発が生じ難いため、従来の光重合開始剤のように揮発性に起因する問題を抑制できる。また。高い硬化能力を有するため、高速応答な高分子安定化液晶表示素子を作成できる。 When the compound of the present invention is used with a photopolymerization initiator for a liquid crystal material, it is difficult for volatilization in a liquid crystal dropping injection process or the like to occur, and thus problems due to volatility can be suppressed as in conventional photopolymerization initiators. Also. Since it has a high curing ability, a polymer-stabilized liquid crystal display element with high-speed response can be produced.
本発明の化合物は、一般式(i)で表わされる構造を有する。該構造は、2つのフェニル基を含む骨格構造に対し、該フェニル基に特定の置換基が結合していることを特徴とする。このような構造により、本発明の化合物は、汎用される液晶材料に近い分子量かつ分子構造設計となっている。このため、本発明の化合物は、該骨格構造に由来する高い硬化能力を保持しつつ、液晶組成物に対して高い相溶性を示し、液晶組成物中からの揮発を生じにくいと推察される。 The compound of the present invention has a structure represented by the general formula (i). The structure is characterized in that a specific substituent is bonded to the phenyl group with respect to a skeleton structure containing two phenyl groups. With such a structure, the compound of the present invention has a molecular weight and molecular structure design close to those of widely used liquid crystal materials. For this reason, it is presumed that the compound of the present invention exhibits high compatibility with the liquid crystal composition while maintaining the high curing ability derived from the skeleton structure, and hardly causes volatilization from the liquid crystal composition.
一般式(i)において、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10で表される基の分子量の総和は15以上175以下である。この理由は、一般式(i)で表わされる化合物の分子量が、15未満であると極性が大きく液晶組成物との親和性が低下し、175を超えると硬化能力が低下するためである。該分子量の総和の下限値は、12以上であることが好ましく、24以上であることがより好ましく、40以上であることがさらに好ましく、上限値は175以下であることが好ましく、150以下であることがより好ましく、125以下であることがさらに好ましく、100以下であることが特に好ましい。 In the general formula (i), the total molecular weight of the groups represented by R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 is 15 or more and 175 or less. It is. This is because when the molecular weight of the compound represented by the general formula (i) is less than 15, the polarity is large and the affinity with the liquid crystal composition is lowered, and when it exceeds 175, the curing ability is lowered. The lower limit of the total molecular weight is preferably 12 or more, more preferably 24 or more, further preferably 40 or more, and the upper limit is preferably 175 or less, and is 150 or less. More preferably, it is more preferably 125 or less, and particularly preferably 100 or less.
一般式(i)において、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10で表される基の分子内に二重結合が存在すると硬化能力が落ちる懸念があり、また、またカルボニル基や窒素原子の導入は、化合物の極性を増加させて溶解性を低下させる懸念がある。よって、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10はフッ素原子、塩素原子、炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数3から10のシクロアルキル基若しくは炭素原子数1から9のアルコキシ基、又は、該アルキル基、該シクロアルキル基若しくは該アルコキシ基中に存在する1個又は隣接していない2個以上の−CH2−がそれぞれ独立して−O−、−CO−、−COO−、−OCO−若しくは−O−CO−O−によって置換された基が好ましく、フッ素原子、塩素原子、炭素原子数1から10のアルキル基、炭素原子数3から10のシクロアルキル基、若しくは炭素原子数1から9のアルコキシ基がより好ましく、炭素原子数1から6のアルキル基、炭素原子数3から6のシクロアルキル基、又は、炭素原子数1から5のアルコキシ基がさらに好ましく、炭素原子数2から5のアルキル基、又は、炭素原子数2から5のアルコキシ基が特に好ましい。 一般式(i)において、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10のうち少なくとも1つは置換基であるが、原料の入手容易さも考慮すると、R2、R3、R4、R7、R8及びR9のうち1つ以上は置換基であることが好ましく、R2、R3、R7及びR8のうち1つ以上は置換基であることがより好ましく、R3及びR8のうち1つ以上は置換基であることがさらに好ましく、R3及びR8が共に置換基であることが特に好ましい。R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10に含まれる置換基の総数は、2つ以上6つ以下であることが好ましく、2つ以上4つ以下であることが好ましい。R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10に含まれる置換基は、製造の容易性から全て同一のものであることが好ましい。特に、R3及びR8が同一の置換基であることが好ましい。 