DE102013202254A1 - Process for the production of high energy magnets - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hochenergiemagneten umfassend leichte und schwere Seltenerdmetalle, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein schweres Seltenerdmetall mittels Elektrolyse aus einer ionischen Flüssigkeit enthaltend mindestens eine Guanidinium-Verbindung in den Dauermagneten eingebracht wird.The present invention relates to a method for producing high-energy magnets comprising light and heavy rare earth metals, characterized in that at least one heavy rare earth metal is introduced into the permanent magnet by means of electrolysis from an ionic liquid containing at least one guanidinium compound.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hochenergiemagneten umfassend leichte und schwere Seltenerdmetalle, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein schweres Seltenerdmetall mittels Elektrolyse aus einer ionischen Flüssigkeit enthaltend mindestens eine Guanidinium-Verbindung in den Dauermagneten eingebracht wird. The present invention relates to a method for producing high energy magnets comprising light and heavy rare earth metals, characterized in that at least one heavy rare earth metal is introduced by electrolysis of an ionic liquid containing at least one guanidinium compound in the permanent magnet.
Stand der Technik State of the art
Generell zeichnen sich Materialien, welche sich zum Aufbau von Dauermagneten eignen, durch zwei unterschiedliche Charakteristika aus. Zum einen zeigen diese Materialien nach einer Behandlung innerhalb eines Magnetfeldes einen hohen Anteil an Magnetismus, welcher innerhalb des Materials verbleibt. Dies wird allgemein als die Remanenz B des Materials bezeichnet. Zum Anderen zeigen diese Materialien eine ausreichend hohe Koerzitivfeldstärke H, sodass eine vollständige Entmagnetisierung der Magnete erst bei hohen Feldstärken erfolgt. Für Dauermagnete muss der Magnetismus demzufolge sowohl hinreichend stark in den Werkstoff „einprägbar“ sein und zum anderen muss der Magnetismus auch genügend im Werkstoff „haften“. In general, materials that are suitable for the construction of permanent magnets, characterized by two different characteristics. First, after treatment within a magnetic field, these materials exhibit a high level of magnetism which remains within the material. This is commonly referred to as the remanence B of the material. On the other hand, these materials show a sufficiently high coercive force H, so that a complete demagnetization of the magnets takes place only at high field strengths. For permanent magnets, therefore, the magnetism must both be sufficiently strong in the material "impressible" and on the other hand, the magnetism must also "adhere" enough in the material.
Zu Anfang des letzten Jahrhunderts wurden im Automobilbereich Zünder aus Magnetstählen verwendet, welche im Laufe des technischen Fortschritts durch leistungsfähigere Materialien abgelöst. Diese Materialien basierten vielfach auf Legierungen, welche Selten Erdmetalle enthalten. Besonders effektive Materialien für Dauermagneten wurden dabei durch eine Kombination von leichten seltenen Erdmetallen LRE („light rare earth“) mit schweren Seltenerdmetallen HRE („heavy rare earth“) erhalten. Durch das Zulegieren der Schweren Seltenen Erden zu konventionellen Dauermagneten, welche in der Regel leichte seltenen Erden enthalten, beispielsweise in einer Zusammensetzung (Nd, Pr)FeB, erhöht sich die magnetokristalline Anisotropie der tetragonalen hartmagnetischen Phase und damit die Koerzitivfeldstärke der Dauermagnete (
In den so verbesserten Legierungen nimmt ein Atom der HRE (meistens Dy oder Tb) einen Gitterplatz eines LRE (Nd oder Pr) ein. Durch die Elektronenkonfiguration des HRE-Atoms koppelt allerdings dessen magnetisches Moment antiparallel an das Gitter des Dauermagneten, was zu einer Verringerung des magnetischen Moments führt. Diese Abnahme des magnetischen Moments bewirkt eine Abnahme der Magnetisierung J bzw. der charakteristischen Kenngröße (B × H)max des Magnetmaterials. In the alloys thus improved, an atom of the HRE (mostly Dy or Tb) occupies a lattice site of an LRE (Nd or Pr). Due to the electron configuration of the HRE atom, however, its magnetic moment couples antiparallel to the lattice of the permanent magnet, which leads to a reduction of the magnetic moment. This decrease in the magnetic moment causes a decrease in the magnetization J or characteristic characteristic (B × H) max of the magnetic material.
Das Einlegieren von HRE-Komponenten in RE-Dauermagnetmaterialien kann sich also vorteilhaft auf die magnetischen Eigenschaften von Dauermagneten auswirken. The alloying of HRE components in RE permanent magnet materials can thus have an advantageous effect on the magnetic properties of permanent magnets.
Aus der japanischen Patentanmeldung
Neben den Vakuumbeschichtungsverfahren (PVD, Sputtern) sind zudem Herstellungsmethoden von Dauermagneten bekannt, wobei HRE-Verbindungen in Form von Pasten (entweder als Metallpulver in schützender Umgebung oder in Form von HRE-Fluoriden als DyF3 Suspension) aufgebracht werden. Verwendet man Verbindungen der HRE-Metalle besteht immer die Gefahr, den Magneten durch das Eindringen von Verunreinigungen (vor allem bei der nachfolgenden Wärmebehandlung) zu schädigen – z.B. wäre ein Eindringen von Sauerstoff, Kohlenstoff etc. gerade an den Korngrenzen für die magnetischen Eigenschaften sehr ungünstig. In addition to the vacuum deposition (PVD, sputtering) methods of permanent magnet production are known, wherein HRE compounds in the form of pastes (either as metal powder in a protective environment or in the form of HRE fluorides as DyF 3 suspension) are applied. If compounds of the HRE metals are used, there is always the danger of damaging the magnet due to the penetration of impurities (especially in the subsequent heat treatment) - for example, penetration of oxygen, carbon, etc. would be very unfavorable precisely at the grain boundaries for the magnetic properties ,
Im Prinzip sind elektrolytische Verfahren zur Abscheidung von Metallen aus Lösungen bekannt (Vernickeln, Verkupfern etc.). Die Abscheidung reaktiver Metalle (z.B. Dy oder auch Al oder Ti) ist wegen der negativen Redoxpotentiale der Elemente und der dadurch benötigten elektrischen Spannungen vergleichsweise schwierig, da immer die Gefahr besteht, dass sich das Lösungsmittel unter den hohen Spannungen zersetzt. Für Dy wurde die Abscheidung von metallischen Schichten aus wasserfreien organischen Lösungen von Dy-Triflat in DMF berichtet (
So beschreibt zum Beispiel die
Desweiteren offenbart die
Überraschenderweise ist es nun gelungen, durch das Abtesten spezifischer Anforderungsvorschriften, diejenigen Verbindungsklassen und Einzelverbindungen innerhalb der Gruppe der Guanidinium-Kationen enthaltenden IL zu identifizieren, welche eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Effektivität aufweisen. Besonderes Augenmerk in der Auswahl der IL bei der Herstellung von Hochleistungsmagneten sind dabei zu richten auf: Surprisingly, it has now been possible, through the testing of specific requirements, to identify those classes of compounds and individual compounds within the group of guanidinium cations containing IL, which have an improved efficiency compared to the prior art. Particular attention should be paid to the selection of IL in the production of high-performance magnets:
a) Phasenverhalten a) phase behavior
Die IL sollte im Anwendungs-Temperaturbereich flüssig sein und bei Betriebstemperatur ein möglichst geringe Viskosität aufweisen. Dies ermöglicht eine höhere Beweglichkeit der Ladungsträger und führt somit zu einem schnelleren Ansprechen und in der Regel zu einem effektiveren Ladungstransport. Für Elektrolyseanwendungen ergeben sich derart z.B. höhere Abscheidegeschwindigkeiten. Ein Mittel zu Adaption des Phasenverhaltens der IL ergibt sich über die Wahl der Substituenten des Kations. So führt z.B. die Anbindung raumgreifender organischer Seitengruppen am Kation in der Regel zu einem tieferen IL-Schmelzpunkt. Die ionische Flüssigkeit sollte die Ausgangssalze der Metalle gut lösen und nicht mit der Elektrode interagieren. The IL should be liquid in the application temperature range and have the lowest possible viscosity at operating temperature. This allows a higher mobility of the charge carriers and thus leads to a faster response and usually to a more effective charge transport. For electrolysis applications such as e.g. higher deposition rates. A means for adapting the phase behavior of the IL arises through the choice of the substituents of the cation. For example, the attachment of bulky organic side groups on the cation usually to a lower IL melting point. The ionic liquid should dissolve the metal's starting salts well and not interact with the electrode.
b) Restfeuchte b) Residual moisture
Die IL sollte als Verbindung nicht hygroskopisch sein. Weiterhin sollte die Restfeuchte der IL bei der Verarbeitung möglichst gering gehalten werden und am besten verschwindend gering sein. Dies kann zum Beispiel durch eine Vortrocknung der IL oder durch die Verwendung eines Schutzgases während der Verarbeitung gewährleistet werden. Eine geringe Restfeuchte verhindert die Korrosion wasserempfindlicher Metalle und vergrößert das elektrochemische Fenster des Elektrolyten. Insbesondere die Zersetzung von Wasser an Elektroden (Magnetmaterial) durch die hohen angelegten Spannungen kann zu Schädigung des Materials durch Wasserstoffversprödung führen. The IL should not be hygroscopic as a compound. Furthermore, the residual moisture content of the IL during processing should be kept as low as possible and best kept small. This can be ensured, for example, by predrying the IL or by using an inert gas during processing. A low residual moisture prevents the corrosion of water-sensitive metals and increases the electrochemical window of the electrolyte. In particular, the decomposition of water to electrodes (magnetic material) by the high applied voltages can lead to damage of the material by hydrogen embrittlement.
c) Elektrochemische Stabilitäten c) Electrochemical stabilities
Die IL sollte eine hohe elektrochemische Stabilität und damit einhergehend ein breites elektrochemisches Fenster aufweisen. Dadurch reduzieren sich die Möglichkeiten unerwünschter Nebenreaktionen an Elektroden und die Zersetzung des Elektrolyten. Es werden weniger unerwünschte Nebenprodukte im Elektrolysebad akkumuliert, welches den Anteil an Verunreinigungen im Magneten reduziert. The IL should have high electrochemical stability and, concomitantly, a broad electrochemical window. This reduces the possibility of unwanted side reactions on electrodes and the decomposition of the electrolyte. Less unwanted by-products are accumulated in the electrolysis bath, which reduces the amount of impurities in the magnet.
d) Chemische Stabilität d) Chemical stability
Die IL sollte chemisch inert sein. Neben dem Verlust des Elektrolyten durch elektrochemische Prozesse sollte auch der Verlust der IL durch Reaktionen mit Elektroden oder zum Beispiel Metallen oder deren Beimengungen ausgeschlossen sein. Dies kann Verunreinigungen im Dauermagneten vermeiden. The IL should be chemically inert. In addition to the loss of the electrolyte by electrochemical processes, the loss of IL should be excluded by reactions with electrodes or metals or their admixtures. This can avoid contamination in the permanent magnet.
d) Löslichkeit für Metallsalze d) solubility for metal salts
Im Rahmen elektrolytischer Anwendungen sollte die Löslichkeit der IL für diejenigen Metallsalze, welche elektrolytisch abgeschieden werden sollen, möglichst hoch sein. Dies kann die Prozessführung durch eine geringere Anzahl an Nachdosierungen vereinfachen und zu einer vorteilhaften Prozesskinetik für die Abscheidung führen. For electrolytic applications, the solubility of the IL should be as high as possible for those metal salts which are to be electrodeposited. This can simplify the process management by a smaller number of additional dosing and lead to an advantageous process kinetics for the deposition.
e) Eigenleitfähigkeit e) intrinsic conductivity
Die Eigenleitfähigkeit der IL sollte möglichst hoch sein. Im Vergleich zu konventionellen organischen Lösungsmitteln sind Ils mit hoher Eigenleitfähigkeit für Elektrolyseanwendungen interessant, da sie den Spannungsabfall über den Elektrolyten und den Einfluss lokaler Stromdichteüberhöhungen verringern können. Hohe Eigenleitfähigkeiten führen in der Regel zu einer homogeneren Abscheidungen des Metalls auf der Elektrode. The intrinsic conductivity of the IL should be as high as possible. Compared to conventional organic solvents, high intrinsic conductivity ILs are of interest for electrolysis applications because they can reduce the voltage drop across the electrolyte and the influence of local current density perturbations. High intrinsic conductivities usually lead to a more homogeneous deposition of the metal on the electrode.
Unter Berücksichtigung der vorgenannten Punkte ergibt sich demzufolge eine definierte Verbindungsklasse, welche sich insbesondere als IL für die Herstellung von Hochleistungsmagneten eignet. Taking into account the aforementioned points, a defined class of compounds results, which is particularly suitable as IL for the production of high-performance magnets.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile der bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsdauermagneten auszuräumen und ein alternatives und kostengünstigeres Beschichtungsverfahren für Dauermagneten bereitzustellen, in welchem zumindest ein schweres Seltenerdmetall mittels Elektrolyse aus einer ionischen Flüssigkeit enthaltend mindestens eine Guanidinium-Verbindung in einen Dauermagneten eingebracht wird. It is therefore the object of the present invention to overcome the disadvantages of the previously known methods for the production of high-performance permanent magnets and to provide an alternative and less expensive coating method for permanent magnets in which at least one heavy rare earth metal by electrolysis of an ionic liquid containing at least one guanidinium compound in a permanent magnet is introduced.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Besondere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen wiedergegeben. This problem is solved by the features of
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung von Hochenergiemagneten umfassend leichte und schwere Seltenerdmetalle, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein schweres Seltenerdmetall mittels Elektrolyse aus einer ionischen Flüssigkeit enthaltend mindestens eine Guanidinium-Verbindung in den Dauermagneten eingebracht wird. According to the invention, a method for the production of high energy magnets comprising light and heavy rare earth metals, characterized in that at least one heavy rare earth metal is introduced by electrolysis of an ionic liquid containing at least one guanidinium compound in the permanent magnet.
Mittels der Elektrolyse können die in der Elektrolytflüssigkeit gelösten schweren Seltenerdmetallsalze auf der Oberfläche des im Elektrolysebad vorliegenden leichten Seltenerdmetalle enthaltenen Dauermagneten abgeschieden werden. Dies erfolgt mittels Elektrolyse deutlich wirtschaftlicher als die bisher vorgeschlagenen Verfahren, welche zur Einbringung der schweren Seltenerdmetalle ein Sputter-Verfahren nutzen. Die schweren Seltenerdmetalle werden elektrochemisch auf der Oberfläche des Dauermagneten abgeschieden und anschließend, mittels eines weiteren thermischen Verfahrensschrittes außerhalb des Elektrolysebades, innerhalb einer dünnen Oberflächenschicht im Dauermagneten durch einen Diffusionsprozess verteilt. Die Konzentration oder die Menge der abgeschiedenen schweren Seltenerdmetalle kann im Rahmen der Elektrolyse zum Bespiel einfach über die Elektrolysedauer oder den fließenden Elektrolysestrom in der Elektrolyseflüssigkeit eingestellt werden. Eine komplette Durchdringung des Dauermagneten mit den schweren Seltenerdmetallen im Rahmen der Verfahrensführung des folgenden thermischen Verfahrensschrittes ist nicht erfindungsgemäß. Die Dauermagnete können dabei nach jedem gängigen Verfahren aus dem Stand der Technik hegestellt werden. Dies zum Beispiel durch isostatisches Pressen der Legierungspulver im Magnetfeld und anschließendem Sintern. By means of electrolysis, the heavy rare earth metal salts dissolved in the electrolytic liquid can be deposited on the surface of the light rare earth metals present in the electrolytic bath. This is done by means of electrolysis significantly more economical than the previously proposed methods, which use a sputtering method for introducing the heavy rare earth metals. The heavy rare earth metals are deposited electrochemically on the surface of the permanent magnet and then, by means of a further thermal process step outside the electrolysis bath, distributed within a thin surface layer in the permanent magnet by a diffusion process. The concentration or the amount of the deposited heavy rare earth metals can be easily adjusted in the electrolysis, for example over the duration of electrolysis or the flowing electrolysis in the electrolysis fluid. A complete penetration of the permanent magnet with the heavy rare earth metals in the process of the following thermal process step is not according to the invention. The permanent magnets can be hegestellt by any common method of the prior art. This is done, for example, by isostatic pressing of the alloy powders in the magnetic field and subsequent sintering.
