DE102022121979A1 - Method for producing a material for a membrane, material, membrane and use of a membrane - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran, welches folgende Schritte umfasst:- Bereitstellen von mindestens einem Ausgangsstoff, wobei mindestens ein Ausgangsstoff wenigstens ein Monomer enthält oder daraus besteht;- Synthetisieren eines Polymers aus dem Ausgangsstoff/ den Ausgangsstoffen mittels Polyhydroxyalkylierung (PHA);- Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion.Ferner betrifft die Erfindung einen Stoff, eine Membran und die Verwendung einer Membran.The present invention relates to a method for producing a material for a membrane, which comprises the following steps: - Providing at least one starting material, at least one starting material containing or consisting of at least one monomer; - Synthesizing a polymer from the starting material (s) by means of polyhydroxyalkylation (PHA);- Modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction. The invention further relates to a substance, a membrane and the use of a membrane.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Stoff, welcher durch ein solches Verfahren hergestellt ist, sowie eine Membran umfassend oder bestehend aus einem solchen Stoff. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer solchen Membran.The present invention relates to a method for producing a material for a membrane. The present invention further relates to a material which is produced by such a method, and to a membrane comprising or consisting of such a material. In addition, the present invention relates to the use of such a membrane.

Im Rahmen der Energiewende werden zunehmend alternative Möglichkeiten der Erzeugung von Strom entwickelt. Einen wichtigen Bereich bilden dabei Brennstoffzellen. Diese wandeln die chemische Reaktionsenergie eines zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie um. Daneben spielt die Speicherung von elektrischer Energie eine zunehmende Rolle. Hier geht es insbesondere darum, Batterietechnik so weiter zu entwickeln, dass Batterien auf der einen Seite eine hohe Energiedichte und auf der anderen Seite eine hohe Langzeitstabilität aufweisen.As part of the energy transition, alternative ways of generating electricity are increasingly being developed. Fuel cells are an important area. These convert the chemical reaction energy of an supplied fuel and an oxidizing agent into electrical energy. In addition, the storage of electrical energy is playing an increasing role. The main aim here is to further develop battery technology so that batteries have a high energy density on the one hand and high long-term stability on the other.

Insbesondere bei elektrochemischen Prozessen, beispielsweise bei Elektrolyse-Prozessen, oder in elektrochemischen Anlagen, beispielsweise in einer Brennstoffzelle oder in einer Batterie, werden Membranen, insbesondere Ionenaustauschermembranen eingesetzt. An derartige Membranen werden hohe Anforderungen gestellt. Zum einen müssen sie bezogen auf ihr Anwendungsgebiet gegenüber den sie umgebenden Medien hinreichend chemisch stabil sein. Außerdem sind solche Membranen häufig mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Bei elektrochemischen Anwendungen ist darüber hinaus eine gewisse Leitfähigkeit bei gleichzeitig einem geringen Quellungsgrad, d.h. einer geringen Volumenausdehnung, erforderlich.Membranes, in particular ion exchange membranes, are used in particular in electrochemical processes, for example in electrolysis processes, or in electrochemical systems, for example in a fuel cell or in a battery. High demands are placed on such membranes. On the one hand, they must be sufficiently chemically stable relative to the media surrounding them in relation to their area of application. In addition, such membranes are often exposed to mechanical stress. In electrochemical applications, a certain conductivity is also required along with a low degree of swelling, i.e. a low volume expansion.

Als Stoffe für solche Membranen werden üblicherweise Polymere eingesetzt. Diese werden aus Monomeren synthetisiert. Eine Gruppe von Verfahren zur Polymersynthese bilden die Polykondensationsverfahren. Zu dieser Gruppe von Verfahren gehört das Verfahren der Polyhydroxyalkylierung (PHA).Polymers are usually used as materials for such membranes. These are synthesized from monomers. A group of processes for polymer synthesis are the polycondensation processes. This group of processes includes the polyhydroxyalkylation (PHA) process.

Mittels Polyhydroxyalkylierung erzeugte Polymere sind beispielsweise beschrieben in L.I. Olvera, M.T. Guzmán-Gutiérrez, M.G. Zolothukhin, S. Fomine, J. Cárdenas, F.A. Ruiz-Trevino, D. Villers T.A. Ezquerra, E. Prokhorov, „Novel High Molecular Weight Aromatic Fluorinated Polymers from One-Pot, Metal-Free Step Polymerizations“, Macromolecules 46 (2013) 7245-7256 , and in M.T. Guzmán-Gutierréz, D.R. Nieto, S. Fomine, S.L. Morales, M.G. Zolothukhin, M.C.G. Hernandez, H. Kricheldorf, E.S. Wilks, „Dramatic Enhancement of Superacid-Catalyzed Polyhydroxyalkylation Reactions“, Macromolecules 44 (2011) 194-202 and in M.T. Guzmán-Gutierréz, M-H. Rios-Dominguez, F.A. Ruiz-Treviño, M.G. Zolothukhin, J. Balmaseda, D. Fritsch, E. Prokhorov, „Structure-properties relationship for the gas transport properties of new fluoro-containing aromatic polymers“, Journal of Membrane Science 385-386 (2011) 277-284 .Polymers produced by polyhydroxyalkylation are described, for example, in LI Olvera, MT Guzmán-Gutiérrez, MG Zolothukhin, S. Fomine, J. Cárdenas, FA Ruiz-Trevino, D. Villers TA Ezquerra, E. Prokhorov, “Novel High Molecular Weight Aromatic Fluorinated Polymers from One-Pot, Metal-Free Step Polymerizations”, Macromolecules 46 (2013) 7245-7256 , and in Guzmán-Gutierréz MT, Nieto DR, Fomine S, Morales SL, Zolothukhin MG, Hernandez MCG, Kricheldorf H, Wilks ES, “Dramatic Enhancement of Superacid-Catalyzed Polyhydroxyalkylation Reactions,” Macromolecules 44 (2011) 194-202 and in MT Guzmán-Gutierréz, MH. Rios-Dominguez, FA Ruiz-Treviño, MG Zolothukhin, J. Balmaseda, D. Fritsch, E. Prokhorov, “Structure-properties relationship for the gas transport properties of new fluoro-containing aromatic polymers,” Journal of Membrane Science 385-386 (2011) 277-284 .

Auch wenn sich mittels Polyhydroxyalkylierung Polymere synthetisieren lassen, die grundsätzlich zum Einsatz in Membranen geeignet sind, besteht permanent ein Bedürfnis, das Eigenschaftsprofil, konkret die chemische Stabilität, die Leitfähigkeit und die mechanische Stabilität zu verbessern.Even if polymers that are fundamentally suitable for use in membranes can be synthesized using polyhydroxyalkylation, there is a constant need to improve the property profile, specifically chemical stability, conductivity and mechanical stability.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, durch welches Stoffe für eine Membran mit einem günstigen Eigenschaftsprofil hergestellt werden können. Ferner sollen entsprechende Stoffe bereitgestellt werden, die sich durch ein günstiges Eigenschaftsprofil auszeichnen.The object of the present invention is therefore to provide a method by which materials for a membrane with a favorable property profile can be produced. Furthermore, appropriate materials should be provided that are characterized by a favorable property profile.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran, welches folgende Schritte umfasst:

  • - Bereitstellen von mindestens einem Ausgangsstoff, wobei mindestens ein Ausgangsstoff wenigstens ein Monomer enthält oder daraus besteht;
  • - Synthetisieren eines Polymers aus dem Ausgangsstoff/den Ausgangsstoffen mittels Polyhydroxyalkylierung (PHA);
  • - Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion.
According to a first aspect of the present invention, this object is achieved by a method for producing a material for a membrane, which comprises the following steps:
  • - Providing at least one starting material, at least one starting material containing or consisting of at least one monomer;
  • - Synthesizing a polymer from the starting material(s) using polyhydroxyalkylation (PHA);
  • - Modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran, welches die folgenden Schritte umfasst:

  • - Bereitstellen von einem Ausgangsstoff, wobei mindestens ein Ausgangsstoff wenigstens ein Monomer enthält oder daraus besteht;
  • - Modifizierung mindestens eines Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion;
  • - Synthetisieren eines Polymers aus dem Ausgangsstoff/den Ausgangsstoffen mittels Polyhydroxyalkylierung (PHA).
According to a second aspect of the present invention, the object is achieved by a method for producing a material for a membrane, which comprises the following steps:
  • - Providing a starting material, at least one starting material containing or consisting of at least one monomer;
  • - Modification of at least one starting material in a preliminary reaction;
  • - Synthesizing a polymer from the starting material(s) using polyhydroxyalkylation (PHA).