In general formula (i), there is a double bond in the molecule of the group represented by R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10. Then, there exists a possibility that hardening capability may fall, and also introduction | transduction of a carbonyl group or a nitrogen atom has a possibility of increasing the polarity of a compound and reducing solubility. Therefore, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are a fluorine atom, a chlorine atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carbon atom A cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 9 carbon atoms, or one or two or more non-adjacent —CH present in the alkyl group, cycloalkyl group or alkoxy group 2- is preferably a group independently substituted by -O-, -CO-, -COO-, -OCO- or -O-CO-O-, and is preferably a fluorine atom, a chlorine atom or a carbon atom having 1 to 10 carbon atoms. More preferably, an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 9 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a cycloalkyl having 3 to 6 carbon atoms. Group, or, more preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms, or, particularly preferably an alkoxy group having 2 to 5 carbon atoms. In the general formula (i), at least one of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 is a substituent, In consideration of availability, at least one of R 2 , R 3 , R 4 , R 7 , R 8 and R 9 is preferably a substituent, and among R 2 , R 3 , R 7 and R 8 more preferably 1 or more is a substituent, more preferably more than one of R 3 and R 8 is a substituent, it is particularly preferred R 3 and R 8 are both substituents. The total number of substituents contained in R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 is preferably 2 or more and 6 or less, The number is preferably 2 or more and 4 or less. The substituents contained in R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are preferably all the same for ease of production. . In particular, R 3 and R 8 are preferably the same substituent.
一般式(i)におけるベンゼン環の2位、6位に置換基が存在すると硬化能力の低下が懸念されるため、R1、R5、R6、R10は水素原子であることが好ましい。 When substituents are present at the 2-position and 6-position of the benzene ring in the general formula (i), there is a concern that the curing ability may be lowered. Therefore, R 1 , R 5 , R 6 , and R 10 are preferably hydrogen atoms.
また、一般式(i)において、R3及びR8は水素原子であってもよく、その際、R2、R4、R7及びR9のうち1つ以上が置換基であることが好ましい。 In general formula (i), R 3 and R 8 may be a hydrogen atom, and in this case, one or more of R 2 , R 4 , R 7 and R 9 are preferably substituents. .
一般式(i)で表される化合物の分子量は、下限値として、280以上であることが好ましく、300以上であることがより好ましく、320以上であることがさらに好ましく、上限値としては、450以下であることが好ましく、400以下であることより好ましく、370以下であることがさらに好ましい。 The molecular weight of the compound represented by the general formula (i) is preferably 280 or more as a lower limit, more preferably 300 or more, further preferably 320 or more, and the upper limit is 450. Or less, more preferably 400 or less, and even more preferably 370 or less.
一般式(i)において、A1、A2は、それぞれ炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基を表す。A1、A2において、分子内に二重結合が存在すると硬化能力が落ちる懸念があるため、炭素原子数1から5のアルキル基が好ましい。 In the general formula (i), A 1 and A 2 each represent an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms. In A 1 and A 2 , if there is a double bond in the molecule, there is a concern that the curing ability is lowered, and therefore an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable.
一般式(i)で表される化合物としては、下記一般式(I−a)、(I−b)又は(I−c)で表される化合物がより好ましい。 As the compound represented by the general formula (i), a compound represented by the following general formula (Ia), (Ib) or (Ic) is more preferable.