Die erfindungsgemäßen Guanidinium-Verbindung liegen dabei als Anion-Kation Paar oder in bestimmten Fällen als Zwitterion vor, wobei das Kation der Verbindungen folgende, allgemeine Grundstruktur aufweisen kann: wobei die Substituenten R1–R6 allgemein für organische Reste stehen. Die Guanidinium-Verbindungen fallen in die Klasse der Ils oder leichtschmelzenden Salze und führen als Elektrolyse-Flüssigkeit zu einigen Verfahrensvorteilen. Zum einen besitzen die Vertreter dieser Substanzklasse im Allgemeinen einen niedrigen Schmelzpunkt (bis zu 250°C), sodass der Energieaufwand zur Verflüssigung im Vergleich zu anderen Ils deutlich geringer ist. Diese Verbindungsklasse besitzt ein großes elektrochemisches Fenster, zeigt eine hohe Eigenleitfähigkeit, ist inert gegenüber den verwendeten Prozessverbindungen, zeigt eine hohe Ionenbeweglichkeit und eine hohe Löslichkeit für die schweren Seltenerdmetalle. Erfindungsgemäß kann über das Verfahren sowohl nur ein oder aber auch mehrere schwere Seltenerdmetalle auf dem Dauermagneten abgeschieden werden. Zudem ist es auch möglich sowohl schwere Seltenerdmetalle wie auch leichte Seltenerdmetalle einzeln oder zusammen über die Elektrolyse auf dem Dauermagneten abzuscheiden. The guanidinium compound according to the invention are present as an anion cation pair or, in certain cases, as a zwitterion, it being possible for the cation of the compounds to have the following general basic structure: where the substituents R 1 -R 6 are generally organic radicals. The guanidinium compounds fall into the class of IIs or light-melting salts and lead as electrolysis liquid to some process advantages. On the one hand, the representatives of this substance class generally have a low melting point (up to 250 ° C), so that the energy required for liquefaction compared to other Ils is significantly lower. This class of compound has a large electrochemical window, shows high intrinsic conductivity, is inert to the process compounds used, exhibits high ion mobility and high solubility for the heavy rare earth metals. According to the invention, only one or more heavy rare earth metals can be deposited on the permanent magnet via the method. In addition, it is also possible to separate both heavy rare earth metals and light rare earth metals individually or together via the electrolysis on the permanent magnet.
Hochenergiemagneten im Sinne der Erfindung sind Dauermagnete enthaltend Metalle aus der Gruppe der seltenen Erden (Lanthanide) mit einem Energieprodukt des Magneten von über 350 kJ/m3. Eine mögliche Zusammensetzung eines Hochenergiemagneten ergibt sich zum Beispiel zu (Nd, Dy)FeB. High-energy magnets in the context of the invention are permanent magnets containing metals from the group of rare earths (lanthanides) with an energy product of the magnet of more than 350 kJ / m 3 . A possible composition of a high-energy magnet results, for example, in (Nd, Dy) FeB.
Die Gruppe der erfindungsgemäß verwendbaren seltenen Erden umfasst dabei ein Element aus der Gruppe umfassend Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium. Die Gruppe der leichten Seltenerdmetalle enthält dabei die Elemente aus der Gruppe umfassend Scandium, Lanthan, Cer, Praesodym, Neodym, Promethium, Samarium und Europium und die Gruppe der schweren Seltenerdmetalle enthält dabei die Elemente aus der Gruppe umfassend Yttrium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. The group of rare earths usable according to the invention comprises an element from the group comprising lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium. The group of light rare earth metals contains the elements from the group comprising scandium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium and europium and the group of heavy rare earth metals contains the elements from the group comprising yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, Holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium.
Ionische Flüssigkeiten im Sinne der Erfindung sind organische Salze, deren Ionen durch Ladungsdelokalisierung und sterische Effekte die Bildung eines stabilen Kristallgitters behindern. Demzufolge genügen bereits geringe thermische Energien, um die Gitterenergie des Kristalls zu überwinden und die feste Kristallstruktur aufzubrechen. Es handelt sich allgemein um Salze, die bei Temperaturen unter 100 °C flüssig sind oder welche sich bis hin zu einer Temperatur von 250 °C aufschmelzen lassen, ohne dass das Salz dabei in einem Lösungsmittel wie Wasser gelöst ist. Ionic liquids in the context of the invention are organic salts whose ions hinder the formation of a stable crystal lattice through charge delocalization and steric effects. As a result, even low thermal energies are sufficient to overcome the lattice energy of the crystal and break up the solid crystal structure. These are generally salts which are liquid at temperatures below 100 ° C. or which can be melted down to a temperature of 250 ° C., without the salt being dissolved in a solvent such as water.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann die Guanidinium-Verbindung Guanidinium-Kationen nach Formel (I) umfassen: wobei R1–R6 unabhängig voneinander ausgewählt sein können aus der Gruppe umfassend H, verzweigte oder unverzweigte C1-C20 Alkyl, Cycloalkyl, Heteroalkyl, Oligoether, Oligoester, Oligoamide, Oligoacrylamide. Dieses Substituentenmuster am Guanidinium-Kation hat sich als besonders vorteilhaft im Rahmen der elektrochemischen Stabilität, der Löslichkeit der IL und der Löslichkeit der schweren Seltenerdmetalle erwiesen. Unter den Oligoethern im Sinne der Erfindung versteht man zum Beispiel Substituenten mit folgender Struktur [-CH2-CH2-O-]n, wobei n ganzzahlig und zwischen 1 und 10 gewählt werden kann. Oligoester als Substituenten weisen eine oder mehrere Struktureinheiten nach [-CH2-CO-O-]n auf, wobei n ganzzahlig und zwischen 1 und 10 gewählt werden kann. Analog ergeben sich die Strukturen der Oligoamid-Substituenten zu [-CO-NR-]n und die Strukturen der Oligoacrylamid-Substituenten [-CH2-CHCONH2-]n. In a particular embodiment of the invention, the guanidinium compound may comprise guanidinium cations of formula (I): where R 1 -R 6 can be selected independently of one another from the group comprising H, branched or unbranched C 1 -C 20 -alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, oligoether, oligoester, oligoamides, oligoacrylamides. This substituent pattern on the guanidinium cation has been found to be particularly advantageous in terms of electrochemical stability, solubility of the IL, and solubility of the heavy rare earth metals. For the purposes of the invention, oligoethers are understood as meaning, for example, substituents having the structure [-CH 2 -CH 2 -O-] n , where n may be chosen to be integer and between 1 and 10. Oligoesters as substituents have one or more structural units according to [-CH 2 -CO-O-] n , n being integer and between 1 and 10. Analogously, the structures of the oligoamide substituents result in [-CO-NR-] n and the structures of the oligoacrylamide substituents [-CH 2 -CHCONH 2 -] n .
In einer besonderen Ausführungsform können, falls die Reste R1–R6 ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder unverzweigten C1-C20 Alkyl, Cycloalkyl, Heteroalkyl, diese zusätzliche Ethergruppen (Ethoxy-, Methoxy-, usw.), Ester, Amid-, Carbonatgruppen, -CN oder auch Halogene, insbesondere Fluor, enthalten. In a particular embodiment, if the radicals R 1 -R 6 are selected from the group of the branched or unbranched C 1 -C 20 -alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, these additional ether groups (ethoxy, methoxy, etc.), esters, amide , Carbonate groups, -CN or halogens, in particular fluorine.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Substituentenmuster R1–R6 der Guanidinium-Verbindungen derart ausgewählt werden, dass sich eine unsymmetrische Substitution der einzelnen Guanidinium-Stickstoffe ergibt. Eine unsymmetrische Substitution bedeutet insbesondere, dass z.B. die Substituenten R1 und R2 sich von den übrigen Substituenten R3–R6 unterscheiden. Diese unterschiedliche Substitution der einzelnen Guanidinium-Stickstoffe kann im besonderen Maße dazu beitragen, dass ein sehr niedriger Schmelzpunkt der IL erreicht wird. Dieses kann zu Prozessvorteilen und einer höheren Ionenbeweglichkeit beitragen. In a preferred embodiment, the substituent pattern R 1 -R 6 of the guanidinium compounds can be selected such that an asymmetrical substitution of the individual guanidinium compounds is possible. Nitrogen results. An asymmetric substitution means in particular that, for example, the substituents R 1 and R 2 are different from the other substituents R 3 -R 6 . This differential substitution of the individual guanidinium nitrogens can, in particular, contribute to achieving a very low melting point of the IL. This can contribute to process advantages and higher ion mobility.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Unterschied in der Kohlenstoff-Anzahl zwischen den Substituenten R1 und R2 und den „restlichen“ Substituenten R3–R6 zwischen C5 und C10 betragen. Dies in dem Sinne, dass die Substituenten R1 oder R2 5 bis zu 10 Kohlenstoffeinheiten weniger pro Substituent aufweisen können wie R3–R6. In a further embodiment of the invention, the difference in carbon number between the substituents R 1 and R 2 and the "remaining" substituent R 3 -R 6 may be between C5 and C10. This in the sense that the substituents R 1 or R 2 5 can have up to 10 carbon units less per substituent, such as R 3 -R 6 .
In einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt können die Guanidinium-Verbindung Guanidinium-Kationen nach Formel (II) umfassen: wobei Rp = H, verzweigte, unverzweigte oder cyclische C1-C20 Alkyl, Heteroalkyl, Aromaten, Heteroaromaten und R3–R6 unabhängig voneinander ausgewählt sein können aus der Gruppe der verzweigten oder unverzweigten C1-C20 Alkyl, Heteroalkyl, Oligoether, Oligoester, Oligoamide, Oligoacrylamide. Die Verbindungen Rp beschreiben dabei ein Substituentenmuster, d.h. 0–10 unabhängige Substituenten am Piperidinring. Insbesondere die Verwendung einer IL mit einem Guanidinium-Kation, in welchem eines der Stickstoffe innerhalb eines 6 gliedrigen Heterozyklus integriert ist, zeigt eine besondere chemische und elektrochemische Stabilität und eine gute Löslichkeit der schweren Seltenerdmetalle im Rahmen der Elektrolyse. Die Festpunkte dieser Verbindungsklasse sind zudem ausreichend niedrig, sodass diese Verbindungen auch bei Raumtemperatur flüssig sein können. Insgesamt bevorzugt sind die organischen Guanidiniumsalze mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 250°C. In a further aspect of the invention, the guanidinium compound may comprise guanidinium cations of formula (II): where R p = H, branched, unbranched or cyclic C 1 -C 20 -alkyl, heteroalkyl, aromatics, heteroaromatics and R 3 -R 6 can be selected independently of one another from the group of the branched or unbranched C 1 -C 20 -alkyl, heteroalkyl, oligoether, oligoester, Oligoamides, oligoacrylamides. The compounds Rp describe a substituent pattern, ie 0-10 independent substituents on the piperidine ring. In particular, the use of an IL with a guanidinium cation in which one of the nitrogens is integrated within a 6-membered heterocycle shows particular chemical and electrochemical stability and good solubility of the heavy rare earth metals in the course of the electrolysis. In addition, the benchmarks of this class of compounds are sufficiently low that these compounds can also be liquid at room temperature. Overall, preferred are the organic guanidinium salts having a melting point below 250 ° C.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Piperidinring nur genau einen Substituenten Rp nach oben definierten Gruppe oder nur Rp = H aufweisen. Diese Ausgestaltung kann zu einer ionischen Flüssigkeit mit einer besonders niedrigen Viskosität und hohen Leitfähigkeiten führen. In a further embodiment of the invention, the piperidine ring can only have exactly one substituent R p upwardly defined group or only R p = H. This embodiment can lead to an ionic liquid having a particularly low viscosity and high conductivities.
In einer besonderen Ausführungsform kann Rp desweiteren am Grundgerüst des Substituenten weiterhin substituiert sein. Die Substituenten des Rp können ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Furan, Thiophen, Pyrrol, Oxazol, Thiazol, Imidazol, Isoxazol, Isothazol, Pyrazol, Pyridin, Pyrazin, Pyrimidin, 1,3,6 Triazin, Pyrylium, alpha-Pyrone, gamma-Pyrone, Benzofuran, Benzothiophen, Indol 2H-Isoindol, Benzothiazol,2-benzothiophene, 1H-benzimidazole, 1H-benzotriazole, 1,3-benzoxazole, 2-benzofuran, 7H-purine, Chinolin, Iso-Chinolin, Quinazoline, Quinoxaline, phthalazine, 1,2,4-benzotriazine, Pyrido[2,3-d]pyrimidine, Pyrido[3,2-d]pyrimidine, pteridine, acridine, phenazine, benzo[g]pteridine, 9H-carbazole und Bipyridin und deren Derivaten. Die Bindung des Rp an den Piperidinring kann an jeder bindungsfähigen Stelle des Piperindinrings erfolgen. In a particular embodiment, R p may further be further substituted on the backbone of the substituent. The substituents of R p may be selected from the group comprising furan, thiophene, pyrrole, oxazole, thiazole, imidazole, isoxazole, isothazole, pyrazole, pyridine, pyrazine, pyrimidine, 1,3,6-triazine, pyrylium, alpha-pyrone, gamma Pyrroles, benzofuran, benzothiophene, indole 2H-isoindole, benzothiazole, 2-benzothiophene, 1H-benzimidazoles, 1H-benzotriazoles, 1,3-benzoxazoles, 2-benzofuran, 7H-purines, quinoline, iso-quinoline, quinazolines, quinoxalines, phthalazines, 1,2,4-benzotriazines, pyrido [2,3-d] pyrimidines, pyrido [3,2-d] pyrimidines, pteridines, acridines, phenazines, benzo [g] pteridines, 9H-carbazoles and bipyridine and their derivatives , The binding of the R p to the piperidine ring can occur at any bondable site of the piperidine ring.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Guanidinium-Verbindung Bis-Guanidinium-Dikationen nach Formel (III) umfassen: wobei R1–R11 unabhängig voneinander ausgewählt sein können aus der Gruppe umfassend verzweigte oder unverzweigte C1-C20 Alkyl, Heteroalkyl, Cycloalkyl, Oligoether, Oligoester, Oligoamide, Oligoacrylamide. Guanidinium-Dikationen können aufgrund ihrer Ladung und ihres raumgreifenden sterischen Grundgerüsts besonders chemisch und elektrochemisch stabile Elektrolyte bereitstellen. In an additional embodiment of the method, the guanidinium compound may comprise bis-guanidinium dications of formula (III): where R 1 -R 11 can be selected independently of one another from the group comprising branched or unbranched C 1 -C 20 -alkyl, heteroalkyl, cycloalkyl, oligoether, oligoester, oligoamides, oligoacrylamides. Guanidinium dications, due to their charge and their bulky steric skeleton, can provide especially chemically and electrochemically stable electrolytes.
In einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Guanidinium-Verbindung eine Guanidinium-Betain-Verbindung nach Formel (IV) umfassen: wobei X = Phosphat, Phosphonat, -OH, -COOH, Phosphatester, Phosphonatester, Polyphosphat, Polyphosphonat und R1–R6 unabhängig voneinander ausgewählt sein können aus der Gruppe umfassend verzweigte oder unverzweigte C1-C20 Alkyl, Cycloalkyl, Heteroalkyl, Oligoether, Oligoester, Oligoamide, Oligoacrylamide. Guanidinium-Betain-Verbindungen können in den Fällen besonders vorteilhaft im Rahmen der erfindungsgemäßen Elektrolyse eingesetzt werden, in denen sehr niedrige Potentiale angelegt werden müssen, da diese ein sehr hohes elektrochemisches Fenster aufweisen, wie im folgenden anhand cyclovoltammetrischer Messungen gezeigt wird. In a further aspect of the method according to the invention, the guanidinium compound may comprise a guanidinium betaine compound of formula (IV): wherein X = phosphate, phosphonate, -OH, -COOH, phosphate ester, phosphonate ester, polyphosphate, polyphosphonate and R 1 -R 6 may be independently selected from the group consisting of branched or unbranched C 1 -C 20 alkyl, cycloalkyl, heteroalkyl, oligoether, oligoester , Oligoamides, oligoacrylamides. Guanidinium-betaine compounds can be used in the cases particularly advantageous in the context of the electrolysis according to the invention, in which very low potentials must be applied, since they have a very high electrochemical window, as shown below by cyclovoltammetrischer measurements.
In einer besonderen Ausführungsform können zur Erhöhung der Löslichkeit die Substituenten R1 und R2 von den Substituenten R3 und R4 unterschiedlich gewählt sein, sodass sich eine weitere Asymmetrie innerhalb des Guanidinium-Grundgerüstes ergibt. Dadurch kann die Löslichkeit und der Schmelzpunkt der Guanidinium-Verbindungen positiv beeinflusst werden. In a particular embodiment, to increase the solubility, the substituents R 1 and R 2 may be chosen differently from the substituents R 3 and R 4 , so that a further asymmetry results within the guanidinium skeleton. As a result, the solubility and the melting point of the guanidinium compounds can be positively influenced.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Guanidinium-Verbindung Anionen enthalten, welche ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Halogenid, Carboxylat, Sulfat, Phosphat, Triflat, Fe(CN6)2–/Fe(CN6)3–, Fluorophosphat, Fluoroborat, Cyanamid, Fluoroalkylsulfonylmethanid, Fluoroalkylsulfonamid. Neben der sterischen Ausgestaltung des Guanidinium-Grundgerüstes kann der Schmelzpunkt im hohen Maße durch die Wahl des Anions der Guanidinium-Verbindungen beeinflusst werden. Die oben aufgeführten Anionen führen zu chemisch und elektrochemisch sehr stabilen Guanidinium-Verbindungen mit niedrigen Schmelzpunkten und einer hohen Ionenbeweglichkeit. In a further preferred embodiment, the guanidinium compound may contain anions which are selected from the group comprising halide, carboxylate, sulfate, phosphate, triflate, Fe (CN 6 ) 2- / Fe (CN 6 ) 3- , fluorophosphate, fluoroborate, Cyanamide, fluoroalkylsulfonylmethanide, fluoroalkylsulfonamide. In addition to the steric configuration of the guanidinium skeleton, the melting point can be greatly influenced by the choice of the anion of the guanidinium compounds. The anions listed above lead to chemically and electrochemically very stable guanidinium compounds with low melting points and high ion mobility.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens enthält die Guanidinium-Verbindung Anionen, welche ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Hexafluorophosphat (PF6 –), Tetrafluoroborat (BF4 –) und Bistrifluormethylsulfonamid (tf2N–). Gerade die Auswahl fluorhaltiger Anionen und hier insbesondere die der Phosphate, Borate und Sulfonamide kann zu einer besonderen leistungsfähigen IL führen, welche sich aufgrund ihrer Löslichkeit, Stabilität, Inertheit und des niedrigen Schmelzpunkts wegen besonders für die Verwendung innerhalb einer elektrolytischen Verfahrens zu Herstellung eines Hochleistungsmagneten eignen. According to a further preferred embodiment of the method, the guanidinium compound contains anions which are selected from the group comprising hexafluorophosphate (PF 6 - ), tetrafluoroborate (BF 4 - ) and bistrifluoromethylsulfonamide (tf 2 N - ). Especially the selection of fluorine-containing anions and in particular those of the phosphates, borates and sulfonamides can lead to a special powerful IL, which are particularly suitable for use within an electrolytic process for producing a high performance magnet due to their solubility, stability, inertness and low melting point ,
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist das schwere Seltenerdmetall ausgewählt aus der Gruppe Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Durch das elektrolytische Abscheiden einer Schicht dieser schweren Seltenerdmetalle kann man, nach einem anschließenden thermischen Verfahrensschritt, besonders leistungsstarke Dauermagnete erhalten. According to an alternative embodiment of the method, the heavy rare earth metal is selected from the group Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. By the electrolytic deposition of a layer of these heavy rare earth metals can be obtained after a subsequent thermal process step, particularly powerful permanent magnets.
In einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die ionische Flüssigkeit enthaltend Guanidinium-Verbindungen eine Restfeuchte von größer oder gleich 1 ppm und kleiner oder gleich 200ppm aufweisen. Besonders nebenreaktionsarme Elektrolysen können sich ergeben, wenn die Elektrolytlösung einen Wassergehalt von kleiner oder gleich 10 ppm aufweist. In a further aspect of the method according to the invention, the ionic liquid containing guanidinium compounds may have a residual moisture content of greater than or equal to 1 ppm and less than or equal to 200 ppm. Particularly low-reaction electrolyses may result if the electrolyte solution has a water content of less than or equal to 10 ppm.
In einer besonderen Ausführungsform können die Guanidinium-Verbindungen und damit auch die Elektrolytlösung zum Aufbringen eines schweren Seltenerdmetalls auf einen Dauermagneten gänzlich wasserfrei sein. Dies kann dazu beitragen, dass Entstehen von Wasserstoff während der Elektrolyse zu verhindern, welches zu einer Versprödung des Dauermagneten oder sonstigen Nebenreaktionen führen kann. Die Bestimmung des Wassergehaltes der erfindungsgemäßen Guanidinium-Verbindungen kann dabei mittels dem Fachmann bekannter Methoden, wie z.B. einer Karl-Fischer-Titration, erfolgen. Die erfindungsgemäßen Guanidinium-Verbindungen können dabei vor Ihrem Einsatz einen derart geringen Wassergehalt aufweisen oder mittels einer thermischen Trocknung oder mittels Durchströmen mit einem Inertgas auf einen Wassergehalt innerhalb dieses Bereiches eingestellt werden. In a particular embodiment, the guanidinium compounds and thus also the electrolyte solution for applying a heavy rare earth metal to a permanent magnet can be completely free of water. This can help to prevent the formation of hydrogen during the electrolysis, which can lead to embrittlement of the permanent magnet or other side reactions. The determination of the water content of the guanidinium compounds according to the invention can be carried out by means of methods known to the person skilled in the art, e.g. a Karl Fischer titration done. The guanidinium compounds according to the invention can have such a low water content prior to their use or can be adjusted to a water content within this range by means of thermal drying or by flowing with an inert gas.
In einem weiteren, erfindungsgemäßen Aspekt des Verfahrens kann die ionische Flüssigkeit enthaltend Guanidinium-Verbindungen eine spezifische Leitfähigkeit von größer oder gleich 1 mS/cm und kleiner oder gleich 0,2 S/cm aufweisen. Zur effizienten Durchführung der Elektrolyse und zur Erreichung hoher Abscheideraten der schweren Seltenerdmetalle kann die Guanidinium-Verbindung eine Leitfähigkeit in dem oben genannten Bereich aufweisen. Die Leitfähigkeitswerte können dabei am Schmelzpunkt der jeweiligen IL erhoben werden. Niedrigere Leitfähigkeiten sind nicht erfindungsgemäß, da dies zu qualitativ schlechteren Ergebnissen in der Zusammensetzung des Hochleistungsmagneten und unvorteilhaft langen Elektrolysezeiten führen kann. In a further aspect of the method according to the invention, the ionic liquid containing guanidinium compounds may have a specific conductivity of greater than or equal to 1 mS / cm and less than or equal to 0.2 S / cm. For efficient performance of the electrolysis and to achieve high deposition rates of heavy rare earth metals, the guanidinium compound may have conductivity in the above-mentioned range. The conductivity values can be raised at the melting point of the respective IL. Lower conductivities are not in accordance with the present invention, as this may lead to lower quality results in the composition of the high performance magnet and disadvantageously long electrolysis times.
Desweiteren kann in einem besonderen Aspekt des Verfahrens die Konzentration des schweren Seltenerdmetalls in der ionischen Flüssigkeit größer oder gleich 1 mmol/L und kleiner oder gleich 1 mol/L betragen. Dieser Konzentrationsbereich der schweren Seltenerdmetalle in der Elektrolyse hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da dadurch eine möglichst gleichmäßigen Bedeckung des Dauermagneten und eine möglichst effektive Abscheidung erreicht werden kann. Die Konzentration des schweren Seltenerdmetalls in der IL lässt sich über die Einwaagen an IL und Seltenerdmetall einstellen. Ansonsten kann das schwere Seltenerdmetall mittels dem Fachmann bekannter Verfahren quantitativ nachgewiesen werden. Zu diesen Verfahren zählen zum Beispiel die energiedispersive Röntgenfluoreszenz (EDRFX), Atomabsorptionsspektroskopie oder Ionenchromatographie. Furthermore, in a particular aspect of the method, the heavy rare earth metal concentration in the ionic liquid may be greater than or equal to 1 mmol / L and less than or equal to 1 mol / L. This concentration range of the heavy rare earth metals in the electrolysis has proved to be particularly advantageous, since thereby the most uniform possible coverage of the permanent magnet and the most effective separation can be achieved. The concentration of the heavy rare earth element in the IL can be adjusted by weighing in on IL and rare earth metal. Otherwise, the heavy rare earth metal can be detected quantitatively by methods known to those skilled in the art. These methods include, for example, energy dispersive X-ray fluorescence (EDRFX), atomic absorption spectroscopy or ion chromatography.
Desweiteren weiterhin bevorzugt kann die Konzentration des schweren Seltenerdmetalls in der ionischen Flüssigkeit größer oder gleich 10 mmol/L und kleiner oder gleich 500 mmol/L betragen. Still further preferably, the concentration of the heavy rare earth metal in the ionic liquid may be greater than or equal to 10 mmol / L and less than or equal to 500 mmol / L.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann, zur Verbesserung der Abscheidung der Seltenerdmetallsalze, auf der Dauermagnetoberfläche eine vorhergehende Abscheidung einer dünnen Haftschicht beispielsweise aus Cu, Cr, Ni etc. erfolgen. Dies kann vorteilhafterweise mittels eines vorgelagerten chemischen oder elektrochemischen Prozesses aufgebracht werden. In a further preferred embodiment, in order to improve the deposition of the rare earth metal salts on the permanent magnet surface, a preceding deposition of a thin adhesive layer, for example of Cu, Cr, Ni, etc., can take place. This can advantageously be applied by means of an upstream chemical or electrochemical process.
Zum Gegenstand im Sinne der Erfindung zählen desweiteren Hochenergiemagnete umfassend zumindest ein schweres Seltenerdmetall hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. The subject matter within the meaning of the invention furthermore includes high-energy magnets comprising at least one heavy rare earth metal produced by the process according to the invention.
Diese Magnete zeigen verbesserte Gebrauchseigenschaften und eine längere Haltbarkeit. These magnets show improved performance and longer life.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in detail in conjunction with the drawings.
Die elektrochemischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Guanidin-Verbindungen werden nachfolgend anhand von Cyclovoltagrammen aufgezeigt. Die einzelnen Figuren zeigen: The electrochemical properties of the guanidine compounds according to the invention are shown below with reference to cyclic voltammograms. The individual figures show:
Beispiele: Examples:
I. Synthese der Guanidiniumverbindungen I. Synthesis of guanidinium compounds
Die Synthese der Guanidinium-Monokationen (Verbindungen der M-Reihe): I.M1 N,N,N´,N´,N´´,N´´-Hexabutylguanidinium-trifluormethansulfonat The synthesis of the guanidinium monocations (compounds of the M series): I.M1 N, N, N ', N', N ", N" -hexabutylguanidinium trifluoromethanesulfonate
Die Synthese sowie die spektroskopische und physikalische Charakterisierung der Guanidinium-Verbindung N,N,N´,N´,N´´,N´´-Hexabutylguanidinium-trifluormethansulfonat wurde bereits in
Die Herstellung von N,N-Dibutyl-N’,N’,N”,N”-tetramethylguanidinium-trifluormethansulfonat (I.M2) erfolgte nach einer allgemeinen Vorschrift (
Ausbeute: 2.87 g (78%), leicht gelbes Öl. Glasübergangstemp.: –72 °С. Temperatur der maximalen Zersetzungsgeschwindigkeit (TGA): 456 °C. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ = 0.95 (t, 6H, N(CH2)3CH3), 1.25–1.65 (m, 8H, N(CH2)2CH2CH3 und NCH2CH2CH2CH3), 2.98 und 3.03 (2 s, je 6H, NCH3), 3.05–3.22 (m, 4H, NCH2(CH2)2CH3) ppm. 13C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ = 13.7 (N(CH2)3CH3), 20.0 (N(CH2)2CH2CH3), 29.6 (NCH2CH2CH2CH3), 40.4 (NCH3) 49.3 (NCH2(CH2)2CH3), 163.3 (CN3) ppm. 19F-NMR (376 MHz, CDCl3): δ = –74.7 ppm. IR (NaCl): ν = 2962 (s), 2936 (s), 2876 (m), 1593 (s), 1568 (s), 1464 (m), 1435 (m), 1411 (m), 1268 (s), 1224 (m), 1150 (s), 1032 (s) cm–1. Analyse, ber. für C14H30F3N3O3S (377.47): C 44.55, H 8.01, N 11.13%; gef.: C 44.59, H 8.49, N 11.15%. I.M3 N,N-Dibutyl-N´,N´,N´´,N´´-tetramethyl-guanidinium-bis(trifluormethyl-sulfonyl)imid Yield: 2.87 g (78%), light yellow oil. Glass transition temp .: -72 ° С. Maximum decomposition rate (TGA) temperature: 456 ° C. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 0.95 (t, 6H, N (CH 2 ) 3 CH 3 ), 1.25-1.65 (m, 8H, N (CH 2 ) 2 CH 2 CH 3 and NCH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), 2.98 and 3.03 (2 s, each 6H, NCH 3 ), 3.05-3.22 (m, 4H, NCH 2 (CH 2 ) 2 CH 3 ) ppm. 13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3): δ = 13.7 (N (CH 2) 3 CH 3), 20.0 (N (CH 2) 2 CH 2 CH 3), 29.6 (NCH2CH2CH2CH3), 40.4 (NCH 3) 49.3 (NCH 2 (CH 2 ) 2 CH 3 ), 163.3 (CN 3 ) ppm. 19 F-NMR (376 MHz, CDCl 3): δ = -74.7 ppm. IR (NaCl): ν = 2962 (s), 2936 (s), 2876 (m), 1593 (s), 1568 (s), 1464 (m), 1435 (m), 1411 (m), 1268 (s), 1224 (m), 1150 (s), 1032 (s) cm -1 . Analysis, calc. For C 14 H 30 F 3 N 3 O 3 S (377.47): C 44.55, H 8.01, N 11.13%; Found: C 44.59, H 8.49, N 11.15%. I.M3 N, N-dibutyl-N', N', N'', N''-tetramethyl-guanidinium-bis (trifluoromethyl-sulfonyl) imide
Die Synthese sowie die spektroskopische und physikalische Charakterisierung der Guanidinium-Verbindung N,N-Dibutyl-N´,N´,N´´,N´´-tetramethyl-guanidinium-bis(trifluormethyl-sulfonyl)imid wurde bereits in
Die Synthese sowie die spektroskopische und physikalische Charakterisierung der Guanidinium-Verbindung wurden bereits in der
N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’,N’’-pentamethylenguanidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid wurde durch Anionenaustausch aus N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’,N’’-pentamethylenguanidinium-chlorid nach
Nach
Die grundlegende Synthese von N,N-Dihexyl-N’,N’-dimethyl-N’’,N’’-pentamethylen-guanidinium-tetrafluorborat wurde schon in
Es wird eine im Vergleich zur Literatur modifizierte Synthese beschrieben, bei der ein Anionenaustausch an einem Guanidinium-Chlorid anstelle eines Guanidinium-Bromids durchgeführt wird. Ebenso werden eine ausführlichere spektroskopische und analytische Charakterisierung sowie zwei unterschiedliche Chargenergebnisse (a + b) angegeben.