Ferner ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch einen Stoff, welcher durch ein solches Verfahren hergestellt ist.Furthermore, the object on which the invention is based is achieved by a material which is produced by such a process.

Der Erfindung liegt damit die grundsätzliche Überlegung zugrunde, zusätzlich zu einer Polymersynthese mittels Polyhydroxyalkylierung eine Modifikation an dem Polymer vorzunehmen. Dadurch können die Eigenschaften des erhaltenen Polymers weiter optimiert werden. Möglich ist dabei, das Polymer nach dem Synthetisieren mittels Polyhydroxyalkylierung durch eine Umsetzung in einer Folgereaktion zu modifizieren. Alternativ oder ergänzend kann auch vor dem Schritt der Polymersynthese eine Modifizierung des Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion stattfinden. In diesem Fall ist dann der modifizierte Ausgangsstoff an der Polymersynthese beteiligt. Mit anderen Worten kann vor und/oder nach der Polymersynthese eine gezielte Funktionalisierung eines Ausgangsstoffs bzw. des synthetisierten Polymers stattfinden, um die Eigenschaften des Polymers zu optimieren. Das mittels Polyhydroxyalkylierung synthetisierte Polymer wird auch als PHA-Polymer bezeichnet.The invention is therefore based on the fundamental idea of carrying out a modification to the polymer in addition to a polymer synthesis using polyhydroxyalkylation. This allows the properties of the polymer obtained to be further optimized. It is possible to modify the polymer after synthesis using polyhydroxyalkylation by implementing it in a subsequent reaction. Alternatively or additionally, the starting material can be modified in a preliminary reaction before the polymer synthesis step. In this case, the modified starting material is then involved in the polymer synthesis. In other words, a targeted functionalization of a starting material or the synthesized polymer can take place before and/or after the polymer synthesis in order to optimize the properties of the polymer. The polymer synthesized using polyhydroxyalkylation is also called PHA polymer.

Dementsprechend enthält der erfindungsgemäße Stoff bevorzugt ein Polymer oder ein Polymergemisch oder besteht daraus. Als Polymer wird dabei eine chemische Verbindung verstanden, die aus Kettenmolekülen oder verzweigten Molekülen besteht oder solche umfasst. Die Kettenmoleküle oder die verzweigten Moleküle bestehen dabei aus gleichen Einheiten oder, beispielsweise bei Copolymeren, aus unterschiedlichen Einheiten.Accordingly, the substance according to the invention preferably contains or consists of a polymer or a polymer mixture. A polymer is understood to be a chemical compound that consists of or includes chain molecules or branched molecules. The chain molecules or the branched molecules consist of the same units or, for example in the case of copolymers, of different units.

Bevorzugt enthält der Ausgangsstoff mindestens eine Art eines Diarylmonomers.The starting material preferably contains at least one type of diaryl monomer.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält mindestens ein Ausgangsstoff eines oder mehrere der folgenden Ketone und/oder Aldehyde oder besteht daraus:

  • 4-Methylpiperazin-2-on, 1-(1-Methylpiperidin-4-yl)ethan-1-on, 1,4-Dimethylpiperazin-2-on, Piperazin-2-on, 1,3-Dimethyltetrahydropyrimidin-2(1H)-on, 1-(1-Methyl-1 H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1 -on, 2,2,2-Trifluor-1 -(1 -methyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-on, 1-(5,6-Dimethyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-on, 1-(5-Methylpyridin-3-yl)ethan-1-on, 1-(5-Methylpyridin-2-yl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(4-mercaptophenyl)ethan-1-on, Acetylferrocen, (2,2,2-Trifluoracetyl)ferrocen, 1-(4-(5-Bromopentyl)phenyl)ethan-1-on, 1-(4-Ethylpiperazin-2-yl)ethan-1-on, 1-(1-Methyl-1Hpyrazol-4-yl)ethan-1-on, Pyrrolidin-3-carbaldehyd, 1-(1H-Pyrazol-3-yl)ethan-1-on, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-6-yl)ethan-1-on, 1-(7-Methyl-1Hbenzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-on, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-on, 1-(4-Methylpyridin-3-yl)ethan-1-on, 1-(4-Mercaptophenyl)ethan-1-on, (4-Acetylphenyl)phosphonsäure, 1-(3-Methylpyridin-2-yl)ethan-1-on, 1-(1-Methyl-1H-pyrazol-3-yl)ethan-1-on, 1-(1,2,4-Trimethyl-1Himidazol-5-yl)ethan-1-on, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-7-yl)ethan-1-on, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)propan-1 -on, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)propan-2-on, 1-(1,4,5-Trimethyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(1-methyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-1-on, 1-(1-Methyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-1-on, 1-(1H-Imidazol-5-yl)ethan-1-on, 1-(1H-Imidazo-2-yl)ethan-1-on, 1-(2-Methylpyridin-4-yl)ethan-1-on, 4-Acetylbenzolsulfonsäure, 1-(4-Methylpyridin-2-yl)ethan-1-on, 1-(Pyridin-4-yl)ethan-1-on, 1-(Pyridin-3-yl)ethan-1-on, 1-(Pyridin-2-yl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1 -(pyridin-2-yl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1 -(pyridin-4-yl)ethan-1 -on, 2,2,2-Trifluor-1 -(pyridin-3-yl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1 -(piperidin-4-yl)ethan-1 -on, 1-(Chinolin-8-yl)ethan-1-on, 1-(Chinolin-5-yl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(1H-imidazol-2-yl)ethan-1-on, 1-(Chinolin-4-yl)ethan-1-on, 1-(3-Methylpyridin-4-yl)ethan-1-on, 1-(2,3,5,6-Tetrafluor-4-mercaptophenyl)ethan-1-on, 1-(Cyclopenta-2,4-dien-1-yl)ethan-1-on, 1-(4-Hexylphenyl)ethan-1-on, 1-(Cyclopenta-2,4-dien-1-yl)-2,2,2,-trifluorethan-1-on, 1-(4-(5-Chlorpentyl)phenyl)ethan-1-on, 1-(4-Bromphenyl)ethan-1-on, 1-(4-Chlorphenyl)ethan-1-on, 1-(4-Fluorphenyl)ethan-1-on, 1-(4-iodphenyl)ethan-1-on, 1-(6-Methylpyridin-2-yl)ethan-1-on, 1-(6-Methylpyridin-3-yl)ethan-1-on, 3-Acetylbenzolsulfonsäure, 4-Acetyl-2,3,5,6-Tetrafluorbenzolsulfonsäure, 1-(2-Methylpyridin-3-yl)ethan-1-on, 1-(Chinolin-7-yl)ethan-1-on, 1-(Chinolin-6-yl)ethan-1-on, Di(pyridin-2-yl)methanon, 1-(2-(Dimethylamino)phenyl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(chinolin-3-yl)ethan-1-on, 1-(3-(Dimethylamino)phenyl)ethan-1-on, 1-(4-(Dimethylamino)phenyl)ethan-1-on, 1-(Chinolin-2-yl)ethan-1-on, 1-(4-(Dimethylamino)phenyl)-2,2,2-trifluorethan-1-on, 1-(3-(Dimethylamino)phenyl)-2,2,2-trifluorethan-1-on, 1-(3-Chlorphenyl)2,2,2-trifluorethan-1-on, 1-(3-Bromphenyl)-2,2,2-trifluorethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(3-iodphenyl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(3-fluorphenyl)ethan-1-on, 1-(2-Bromphenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-on, 1-(2-Chlorphenyl)-2,2,2-trifluorethan-1-on, 1-(2-lodphenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-on, 1-(2-Fluorphenyl)-2,2,2-trifluorethan-1-on, 1-(2-Bromphenyl)-2,2,2-trifluorethan-1-on, 1-(2-Chlorphenyl)ethan-1-on, 1-(2-lodphenyl)ethan-1-on, 1-(2-Bromphenyl)ethan-1-on, 1-(2-Fluorphenyl)ethan-1-on, 1-(3-Chlorphenyl)ethan-1-on, 1-(3-Bromphenyl)ethan-1-on, 1-(3-lodphenyl)ethan-1-on, 1-(3-Fluorphenyl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(4-fluorphenyl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(4-Iodphenyl)ethan-1-on, 1-(4-Chlorphenyl)-2,2,2-trifluorethan-1-on, 1-(4-Bromphenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(perfluorphenyl)ethan-1-on, 8-Brom-1,1,1-trifluoroctan-2-on, 1-(Isochinolin-4-yl)ethan-1-on, 1-(Chinolin-3-yl)ethan-1-on, 1-(1,8-Naphthyridin-4-yl)-ethan-1-on, 1-(Perfluorphenyl)ethan-1-on, 1-(lsochinolin-1-yl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(4-nitrophenyl)ethan-1-on, 2,2,2-Trifluor-1-(3-nitrophenyl)ethan-1-on, Ferrocencarboxaldehyd, Formylcobaltocen, Formylnickelocen.
According to a preferred embodiment, at least one starting material contains or consists of one or more of the following ketones and/or aldehydes:
  • 4-Methylpiperazin-2-one, 1-(1-Methylpiperidin-4-yl)ethan-1-one, 1,4-Dimethylpiperazin-2-one, Piperazin-2-one, 1,3-Dimethyltetrahydropyrimidin-2(1H )-one, 1-(1-methyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1 -one, 2,2,2-trifluoro-1-(1-methyl-1H-benzo[d ]imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(5,6-dimethyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(5-methylpyridin-3-yl )ethan-1-one, 1-(5-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-mercaptophenyl)ethan-1-one, acetylferrocene, (2, 2,2-Trifluoroacetyl)ferrocene, 1-(4-(5-Bromopentyl)phenyl)ethan-1-one, 1-(4-Ethylpiperazin-2-yl)ethan-1-one, 1-(1-Methyl- 1Hpyrazol-4-yl)ethan-1-one, pyrrolidin-3-carbaldehyde, 1-(1H-pyrazol-3-yl)ethan-1-one, 1-(1H-benzo[d]imidazol-6-yl) ethan-1-one, 1-(7-Methyl-1Hbenzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(4-Methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(4-Mercaptophenyl)ethan-1-one, (4-acetylphenyl)phosphonic acid, 1-(3-Methylpyridin-2-yl)ethan- 1-one, 1-(1-Methyl-1H-pyrazol-3-yl)ethan-1-one, 1-(1,2,4-trimethyl-1Himidazol-5-yl)ethan-1-one, 1- (1H-Benzo[d]imidazol-7-yl)ethan-1-one, 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)propan-1 -one, 1-(1H-Benzo[d]imidazole -2-yl)propan-2-one, 1-(1,4,5-trimethyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(1-methyl -1H-imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(1-Methyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(1H-imidazol-5-yl)ethan-1 -one, 1-(1H-Imidazo-2-yl)ethan-1-one, 1-(2-methylpyridin-4-yl)ethan-1-one, 4-acetylbenzenesulfonic acid, 1-(4-methylpyridin-2- yl)ethan-1-one, 1-(Pyridin-4-yl)ethan-1-one, 1-(Pyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(Pyridin-2-yl)ethan-1 -one, 2,2,2-trifluoro-1 -(pyridin-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1 -(pyridin-4-yl)ethan-1 -one, 2 ,2,2-Trifluoro-1 -(pyridin-3-yl)ethan-1-one, 2,2,2-Trifluoro-1 -(piperidin-4-yl)ethan-1 -one, 1-(Quinolin- 8-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-5-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(1H-imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(Quinolin-4-yl)ethan-1-one, 1-(3-Methylpyridin-4-yl)ethan-1-one, 1-(2,3,5,6-Tetrafluoro-4-mercaptophenyl)ethane -1-one, 1-(Cyclopenta-2,4-dien-1-yl)ethan-1-one, 1-(4-Hexylphenyl)ethan-1-one, 1-(Cyclopenta-2,4-dien- 1-yl)-2,2,2,-trifluoroethan-1-one, 1-(4-(5-chloropentyl)phenyl)ethan-1-one, 1-(4-bromophenyl)ethan-1-one, 1 -(4-Chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(4-Fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(4-iodophenyl)ethan-1-one, 1-(6-Methylpyridin-2-yl)ethane -1-one, 1-(6-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 3-acetylbenzenesulfonic acid, 4-acetyl-2,3,5,6-tetrafluorobenzenesulfonic acid, 1-(2-methylpyridin-3-yl )ethan-1-one, 1-(quinolin-7-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-6-yl)ethan-1-one, di(pyridin-2-yl)methanone, 1-( 2-(Dimethylamino)phenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(quinolin-3-yl)ethan-1-one, 1-(3-(Dimethylamino)phenyl)ethan-1- one, 1-(4-(Dimethylamino)phenyl)ethan-1-one, 1-(Quinolin-2-yl)ethan-1-one, 1-(4-(Dimethylamino)phenyl)-2,2,2- trifluoroethan-1-one, 1-(3-(Dimethylamino)phenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(3-chlorophenyl)2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1- (3-Bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(3-iodophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-( 3-fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-chlorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-iodophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-fluorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)-2, 2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(2-iodophenyl)ethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)ethan-1-one, 1 -(2-Fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(3-Chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(3-Bromophenyl)ethan-1-one, 1-(3-iodophenyl)ethan-1-one , 1-(3-fluorophenyl) ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-fluorophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-iodophenyl)ethan-1-one, 1- (4-Chlorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(4-Bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 2,2,2-Trifluoro-1-(perfluorophenyl )ethan-1-one, 8-bromo-1,1,1-trifluorooctan-2-one, 1-(isoquinolin-4-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-3-yl)ethan-1 -one, 1-(1,8-naphthyridin-4-yl)-ethan-1-one, 1-(perfluorophenyl)ethan-1-one, 1-(isoquinolin-1-yl)ethan-1-one, 2 ,2,2-trifluoro-1-(4-nitrophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(3-nitrophenyl)ethan-1-one, ferrocene carboxaldehyde, formylcobaltocene, formylnickelocene.

Strukturformeln von einsetzbaren Ausgangsstoffen sind in der nachstehenden Abbildung dargestellt, wobei es sich um Ketone und Aldehyde handelt.

Figure DE102022121979A1_0001
Figure DE102022121979A1_0002
Structural formulas of usable starting materials are shown in the figure below, which are ketones and aldehydes.
Figure DE102022121979A1_0001
Figure DE102022121979A1_0002

Mindestens ein Ausgangsstoff kann auch eines oder mehrere der folgenden Aryle bzw. Arylgruppen enthalten:

  • 1,2'-Binaphtalin, 1,1'-Binaphtalin, 2,2'-Binaphtalin, 1,1'-Biphenyl, 1,1'.4,1''-Terphenyl, 10-Methyl-9,10-dihydroacridin, 9,10-Diphenylanthracen, 1,4-Diphenylnaphthalin, 1,1':4',1''.4'',1'''-Quaterphenyl, 1,1':3',1''.3'',1'''-Quaterphenyl, 1,1':3',1''-Terphenyl, 9,9,10-Trimeathyl-9,10-dihydroacridin, 2,4,6-Triphenyl-1,3,5-triazin, 2,3-Diphenylnaphtalin, 2',2'',3',3'',5',5'',6',6''-Octafluor-1,1':4',1''.4'',1'''-quaterphenyl, 2',3',5',6'-Tetrafluor-1,1',4',1''-terphenyl, 2',4', 5', 6'-Tetrafluor-1,1':3',1''-terphenyl, 2',2'',4',4'',5',5'',6',6''-Octafluor-1,1':3',1''.3'',1'''-quaterphenyl, 9,10-dihydroacridin, 2,4,6-Triphenylpyridin, 5'lod-1,1':3',1''-terphenyl, 5'-Brom-1,1':3'1''-terphenyl, 5'-Chlor-1,1':3',1''-terphenyl, 2'-Brom-1,1':3'1''-terphenyl, 2'-Iod-1,1':3',1''-terphenyl, 4'-Brom-1,1':2',1''-terphenyl, 9,9-Dimethyl-9,10-dihydroacridin, 2,3,6,7-Tetraphenylnaphtalin, 2,6-Diphenylpyridin, 2,6-Diphenylpyrazin, 4,6-Diphenylpyrimidin, 3,5-Diphenylpyridin, 2,5-Diphenylpyridin, 2,5-diphenylpyrimidin, 1,3-Diphenylcyclohexan, 5-Methyl-5,10-dihydrophenazin, 5,10-Dihydrophenazin, 5'-Phenyl-1,1':3',1''-terphenyl, N-N-Dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-5'-amin, N-N-Dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amin, 6,6'-Diphenyl-2,2'-bipyridin, 2,4-Diphenyl-1,3,5-triazin, 1,4-Diphenylcyclohexan, 1,2-Diphenylcyclohexan, 5,10-Dimethyl-5, 10-dihydrophenazin, 5'-Methyl-1,1':3',1''-terphenyl, 2'-Methyl-1 ,1':3',1''-terphenyl, 4-Methyl-2,6-diphenylpyridin, 2',3'-Dimethyl-1,1':4',1''-terphenyl, 2',3',5',6'-Tetramethyl-1,1':4',1''-terphenyl, 2,3,5,6-Tetraphenylpyrazin.
At least one starting material can also contain one or more of the following aryls or aryl groups:
  • 1,2'-binaphthalene, 1,1'-binaphthalene, 2,2'-binaphthalene, 1,1'-biphenyl, 1,1'.4,1''-terphenyl, 10-methyl-9,10-dihydroacridine , 9,10-Diphenylanthracene, 1,4-Diphenylnaphthalene, 1,1':4',1''.4'',1'''-Quaterphenyl, 1,1':3',1''.3'',1'''-quaterphenyl,1,1':3',1''-terphenyl, 9,9,10-trimeethyl-9,10-dihydroacridine, 2,4,6-triphenyl-1,3,5 -triazine, 2,3-diphenylnaphthalene, 2',2'',3',3'',5',5'',6',6''-octafluoro-1,1':4',1''.4'',1'''-quaterphenyl,2',3',5',6'-tetrafluoro-1,1',4',1''-terphenyl,2',4',5', 6 '-Tetrafluoro-1,1':3',1''-terphenyl, 2',2'',4',4'',5',5'',6',6''-octafluoro-1, 1':3',1''.3'',1'''-quaterphenyl, 9,10-dihydroacridine, 2,4,6-triphenylpyridine, 5'lod-1,1':3',1'' -terphenyl, 5'-bromo-1,1':3'1''-terphenyl, 5'-chloro-1,1':3',1''-terphenyl, 2'-bromo-1,1': 3'1''-terphenyl, 2'-iodo-1,1':3',1''-terphenyl, 4'-bromo-1,1':2',1''-terphenyl, 9,9- Dimethyl-9,10-dihydroacridine, 2,3,6,7-tetraphenylnaphthalene, 2,6-diphenylpyridine, 2,6-diphenylpyrazine, 4,6-diphenylpyrimidine, 3,5-diphenylpyridine, 2,5-diphenylpyridine, 2, 5-diphenylpyrimidine, 1,3-diphenylcyclohexane, 5-methyl-5,10-dihydrophenazine, 5,10-dihydrophenazine, 5'-phenyl-1,1':3',1''-terphenyl, NN-dimethyl-[ 1,1':3',1''-terphenyl]-5'-amine, NN-dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amine, 6,6'- Diphenyl-2,2'-bipyridine, 2,4-diphenyl-1,3,5-triazine, 1,4-diphenylcyclohexane, 1,2-diphenylcyclohexane, 5,10-dimethyl-5, 10-dihydrophenazine, 5'- Methyl-1,1':3',1''-terphenyl, 2'-Methyl-1,1':3',1''-terphenyl, 4-methyl-2,6-diphenylpyridine, 2',3'-Dimethyl-1,1':4',1''-terphenyl,2',3',5',6'-tetramethyl-1,1':4',1''-terphenyl, 2,3,5 ,6-Tetraphenylpyrazine.

Strukturformeln für Aryle, die in einem Ausgangsstoff enthalten sein können oder den Ausgangsstoff bilden können, sind in der nachstehenden Abbildung dargestellt.

Figure DE102022121979A1_0003
Figure DE102022121979A1_0004
Figure DE102022121979A1_0005
Figure DE102022121979A1_0006
Figure DE102022121979A1_0007
Figure DE102022121979A1_0008
Structural formulas for aryls that may be contained in or form the starting material are shown in the figure below.
Figure DE102022121979A1_0003
Figure DE102022121979A1_0004
Figure DE102022121979A1_0005
Figure DE102022121979A1_0006
Figure DE102022121979A1_0007
Figure DE102022121979A1_0008

Eine Art von Monomeren eines Ausgangsstoffs kann einen organischen Rest umfassen, wobei der organische Rest insbesondere 1,4-Arylen oder 1,3-Arylen oder 1,2-Arylen oder Alkyl oder 1,4-Perfluorarylen oder 1,3-Perfluorarylen oder 1,2-Perfluorarylen oder Perfluoralkyl oder Bromoarylen oder Chloroarylen oder lodoarylen oder Pyridyl oder Pyrazinyl oder Pyrimidyl oder Triazinyl oder 9H-Fluorenyl oder 9-Dialkyl-9H-Fluorenyl oder 9,9-Bis(haloalkyl)- 9H-Fluorenyl oder 1,4-Cyclohexyl oder 1,3-Cyclohexyl oder 1,2-Cyclohexyl oder 1-Methylpiperidyl oder 1,4-Dimethylpiperazinyl oder 1,3-Dimethylhexahydropyrimidinyl umfasst oder daraus besteht.One type of monomer of a starting material may comprise an organic radical, the organic radical being in particular 1,4-arylene or 1,3-arylene or 1,2-arylene or alkyl or 1,4-perfluoroarylene or 1,3-perfluoroarylene or 1 ,2-Perfluoroarylene or perfluoroalkyl or bromoarylene or chloroarylene or iodoarylene or pyridyl or pyrazinyl or pyrimidyl or triazinyl or 9H-fluorenyl or 9-dialkyl-9H-fluorenyl or 9,9-bis(haloalkyl)-9H-fluorenyl or 1,4- Cyclohexyl or 1,3-cyclohexyl or 1,2-cyclohexyl or 1-methylpiperidyl or 1,4-dimethylpiperazinyl or 1,3-dimethylhexahydropyrimidinyl comprises or consists of.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann ein Ausgangsstoff mindestens eine Ketongruppe und/oder Carbonylgruppe, insbesondere mehrere verschiedene Ketongruppen und/oder mehrere verschiedene Carbonylgruppen enthalten. Eine Ketongruppe kann dabei die folgende Struktur aufweisen:

Figure DE102022121979A1_0009
According to a preferred embodiment, a starting material can contain at least one ketone group and/or carbonyl group, in particular several different ketone groups and/or several different carbonyl groups. A ketone group can have the following structure:
Figure DE102022121979A1_0009

R2 kann dabei stehen für Wasserstoff (H), Phenyl, CnH2n-1 mit n=1-20, oder für CnF2n-1 mit n=1-20.R 2 can represent hydrogen (H), phenyl, C n H 2n-1 with n=1-20, or C n F 2n-1 with n=1-20.

Der Rest R3 kann ein beliebiger, basischen Stickstoff enthaltender organischer Rest sein. Bevorzugt kann er die folgende Struktur aufweisen:

  • (2-R, 3-R, 4-R, 5-R, 6-R)-x-Pyridyl mit R=H, CI
  • Br, I, OMe, CnH2n-1 mit n=1-20, CnF2n-1 mit n=1-20
  • NO2, SO3H, SH, SO2-CnH2n-1 mit n=1-20 und x=2, 3 oder 4 (2-R, 3-R, 4-R, 5-R, 6-R)-x-Pyrimidinyl mit R=H,
  • CI, Br, I, OMe, CnH2n-1 mit n=1-20, CnH2n-1 mit n=1-20 und x=2, 3 oder 4
  • 1H-benzo[d]imidazolyl
  • 1-Methyl-1 H-benzo[d]imidazolyl
  • 1H-imidazolyl
  • 1-Methyl-1 H-imidazolyl
  • 1-methylpiperidin-2-,3- oder 4-yl
  • 1-(4-methylpiperazin-2-, oder 3-yl
The radical R 3 can be any organic radical containing basic nitrogen. It can preferably have the following structure:
  • (2-R, 3-R, 4-R, 5-R, 6-R)-x-pyridyl with R=H, CI
  • Br, I, OMe, C n H 2n-1 with n=1-20, C n F 2n-1 with n=1-20
  • NO 2 , SO 3 H, SH, SO 2 -C n H 2n-1 with n=1-20 and x=2, 3 or 4 (2-R, 3-R, 4-R, 5-R, 6 -R)-x-pyrimidinyl with R=H,
  • CI, Br, I, OMe, C n H 2n-1 with n=1-20, C n H 2n-1 with n=1-20 and x=2, 3 or 4
  • 1H-benzo[d]imidazolyl
  • 1-Methyl-1H-benzo[d]imidazolyl
  • 1H-imidazolyl
  • 1-Methyl-1H-imidazolyl
  • 1-methylpiperidin-2-, 3- or 4-yl
  • 1-(4-methylpiperazin-2-, or 3-yl

Alternativ kann der Rest R3 ein halogenhaltiger organischer Rest sein. Bevorzugt kann R3 folgende Struktur aufweisen:

  • (CH)kHal mit Hal=Cl, Br, I und k = 1-10
  • Pentafluorphenyl
  • Tetrafluorphenyl
  • Trifluorphenyl
  • Difluorphenyl
  • Fluorphenyl
Alternatively, the radical R 3 can be a halogen-containing organic radical. R 3 can preferably have the following structure:
  • (CH)kHal with Hal=Cl, Br, I and k = 1-10
  • Pentafluorophenyl
  • Tetrafluorophenyl
  • Trifluorophenyl
  • Difluorophenyl
  • Fluorophenyl

Das prinzipielle Reaktionsschema einer Polyhydroxyalkylierung ist nachstehend dargestellt.