(式中、R11及びR12はそれぞれ独立して、炭素原子数1から6のアルキル基、炭素原子数3から6のシクロアルキル基又は炭素原子数1から5のアルコキシ基を表し、R13、R14、R15及びR16はそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1から6のアルキル基を表すが、それぞれ独立して炭素原子数1から6のアルキル基であることが好ましく、R17、R18、R19、R20はそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1から6のアルキル基を表すが、それぞれ独立して炭素原子数1から6のアルキル基であることが好ましく、A11及びA12はそれぞれ独立して炭素原子数1から5のアルキル基を表す。)
合成の容易さを考慮して、下記に好ましい化合物の具体例を以下に示す。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
(Wherein R 11 and R 12 each independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and R 13 , R 14 , R 15 and R 16 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, preferably each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, 17 , R 18 , R 19 and R 20 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, preferably each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, A 11 and A 12 each independently represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
In consideration of easiness of synthesis, specific examples of preferable compounds are shown below. However, the present invention is not limited to these.
(式中、R21及びR22はそれぞれ独立して炭素原子数2から6のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルコキシ基を表し、A21及びA22はそれぞれ独立して炭素原子数1から2のアルキル基を表す。)
本発明において、一般式(I−d)で表される化合物は、以下のようにして製造することができる。また、一般式(I−e)又は(I−f)で表される化合物の他、一般式(i)で表される化合物は、通常、同法に準じて製造することができる。もちろん、本発明の趣旨及び適用範囲は、これら製造例により制限されるものではない。
(製法例)一般式(I−d)で表される化合物の合成方法
(In the formula, R 21 and R 22 each independently represent an alkyl group having 2 to 6 carbon atoms or an alkoxy group having 2 to 5 carbon atoms, and A 21 and A 22 each independently represent 1 carbon atom. To 2 alkyl groups.)
In the present invention, the compound represented by the general formula (Id) can be produced as follows. Moreover, the compound represented by general formula (i) other than the compound represented by general formula (Ie) or (If) can be normally manufactured according to the same method. Of course, the spirit and scope of the present invention are not limited by these production examples.
(Production Example) Method for Synthesizing Compound Represented by General Formula (Id)
ベンズアルデヒド(S−1)を縮合させ、ベンゾイン(S−2)を得ることができる。 Benzaldehyde (S-1) can be condensed to obtain benzoin (S-2).
使用する試薬としては、反応を好適に進行させるものであれば特に限定されないが、シアン化物塩を単独で用いるか、あるいはN−アルキルチアゾリウム塩を塩基で処理して使用することが好ましい。シアン化物塩としては、シアン化ナトリウム、シアン化カリウム、チアゾリウム塩としてはチアミンや3−ベンジル−5−(2−ヒドロキシエチル)−4−メチルチアゾリウムクロリド、塩基としてはトリエチルアミンを挙げることができる。使用量はベンズアルデヒドに対して0.01モルから1.0モルが好ましく、0.05モルから0.5モルがより好ましい。使用する溶媒としては、反応を好適に進行させるものであれば特に限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール及びそれらと水の混合物が好ましく、原料の溶解度や反応温度の観点から、エタノール又は含水エタノールが好ましい。反応温度としては、反応を好適に進行させる温度であれば特に限定されないが、40℃〜70℃が好ましい。
続いて、ベンゾイン(S−2)を酸化することにより、ベンジル誘導体(S−3)を得ることができる。酸化反応としては、既知の多くの酸化反応を用いることができるが、実用性を考慮して、過ルテニウム酸テトラプロピルアンモニウム(TPAP)酸化や9−アザビシクロ[3.3.1]ノナン=N−オキシルを用いる酸化(Stahl酸化)、硫酸銅(II)を用いる酸化等を好ましく用いることができる。
The reagent to be used is not particularly limited as long as the reaction proceeds suitably, but it is preferable to use a cyanide salt alone or to use an N-alkylthiazolium salt treated with a base. Examples of the cyanide salt include sodium cyanide and potassium cyanide. Examples of the thiazolium salt include thiamine and 3-benzyl-5- (2-hydroxyethyl) -4-methylthiazolium chloride. Examples of the base include triethylamine. The amount used is preferably from 0.01 mol to 1.0 mol, more preferably from 0.05 mol to 0.5 mol, based on benzaldehyde. The solvent to be used is not particularly limited as long as it allows the reaction to proceed suitably, but methanol, ethanol, propanol and a mixture thereof with water are preferable. From the viewpoint of the solubility of the raw materials and the reaction temperature, ethanol or hydrous ethanol is preferable. preferable. Although it will not specifically limit as reaction temperature if it is the temperature which advances reaction suitably, 40 to 70 degreeC is preferable.