- a) N,N-Dihexyl-N’,N’-dimethyl-N’’,N’’-pentamethylenguanidinium-chlorid: Zu einer Suspension von N,N-Dimethyl-phosgeniminium-chlorid (3.25 g, 20 mmol) in trockenem Dichlormethan (40 mL) wurde bei 0 °C unter Rühren langsam eine Lösung von Di-n-hexylamin (4.6 mL, 20 mmol) und Triethylamin (2.8 mL, 20 mmol) in wasserfreiem Dichlormethan (10 mL) getropft. Nach 1 h Rühren bei RT wurde eine Lösung von Piperidin (2.0 mL, 20 mmol) und Triethylamin (2.8 mL, 20 mmol) in wasserfreiem Dichlormethan (10 mL) bei 0 °C unter Rühren zugetropft. Die Mischung wurde 3 h bei Raumtemperatur nachgerührt und der ausgefallene Feststoff (Triethylammoniumchlorid) abfiltriert. Nach Entfernung des Lösungsmittels wurde zum Rückstand 0.1 M NaOH gegeben, bis der pH schwach basisch war. Um farbige Verunreinigungen zu entfernen, wurde die wässrige Phase dreimal mit je 15 mL Diethylether gewaschen. Die wässrige Phase wurde mit Natriumchlorid gesättigt und mit je 15 mL Dichlormethan dreimal extrahiert. Die organischen Phasen wurden vereinigt und über Natriumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde entfernt. Das Produkt wurde 6 h bei 40 °C/0.05 mbar getrocknet. Ausbeute: 5.0 g (70 %), oranges Öl. Glasübergangstemp.: –52 °C. Temperatur der maximalen Zersetzungsgeschwindigkeit (TGA): 296 °C. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ = 0.87 (t, 6H, N(CH2)5CH3), 1.17–1.85 (mehrere m, 22H, NCH2(CH2)4CH3 und CH2(CH2)3CH2, Pip), 3.07 und 3.19 (2 s, je 3H, NCH3), 3.13–3.67 (mehrere m, 8H, NCH2(CH2)4CH3 und NCH2, Pip) ppm. 13C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ = 13.9 (N(CH2)5CH3), 22.44 und 22.47 (N(CH2)4CH2CH3), 23.4 (N(CH2)2CH2, Pip), 25.26 und 25.30 (NCH2CH2CH2, Pip), 26.38 und 26.50 (N(CH2)3CH2CH2CH3), 27.57 und 27.69 (N(CH2)2CH2(CH2)2CH3), 31.31 und 31.36 (NCH2CH2(CH2)3CH3), 40.9 und 41.2 (NCH3), 49.6 und 49.7 (NCH2(CH2)4CH3), 50.2 und 50.4 (NCH2CH2CH2, Pip), 162.8 (CN3) ppm. IR (NaCl): ν = 2933 (s), 2858 (s), 1585 (s), 1546 (s), 1452 (m), 1420 (m), 1255 (m) cm–1. MS (CI): m/z = 324 (100%, [Kation]+). Analyse, ber. für C20H42ClN3 × 0.66 H2O (360.02): C 64.57, H 11.74, N 11.29%; gef.: C 64.66, H 11.86, N 11.38%.
- b) Der Anionenaustausch erfolgte analog zur Vorschrift für I.M6, wobei 1.0 g (2.9 mmol) N,N-Dihexyl-N’,N’-dimethyl-N’’,N’’-pentamethylenguanidinium-chlorid und 0.44 g (4.0 mmol) Natriumtetrafluorborat eingesetzt wurden. Ausbeute: 0.93 g (79%), gelbliches viskoses Öl. Glasübergangstemp.: –59 °C. Temperatur der maximalen Zersetzungsgeschwindigkeit (TGA): 472 °C. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ = 0.89 (t, 6H, N(CH2)5CH3), 1.17–1.80 (mehrere m, 22H, NCH2(CH2)4CH3 und CH2(CH2)3CH2, Pip), 2.97 und 3.03 (2 s, je 3H, NCH3), 3.00–3.45 (mehrere m, 8H, NCH2(CH2)4CH3 und NCH2, Pip) ppm. 13C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ = 13.9 (N(CH2)5CH3), 22.49 und 22.50 (N(CH2)4CH2CH3), 23.5 (N(CH2)2CH2, Pip), 25.1 und 25.2 (NCH2CH2CH2, Pip), 26.37 und 26.52 (N(CH2)3CH2CH2CH3), 27.36 und 27.46 (N(CH2)2CH2(CH2)2CH3), 31.33 und 31.37 (NCH2CH2(CH2)3CH3), 40.49 und 40.51 (NCH3), 49.4 und 49.6 (NCH2(CH2)4CH3), 50.0 und 50.1 (NCH2CH2CH2, Pip), 163.0 (CN3) ppm. 19F-NMR (376 MHz, CDCl3): δ = –150.05, –150.10 ppm. IR (NaCl): ν = 2933 (s), 2860 (m), 1583 (s), 1549 (s), 1455 (m), 1423 (m), 1284 (m), 1255 (m), 1055 (s) cm–1. MS (CI): m/z = 324 (100%, [Kation]+). Analyse, ber. für C20H42BF4N3 (411.37): C 58.39, H 10.29, N 10.21%; gef.: C 58.67, H 10.49, N 10.13%.
- a) N, N-dihexyl-N ', N'-dimethyl-N ", N" -pentamethylene-guanidinium chloride: To a suspension of N, N-dimethyl-phosgeniminium chloride (3.25 g, 20 mmol) in dry Dichloromethane (40 mL) was added dropwise at 0 ° C with stirring slowly a solution of di-n-hexylamine (4.6 mL, 20 mmol) and triethylamine (2.8 mL, 20 mmol) in anhydrous dichloromethane (10 mL). After 1 h of stirring at RT, a solution of piperidine (2.0 mL, 20 mmol) and triethylamine (2.8 mL, 20 mmol) in anhydrous dichloromethane (10 mL) was added dropwise at 0 ° C with stirring. The mixture was stirred for 3 h at room temperature and the precipitated solid (triethylammonium chloride) filtered off. After removal of the solvent, to the residue was added 0.1 M NaOH until the pH was weakly basic. To remove colored impurities, the aqueous phase was washed three times with 15 mL diethyl ether. The aqueous phase was saturated with sodium chloride and extracted three times with 15 mL dichloromethane each time. The organic phases were combined and dried over sodium sulfate, and the solvent was removed. The product was dried for 6 h at 40 ° C / 0.05 mbar. Yield: 5.0 g (70%), orange oil. Glass transition temperature: -52 ° C. Temperature of maximum decomposition rate (TGA): 296 ° C. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3): δ = 0.87 (t, 6H, N (CH 2) 5 CH 3), 1.17-1.85 (several m, 22H, NCH 2 (CH 2) 4 CH 3 and CH 2 (CH 2 ) 3 CH 2 , Pip), 3.07 and 3.19 (2 s, 3H each, NCH 3 ), 3.13-3.67 (several m, 8H, NCH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 and NCH 2 , Pip) ppm. 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ = 13.9 (N (CH 2 ) 5 CH 3 ), 22.44 and 22.47 (N (CH 2 ) 4 CH 2 CH 3 ), 23.4 (N (CH 2 ) 2 CH 2 , Pip), 25.26 and 25.30 (NCH 2 CH 2 CH 2 , Pip), 26.38 and 26.50 (N (CH 2 ) 3 CH 2 CH 2 CH 3 ), 27.57 and 27.69 (N (CH 2 ) 2 CH 2 (CH 2 ) 2 CH 3 ), 31.31 and 31.36 (NCH 2 CH 2 (CH 2 ) 3 CH 3 ), 40.9 and 41.2 (NCH 3 ), 49.6 and 49.7 (NCH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 ), 50.2 and 50.4 (NCH 2 CH 2 CH 2 , Pip) , 162.8 (CN 3 ) ppm. IR (NaCl): ν = 2933 (s), 2858 (s), 1585 (s), 1546 (s), 1452 (m), 1420 (m), 1255 (m) cm -1 . MS (CI): m / z = 324 (100%, [cation] + ). Analysis, calc. For C 20 H 42 ClN 3 × 0.66 H 2 O (360.02): C 64.57, H 11.74, N 11.29%; Found: C 64.66, H 11.86, N 11.38%.
- b) The anion exchange was carried out analogously to the procedure for I.M6, wherein 1.0 g (2.9 mmol) of N, N-dihexyl-N ', N'-dimethyl-N'',N''- pentamethyleneguanidinium chloride and 0.44 g (4.0 mmol) of sodium tetrafluoroborate were used. Yield: 0.93 g (79%), yellowish viscous oil. Glass transition temperature: -59 ° C. Temperature of maximum decomposition rate (TGA): 472 ° C. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3): δ = 0.89 (t, 6H, N (CH 2) 5 CH 3), 1.17-1.80 (several m, 22H, NCH 2 (CH 2) 4 CH 3 and CH 2 (CH 2 ) 3 CH 2 , Pip), 2.97 and 3.03 (2 s, each 3H, NCH 3 ), 3.00-3.45 (several m, 8H, NCH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 and NCH 2 , Pip) ppm. 13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3): δ = 13.9 (N (CH 2) 5 CH 3), 22:49 and 22:50 (N (CH 2) 4 CH 2 CH 3), 23.5 (N (CH 2) 2 CH 2 , Pip), 25.1 and 25.2 (NCH 2 CH 2 CH 2 , Pip), 26.37 and 26.52 (N (CH 2 ) 3 CH 2 CH 2 CH 3 ), 27.36 and 27.46 (N (CH 2 ) 2 CH 2 (CH 2 ) 2 CH 3 ), 31.33 and 31.37 (NCH 2 CH 2 (CH 2 ) 3 CH 3 ), 40.49 and 40.51 (NCH 3 ), 49.4 and 49.6 (NCH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 ), 50.0 and 50.1 (NCH 2 CH 2 CH 2 , Pip), 163.0 (CN 3 ) ppm. 19 F-NMR (376 MHz, CDCl 3): δ = -150.05, -150.10 ppm. IR (NaCl): ν = 2933 (s), 2860 (m), 1583 (s), 1549 (s), 1455 (m), 1423 (m), 1284 (m), 1255 (m), 1055 (s ) cm -1 . MS (CI): m / z = 324 (100%, [cation] + ). Analysis, calc. For C 20 H 42 BF 4 N 3 (411.37): C 58.39, H 10.29, N 10.21%; Found: C 58.67, H 10.49, N 10.13%.