Figure DE102022121979A1_0010
The basic reaction scheme of a polyhydroxyalkylation is shown below.
Figure DE102022121979A1_0010

Die Bezeichnung R1 steht dabei für einen beliebigen organischen Rest, welcher bevorzugt eine der zuvor genannten Strukturen aufweist. Die Bezeichnungen R2 und R3 wurden bereits zuvor erläutert.The designation R 1 stands for any organic radical, which preferably has one of the aforementioned structures. The designations R 2 and R 3 have already been explained previously.

Bevorzugt findet die Polyhydroxyalkylierung unter Einfluss von Trifluormethansulfonsäure (TFSA) statt. Diese besitzt die Summenformel CF3SO3H und ist eine farblose, stechend riechende, hygroskopische Flüssigkeit.The polyhydroxyalkylation preferably takes place under the influence of trifluoromethanesulfonic acid (TFSA). This has the molecular formula CF 3 SO 3 H and is a colorless, pungent-smelling, hygroscopic liquid.

In weiterer Ausgestaltung kann die Polyhydroxyalkyierung (PHA) unter Einfluss eines Lösungsmittels, insbesondere eines chlorierten Lösungsmittels, stattfinden. Solche Lösungsmittel sind kommerziell erhältlich.In a further embodiment, the polyhydroxyalkylation (PHA) can take place under the influence of a solvent, in particular a chlorinated solvent. Such solvents are commercially available.

Die Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion und/oder die Modifizierung eines Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion kann dabei jeweils eine oder mehrere Reaktionen oder Reaktionsschritte umfassen. Möglich ist auch, dass vor der Polymersynthese mittels PHA eine Modifizierung des Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion oder in mehreren Vorabreaktionen stattfindet und/oder nach der Polymersynthese mittels PHA eine oder mehrere Folgereaktionen durchgeführt werden, um das synthetisierte Polymer zu modifizieren.The modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction and/or the modification of a starting material in a preliminary reaction can each include one or more reactions or reaction steps. It is also possible for the starting material to be modified in a preliminary reaction or in several preliminary reactions before the polymer synthesis using PHA and/or for one or more subsequent reactions to be carried out after the polymer synthesis using PHA in order to modify the synthesized polymer.

Die Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion und/oder die Modifizierung des Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion kann eine nucleophile aromatische Substitutionsreaktion oder eine elektrophile aromatische Substitutionsreaktion umfassen. Eine elektrophile aromatische Substitutionsreaktion kann eine Nitrierung und mögliche Folgereaktionen, eine Sulfonierung und mögliche Folgereaktionen, Friedel-Crafts-Acylierungen und mögliche Folgereaktionen, Friedel-Crafts-Alkylierungen und mögliche Folgereaktionen, eine Halogenierung, insbesondere eine Fluorierung, Chlorierung, Bromierung oder lodierung, und eine mögliche Folgereaktion von Halogenierungen, beispielsweise Lithiierungen mittels eines Halogen-Metall-Austauschs oder Grignard-Reaktionen, und mögliche Folgereaktionen der metallierten, beispielsweise lithiierten, Polymere durch Reaktionen mit beliebigen Elektrophilen umfassen.The modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction and/or the modification of the starting material in a preliminary reaction may include a nucleophilic aromatic substitution reaction or an electrophilic aromatic substitution reaction. An electrophilic aromatic substitution reaction can be a nitration and possible subsequent reactions, a sulfonation and possible subsequent reactions, Friedel-Crafts acylations and possible subsequent reactions, Friedel-Crafts alkylations and possible subsequent reactions, a halogenation, in particular a fluorination, chlorination, bromination or iodization, and a possible subsequent reactions of halogenations, for example lithiations by means of a halogen-metal exchange or Grignard reactions, and possible subsequent reactions of the metalated, for example lithiated, polymers by reactions with any electrophiles.

Eine nucleophile Substitutionsreaktion kann in an sich bekannter Weise ablaufen. Dabei kann ein Atom oder mehrere Atome einer aromatischen Verbindung substituiert werden. Beispielsweise können in dem synthetisierten Polymer perfluoraromatische Verbindungen vorhanden sein, bei welchen ein Fluoratom oder mehrere Fluoratome durch eine funktionelle Gruppe substituiert werden. Beispielsweise kann eine Perfluorphenyl-Einheit oder eine Perfluorbiphenyl-Einheit vorhanden sein, bei welcher die para-Position zunächst substituiert wird durch eine funktionelle Gruppe. Eine weitere funktionelle Gruppe kann dann auch an einer ortho-Position und/oder einer meta-Position angekoppelt werden.A nucleophilic substitution reaction can take place in a manner known per se. One or more atoms of an aromatic compound can be substituted. For example, perfluoroaromatic compounds in which one or more fluorine atoms are substituted by a functional group may be present in the synthesized polymer. For example, a perfluorophenyl unit or a perfluorobiphenyl unit may be present in which the para position is initially substituted by a functional group. A further functional group can then also be coupled at an ortho position and/or a meta position.

Es können dabei mehrere Atome einer aromatischen Verbindung in einem Schritt gleichzeitig nucleophil substituiert werden. Alternativ kann die nucleophile Substitution mehrerer Atome in mehreren aufeinander folgenden Schritten erfolgen.Several atoms of an aromatic compound can be nucleophilically substituted at the same time in one step. Alternatively, the nucleophilic substitution of multiple atoms can occur in several successive steps.

Jede Substitutionsreaktion kann unter Einwirkung weiterer Medien stattfinden. Dabei kann es sich um eine Base handeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Reaktion unter Einwirkung von Aceton, Diazabicycloundecen (DBU), Dimethylformamid (DMF), Dimethylacetamid (DMAc), Dimethylsulfat (DMS), CH3I, Dimethylcarbonat oder Gemischen oder verdünnten Lösungen dieser Medien stattfinden.Every substitution reaction can take place under the influence of other media. This can be a base. Alternatively or additionally, the reaction can take place under the influence of acetone, diazabicycloundecene (DBU), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfate (DMS), CH 3 I, dimethyl carbonate or mixtures or dilute solutions of these media.

Denkbar ist auch, dass eine Substitutionsreaktion beim Abdampfen eines Lösungsmittels stattfindet, welches bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb 150°C erfolgt.It is also conceivable that a substitution reaction takes place when a solvent is evaporated, which preferably takes place at a temperature below 150 ° C.

Zur Substitution kann ein Molekül mit einem linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten Cn-Körper, insbesondere mit einem C2-, C3-, C6-, C8, C10-, C12-, C14-, C16-, oder einem C18-Körper, welcher an einem Ende eine Thiolgruppe trägt, verwendet werden. Bevorzugt substituiert dann ein S-Atom der Thiolgruppe ein F-Atom einer perfluoraromatischen Verbindung. Mit anderen Worten kann als Substituent ein gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff mit einer Thiolgruppe verwendet werden. Wird ein ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet, kann dieser für eine nachfolgende Reaktion, insbesondere für eine Thiol-ene Klickreaktion verwendet werden.For substitution, a molecule with a linear or branched, saturated or unsaturated C n body, in particular with a C 2 -, C 3 -, C 6 -, C 8 , C 10 -, C 12 -, C 14 -, C 16 -, or a C 18 body which carries a thiol group at one end. An S atom of the thiol group then preferably substitutes an F atom of a perfluoroaromatic compound. In other words, a saturated or unsaturated hydrocarbon with a thiol group can be used as a substituent. If an unsaturated hydrocarbon is used, it can be used for a subsequent reaction, in particular for a thiol-ene click reaction.