Subsequently, the benzyl derivative (S-3) can be obtained by oxidizing benzoin (S-2). As the oxidation reaction, many known oxidation reactions can be used. In consideration of practicality, tetrapropylammonium perruthenate (TPAP) oxidation or 9-azabicyclo [3.3.1] nonane = N— Oxidation using oxyl (Stahl oxidation), oxidation using copper (II) sulfate, or the like can be preferably used.
最後にベンジル誘導体(S−3)のケトンを酸触媒中でアセタール化試薬と反応させ、光重合開始剤(I−d)を得ることができる。試薬としては、オルトギ酸トリメチルやオルトギ酸トリエチルを使用することが好ましい。その際、溶媒としては、メチル化の場合はメタノール、エチル化の場合はエタノールを使用することが必要である。酸触媒としては、硫酸、塩酸、トリフルオロ酢酸等を好ましく用いることができる。反応温度としては、反応を好適に進行させる温度であれば特に限定されないが、室温から反応溶媒が還流するまでの温度が好ましく、40℃から溶媒が還流するまでの温度が更に好ましい。 Finally, the ketone of the benzyl derivative (S-3) can be reacted with an acetalizing reagent in an acid catalyst to obtain a photopolymerization initiator (Id). As the reagent, trimethyl orthoformate or triethyl orthoformate is preferably used. In that case, it is necessary to use methanol in the case of methylation and ethanol in the case of ethylation as a solvent. As the acid catalyst, sulfuric acid, hydrochloric acid, trifluoroacetic acid and the like can be preferably used. The reaction temperature is not particularly limited as long as it allows the reaction to proceed suitably, but is preferably a temperature from room temperature to reflux of the reaction solvent, more preferably from 40 ° C. to reflux of the solvent.
前述の製法の各工程において、必要に応じて精製を行うことができる。精製方法としてはクロマトグラフィー、再結晶、再沈殿、吸着等が挙げられる。クロマトグラフィーに用いる精製剤の具体例としてはシリカゲル、NH2シリカゲル、アルミナ等が挙げられる。この際に用いる溶媒としては、ヘキサン、トルエン、酢酸エチル等を挙げることができる。再結晶又は再沈殿に用いる溶媒としては、ヘキサン、トルエン、アセトン、酢酸エチル、メタノール、エタノール等を挙げることができる。これらの溶媒は必要に応じて単独で用いても混合して用いてもよい。吸着に用いる精製剤としては、活性炭等を用いることができる。この際に用いる溶媒としては、ヘキサン、トルエン、アセトン、酢酸エチル等を用いることができる。 In each step of the above-described production method, purification can be performed as necessary. Purification methods include chromatography, recrystallization, reprecipitation, adsorption and the like. Specific examples of the purification agent used for chromatography include silica gel, NH 2 silica gel, alumina and the like. Examples of the solvent used at this time include hexane, toluene, and ethyl acetate. Examples of the solvent used for recrystallization or reprecipitation include hexane, toluene, acetone, ethyl acetate, methanol, ethanol and the like. These solvents may be used alone or in combination as required. As a purification agent used for adsorption, activated carbon or the like can be used. As a solvent used in this case, hexane, toluene, acetone, ethyl acetate, or the like can be used.