I.M8 N,N-Dihexyl-N’,N’-dimethyl-N’’,N’’-pentamethylen-guanidinium-hexafluorphosphat I.M8 N, N-dihexyl-N ', N'-dimethyl-N ", N" -pentamethylene-guanidinium hexafluorophosphate
Die grundlegende Synthese von N,N-Dihexyl-N’,N’-dimethyl-N’’,N’’-pentamethylen-guanidinium-hexafluorphosphat wurde schon in
Zur Lösung von 2.15 g (6.0 mmol) N,N-Dihexyl-N’,N’-dimethyl-N’’,N’’-pentamethylenguanidinium-chlorid (siehe bei I.7) in trockenem Dichlormethan (25 mL) wurde 1.5 g (8.4 mmol) Kaliumhexafluorphosphat gegeben. Die Suspension wurde 24 h bei RT unter Argonatmospäre gerührt. Der weiße Niederschlag wurde abfiltriert und das Lösungsmittel entfernt. Das Produkt wurde 8 h bei 80 °C/0.05 mbar getrocknet. Um das leicht gelbliche Salz zu entfärben, kann man seine Dichlormethan-Lösung während 15 min mit Aktivkohle rühren. Ausbeute: 2.4 g (86%), gelbliches viskoses Öl. Glasübergangstemp.: –55 °C. Temperatur der maximalen Zersetzungsgeschwindigkeit (TGA): 466 °C. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ = 0.89 (t, 6H, N(CH2)5CH3), 1.17–1.82 (mehrere m, 22H, NCH2(CH2)4CH3 und CH2(CH2)3CH2, Pip), 2.95 und 3.00 (2 s, je 3H, NCH3), 3.00–3.40 (mehrere m, 8H, NCH2(CH2)4CH3 und NCH2, Pip) ppm. 13C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ = 13.9 (N(CH2)5CH3), 22.47 und 22.49 (N(CH2)4CH2CH3), 23.4 (N(CH2)2CH2, Pip), 25.1 und 25.2 (NCH2CH2CH2, Pip), 26.3 und 26.5 (N(CH2)3CH2CH2CH3), 27.4 und 27.5 (N(CH2)2CH2(CH2)2CH3), 31.31 und 31.35 (NCH2CH2(CH2)3CH3), 40.46 (NCH3), 49.5 und 49.7 (NCH2(CH2)4CH3), 50.0 und 50.1 (NCH2CH2CH2, Pip), 162.9 (CN3) ppm. 19F-NMR (376 MHz, CDCl3): δ = –68.8, –70.7 ppm. IR (NaCl): ν = 2933 (s), 2861 (m), 1581 (s), 1553 (s), 1455 (m), 1424 (m), 1286 (m), 1255 (m), 1026 (m) cm–1. MS (CI): m/z = 324 (100%, [Kation]+). Analyse, ber. für C20H42F6N3P (469.53): C 51.16, H 9.02, N 8.95%; gef.: C 51.32, H 9.08, N 8.97%. To dissolve 2.15 g (6.0 mmol) of N, N-dihexyl-N ', N'-dimethyl-N'',N''-pentamethyleneguanidinium chloride (see I.7) in dry dichloromethane (25 mL) became 1.5 g (8.4 mmol) of potassium hexafluorophosphate. The suspension was stirred for 24 h at RT under an argon atmosphere. The white precipitate was filtered off and the solvent removed. The product was dried for 8 h at 80 ° C / 0.05 mbar. To discolor the slightly yellowish salt, you can stir his dichloromethane solution for 15 minutes with activated carbon. Yield: 2.4 g (86%), yellowish viscous oil. Glass transition temp .: -55 ° C. Temperature of maximum decomposition rate (TGA): 466 ° C. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ = 0.89 (t, 6H, N (CH 2 ) 5 CH 3 ), 1.17-1.82 (several m, 22H, NCH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 and CH 2 (CH 2 ) 3 CH 2 , Pip), 2.95 and 3.00 (2 s, 3H each, NCH 3 ), 3.00-3.40 (several m, 8H, NCH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 and NCH 2 , Pip) ppm. 13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3): δ = 13.9 (N (CH 2) 5 CH 3), 22:47 and 22:49 (N (CH 2) 4 CH 2 CH 3), 23.4 (N (CH 2) 2 CH 2 , Pip), 25.1 and 25.2 (NCH 2 CH 2 CH 2 , Pip), 26.3 and 26.5 (N (CH 2 ) 3 CH 2 CH 2 CH 3 ), 27.4 and 27.5 (N (CH 2 ) 2 CH 2 (CH 2 ) 2 CH 3 ), 31.31 and 31.35 (NCH 2 CH 2 (CH 2 ) 3 CH 3 ), 40.46 (NCH 3 ), 49.5 and 49.7 (NCH 2 (CH 2 ) 4 CH 3 ), 50.0 and 50.1 (NCH 2 CH 2 CH 2 , Pip), 162.9 (CN 3 ) ppm. 19 F-NMR (376 MHz, CDCl 3): δ = -68.8, -70.7 ppm. IR (NaCl): ν = 2933 (s), 2861 (m), 1581 (s), 1553 (s), 1455 (m), 1424 (m), 1286 (m), 1255 (m), 1026 (m ) cm -1 . MS (CI): m / z = 324 (100%, [cation] + ). Analysis, calc. For C 20 H 42 F 6 N 3 P (469.53): C 51.16, H 9.02, N 8.95%; Found: C 51.32, H 9.08, N 8.97%.
Synthese der Guanidinium-Dikationen und Guanidinium-Betain-Verbindungen (K-Reihe) Synthesis of Guanidinium Dications and Guanidinium Betaine Compounds (K Series)
Vorschrift zur Synthese allgemeiner Zwischen- und Vorstufen dieser Verbindungsklasse:
Zur Synthese folgender Verbindungen werden pentalkylierte Guanidine als Synthesevorstufe verwendet. Die Synthese dieser Vorstufe erfolgt nach einer Literaturvorschrift (
For the synthesis of the following compounds, pentalkylated guanidines are used as synthesis precursors. The synthesis of this precursor takes place according to a literature specification (
Zu einer Lösung des entsprechenden Tetraalkylchlorformamidiniumchlorids in Acetonitril (1 mol in 700 ml Lösungsmittel) tropft man unter Eiskühlung und kräftigem Rühren ein äquimolares Gemisch des jeweiligen primären Amins und Triethylamins, lässt 16 h rühren und erhitzt dann 2 h unter Rückfluss. Man rührt noch 1 h bei Raumtemperatur und entfernt danach die flüchtigen Bestandteile im Rotationsverdampfer unter reduziertem Druck. Zu dem erhaltenen Salzgemisch gibt man ca. soviel Gramm Wasser wie vom Rückstand vorhanden, überschichtet mit Diethylether und setzt dann unter kräftigem Rühren 2.0 äquivalente Natronlauge (1 mol in 75 ml Wasser) hinzu. Anschließend rührt man 1 h, trennt die organische Phase nach 30 min ab, wäscht dreimal mit Wasser und trocknet über Natriumsulfat. Die erhaltene Lösung wird im Rotationsverdampfer eingeengt und anschließend entweder aus einem geeigneten Lösungsmittel umkristallisiert oder über eine 30 cm Vigreux-Kolonne fraktionierend destilliert. I.G1 N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’-[2-(N,N,N’,N’-tetramethylguanidino)ethyl]-guanidin Ansatz:
Nach dem Umkristallisieren aus Acetonitril erhält man N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’-[2-(N,N,N’,N’-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidin farblose Kristalle. Ausbeute: 25.9 g (67 %). After recrystallization from acetonitrile, N, N, N ', N'-tetramethyl-N "- [2- (N, N, N', N'-tetramethyl-guanidino) ethyl] -guanidine are obtained as colorless crystals. Yield: 25.9 g (67%).
Bemerkenswert am 1NMR-Spektrum dieser Verbindung ist, dass die N-Methyl-Signale bei einem sehr hohen Feld in Erscheinung treten. Die Messung erfolgte in C6D6.
Schmp. 112–113 °C. – IR (ATR): ν = 1590 (C=N) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, C6D6): δ = 1.67, 1.69 (je s, je 12H, NCH3), 2.89 (s, 4H, CH2). – 13C NMR (125.8 MHz, C6D6): δ = 39.29, 39.55 (NCH3), 53.68 (CH2), 158.85 (C=N). – C12H28N6 (256.39): ber. C 56.21, H 11.01, N 32.78; gef. C 56.19, H 10.91, N 32.81. I.G2 N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-guani-dino)ethyl]-guanidin Ansatz:
M.p. 112-113 ° C. IR (ATR): ν = 1590 (C = N) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, C 6 D 6 ): δ = 1.67, 1.69 (each s, each 12H, NCH 3 ), 2.89 (s, 4H, CH 2 ). 13 C NMR (125.8 MHz, C 6 D 6 ): δ = 39.29, 39.55 (NCH 3 ), 53.68 (CH 2 ), 158.85 (C = N). C 12 H 28 N 6 (256.39): calc. C 56.21, H 11.01, N 32.78; gef. C 56.19, H 10.91, N 32.81. I.G2N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N "- [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropyllyl-guanodino) ethyl] guanidine Approach:
Nach dem Fraktionieren erhält man N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylylguanidino)ethyl]-guanidin als gelbliches Öl. Ausbeute: 43.5 g (68 %).
Kp. 158–160 °C/10–3 Torr. – nD20 = 1.4841. – IR (ATR): ν = 1602 (C=N) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CDCl3): δ = 0.811–0.85 (m, 12H, NCH2CH2CH3), 1.00–1.04 (m, 12H, NCH2CH3), 1.44–1.49 (m, 8H, NCH2CH2CH3), 2.92–2.96 (m, 4H, NCH2), 3.09–3.14 (m, 12H, NCH2), 2.27–3.32 (m, 4H, NCH2). – 13C NMR (125.8 MHz, CDCl3): δ = 11.51, 11.64, 12.86, 12.89, 13.52, 13.56 (CH3), 20.83, 20.85, 21.63, 21.67 (CH2), 41.48, 41.67, 42.45, 49.56, 49.70, 50.97, 51.01, 53.00 (NCH2), 158.54, 158.65, 159.03 (C=N) – C24H52N6 (424.71): ber. C 67.87, H 12.34, N 19.79; gef. C 67.98, H 12.12, N 19.73. I.V1 N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-dichlorid Ansatz:
Bp 158-160 ° C / 10 -3 Torr. - n D 20 = 1.4841. IR (ATR): ν = 1602 (C = N) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CDCl 3 ): δ = 0.811-0.85 (m, 12H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 1.00-1.04 (m, 12H, NCH 2 CH 3 ), 1.44-1.49 (m, 8H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 2.92- 2.96 (m, 4H, NCH 2 ), 3.09-3.14 (m, 12H, NCH 2 ), 2.27-3.32 (m, 4H, NCH 2 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CDCl 3 ): δ = 11.51, 11.64, 12.86, 12.89, 13.52, 13.56 (CH 3 ), 20.83, 20.85, 21.63, 21.67 (CH 2 ), 41.48, 41.67, 42.45, 49.56, 49.70, 50.97, 51.01, 53.00 (NCH2), 158.54, 158.65, 159.03 (C = N) -C 24 H 52 N 6 (424.71): calc. C 67.87, H 12.34, N 19.79; gef. C 67.98, H 12.12, N 19.73. I.V1 N-butyl-N ', N', N ", N" -tetramethyl-N- [2- (N-butyl-N ', N', N ", N" -tetramethyl-guanidino ) ethyl] guanidinium dichloride Approach:
12.8 g (0.05 mol) g N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’-[2-(N,N,N’,N’-tetramethylguanidino)-ethyl]-guanidin werden in 100 ml Dimethylformamid gelöst und mit 12.0 g (0.13 mol) n-Butylchlorid versetzt. Nach 24 h Rühren bei 90 °C wird das Lösungsmittel im Rotationsverdampfer unter reduziertem Druck entfernt. Der Rückstand wird aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert und man erhält rohes N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-dichlorid als ein farbloses, stark hygroskopisches Pulver. Ausbeute: 3.28 g (67 %). 12.8 g (0.05 mol) g of N, N, N ', N'-tetramethyl-N' '- [2- (N, N, N', N'-tetramethylguanidino) ethyl] guanidine are dissolved in 100 ml of dimethylformamide and 12.0 g (0.13 mol) of n-butyl chloride. After 24 h stirring at 90 ° C, the solvent is removed in a rotary evaporator under reduced pressure. The residue is recrystallized from ethylene glycol dimethyl ether and crude N-butyl-N ', N', N ", N" -tetramethyl-N- [2- (N-butyl-N ', N', N ", N '' - tetramethylguanidino) ethyl] guanidinium dichloride as a colorless, highly hygroscopic powder. Yield: 3.28 g (67%).
Dieses Produkt wurde nicht elementaranalysenrein erhalten.
Schmp. 169–171 °C, Zersetzung ab 230 °C. – IR (ATR): ν = 1610, 1552 (C=N+) (cm–1). I.V2 N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guani-dino)ethyl]-guanidinium-bis(methylsulfat)
Mp 169-171 ° C, decomposition from 230 ° C. IR (ATR): ν = 1610, 1552 (C = N + ) (cm -1 ). I.V2 N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N "-methyl-N" - [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropylyl-N "-methyl -guani-dino) ethyl] guanidinium-bis (methyl sulfate)
12.7 g (30 mmol) g N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylylguanidino)ethyl]-guanidin werden in 100 ml Acetonitril gelöst und bei 0 °C mit 7.6 g (60 mmol) Dimethylsulfat versetzt. Nach 24 h Rühren bei RT wird das Lösungsmittel im Rotationsverdampfer unter reduziertem Druck entfernt. Der Rückstand wird aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert und man erhält N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(methylsulfat) als ein farbloses Pulver. Ausbeute: 16.9 g (83 %).
Schmp. 126–127 °C. – IR (ATR): ν = 1544 (C=N+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 0.86–0.95 (m, 12H, NCH2CH2CH3), 1.13–1.24 (m, 12H, NCH2CH3), 1.38–1.61, 1.63–1.96 (je m, je 4H, NCH2CH2CH3), 2.92–3.71 (m, 32H, NCH2, NCH3, OCH3). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 10.21, 10.37, 11.60, 11.74, 11.91, 12.02, 12.09 (CH3), 20.09, 20.29, 20.34, 20.38, 20.43, 20.54 (CH2), 37.72, 37.76, 37.80, 37.87, 37.93 (NCH3), 43.28, 43.39, 43.51, 43.91, 44.01, 48.86, 48.93, 49.00, 49.05, 50.67, 50.74, 50.88, 50.96, 51.21, 51.31 (NCH2), 52.70 (OCH3), 164.15, 164.20 (C+). – C28H64N6O8S2 (676.42): ber. C 49.68, H 9.53, N 12.41, S 9.47; gef. C 49.46, H 9.50, N 12.54, S 9.61. 12.7 g (30 mmol) of N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N''- [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropylylguanidino) ethyl] -guanidine are dissolved in 100 Dissolved acetonitrile and treated at 0 ° C with 7.6 g (60 mmol) of dimethyl sulfate. After stirring for 24 h at RT, the solvent is removed in a rotary evaporator under reduced pressure. The residue is recrystallised from ethylene glycol dimethyl ether to give N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N "-methyl-N" - [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropyllyl -N'-methyl-guanidino) ethyl] -guanidinium-bis (methylsulfate) as a colorless powder. Yield: 16.9 g (83%).
Mp 126-127 ° C. IR (ATR): ν = 1544 (C = N + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 0.86-0.95 (m, 12H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 1.13-1.24 (m, 12H, NCH 2 CH 3 ), 1.38-1.61, 1.63 -1.96 (each m, each 4H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 2.92-3.71 (m, 32H, NCH 2 , NCH 3 , OCH 3 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 10.21, 10.37, 11.60, 11.74, 11.91, 12.02, 12.09 (CH 3 ), 20.09, 20.29, 20.34, 20.38, 20.43, 20.54 (CH 2 ), 37.72 , 37.76, 37.80, 37.87, 37.93 (NCH 3), 43.28, 43.39, 43.51, 43.91, 44.01, 48.86, 48.93, 49.00, 49.05, 50.67, 50.74, 50.88, 50.96, 51.21, 51.31 (NCH 2), 52.70 (OCH 3 ), 164.15, 164.20 (C + ). C 28 H 64 N 6 O 8 S 2 (676.42): C 49.68, H 9.53, N 12.41, S 9.47; gef. C 49.46, H 9.50, N 12.54, S 9.61.
Synthese der zwitterionischen Guanidinium-Vorstufen 1–3 Synthesis of zwitterionic guanidinium precursors 1-3
Die als Edukte benötigten Guanidine 1–4 wurden bereits in
Es werden die Guanidine N,N-Dimethyl-N’,N’,N’’-tripropylguanidin (1) N,N-Diethyl-N’-isobutyl-morpholin-4-carboxamidin (2) N,N-Diethyl-N’,N’-dipropyl-N’’-octyl-guanidin (3) als Ausgangssubstanzen für die weitere Synthese eingesetzt. It will be the guanidines N, N-dimethyl-N ', N', N "-tripropylguanidine (1) N, N-diethyl-N'-isobutyl-morpholine-4-carboxamidine (2) N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N''- octyl-guanidine (3) used as starting materials for further synthesis.
Allgemeine Vorschrift: General rule:
Umsetzung verschiedener Guanidine mit 1,3-Propan- bzw. 1,4-Butansulton. Reaction of various guanidines with 1,3-propane or 1,4-butanesultone.