An seinem anderen Ende kann das zur Substitution verwendete Molekül eine Quinuclidinium-Gruppe, oder eine andere quaternäre N-Gruppe, insbesondere eine Ammonium-, Imidazolium-, Benzimidazolium-, Piperidinium-, Piperazinium-, Guanidinium-, oder Pyridiniumgruppe, bevorzugt mit Gegenionen, insbesondere mit einem Bis(trifluormethylsulfonyl)amid-Anion oder einem Mineralsäure-Anion, insbesondere einem Halogenid (F-, Cl-, Br-, I-) oder SO4 2-, HSO4 -, PO4 3-, HPO4 2-, H2PO4 -, SO3 2-, SO3H-, Hydrogenphosphonat R-PO3H-, Phosphonat R-PO3 2- (R=beliebiger organischer Rest, bevorzugt ein Arylrest vorzugsweise mit elektronenziehenden Gruppierungen wie F, SO2R, NO, NO2, etc.), Carbonat CO3 2-, HCO3 -, oder mit einem organischen Carbonsäure-Anion, insbesondere CH3COO-, CF3COO-, HCOO-, tragen. Dabei ist die Auswahl der Gegenionen nicht begrenzt auf die genannten Anionen. Ferner kann das zur Substitution verwendete Molekül ein Stickstoffatom als primäre, sekundäre, tertiäre oder quaternäre Amin- bzw. Ammoniumgruppe beinhalten. At its other end, the molecule used for substitution can have a quinuclidinium group, or another quaternary N group, in particular an ammonium, imidazolium, benzimidazolium, piperidinium, piperazinium, guanidinium, or pyridinium group, preferably with counterions, in particular with a bis(trifluoromethylsulfonyl)amide anion or a mineral acid anion, in particular a halide (F-, Cl- , Br- , I- ) or SO 4 2- , HSO 4- , PO 4 3- , HPO 4 2 - , H 2 PO 4 - , SO 3 2- , SO 3 H - , hydrogen phosphonate R-PO 3 H - , phosphonate R-PO 3 2- (R=any organic radical, preferably an aryl radical preferably with electron-withdrawing groups such as F, SO 2 R, NO, NO 2 , etc.), carbonate CO 3 2- , HCO 3 - , or with an organic carboxylic acid anion, in particular CH 3 COO-, CF 3 COO-, HCOO-. The selection of counterions is not limited to the anions mentioned. Furthermore, the molecule used for substitution can contain a nitrogen atom as a primary, secondary, tertiary or quaternary amine or ammonium group.

Zur Substitution kann auch ein Molekül in der Form R - SH, R -S-, R -OH, R -NH, R -N- oder PO3R2 verwendet werden. Ferner kann zur Substitution ein Thiol mit einer endständigen Sulfonatgruppe verwendet werden. Außerdem kann zur Substitution ein Molekül C5NH10 (Piperidylrest) verwendet werden, wobei das Stickstoffatom die Position eines Fluoratoms der perfluoraromatischen Verbindung einnimmt. Insbesondere über das Stickstoffatom, wenn es positiv geladen ist, kann in weiterer Ausgestaltung ein Rest (Gegenion) angekoppelt werden, wobei der Rest bevorzugt ein Halogenid (F-, Cl-, Br-, I-) oder SO4 2-, HSO4 -, PO4 3-, HPO4 2, H2PO4 -, SO3 2-, SO3H-, Hydrogenphosphonat R-PO3H-, Phosphonat R-PO3 2-, Carbonat CO3 2-, HCO3 - oder ein organisches Carbonsäure-Anion, insbesondere CH3COO-, CF3COO-, HCOO-, ist. Der Rest kann prinzipiell jedes Anion als Gegenion enthalten, wobei Anionen wie Halogenid (F-, Cl-, Br, I-) oder SO4 2-, HSO4 -, PO4 3-, HPO4 2-, H2PO4 -, SO3 2-, SO3H-, Hydrogenphosphonat R-PO3H-, Carbonat CO3 2-, HCO3 - oder ein organisches Carbonsäure-Anion wie CH3COO-, CF3COO-, HCOO- bevorzugt sind.A molecule in the form R -SH, R -S-, R -OH, R -NH, R -N- or PO 3 R 2 can also be used for substitution. Furthermore, a thiol with a terminal sulfonate group can be used for substitution. In addition, a molecule C 5 NH 10 (piperidyl radical) can be used for substitution, with the nitrogen atom taking the position of a fluorine atom of the perfluoroaromatic compound. In particular In a further embodiment, a residue (counterion) can be coupled via the nitrogen atom if it is positively charged, the residue preferably being a halide (F - , Cl - , Br - , I - ) or SO 4 2- , HSO 4 - , PO 4 3- , HPO 4 2 , H 2 PO 4 - , SO 3 2- , SO 3 H - , hydrogen phosphonate R-PO 3 H - , phosphonate R-PO 3 2- , carbonate CO 3 2- , HCO 3 - or an organic carboxylic acid anion, in particular CH 3 COO - , CF 3 COO - , HCOO - . The remainder can in principle contain any anion as a counterion, with anions such as halide (F - , Cl - , Br, I - ) or SO 4 2- , HSO 4 - , PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , SO 3 2- , SO 3 H - , hydrogen phosphonate R-PO 3 H - , carbonate CO 3 2- , HCO 3 - or an organic carboxylic acid anion such as CH 3 COO - , CF 3 COO - , HCOO - are preferred .

Wenn das zur Substitution verwendete Molekül die Form S - R besitzt, wobei das Schwefelatom die Position des substituierten Fluoratoms einnimmt oder einnehmen soll, kann der Rest R wie in der nachstehenden Abbildung dargestellt ausgebildet sein.

Figure DE102022121979A1_0011
If the molecule used for substitution has the form S - R, with the sulfur atom occupying or intended to occupy the position of the substituted fluorine atom, the radical R may be formed as shown in the figure below.
Figure DE102022121979A1_0011

Ferner kann das zur Substitution verwendete Molekül SO3 - mit einem Gegenion, insbesondere mit einem Gegenkation, bevorzugt mit einem Metall-Gegenkation oder mit einem Ammonium-Gegenkation in der Form NR4 + mit R = H, Alkyl, Aryl oder mit einem anderen N-basischen Kation, insbesondere Imidazolium, Benzimidazolium, Guanidinium, substituiert sein/ werden. Eine funktionelle Gruppe kann C5NH10 enthalten, wobei das Stickstoffatom das Fluoratom der perfluoraromatischen Verbindung substituiert. Insbesondere über das Stickstoffatom kann ein Rest bzw. Gegenanion, wobei der Rest bevorzugt ein Halogenid (F-, Cl-, Br-, I-) oder SO4 2-, HSO4 -, PO4 3-, HPO4 2-, H2PO4 -, SO3 2-, SO3H-, Hydrogenphosphonat R-PO3H-, Phosphonat R-PO3 2-, Carbonat CO3 2-, HCO3 - oder ein organisches Carbonsäure-Anion wie CH3COO-, CF3COO-, HCOO- ist. Bei dem Rest, bzw. dem Gegenanion kann es sich insbesondere um Mineralsäure-Anionen (darunter Halogenide, Sulfate, Sulfite, Phosphate, Carbonate, (Per-)chlorate, Borate), oder organische Gegenanionen, bevorzugt Bis(sulfonyl)imide, Carbonsäurederivate, Sulfonsäurederivate, Phosphonsäurederivate), handeln.Furthermore, the molecule SO 3 - used for the substitution can be with a counterion, in particular with a countercation, preferably with a metal countercation or with an ammonium countercation in the form NR 4 + with R = H, alkyl, aryl or with another N -basic cation, in particular imidazolium, benzimidazolium, guanidinium, can be/will be substituted. A functional group may contain C 5 NH 10 , where the nitrogen atom substitutes the fluorine atom of the perfluoroaromatic compound. In particular, via the nitrogen atom, a residue or counteranion can be formed, the residue preferably being a halide (F - , Cl - , Br - , I - ) or SO 4 2- , HSO 4 - , PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , SO 3 2- , SO 3 H - , hydrogen phosphonate R-PO 3 H - , phosphonate R-PO 3 2- , carbonate CO 3 2- , HCO 3 - or an organic carboxylic acid anion such as CH 3 COO - , CF 3 COO - , HCOO- is. The remainder or the counteranion can in particular be mineral acid anions (including halides, sulfates, sulfites, phosphates, carbonates, (per-)chlorates, borates), or organic counteranions, preferably bis(sulfonyl)imides, carboxylic acid derivatives, sulfonic acid derivatives, phosphonic acid derivatives).