本発明の化合物は、光重合開始剤として有用である。本発明の化合物は、単独で光重合開始剤として用いてもよく、2種以上を組み合わせて光重合開始剤として用いてもよい。 The compound of the present invention is useful as a photopolymerization initiator. The compound of the present invention may be used alone as a photopolymerization initiator, or two or more compounds may be used in combination as a photopolymerization initiator.
本発明の化合物は、従来の光重合開始剤と同様な用途に広く用いることができる。本発明の化合物は、液晶組成物中に添加して用いる光重合開始剤として特に有用である。本発明の化合物を光重合開始剤として含む重合性液晶組成物によれば、高性能かつ高信頼性の液晶表示素子を得ることができる。 The compound of this invention can be widely used for the same use as the conventional photoinitiator. The compound of the present invention is particularly useful as a photopolymerization initiator used by being added to a liquid crystal composition. According to the polymerizable liquid crystal composition containing the compound of the present invention as a photopolymerization initiator, a high-performance and highly reliable liquid crystal display element can be obtained.
上記重合性液晶組成物は、本発明の化合物の他、重合性化合物と液晶化合物とを含むものである。該重合性化合物は、本発明の化合物の作用により光重合可能なものであれば特に限定されず、公知のものを用いてよい。該液晶化合物としては、特に限定されず、本技術分野において公知のものを用いてよい。 The polymerizable liquid crystal composition contains a polymerizable compound and a liquid crystal compound in addition to the compound of the present invention. The polymerizable compound is not particularly limited as long as it is photopolymerizable by the action of the compound of the present invention, and a known compound may be used. The liquid crystal compound is not particularly limited, and those known in this technical field may be used.
さらに、本発明の化合物、光重合開始剤又は重合性液晶組成物は、上述した以外の用途に用いることもできる。たとえば、医薬品、農薬、ポリマー、樹脂、顔料、染料、化粧品、食品、インキ、粘着剤、接着剤、印刷物、光学異方体又は電子デバイスの用途が挙げられる。 Furthermore, the compound, photopolymerization initiator, or polymerizable liquid crystal composition of the present invention can be used for applications other than those described above. For example, the use of pharmaceuticals, agricultural chemicals, polymers, resins, pigments, dyes, cosmetics, foods, inks, pressure-sensitive adhesives, adhesives, printed materials, optical anisotropic bodies or electronic devices can be mentioned.
以下、実施例を挙げて本発明を更に記述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。化合物の純度は、液体クロマトグラフィー(LC)及びガスクロマトグラフィー(GC)によって分析した。化合物の構造は、1H−NMRもしくは高速液体クロマトグラフィー質量分析法(HPLC−MS、イオン化の方法はエレクトロスプレー法:ESI)により同定した。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is further described, this invention is not limited to these Examples. “%” In the compositions of the following examples and comparative examples means “% by mass”. The purity of the compound was analyzed by liquid chromatography (LC) and gas chromatography (GC). The structure of the compound was identified by 1 H-NMR or high-performance liquid chromatography mass spectrometry (HPLC-MS, the ionization method was electrospray method: ESI).
実施例中に記載した各特性の詳細は以下の通りである。 Details of each characteristic described in the examples are as follows.