Zu einer Lösung von 0.03 mol des Guanidins in 30 mL Acetonitril tropft man 0.10 mol des Sultons gelöst in 50 mL Acetonitril zu. Danach wird 12 h unter Rückfluss (ca. 80 °C) erhitzt. Das Lösungsmittel wird entfernt und das Rohprodukt wird 3 mal mit Diethylether gewaschen. Anschließend wird das Produkt im Ölpumpenvakuum über mehrere Stunden getrocknet. I.K1 N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium- (bis)trifluormethansulfonat
4.4 g (10 mmol) N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N- butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-dichlorid (I.V1) werden in 50 ml Wasser gelöst und anschließend mit 3.0 g (20 mmol) Trifluormethansulfonsäure in 20 ml Wasser versetzt. Nach 30 min Rühren bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch im Rotationsverdampfer eingeengt, mit 100 ml Wasser versetzt und nach 2 h Rühren der Niederschlag abgesaugt und anschließend aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert. Man erhält N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-(bis)trifluormethan sulfonat als farblose Kristalle. Ausbeute: 5.6 g (85 %).
Schmp. 126 °C. – IR (ATR): ν = 1600, 1553 (C=N+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 0.93 (t, 6H, J = 7.3 Hz, Butyl-CH3), 1.27–1.69 (m, 8H, Butyl-CH2), 2.91, 2.93 (je s, 24H, NCH3), 3.05–3.52 (m, 8H, NCH2). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 12.54 (CH3), 19.06, 28.92, 29.12 (Butyl-CH2), 38.98, 39.35, 39.61 (NCH3), 42.18 45.71, 47.28, 48.79 (NCH2), 116.88, 119.39, 121.94, 124.49 (CF3), 162.97 (C+). – C22H46F6N6O6S2 (668.76): ber. C 39.51, H 6.93, N 12.57, S 9.59; gef. C 39.56, H 6.96, N 12.58, S 9.33. I.K2 3-(N,N,N´N´N´´-Pentamethylguanidinio)propansulfonat 4.4 g (10 mmol) of N-butyl-N ', N', N '', N '' - tetramethyl-N- [2- (N-butyl-N ', N', N '', N '' - tetramethyl-guanidino) ethyl] -guanidinium dichloride (I.V1) are dissolved in 50 ml of water and then admixed with 3.0 g (20 mmol) of trifluoromethanesulfonic acid in 20 ml of water. After stirring for 30 min at room temperature, the reaction mixture is concentrated by evaporation in a rotary evaporator, treated with 100 ml of water and, after stirring for 2 h, the precipitate is filtered off with suction and subsequently recrystallized from ethylene glycol dimethyl ether. One obtains N-butyl-N ', N', N ", N''-tetramethyl-N- [2- (N-butyl-N ', N', N '', N''-tetramethyl-guanidino) ethyl ] -guanidinium (bis) trifluoromethane sulfonate as colorless crystals. Yield: 5.6 g (85%).
Mp 126 ° C. IR (ATR): ν = 1600, 1553 (C = N + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 0.93 (t, 6H, J = 7.3 Hz, butyl-CH 3 ), 1.27-1.69 (m, 8H, butyl-CH 2 ), 2.91, 2.93 ( each s, 24H, NCH 3 ), 3.05-3.52 (m, 8H, NCH 2 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 12.54 (CH 3 ), 19.06, 28.92, 29.12 (Butyl-CH 2 ), 38.98, 39.35, 39.61 (NCH 3 ), 42.18 45.71, 47.28, 48.79 ( NCH 2), 116.88, 119.39, 121.94, 124.49 (CF 3), 162.97 (C +). C 22 H 46 F 6 N 6 O 6 S 2 (668.76): calc. C 39.51, H 6.93, N 12.57, S 9.59; gef. C 39.56, H 6.96, N 12.58, S 9.33. I.K2 3- (N, N, N'N'N''-pentamethylguanidinio) propanesulfonate
Die bereits literaturbekannte Verbindung (
Aus 3,88 g (0,03 mol) N,N,N´,N´,N´´-Pentamethylguanidin erhält man 6.92 g (91.8 %) 3-(N,N,N´,N´,N´´-Pentamethylguanidinio)propansulfonat (I.K2).
farbloser Feststoff, Schmp.: 263–268 °C. – 1H NMR (500 MHz, D2O): δ = 1.84–2.08 (m, 2H, CH2), 2.45–2.55 (m, 2H, CH2), 2.87 – 2.95 (s, 15H, NMe2), 3.10 – 3.55 (m, 2H, CH2). – 13C NMR (125 MHz, D2O): δ = 23.3 (CH2), 36.5 (NMe2), 38.5 (NMe2), 39.20 (NMe2), 47.2 (CH2), 50.6 (CH2), 163.2 (N3C+). – C9H21N3O3S (251.35): ber. C 43.01, H 8.42, N 16.72, S 12.76; gef. C 42.94, H 8.33, N 16.53, S 12.55. I.K3 3-(N,N-Dimethyl-N´,N´,N´´-tripropylguanidinio)propansulfonat From 3.88 g (0.03 mol) of N, N, N'N', N''-pentamethylguanidine, 6.92 g (91.8%) of 3- (N, N, N', N', N'' Pentamethylguanidinio) propanesulfonate (I.K2).
colorless solid, mp: 263-268 ° C. 1 H NMR (500 MHz, D 2 O): δ = 1.84-2.08 (m, 2H, CH 2 ), 2.45-2.55 (m, 2H, CH 2 ), 2.87-2.95 (s, 15H, NMe 2 ), 3.10 - 3.55 (m, 2H, CH 2 ). 13 C NMR (125 MHz, D 2 O): δ = 23.3 (CH 2 ), 36.5 (NMe 2 ), 38.5 (NMe 2 ), 39.20 (NMe 2 ), 47.2 (CH 2 ), 50.6 (CH 2 ) , 163.2 (N 3 C + ). C9H21N3O3S (251.35): C 43.01, H 8.42, N 16.72, S 12.76; gef. C 42.94, H 8.33, N 16.53, S 12.55. I.K3 3- (N, N-dimethyl-N ', N', N''-tripropylguanidinio) propanesulfonate
Aus 6.4 g (0.03 mol) N,N-Dimethyl-N´,N´,N´´-tripropylguanidin (1) erhält man 9.59 g (95.2 %)3-(N,N-Dimethyl-N´,N´,N´´-tripropylguanidinio)propansulfonat (K3): farbloser Feststoff; Schmp.: 124–126 °C. – 1H NMR (500 MHz, D2O): δ = 0.96–1.00 [m, 9H, (CH3), 1.43–1.65 (m, 6H, CH2), 1.70–1.98 (m, 6H, CH2), 2.85 (s, 6H, NMe2), 2.95–3.33 (m, 6H, CH2). – 13C NMR (125 MHz, D2O): δ = 11.4 (CH3), 20.8–23.2 (CH2), 23.9–26.8 (CH2), 40.0–41.0 (NMe2), 50.0–51.5 (CH2), 163.1 (N3C+). – C15H33N3O3S (335.51): ber. C 53.70, H 9.91, N 12.52, S 9.56; gef. C 53.57, H 9.85, N 12.36, S 9.49. I.K4 N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium- bis(hexafluorophospat)
4.4 g (10 mmol) N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-dichlorid (V1) werden in 50 ml Acetonitril gelöst und anschließend mit 3.4 g (20 mmol) Natriumhexafluorophospat versetzt. Nach 40 h Rühren bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch filtriert, dann im Rotationsverdampfer eingeengt, mit 100 ml Wasser versetzt, nach 2 h Rühren der Niederschlag abgesaugt und anschließend aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert. Man erhält N-Butyl- N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(hexafluorophospat (I.K4) als farblose Kristalle. Ausbeute: 5.6 g (85 %).
Schmp. 177–178 °C. – IR (ATR): ν = 1598, 1555 (C=N+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 0.97 (t, 6H, J = 7.3 Hz, Butyl-CH3), 1.29–1.69 (m, 8H, Butyl-CH2), 2.93, 2.95 (je s, 24H, NCH3), 3.05–3.49 (m, 8H, NCH2). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 12.74 (CH3), 19.28, 29.31 (Butyl-CH2), 39.17, 39.49, 39.72 (NCH3), 42.29 45.90, 47.44, 48.92 (NCH2), 161.14, 163.19 (C+). – C20H46F12N6P2 (660.54): ber. C 36.37, H 7.02, N 12.72; gef. C 36.35, H 6.76, N 12.67. I.K5 N-Ethyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-ethyl- N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(tetrafluoroborat) Ansatz:
M.p. 177-178 ° C. IR (ATR): ν = 1598, 1555 (C = N + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 0.97 (t, 6H, J = 7.3 Hz, butyl-CH 3 ), 1.29-1.69 (m, 8H, butyl-CH 2 ), 2.93, 2.95 ( each s, 24H, NCH 3 ), 3.05-3.49 (m, 8H, NCH 2 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 12.74 (CH 3 ), 19.28, 29.31 (butyl-CH 2 ), 39.17, 39.49, 39.72 (NCH 3 ), 42.29 45.90, 47.44, 48.92 (NCH 2 ), 161.14, 163.19 (C + ). C 20 H 46 F 12 N 6 P 2 (660.54): calc. C 36.37, H 7.02, N 12.72; gef. C 36.35, H 6.76, N 12.67. I.K5 N-ethyl-N ', N', N ", N" -tetramethyl-N- [2- (N-ethyl-N ', N', N ", N" -tetramethyl-guanidino ) ethyl] guanidinium-bis (tetrafluoroborate) Approach:
2.56 g (10 mmol) N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’-[2-(N,N,N’,N’-tetramethylguanidino)-ethyl]-guanidin (I.G1) werden in 100 ml Diethylether gelöst und bei 0 °C mit 3.8 g (20 mmol) Triethyloxoniumtetrafluoroborat versetzt. Nach 24 h Rühren bei 20 °C wird das Lösungsmittel im Rotationsverdampfer unter reduziertem Druck entfernt, der Rückstand mit 50 ml Wasser versetzt und dreimal mit je 50 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und im Rotationsverdampfer eingeengt. Der Rückstand wird aus Pentanon/Aceton (50:1) umkristallisiert und man erhält N-Ethyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-ethyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(tetrafluoroborat) (K5) als farblose Kristalle. Ausbeute: 3.28 g (67 %).
Schmp. 209–210 °C. – IR (ATR): ν = 1602, 1552 (C=N+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 1.13–1.21 (m, 6H, CH3), 2.91, 2.93 (je s, 24H, NCH3), 3.05–3.58 (m, 8H, NCH2). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 12.15, 12.33 (CH3), 39.11, 39.36 (NCH3), 42.28 43.92, 44.04, 45.43, 46.83 (NCH2), 161.37, 163.18 (C+). – C16H38B2F8N6 (488.12): ber. C 39.37, H 7.85, N 17.22; gef. C 39.10, H 7.85, N 17.17. I.K6 4-(N,N-Dimethyl-N´,N´,N´´-tripropylguanidinio)-butansulfonat 2.56 g (10 mmol) of N, N, N ', N'-tetramethyl-N''- [2- (N, N, N', N'-tetramethylguanidino) ethyl] guanidine (I.G1) are dissolved in Dissolved 100 ml of diethyl ether and treated at 0 ° C with 3.8 g (20 mmol) Triethyloxoniumtetrafluoroborat. After stirring for 24 h at 20 ° C, the solvent is removed in a rotary evaporator under reduced pressure, the residue is mixed with 50 ml of water and extracted three times with 50 ml of methylene chloride. The combined organic phases are dried over sodium sulfate, filtered and concentrated in a rotary evaporator. The residue is recrystallized from pentanone / acetone (50: 1) to give N-ethyl-N ', N', N ", N" -tetramethyl-N- [2- (N-ethyl-N ', N ', N'',N''- tetramethyl-guanidino) ethyl] guanidinium bis (tetrafluoroborate) (K5) as colorless crystals. Yield: 3.28 g (67%).