Die stattfindende Substitution kann derart ausgestaltet sein, dass eine funktionelle Gruppe an mehreren, insbesondere an zwei perfluoraromatischen Verbindungen zweier organischer polymerer Ketten angekoppelt wird, so dass die funktionelle Gruppe die Ketten miteinander vernetzt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, die polymeren Ketten nicht unabhängig voneinander zu funktionalisieren, sondern so zu funktionalisieren, dass sie zusätzlich miteinander vernetzt werden. Dadurch können insbesondere die mechanischen Eigenschaften des Stoffs beeinflusst werden.The substitution that takes place can be designed in such a way that a functional group is coupled to several, in particular to two, perfluoroaromatic compounds of two organic polymeric chains, so that the functional group crosslinks the chains with one another. This embodiment is based on the idea of not functionalizing the polymeric chains independently of one another, but rather functionalizing them in such a way that they are additionally networked with one another. This can particularly influence the mechanical properties of the material.

Konkret kann die funktionelle Gruppe kettenartig ausgebildet sein und an beiden Enden jeweils ein Schwefelatom aufweisen, welches je ein Fluoratom einer perfluoraromatischen Verbindung nucleophil substituiert. Zwischen den Schwefelatomen können ein oder mehrere Cn-Körper und/oder eine Repetiereinheit enthalten sein.Specifically, the functional group can be designed like a chain and have a sulfur atom at both ends, which nucleophilically substitutes a fluorine atom of a perfluoroaromatic compound. One or more C n bodies and/or a repeating unit can be contained between the sulfur atoms.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können im Anschluss an die nucleophile Substitution weitere Nachfolgereaktionen ablaufen, für welche die funktionellen Gruppen eine Reaktionsbasis bilden. Dabei können die Reste der funktionellen Gruppen, welche nach der stattgefundenen Substitution an eine perfluoraromatischen Verbindung gekoppelt wurden, als Basis für weitere Nachfolgereaktionen verwendet werden. Diese umfassen unter anderem den Austausch der Gegenionen eines positiv oder negativ geladenen Rests der funktionellen Gruppe, eine Veränderung der Reste der funktionellen Gruppe oder die Verwendung eines aromatischen/ungesättigten Rests der funktionellen Gruppe.In a further embodiment of the method according to the invention, further subsequent reactions can take place following the nucleophilic substitution, for which the functional groups form a reaction basis. The residues of the functional groups that were coupled to a perfluoroaromatic compound after the substitution has taken place can be used as a basis for further subsequent reactions. These include, among others, the exchange of the counterions of a positively or negatively charged residue of the functional group, a change in the residues of the functional group or the use of an aromatic/unsaturated residue of the functional group.

Konkret können die Gegenionen eines quaternären Ammoniumsalzes oder einer Säuregruppe, welche Teil der funktionellen Gruppe sind, ausgetauscht werden. Ungesättigte Reste der funktionellen Gruppe können zur nachgelagerten Funktionalisierung oder Vernetzung des Polymers/Oligomers mit der perfluoroaromatischen Verbindung verwendet werden.Specifically, the counterions of a quaternary ammonium salt or an acid group that are part of the functional group can be exchanged. Unsaturated residues of the functional group can be used for downstream functionalization or crosslinking of the polymer/oligomer with the perfluoroaromatic compound.

Die Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion und/oder die Modifizierung des Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion kann auch eine polymeranaloge Reaktion umfassen. Bei einer polymeranalogen Reaktion wird eine funktionelle Gruppe durch eine chemische Reaktion in eine andere funktionelle Gruppe überführt.The modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction and/or the modification of the starting material in a preliminary reaction can also include a polymer-analogous reaction. In a polymer-analog reaction, a functional group is converted into another functional group through a chemical reaction.

Die Modifizierung in einer Folgereaktion und/oder in einer Vorabreaktion kann auch eine Alkylierung von basischen Stickstoffatomen zu tertiären oder quaternären N-basischen Verbindungen umfassen. Ferner kann die Folgereaktion und/oder die Vorabreaktion auch mikrowellen-unterstützt ablaufen, insbesondere eine mikrowellen-unterstützte Synthese umfassen. Dadurch kann eine Beschleunigung der Reaktion und gegebenenfalls eine Erhöhung des Umsetzungsgrads (der Ausbeute) erzielt werden. Ebenfalls kann die Selektivität der Reaktion verbessert werden.The modification in a subsequent reaction and/or in a preliminary reaction can also include an alkylation of basic nitrogen atoms to give tertiary or quaternary N-basic compounds. Furthermore, the subsequent reaction and/or the preliminary reaction can also be microwave-assisted, in particular include a microwave-assisted synthesis. This allows the reaction to be accelerated and, if necessary, the degree of conversion (yield) to be increased. The selectivity of the reaction can also be improved.

Mögliche Modifizierungen in einer Folgereaktion und/oder in einer Vorabreaktion können dabei an halogenierten, vorzugsweise chlorierten oder bromierten oder iodierten Polymeren oder Monomeren eine Lithiierungsreaktion sein oder umfassen. Das Reaktionsschema eines Polymers, bei welchem Brom direkt an den Aromaten angebunden ist, ist nachstehend dargestellt.

Figure DE102022121979A1_0012
Possible modifications in a subsequent reaction and/or in a preliminary reaction can be or include a lithiation reaction on halogenated, preferably chlorinated or brominated or iodinated polymers or monomers. The reaction scheme of a polymer in which bromine is directly attached to the aromatic is shown below.
Figure DE102022121979A1_0012

Alternativ kann Brom in benzylischer Stellung oder an einen Alkylenrest gebunden sein. Das entsprechende Reaktionsschema ist nachstehend dargestellt.

Figure DE102022121979A1_0013
Alternatively, bromine can be in the benzylic position or bound to an alkylene residue. The corresponding reaction scheme is shown below.
Figure DE102022121979A1_0013

Ein solches lithiiertes Monomer oder ein lithiiertes PHA-Polymer kann mit weiteren Reaktionen, d.h. weiteren Vorabreaktionen im Fall eines Monomers oder Folgereaktionen im Fall eines Polymers, umgesetzt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Sulfinat-S-Alkylierung oder um eine Suzuki-Kopplung handeln. Weitere beispielhafte Folgereaktionen sind in dem nachfolgenden Reaktionsschema dargestellt.

Figure DE102022121979A1_0014
Figure DE102022121979A1_0015
Figure DE102022121979A1_0016
Figure DE102022121979A1_0017
Such a lithiated monomer or a lithiated PHA polymer can be reacted with further reactions, ie further preliminary reactions in the case of a monomer or subsequent reactions in the case of a polymer. This can be, for example, a sulfinate S-alkylation or a Suzuki coupling. Further exemplary subsequent reactions are shown in the following reaction scheme.
Figure DE102022121979A1_0014
Figure DE102022121979A1_0015
Figure DE102022121979A1_0016
Figure DE102022121979A1_0017