Δn :20℃における屈折率異方性
Δε :20℃における誘電率異方性
η :20℃における粘度(mPa・s)
(実施例1)光重合開始剤(I−2)の製造
Δn: Refractive index anisotropy at 20 ° C. Δε: Dielectric anisotropy at 20 ° C. η: Viscosity at 20 ° C. (mPa · s)
(Example 1) Production of photopolymerization initiator (I-2)
反応容器に、4−プロピルベンズアルデヒド(17.0g)、シアン化カリウム(2.24g)、エタノール(115 mL)と水(115mL)を加え、70℃で7時間攪拌した。室温に冷却後、水(115mL)を加え、酢酸エチルで抽出した。減圧下で溶媒を留去し、ベンゾイルを得た。続いて、反応容器にベンゾイルと硫酸銅(26.0g)、ピリジン(20.5g)、水(10.3g)を加え、70℃で2時間撹拌した。室温に冷却後、10%塩酸で中和し、酢酸エチルで抽出した。減圧下で溶媒を留去した後、カラムクロマトグラフィーと再結晶で精製し、ベンジル誘導体を得た。次に、反応容器にベンジル誘導体とオルトギ酸トリメチル(10.8g)、メタノール(17mL)を加え、攪拌しながら25℃で濃硫酸(0.50g)を加えた。50℃で10時間撹拌した。減圧下で溶媒を留去した後、カラムクロマトグラフィーで精製し、(I−2)を6.0g得た。
1H−NMR(400MHz、CDCl3):0.90(t、J=7.3Hz、6H)、1.50−1.67(m、4H)、2.55(t、J=7.7Hz、4H)、3.20(s、6H)、7.13(dd、J=8.5Hz、18.9Hz、4H)、7.51(d、J=8.4Hz、2H)、7.99(d、J=8.4Hz、2H).
HPLC−MS(ESI):m/z 363 [M+Na+]、379 [M+K+]、404 [M+Na+CH3CN+].
(実施例2〜15)光重合開始剤(I−1)〜(I−15)の製造
実施例1と同様の方法にて光重合開始剤(I−2−a)を合成した。化合物の同定は、HPLC−MS(ESI)にて実施した。
4-Propylbenzaldehyde (17.0 g), potassium cyanide (2.24 g), ethanol (115 mL) and water (115 mL) were added to the reaction vessel, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 7 hours. After cooling to room temperature, water (115 mL) was added, and the mixture was extracted with ethyl acetate. The solvent was distilled off under reduced pressure to obtain benzoyl. Subsequently, benzoyl, copper sulfate (26.0 g), pyridine (20.5 g) and water (10.3 g) were added to the reaction vessel, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 2 hours. After cooling to room temperature, the mixture was neutralized with 10% hydrochloric acid and extracted with ethyl acetate. After evaporating the solvent under reduced pressure, the residue was purified by column chromatography and recrystallization to obtain a benzyl derivative. Next, a benzyl derivative, trimethyl orthoformate (10.8 g) and methanol (17 mL) were added to the reaction vessel, and concentrated sulfuric acid (0.50 g) was added at 25 ° C. with stirring. Stir at 50 ° C. for 10 hours. After evaporating the solvent under reduced pressure, the residue was purified by column chromatography to obtain 6.0 g of (I-2).
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 0.90 (t, J = 7.3 Hz, 6H), 1.50-1.67 (m, 4H), 2.55 (t, J = 7.7 Hz) 4H), 3.20 (s, 6H), 7.13 (dd, J = 8.5 Hz, 18.9 Hz, 4H), 7.51 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.9. (D, J = 8.4 Hz, 2H).
HPLC-MS (ESI): m / z 363 [M + Na +], 379 [M + K +], 404 [M + Na + CH 3 CN +].
Examples 2 to 15 Production of photopolymerization initiators (I-1) to (I-15) Photopolymerization initiators (I-2-a) were synthesized in the same manner as in Example 1. The compound was identified by HPLC-MS (ESI).
(実施例16)光重合開始剤(I−2)の評価
<揮発性評価>
一般的に、化合物の相対的な揮発性は、GC測定時の保持時間との相関が認められる。実施例1で合成した光重合開始剤(I−2)をGC測定し、保持時間を求めた。液晶組成物における低分子量成分のうち、揮発性評価の標準物質として、CC−34
(Example 16) Evaluation of photopolymerization initiator (I-2) <Evaluation of volatility>
In general, the relative volatility of a compound is correlated with the retention time at the time of GC measurement. The photopolymerization initiator (I-2) synthesized in Example 1 was subjected to GC measurement, and the retention time was determined. Among the low molecular weight components in the liquid crystal composition, CC-34 is used as a reference material for evaluating volatility.