M.p. 209-210 ° C. IR (ATR): ν = 1602, 1552 (C = N + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 1.13-1.21 (m, 6H, CH 3 ), 2.91, 2.93 (each s, 24H, NCH 3 ), 3.05-3.58 (m, 8H, NCH 2 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 12.15, 12.33 (CH 3 ), 39.11, 39.36 (NCH 3 ), 42.28 43.92, 44.04, 45.43, 46.83 (NCH 2 ), 161.37, 163.18 (C + ). C16H38B2F8N6 (488.12): calc. C 39.37, H 7.85, N 17.22; gef. C 39.10, H 7.85, N 17.17. I.K6 4- (N, N-dimethyl-N ', N', N''-tripropylguanidinio) -butanesulfonate
Aus 6.4 g (0.03 mol) N,N-Dimethyl-N´,N´,N´´-tripropylguanidin (1) erhält man 9.70 g (92.5 %) 4-(N,N-Dimethyl-N´,N´,N-´´ tripropylguanidinio)butansulfonat (I.K6): hellgelbe zähe Masse. – 1H NMR (500 MHz, D2O): δ = 0.95–0.97 [m, 9H, (CH3), 1.40–1.60 (m, 6H, CH2), 1.65–1.95 (m, 6H, CH2), 2.83 (s, 6H, NMe2), 2.97–3.35 (m, 8H, CH2). – 13C NMR (125 MHz, D2O): δ = 11.2 (CH3), 20.6–22.8 (CH2), 23.5–26.5 (CH2), 40.0–41.0 (NMe2), 50.2–51.7 (CH2), 163.4 (N3C+). – C16H35N3O3S (349.53): ber. C 54.98, H 10.09, N 12.02, S 9.17; gef. C 54.77, H 9.98, N 11.94, S 9.07. I.K7 3-(N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’-ethylguanidinio)propansulfonat From 6.4 g (0.03 mol) of N, N-dimethyl-N ', N', N''-tripropylguanidine (1), 9.70 g (92.5%) of 4- (N, N-dimethyl-N', N', N'-tripropylguanidinio) butanesulfonate (I.K6): pale yellow viscous mass. 1 H NMR (500 MHz, D 2 O): δ = 0.95-0.97 [m, 9H, (CH 3 ), 1.40-1.60 (m, 6H, CH 2 ), 1.65-1.95 (m, 6H, CH 2 ), 2.83 (s, 6H, NMe 2 ), 2.97-3.35 (m, 8H, CH 2 ). 13 C NMR (125 MHz, D 2 O): δ = 11.2 (CH 3 ), 20.6-22.8 (CH 2 ), 23.5-26.5 (CH 2 ), 40.0-41.0 (NMe 2 ), 50.2-51.7 (CH 2 ), 163.4 (N 3 C + ). C 16 H 35 N 3 O 3 S (349.53): calc. C 54.98, H 10.09, N 12.02, p. 9.17; gef. C 54.77, H 9.98, N 11.94, S 9.07. I.K7 3- (N, N, N ', N'-tetramethyl-N''- ethylguanidinio) propanesulfonate
Die bereits literaturbekannte Verbindung (
Aus 4,30 g (0,03 mol) N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’-ethylguanidin erhält man 6.15 g (78 %) 3-(N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’-ethylguanidinio)propansulfonat (K7):
farbloser Feststoff mit Schmp. 253 °C. – 1H-NMR (500 MHz, CD3CN): δ = 1.14 (t, J = 7.2 Hz, 3H, CCH3), 1.75–1.85, 1.90–2.06 (je m, 2H, CCH2C), 2.53 (dt, J = 7 Hz, 2H, CH2SO3 –), 2.88, 2.90, 2.91 (je s, 12H, N(CH3)2), 3.18–3.30 (m, 2H, NCH2CH3), 3.30–3.48 (m, 2H, NCH2(CH2)2). – 13C-NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 12.14 (NCH2CH3), 23.14 (CCH2CH2), 39.16, 39.25 (NCH3), 43.47 (NCH2CH3), 46.82 (CH2SO3 –), 47.44 (NCH2(CH2)2), 163.01 (N3C+). – C10H23N3O3S (263.37): ber. C 45.26, H 8.74, N 15.84, S 12.08; gef. C 45.28, H 8.73, N 15.77, S 11.97. I.K8 4-(N,N-Diethyl-N´,N´-dipropyl-N´´octylguanidinio)-butansulfonat From 4.30 g (0.03 mol) of N, N, N ', N'-tetramethyl-N "-ethylguanidine there are obtained 6.15 g (78%) of 3- (N, N, N', N'-tetramethyl -N '' - ethylguanidinio) propane sulfonate (K7):
colorless solid with mp 253 ° C. -1 H-NMR (500 MHz, CD 3 CN): δ = 1.14 (t, J = 7.2 Hz, 3H, CCH 3 ), 1.75-1.85, 1.90-2.06 (per m, 2H, CCH 2 C), 2.53 (dt, J = 7Hz, 2H, CH 2 SO 3 - ), 2.88, 2.90, 2.91 (each s, 12H, N (CH 3 ) 2 ), 3.18-3.30 (m, 2H, NCH 2 CH 3 ), 3.30 -3.48 (m, 2H, NCH 2 (CH 2 ) 2 ). 13 C-NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 12.14 (NCH 2 CH 3 ), 23.14 (CCH 2 CH 2 ), 39.16, 39.25 (NCH 3 ), 43.47 (NCH 2 CH 3 ), 46.82 ( CH 2 SO 3 - ), 47.44 (NCH 2 (CH 2 ) 2 ), 163.01 (N 3 C + ). C 10 H 23 N 3 O 3 S (263.37): calc. C 45.26, H 8.74, N 15.84, S 12.08; gef. C 45.28, H 8.73, N 15.77, S 11.97. I.K8 4- (N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N''-octylguanidinio) -butanesulfonate
Aus 9.34 g (0.03 mol) N,N-Diethyl-N´,N´-dipropyl-N´´octylguanidin (3) erhält man 11.48 g (85.5 %)4-(N,N-Diethyl-N´,N´-dipropyl-N´´octylguanidinio)butansulfonat (I.K8):
hellgelbe zähe Masse. – 1H NMR (500 MHz, D2O): δ = 0.87–0.98 (m, 6H, CH3), 1.20–1.34 (m, 9H, CH3), 1.36–2.00 (m, 22H, CH2), 2.80–3.50 (m, 12H, CH2). – 13C NMR (125 MHz, D2O): δ = 10.9–12.1 (CH3), 18.0–21.7 (CH2), 24.3–29.8 (CH2), 41.7–42.1 (CH2), 46.4–48.0 (CH2), 162.1 (N3C+). – C23H49N3O3S (447.72): ber. C 61.70, H 11.03, N 9.39, S 7.16; gef. C 61.66, H 10.93, N 9.30, S 7.12. I.K9 4-(N,N-Diethyl-N´,N´-ethylendioxidiethylendi-N´´-isobutyl-guanidinio)butansulfonat From 9.34 g (0.03 mol) of N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N''-octylguanidine (3), 11.48 g (85.5%) of 4- (N, N-diethyl-N', N'are obtained. -dipropyl-N''octylguanidinio) butanesulfonate (I.K8):
pale yellow viscous mass. 1 H NMR (500 MHz, D 2 O): δ = 0.87-0.98 (m, 6H, CH 3 ), 1.20-1.34 (m, 9H, CH 3 ), 1.36-2.00 (m, 22H, CH 2 ) , 2.80-3.50 (m, 12H, CH 2 ). 13 C NMR (125 MHz, D 2 O): δ = 10.9-12.1 (CH 3 ), 18.0-21.7 (CH 2 ), 24.3-29.8 (CH 2 ), 41.7-42.1 (CH 2 ), 46.4-48.0 (CH 2 ), 162.1 (N 3 C + ). C 23 H 49 N 3 O 3 S (447.72): C 61.70, H 11.03, N 9.39, S 7.16; gef. C 61.66, H 10.93, N 9.30, S 7.12. I.K9 4- (N, N-diethyl-N', N'-ethylenedioxythiethylenedi-N''-isobutyl-guanidinio) butanesulfonate
Aus 7.42 g (0.03 mol) N,N-Diethyl-N-isobutyl-N´,N´-ethylendioxidiethlendiguanidin (2) erhält man 4-(N,N-Diethyl-N´,N´-etyhlendioxydiethylendi-N´´-isobutylguanidinio)butansulfonat (I.K9): 10.37 g (91.5 %); hellgelber Feststoff; Schmp.: 138–143 °C. – 1H NMR (500 MHz, D2O): δ = 0.80–0.99 (m, 6H, CH3), 1.15–1.28 (m, 6H, CH3), 1.63–1.92 (m, 6H, CH2), 1.95–2.08 (m, 1H, CH), 2.85–2.98 (m, 4H, CH2), 3.12–3.25 (m, 4H, CH2), 3.28–3.55 (m, 4H, CH2), 3.75–3.98 (m, 4H, CH2). – 13C NMR (125 MHz, D2O): δ = 11.8–12.1 (CH3), 19.3–19.6 (CH3), 21.5–22.8 (CH2), 25.6–25.9 (CH2 und CH), 43.5–44.3 (CH2), 47.9–50.3 (CH2), 56.7–57.4 (CH2), 65.4–65.9 (CH2), 163.1 (N3C+). – C17H35N3O4S (377.54): ber. C 54.08, H 9.34, N 11.13, S 8.49; gef. C 53.97, H 9.22, N 11.04, S 8.27. I.K10 N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-di[bis(trifluormethylsulfonyl)imid]
1.3 g (10 mmol) N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-dichlorid (V1) werden in 30 ml Wasser gelöst und anschließend mit 1.7 g (6 mmol) Bis-(trifluormethansulfonyl)imid in 20 ml Wasser versetzt. Nach 30 min Rühren bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch im Rotationsverdampfer eingeengt, mit 50 ml Wasser versetzt und nach 2 h Rühren der Niederschlag abgesaugt und anschließend aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert. Man erhält N-Butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-N-[2-(N-butyl-N',N',N‘‘,N‘‘-tetramethyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-di[bis(trifluormethylsulfonyl)imid] (I.K10) als farblose Kristalle. Ausbeute: 2.4 g (86 %).
Schmp. 129–130 °C. – IR (ATR): ν = 1600, 1549 (C=N+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 0.93 (t, 6H, J = 7.3 Hz, Butyl-CH3), 1.30–1.69 (m, 8H, Butyl-CH2), 2.89, 2.92 (je s, 24 H, NCH3), 3.08–3.46 (m, 8H, NCH2). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 12.68 (CH3), 19.23, 29.07, 29.28 (Butyl-CH2), 39.17, 39.53, 39.73 (NCH3), 45.92, 47.38, 48.98 (NCH2), 115.81, 118.36, 120.91, 123.45 (CF3), 161.27, 163.17 (C+). – C24H46F12N8O8S4 (930.21): ber. C 30.97, H 4.98, N 12.04, S 13.78; gef. C 31.36, H 4.91, N 12.11, S 14.07. I.K11 N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guani-dino)ethyl]-guanidinium-bis(hexafluorophospat)
M.p. 129-130 ° C. IR (ATR): ν = 1600, 1549 (C = N + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 0.93 (t, 6H, J = 7.3 Hz, butyl-CH 3 ), 1.30-1.69 (m, 8H, butyl-CH 2 ), 2.89, 2.92 ( each s, 24 H, NCH 3 ), 3.08-3.46 (m, 8H, NCH 2 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 12.68 (CH 3 ), 19.23, 29.07, 29.28 (butyl-CH 2 ), 39.17, 39.53, 39.73 (NCH 3 ), 45.92, 47.38, 48.98 (NCH 2), 115.81, 118.36, 120.91, 123.45 (CF 3), 161.27, 163.17 (C +). C 24 H 46 F 12 N 8 O 8 S 4 (930.21): calc. C 30.97, H 4.98, N 12.04, S 13.78; gef. C 31.36, H 4.91, N 12.11, S 14.07. I.K11 N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N''-methyl-N''- [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropylyl-N '' - methyl-guanidine dino) ethyl] guanidinium-bis (hexafluorophospat)
3.0 g (4.4 mmol) N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(methylsulfat) (I.V2) werden in 50 ml Acetonitril gelöst und anschließend mit 1.5 g (8.9 mmol) Natriumhexafluorophospat versetzt. Nach 40 h Rühren bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch filtriert, dann im Rotationsverdampfer eingeengt, mit 80 ml Wasser versetzt, nach 2 h Rühren der Niederschlag abgesaugt und anschließend aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert. Man erhält N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(hexafluorophospat) (I.K11) als farblose Kristalle. Ausbeute: 3.1 g (95 %).
Schmp. 171–172 °C. – IR (ATR): ν = 1539 (C=N+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 0.86–0.95 (m, 12H, NCH2CH2CH3), 1.13–1.20 (m, 12H, NCH2CH3), 1.35–1.59, 1.64–1.82 (je m, je 4H, NCH2CH2CH3), 2.88–3.61 (m, 26H, NCH2, NCH3). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 10.01, 10.19, 11.40, 11.54, 11.67, 11.73, 11.79, 11.90 (CH3), 19.99, 20.21, 20.24, 20.29, 20.33, 20.40 (CH2), 37.55, 37.59, 37.63, 37.67, 37.73 (NCH3), 43.27, 43.45, 43.51, 43.84, 43.92, 48.67, 48.73, 48.76, 50.59, 50.68, 50.85, 50.92, 51.15, 51.24 (NCH2), 164.03 (C+). – C26H58F12N6P2 (744.71): ber. C 41.93, H 7.85, N 11.28; gef. C 42.30, H 7.79, N 11.36. I.K12 N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guani-dino)ethyl]-guanidinium-(bis)trifluormethansulfonat
M.p. 171-172 ° C. IR (ATR): ν = 1539 (C = N + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 0.86-0.95 (m, 12H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 1.13-1.20 (m, 12H, NCH 2 CH 3 ), 1.35-1.59, 1.64 -1.82 (each m, each 4H, NCH 2 CH 2 CH 3), 2.88-3.61 (m, 26H, NCH 2, NCH 3). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 10.01, 10.19, 11.40, 11.54, 11.67, 11.73, 11.79, 11.90 (CH 3 ), 19.99, 20.21, 20.24, 20.29, 20.33, 20.40 (CH 2 ) , 37.55, 37.59, 37.63, 37.67, 37.73 (NCH 3 ), 43.27, 43.45, 43.51, 43.84, 43.92, 48.67, 48.73, 48.76, 50.59, 50.68, 50.85, 50.92, 51.15, 51.24 (NCH 2 ), 164.03 (C + ). C 26 H 58 F 12 N 6 P 2 (744.71): C 41.93, H 7.85, N 11.28; gef. C 42.30, H 7.79, N 11.36. I.K12 N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N "-methyl-N" - [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropylyl-N "-methyl -guani-dino) ethyl] -guanidinium- (bis) trifluoromethanesulfonate
3.0 g (4.4 mmol) N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(methylsulfat) (V.2) werden in 30 ml Wasser gelöst und anschließend mit einer Lösung von 1.4 g (9.3 mmol) Trifluormethansulfonsäure und 0.52 g (9.3 mmol) Kaliumhydroxyd in 20 ml Wasser versetzt. Nach 30 min Rühren bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch im Rotationsverdampfer eingeengt, mit 50 ml Wasser versetzt und nach 2 h Rühren der Niederschlag abgesaugt und anschließend aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert. Man erhält N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-(bis)trifluormethansulfonat (I.K12) als farblose Kristalle. Ausbeute: 3.0 g (91 %).
Schmp. 141–142 °C. – IR (ATR): ν = 1543 (C+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 0.90–0.99 (m, 12H, NCH2CH2CH3), 1.14–1.27 (m, 12H, NCH2CH3), 1.32–1.61, 1.62–1.89 (je m, je 4H, NCH2CH2CH3), 2.88–3.67 (m, 26H, NCH2, NCH3). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 9.85, 10.03, 11.24, 11.38, 11.55, 11.74 (CH3), 19.79, 20.04, 20.13 (CH2), 37.39, 37.50 (NCH3), 43.06, 43.69, 48.51, 48.59, 50.37, 50.45, 51.00 (NCH2), 113.02, 118.12, 123.22, 128.33 (CF3), 163.83 (C+). – C28H58F6N6O6S2 (752.92): ber. C 44.67, H 7.76, N 11.16, S 8.52; gef. C 44.71, H 7.82, N 11.14, S 8.51. I.K13 N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-di[bis(trifluormethylsulfonyl)imid]
Mp 141-142 ° C. IR (ATR): ν = 1543 (C + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 0.90-0.99 (m, 12H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 1.14-1.27 (m, 12H, NCH 2 CH 3 ), 1.32-1.61, 1.62 -1.89 (each m, each 4H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 2.88-3.67 (m, 26H, NCH 2 , NCH 3 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 9.85, 10.03, 11.24, 11.38, 11.55, 11.74 (CH 3 ), 19.79, 20.04, 20.13 (CH 2 ), 37.39, 37.50 (NCH 3 ), 43.06 , 43.69, 48.51, 48.59, 50.37, 50.45, 51.00 (NCH 2 ), 113.02, 118.12, 123.22, 128.33 (CF 3 ), 163.83 (C + ). C 28 H 58 F 6 N 6 O 6 S 2 (752.92): C 44.67, H 7.76, N 11.16, S 8.52; gef. C 44.71, H 7.82, N 11.14, S 8.51. I.K13 N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N "-methyl-N" - [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropylyl-N "-methyl -guanidino) ethyl] guanidinium di [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide]
3.0 g (4.4 mmol) N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-bis(methylsulfat) (I.V2) werden in 30 ml Wasser gelöst und anschließend mit einer Lösung von 2.5 g (8.9 mmol) Bis-(trifluormethansulfonyl)imid und 0.5 g (8.9 mmol) Kaliumhydroxyd in 20 ml Wasser versetzt. Nach 30 min Rühren bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch im Rotationsverdampfer eingeengt, mit 50 ml Wasser versetzt und nach 2 h Rühren der Niederschlag abgesaugt und anschließend aus Ethylenglycoldimethylether umkristallisiert. Man erhält N,N-Diethyl-N',N'-dipropyl-N''-methyl-N''-[2-(N,N-diethyl-N',N'-dipropylyl-N''-methyl-guanidino)ethyl]-guanidinium-di[bis(trifluormethylsulfonyl)imid] (I.K13) als farblose Kristalle. Ausbeute: 3.6 g (81 %).