のGC測定を行ったところ、9.7分であった。 It was 9.7 minutes when GC measurement of this was performed.
GC測定条件:島津GC−2014、カラムJ&W製DB−1(長さ30m、直径0.25mm×膜厚0.25μm)、注入口温度300℃、検出器温度320℃、検出方法FID、温度プログラム110℃→10℃/分→300℃(21分保持)、線速度58cm/sec。
<液晶組成物の調製と高分子安定化液晶表示素子の作成>
高分子安定化された液晶表示素子において、光重合開始剤の硬化能力が高いほど、重合性化合物が硬化し、応答の立下り時間(τOFF)が低下する。すなわち、応答時間が小さいほど高速応答性に優れるため、有用な液晶表示素子となる。
GC measurement conditions: Shimadzu GC-2014, DB-1 manufactured by Column J & W (length 30 m, diameter 0.25 mm × film thickness 0.25 μm), inlet temperature 300 ° C., detector temperature 320 ° C., detection method FID, temperature program 110 ° C. → 10 ° C./min→300° C. (21 minutes hold), linear velocity 58 cm / sec.
<Preparation of liquid crystal composition and creation of polymer stabilized liquid crystal display element>
In the polymer-stabilized liquid crystal display element, the higher the curing ability of the photopolymerization initiator, the more the polymerizable compound cures, and the response fall time (τOFF) decreases. In other words, the smaller the response time, the better the high-speed response, and thus a useful liquid crystal display element.
以下に示す比率で各化合物を含む液晶組成物(Δn=0.102、粘性η=16.8、Δε=−3.8)97.8%、重合性化合物(RM−1)2%、及び、光重合開始剤(I−2)0.2%を混合し、重合性液晶組成物(LCM−1)を調製した。 Liquid crystal composition containing each compound in the ratio shown below (Δn = 0.102, viscosity η = 16.8, Δε = -3.8) 97.8%, polymerizable compound (RM-1) 2%, and Then, 0.2% of photopolymerization initiator (I-2) was mixed to prepare a polymerizable liquid crystal composition (LCM-1).
次に、液晶表示素子を作成した。まず、セルギャップ3μmのITO付きガラスセルを用意した。該セルにポリイミド配向膜を塗布した後、液晶の垂直配向(ホメオトロピック配向)が得られるように、基板面法線方向に対してプレチルト角が1°〜2°になるようにラビング配向処理を施した。得られたITO付きパラレルラビング配向のセルに、重合性液晶組成物(LCM−1)を60℃に加熱した状態で、真空注入法により注入した。
Next, a liquid crystal display element was produced. First, a glass cell with ITO having a cell gap of 3 μm was prepared. After applying a polyimide alignment film to the cell, a rubbing alignment process is performed so that the pretilt angle is 1 ° to 2 ° with respect to the normal direction of the substrate surface so that the vertical alignment (homeotropic alignment) of the liquid crystal is obtained. gave. The polymerizable liquid crystal composition (LCM-1) was injected into the obtained parallel rubbing alignment cell with ITO by a vacuum injection method in a state heated to 60 ° C.
組成物が封入されたセルを取り出し、注入口を封口剤3026E(スリーボンド社製)で封止した。紫外線カットフィルターL−37(ホーヤ カンデオ オプトロニクス社製)を介した照射強度が20mW/cm2の紫外線を、25℃で600秒間照射した。これにより重合性液晶組成物中の重合性化合物を硬化させて、セル内にポリマーネットワークが形成されたVAモードの液晶表示素子を得た。クロスニコル配置された二枚の偏光板の間に作製したセルを置くと黒くなり、セルを方位角方向へ回転しても暗視野が変化せず、ポリマーネットワークの光軸方向と液晶配向容易軸方向が同一方向であることを確認した。 The cell in which the composition was sealed was taken out, and the inlet was sealed with a sealing agent 3026E (manufactured by Three Bond Co.). Ultraviolet rays having an irradiation intensity of 20 mW / cm 2 through an ultraviolet cut filter L-37 (manufactured by Hoya Candeo Optronics) were irradiated at 25 ° C. for 600 seconds. Thus, the polymerizable compound in the polymerizable liquid crystal composition was cured to obtain a VA mode liquid crystal display element in which a polymer network was formed in the cell. When the prepared cell is placed between two polarizing plates arranged in crossed Nicols, it turns black, and even if the cell is rotated in the azimuth direction, the dark field does not change, and the optical axis direction of the polymer network and the liquid crystal alignment easy axis direction are Confirmed to be in the same direction.
液晶表示素子の高速応答性を確認するために、60Hzの矩形波を印加して、応答時間(立下り時間、τOFF)を測定した。
(比較例1)
市販の光重合開始剤Irgacure651(BASF社製)の揮発性を調べるため、GC測定した。さらに、光重合開始剤(I−2)に代えて該Irgacure651を用いた以外は、実施例1と同様に重合性液晶組成物(LCM−C1)を調製後、液晶表示素子を作成し、応答時間を測定した。
(比較例2)
公知の光重合性開始剤(特許文献6記載PI−1)の揮発性を調べるため、GC測定した。さらに、光重合開始剤(I−2)に代えて該PI−1を用いた以外は、実施例1と同様に重合性液晶組成物(LCM−C2)を調製後、液晶表示素子を作成し、応答時間を測定した。
In order to confirm the high-speed response of the liquid crystal display element, a rectangular wave of 60 Hz was applied and the response time (fall time, τOFF) was measured.
(Comparative Example 1)
In order to examine the volatility of a commercially available photopolymerization initiator Irgacure 651 (manufactured by BASF), GC measurement was performed. Further, a liquid crystal display element was prepared after preparing a polymerizable liquid crystal composition (LCM-C1) in the same manner as in Example 1 except that the Irgacure 651 was used in place of the photopolymerization initiator (I-2). Time was measured.
(Comparative Example 2)
In order to examine the volatility of a known photopolymerizable initiator (PI-1 described in Patent Document 6), GC measurement was performed. Furthermore, a liquid crystal display element was prepared after preparing a polymerizable liquid crystal composition (LCM-C2) in the same manner as in Example 1 except that the PI-1 was used instead of the photopolymerization initiator (I-2). The response time was measured.
各測定を行った結果を以下に示す。 The results of each measurement are shown below.
実施例16と比較例1を比較することにより、本発明の光重合開始剤が、市販の光重合開始剤Irgacure651よりも揮発性が低下し、CC−34よりも揮発性が低いことが確認できた。実際に、実施例16で作成した液晶表示素子の表示品質は良好であり、ムラ等は確認されなかった。一方で、実施例16と比較例2を比較することにより、本発明の光重合開始剤を添加することによって作成した液晶表示素子は、上記PI−1を用いて作成した液晶表示素子よりも高速応答性に優れていることが分かる。 By comparing Example 16 and Comparative Example 1, it can be confirmed that the photopolymerization initiator of the present invention is less volatile than the commercially available photopolymerization initiator Irgacure 651 and less volatile than CC-34. It was. Actually, the display quality of the liquid crystal display element prepared in Example 16 was good, and no unevenness was observed. On the other hand, the liquid crystal display element produced by adding the photoinitiator of this invention by comparing Example 16 and Comparative Example 2 is faster than the liquid crystal display element produced using said PI-1. It turns out that it is excellent in responsiveness.
Claims (9)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10の分子量の総和が15以上175以下であり、
A1及びA2は、それぞれ独立して炭素原子数1から5のアルキル基又は炭素原子数2から5のアルケニル基を表す。)で表される化合物。 Formula (i)
The total molecular weight of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 is 15 or more and 175 or less,
A 1 and A 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms. ) A compound represented by
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