Schmp. 122–123 °C. – IR (ATR): ν = 1542 (C=N+) (cm–1). – 1H NMR (500.1 MHz, CD3CN): δ = 0.86–0.95 (m, 12H, NCH2CH2CH3), 1.13–1.24 (m, 12H, NCH2CH3), 1.38–1.59, 1.63–1.83 (je m, je 4H, NCH2CH2CH3), 2.84–3.59 (m, 26H, NCH2, NCH3). – 13C NMR (125.8 MHz, CD3CN): δ = 9.98, 10.16, 10.18, 11.40, 11.53, 11.65, 11.71, 11.78, 11.88, 11.93 (CH3), 20.01, 20.18, 20.21, 20.29, 20.36 (CH2), 37.60, 37.65, 37.68, 37.73 (NCH3), 43.26, 43.46, 43.52, 43.84, 43.91, 48.68, 48.72, 48.76, 50.59, 50.70, 50.86, 50.86, 50.93, 51.61, 51.24 (NCH2), 115.82, 118.37, 120.92, 123.47 (CF3), 164.00 (C+). – C30H58F12N8O8S4 (1015.07): ber. C 35.50, H 5.76, N 11.04, S 12.64; gef. C 35.85, H 5.76, N 11.04, S 12.73. 3.0 g (4.4 mmol) of N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N "-methyl-N" - [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropylyl-N ''-methyl-guanidino) ethyl] -guanidinium-bis (methylsulfate) (I.V2) are dissolved in 30 ml of water and then treated with a solution of 2.5 g (8.9 mmol) of bis (trifluoromethanesulfonyl) imide and 0.5 g (8.9 mmol ) Potassium hydroxide in 20 ml of water. After stirring for 30 min at room temperature, the reaction mixture is concentrated in a rotary evaporator, combined with 50 ml of water and, after stirring for 2 h, the precipitate is filtered off with suction and then recrystallized from ethylene glycol dimethyl ether. This gives N, N-diethyl-N ', N'-dipropyl-N "-methyl-N" - [2- (N, N-diethyl-N', N'-dipropylyl-N "-methyl- guanidino) ethyl] guanidinium di [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide] (I.K13) as colorless crystals. Yield: 3.6 g (81%).
M.p. 122-123 ° C. IR (ATR): ν = 1542 (C = N + ) (cm -1 ). 1 H NMR (500.1 MHz, CD 3 CN): δ = 0.86-0.95 (m, 12H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 1.13-1.24 (m, 12H, NCH 2 CH 3 ), 1.38-1.59, 1.63 -1.83 (each m, each 4H, NCH 2 CH 2 CH 3 ), 2.84-3.59 (m, 26H, NCH 2 , NCH 3 ). 13 C NMR (125.8 MHz, CD 3 CN): δ = 9.98, 10.16, 10.18, 11.40, 11.53, 11.65, 11.71, 11.78, 11.88, 11.93 (CH 3 ), 20.01, 20.18, 20.21, 20.29, 20.36 (CH 2 ), 37.60, 37.65, 37.68, 37.73 (NCH 3 ), 43.26, 43.46, 43.52, 43.84, 43.91, 48.68, 48.72, 48.76, 50.59, 50.70, 50.86, 50.86, 50.93, 51.61, 51.24 (NCH 2 ), 115.82 , 118.37, 120.92, 123.47 (CF 3), 164.00 (C +). C 30 H 58 F 12 N 8 O 8 S 4 (1015.07): C 35.50, H 5.76, N 11.04, S 12.64; gef. C 35.85, H 5.76, N 11.04, S 12.73.
II. Elektrochemische Charakterisierung der Guanidinium-Verbindungen II. Electrochemical characterization of guanidinium compounds
Zur elektrochemischen Charakterisierung wurden Cyclovoltammetrie-Untersuchungen an der erfindungsgemäßen Verbindungsklasse durchgeführt. Diese Daten wurden an ionischen Flüssigkeiten enthaltend
- II.1 Guanidinium-Kationen und
- II.2 Guanidinium-Betainen
- II.1 guanidinium cations and
- II.2 guanidinium betaines
Desweiteren wurden an einigen Beispielverbindungen allgemein der Lösemittel-Einfluss (II.3) auf das elektrochemische Verhalten der erfindungsgemäßen Verbindungen untersucht. Furthermore, the solvent influence (II.3) on the electrochemical behavior of the compounds according to the invention was investigated in general on some example compounds.
II.1 Guanidinium-Mono-Kationen II.1 guanidinium mono-cations
II.2 Guanidinium-Betaine II.2 guanidinium betaines
Betaine sind ionische Verbindungen, in denen Anion und Kation durch eine kovalente Bindung miteinander verbunden sind, so dass sie durch elektrische Felder nicht getrennt, jedoch ausgerichtet werden können. Die Moleküle sind elektrisch neutral, besitzen aber kaum delokalisierte, räumlich getrennte Ladungen. Getestet wurden die Betaine K2, K3, K6, K7, K8 und K9, welche sich durch ein kovalent gebundenes Sulfonat-Anion an einen Alkylrest eines Hexaalkyl-Guanidinium-Kations auszeichnen. Hierbei sind die Betaine K6 und K8 bei Raumtemperatur ionische Flüssigkeiten, die restlichen hingegen liegen bei Raumtemperatur als Feststoffe vor. Betaines are ionic compounds in which the anion and cation are linked by a covalent bond, so that they can not be separated by electric fields, but can be aligned. The molecules are electrically neutral, but have barely delocalized, spatially separated charges. The betaines K2, K3, K6, K7, K8 and K9, which are characterized by a covalently bonded sulfonate anion to an alkyl radical of a hexaalkyl guanidinium cation, have been tested. In this case, the betaines K6 and K8 are ionic liquids at room temperature, the rest, however, are present as solids at room temperature.
Die Ergebnisse der Cyclovoltametrie-Messungen an der Verbindung K6 ist in
Es fällt auf, dass im Vergleich zur Referenz im gesamten Spannungsbereich zwischen –9 V und +9 V kein oxidativer oder reduktiver Stromfluss gemessen wurde. Die Materialien zeigen praktisch keine Leitfähigkeit und somit als Isolator ein großes elektrochemisches Fenster (hier > 18 V). Dies bedeutet für die Elektrolyse, dass die ionische Flüssigkeit nur als stark polares Lösungsmittel wirkt und die Leitfähigkeit durch das zu elektrolysierende Salz oder einem entsprechenden Zusatz fast beliebig angepasst werden kann. Die betainischen ILs auf Guanidinbasis können daher für die Anwendung in der Elektrolyse bevorzugt eingesetzt werden. It is noticeable that no oxidative or reductive current flow was measured in the entire voltage range between -9 V and +9 V compared to the reference. The materials show virtually no conductivity and thus as a insulator a large electrochemical window (here> 18 V). This means for the electrolysis that the ionic liquid acts only as a highly polar solvent and the conductivity can be adjusted almost arbitrarily by the salt to be electrolyzed or a corresponding additive. The betaine-based guanidine-based ILs can therefore be used preferably for use in electrolysis.
Die
Es fällt auf, dass die elektrochemische Stabilität der Feststoff-Verbindungen K2, K3, K7 und K9 geringer ist als die der beiden Betain-Flüssigkeiten K6 und K8. Das Stabilitätsfenster schwankt hierbei zwischen 3.5 V und 5.5 V. Im Gegensatz dazu ist das Stabilitätsfenster für K6 und K8 deutlich größer (> 10 V). Obwohl die Cyclovoltammetrie-Kurven der Feststoff-Betaine gegenüber reinem Acetonitril zu positiveren Spannungen verschoben sind, kann hier ein Einfluss des Lösemittels nicht ausgeschlossen werden. Offenbar wirkt sich die elektrochemische Zersetzung des Lösemittels oberhalb der Redoxparameter auch fragmentierend auf die Guanidinium-Salze aus, reduktiv stärker als oxidativ. Ohne Lösemittel kann die Stabilität der Feststoffverbindungen sicherlich mit denen der flüssigen Betaine vergleichbar sein (siehe auch Abschnitt II.3). It is noticeable that the electrochemical stability of the solid compounds K2, K3, K7 and K9 is lower than that of the two betaine liquids K6 and K8. The stability window varies between 3.5 V and 5.5 V. In contrast, the stability window for K6 and K8 is significantly larger (> 10 V). Although the cyclic voltammetry curves of the solid betaines are shifted towards more positive tensions than pure acetonitrile, an influence of the solvent can not be excluded here. Apparently, the electrochemical decomposition of the solvent above the redox parameters also has a fragmentary effect on the guanidinium salts, reductively stronger than oxidative. Without solvents, the stability of solid compounds may certainly be comparable to that of liquid betaines (see also Section II.3).
II.3 Lösemitteleinfluss II.3 Solvent influence
Zusätzlich ins System eingebrachte Lösemittel können die elektrochemische Stabilität ionischer Flüssigkeiten beeinflussen. Dieser Effekt wurde am Beispiel des Materials K6 (4-(N,N-Dimethyl-N´,N´,N´´-tripropylguanidinio)-butansulfonat) und unterschiedlicher Lösemittel gezeigt. Additional solvents introduced into the system can affect the electrochemical stability of ionic liquids. This effect was shown using the example of material K6 (4- (N, N-dimethyl-N', N'-N''-tripropylguanidinio) butanesulfonate) and various solvents.
In der
Messungen an dem Referenzmaterial BMIMPF6 (
Zur weiteren cyclovoltammetrischen Analyse eines Lösemitteleinflusses wurde das Verhalten von K3 (3-(N,N-Dimethyl-N´,N´,N´´-tripropylguanidinio)propansulfonat) in einer Schmelze mit dem Verhalten einer K3 und Acetonitril-Lösung verglichen (siehe
III. Herstellung der Hochleistungsmagnete III. Production of high-performance magnets
Ein erfindungsgemäßer Hochleistungs-Seltenerdmagnet kann folgendermaßen hergestellt werden: A high-performance rare-earth magnet according to the invention can be produced as follows:
III.1 Herstellungsbeispiel 1: III.1 Production Example 1:
Es wird ein Seltenerd-Dauermagnet der Abmessungen 0,3 × 1 × 1 cm als Ausgangsmaterial verwendet, dessen Grundgehalt an schweren Seltenen Erden (Dy und/oder Tb) 0,5 Gew-% beträgt. Dieser Dauermagnet wird mit einer Schicht aus einem schweren Seltenerdmetall, in diesem Fall Dysprosium, beschichtet. A rare earth permanent magnet of dimensions 0.3 × 1 × 1 cm is used as starting material whose base content of heavy rare earths (Dy and / or Tb) is 0.5% by weight. This permanent magnet is coated with a layer of heavy rare earth metal, in this case dysprosium.
Die Beschichtung erfolgt aus einem nicht-wässrigen Flüssigkeitsbad, in dem 0,2 mol/kg Dysprosiumtriflat in der Verbindung M2 (N,N-Dibutyl-N’,N’,N”,N”-tetramethylguanidinium-trifluormethansulfonat) gelöst ist. Der Beschichtungsprozess läuft bei einer Badtemperatur von 150 °C ab. Der Abscheideprozess kann hierbei potentiostatisch oder galvanostatisch gesteuert werden. In diesem Fall wird der Abscheideprozess potentiostatisch gesteuert (Elektrodenpotential = –2.00 V vs Fc/Fc+) und dauert 5 h. Die Dicke der abgeschiedenen Dy-Schicht beträgt 1 µm. The coating is carried out from a non-aqueous liquid bath in which 0.2 mol / kg dysprosium triflate in the compound M2 (N, N-dibutyl-N ', N', N ", N" -tetramethylguanidinium trifluoromethanesulfonate) is dissolved. The coating process takes place at a bath temperature of 150 ° C. The deposition process can be controlled potentiostatically or galvanostatically. In this case, the deposition process is potentiostatically controlled (electrode potential = -2.00 V vs. Fc / Fc +) and lasts 5 h. The thickness of the deposited Dy layer is 1 μm.
Nach der Beschichtung wird die Probe von Resten der ionischen Flüssigkeit/Metallsalze mit trockenem Lösungsmittel gereinigt. After coating, the sample is cleaned of residual ionic liquid / metal salts with dry solvent.
Der Schritt zur Eindiffusion geschieht unter Vakuum oder Argon Schutzgas bei 900°C über einen Zeitraum von 6 Stunden (Annealing). Ein anschließendes schnelles Abkühlen auf 25 °C sichert ein Erstarren des Gefüges (Korngrenzen). The diffusion step is done under vacuum or argon blanket at 900 ° C for 6 hours (annealing). A subsequent rapid cooling to 25 ° C ensures a solidification of the structure (grain boundaries).
Anschließend werden durch eine anschließende Glühung bei 400°C über 1 h Spannungen innerhalb des Materials abgebaut (Aging-Prozess). Subsequently, by subsequent annealing at 400 ° C over 1 h stresses within the material degraded (aging process).
Man erhält einen zusätzlich dotierten Hochleistungs-Dauermagneten, dessen die Koerzitivfeldstärke H um 15–20% über der eines nicht zusätzlich dotierten Magneten liegt. An additionally doped high-performance permanent magnet is obtained, whose coercive force H is 15-20% higher than that of a magnet which is not additionally doped.
III.2 Herstellungsbeispiel 2: III.2 Production Example 2:
Es wird ein Seltenerd-Dauermagnet der Abmessungen 0,3 × 1 × 1 cm als Ausgangsmaterial verwendet, dessen Grundgehalt an schweren Seltenen Erden (Dy und/oder Tb) 0,5 Gew-% beträgt. Dieser Dauermagnet wird mit einer Schicht aus einem schweren Seltenerdmetall, in diesem Fall Dysprosium, beschichtet. A rare earth permanent magnet of dimensions 0.3 × 1 × 1 cm is used as starting material whose base content of heavy rare earths (Dy and / or Tb) is 0.5% by weight. This permanent magnet is coated with a layer of heavy rare earth metal, in this case dysprosium.
Zur Verbesserung der Haftung sowie der Stromausbeute des Abscheideprozesses wird zunächst eine Pufferschicht elektrochemisch auf den Magneten abgeschieden. Hierzu wird eine 0,2 mol/kg Kupfer bis(trifluoromethylsulfonyl)imid-Lösung in M5 (N,N,N’,N’-Tetramethyl-N’’,N’’-pentamethylenguanidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid) hergestellt. Die Abscheidung erfolgt potentiostatisch bei 25 °C für 20 min bei E = –0,6 V vs Fc/Fc+. Die Schichtdicke beträgt 50nm. To improve the adhesion and the current efficiency of the deposition process, a buffer layer is first deposited electrochemically on the magnet. For this purpose, a 0.2 mol / kg copper bis (trifluoromethylsulfonyl) imide solution in M5 (N, N, N ', N'-tetramethyl-N'',N''- pentamethyleneguanidinium-bis ( trifluoromethylsulfonyl) imide). Deposition is potentiostatic at 25 ° C for 20 min at E = -0.6 V vs Fc / Fc +. The layer thickness is 50nm.
Die Dysprosiumbeschichtung erfolgt aus einer 0,2 mol/kg Lösung Dysprosium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid in M5 bei 180°C. Die Abscheidung wird potentiostatisch bei E = –1,8 V vs Fc/Fc+ gesteuert und erfolgt für die Dauer von 5h. Die erhaltene Schicht ist 1,5µ dick. The dysprosium coating is carried out from a 0.2 mol / kg solution of dysprosium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide in M5 at 180 ° C. The deposition is potentiostatically controlled at E = -1.8 V vs Fc / Fc + and is carried out for 5 hours. The resulting layer is 1.5μ thick.
Nachfolgende Prozesse zur Eindiffusion werden wie in Herstellungsbeispiel 1 beschrieben durchgeführt. Die Erhöhung der Koerzitivffeldstärke H liegt hier bei 18–22%. Subsequent indiffusion processes are carried out as described in Preparation Example 1. The increase of the coercive field strength H is 18-22%.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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