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann das lithiierte PHA-Polymer mit einem Carbonyl-Derivat eines Di-(Cyclopentadienyl)-Übergangsmetall-Komplexes, insbesondere Ferrocenaldehyd, Acetylferrocen oder Ferrocensäurechlorid, umgesetzt werden. Durch eine anschließende partielle oder komplette Oxidation des Übergangsmetall-Zentralatoms des Komplexes zu einem Anionenaustauscherpolymer erhält man ein Material mit einer exzellenten chemischen Stabilität. Wird bei der Herstellung von Membranen aus einer Lösung des partiell oxidierten, ans Polymer angebundenen Di-(Cyclopentadienyl)-Übergangsmetall-Komplexes in einem (vorzugsweise) dipolar-aprotischen Lösungsmittel wie DMAc, DMF, DMSO, Sulfolan etc. ein magnetisches Feld eingesetzt, wobei die Feldlinien des Magnetfeldes senkrecht zur Membranfläche ausgerichtet sind, können die metallhaltigen Funktionsgruppen in Richtung des Magnetfelds ausgerichtet werden, was zur Ausbildung ionenleitender Kanäle „through-plane“ und damit zu einer höheren Leitfähigkeit führt, als wenn die ionenleitfähigen Kanäle nicht im Magnetfeld ausgerichtet sind (zum proof-of-principle dieses neuartigen Polymertyps in Form von partiell oxidiertem Vinylferrocen siehe folgende Studie: Xin Liu, Na Xie, Jiandang Xue, Mengyuan Li, Chenyang Zheng, Junfeng Zhang, Yanzhou Qin, Yan Yin, Dario R. Dekel, Michael D. Guiver, Nature Energy 2022, 7, 329-339 , DOI: 10.1038/s41560-022-00978-y).According to a preferred embodiment, the lithiated PHA polymer can be reacted with a carbonyl derivative of a di-(cyclopentadienyl) transition metal complex, in particular ferrocenaldehyde, acetylferrocene or ferrocenoic acid chloride. A subsequent partial or complete oxidation of the transition metal central atom of the complex to an anion exchange polymer results in a material with excellent chemical stability. When producing membranes from a solution of the partially oxidized di-(cyclopentadienyl) transition metal complex bound to the polymer in a (preferably) dipolar-aprotic solvent such as DMAc, DMF, DMSO, sulfolane, etc., a magnetic field is used, whereby the field lines of the magnetic field are perpendicular to the membrane surface are aligned, the metal-containing functional groups can be aligned in the direction of the magnetic field, which leads to the formation of ion-conducting channels “through-plane” and thus to a higher conductivity than if the ion-conducting channels are not aligned in the magnetic field (proof of principle of this new type of polymer in the form of partially oxidized vinyl ferrocene see the following study: Xin Liu, Na Xie, Jiandang Xue, Mengyuan Li, Chenyang Zheng, Junfeng Zhang, Yanzhou Qin, Yan Yin, Dario R. Dekel, Michael D. Guiver, Nature Energy 2022, 7, 329-339 , DOI: 10.1038/s41560-022-00978-y).

Als Folge- bzw. Vorabreaktion kann auch eine Benzylbromierung mit N-Brom-Succinimid (NBS) und eine weitere Reaktion der Brommethylgruppe, insbesondere eine Reaktion mit einem tertiären Amin zu einem Anionenaustauscherpolymer stattfinden. Denkbar ist auch eine Lithiierung an der Methylgruppe eines Aromaten mit n-Butyllithium, gefolgt von weiteren Reaktionen, insbesondere das Aufgraften eines anionisch polymerisierbaren Polymers, insbesondere Polystyrol, Poly(4-vinylpyridin) oder Poly(diethylvinylphosphonat). Die entsprechenden Reaktionen können dabei sowohl als Vorabreaktion zur Modifizierung des Ausgangsstoffs, als auch als Folgereaktion zur Modifizierung des synthetisierten (PHA-)Polymers stattfinden.As a subsequent or preliminary reaction, a benzyl bromination with N-bromo-succinimide (NBS) and a further reaction of the bromomethyl group, in particular a reaction with a tertiary amine, to form an anion exchange polymer can also take place. Lithiation on the methyl group of an aromatic with n-butyllithium is also conceivable, followed by further reactions, in particular the grafting of an anionically polymerizable polymer, in particular polystyrene, poly(4-vinylpyridine) or poly(diethylvinylphosphonate). The corresponding reactions can take place both as a preliminary reaction to modify the starting material and as a subsequent reaction to modify the synthesized (PHA) polymer.

Die Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion und/oder die Modifizierung des Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion kann auch eine Suzuki-Miyaura-Kopplungsreaktion und/oder eine elektrophile Sulfonierungsreaktion und/oder eine Phosphonierungsreaktion und/oder eine Aminierungsreaktion und/oder eine Thiolierungsreaktion umfassen. Als Sulfonierungsagens kann konzentrierte Schwefelsäure oder TMSA (Trimethylsilylacetylen) oder Chlorsulfonsäure (ClSOH) oder Oleum (H2SO4 mit 5-65% SO3) oder Trimethylsilylchlorsulfat (TMS-OSO2-Cl) oder eine Kombination dieser Materialien verwendet werden.The modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction and/or the modification of the starting material in a preliminary reaction may also include a Suzuki-Miyaura coupling reaction and/or an electrophilic sulfonation reaction and/or a phosphonation reaction and/or an amination reaction and/or a thiolation reaction. Concentrated sulfuric acid or TMSA (trimethylsilylacetylene) or chlorosulfonic acid (ClSOH) or oleum (H 2 SO 4 with 5-65% SO 3 ) or trimethylsilyl chlorosulfate (TMS-OSO 2 -Cl) or a combination of these materials can be used as the sulfonating agent.

Durch die Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion bzw. die Modifizierung des Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion können auch ionische und/oder kovalente Vernetzungen zwischen den einzelnen Polymerketten gebildet werden. Dadurch wird prinzipiell die Quellung/Wasseraufnahme verringert, wodurch sich eine Verbesserung des Eigenschaftsprofils von aus dem Stoff hergestellten Membranen ergibt. Dies kann beispielsweise durch nucleophile Substitution eines Pentafluorphenylrests eines Polymers durch ein aromatisches oder aliphatisches Dithiol stattfinden.By modifying the synthesized polymer in a subsequent reaction or modifying the starting material in a preliminary reaction, ionic and/or covalent crosslinks can also be formed between the individual polymer chains. In principle, this reduces swelling/water absorption, which results in an improvement in the property profile of membranes made from the material. This can take place, for example, by nucleophilic substitution of a pentafluorophenyl residue of a polymer with an aromatic or aliphatic dithiol.

Im Fall einer Friedel-Crafts-Acylierung und/oder einer Friedel-Crafts-Alkylierung kann eine Quaternisierung des Polymers mit einer beliebigen anderen tertiären N-basischen Verbindung durchgeführt werden. Beispielhaft kann es sich bei den Verbindungen um Tetramethylimidazol, Trimethylamin, N-Methylpiperidin, N-Methyl-Piperazin oder 3-Methyl-3,6-Diazaspiro[5.5]undecan-6-i-umbromid handeln. An einem Pentafluorphenylrest des synthetisierten Polymers können beliebige nucleophile aromatische Substitutionen durchgeführt werden.In the case of Friedel-Crafts acylation and/or Friedel-Crafts alkylation, quaternization of the polymer can be carried out with any other tertiary N-basic compound. By way of example, the compounds can be tetramethylimidazole, trimethylamine, N-methylpiperidine, N-methylpiperazine or 3-methyl-3,6-diazaspiro[5.5]undecane-6-i-umbromide. Any nucleophilic aromatic substitutions can be carried out on a pentafluorophenyl residue of the synthesized polymer.

Die Modifizierung in einer Vorabreaktion oder in einer Folgereaktion kann auch ein Dotieren umfassen, insbesondere mit Phosphorsäure oder einer beliebigen Phosphonsäure, was sich insbesondere für den Einsatz in Hochtemperatur-Membranbrennstoffzellen als vorteilhaft herausgestellt hat. Die auf diese Art dotierten Membranen können durch Blenden mit einem anderen Polymer, insbesondere mit Poly(vinylbenzylchlorid) (PVBCI) zu einer kovalent vernetzten Blendmembran umgesetzt werden. Konkret kann dies durch Reaktion der Chlormethylgruppen des PVBCI mit dem N-H-der Imidazolfunktion erfolgen, oder durch Blenden mit einem sauren sulfonierten oder phosphonierten Polymer zu Säure-Base-Blendmembranen.The modification in a preliminary reaction or in a subsequent reaction can also include doping, in particular with phosphoric acid or any phosphonic acid, which has proven to be particularly advantageous for use in high-temperature membrane fuel cells. The membranes doped in this way can be converted into a covalently cross-linked blend membrane by blending with another polymer, in particular with poly(vinylbenzyl chloride) (PVBCI). Specifically, this can be done by reacting the chloromethyl groups of the PVBCI with the N-H-of the imidazole function, or by blending with an acidic sulfonated or phosphonated polymer to form acid-base blend membranes.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner das Blenden des synthetisierten Polymers mit einem weiteren Polymer unter Bildung eines geblendeten Polymergemischs umfassen. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass das mittels Polyhydroxyalkylierung synthetisierte Polymer, welches entsprechende Modifikationen aufweist, mit mindestens einem anderen Polymer gemischt wird.The method of the invention may further comprise blending the synthesized polymer with another polymer to form a blended polymer mixture. In other words, it is envisaged that the polymer synthesized by polyhydroxyalkylation, which has corresponding modifications, is mixed with at least one other polymer.

Dabei können durch das Blenden Vernetzungen, insbesondere ionische und/oder kovalente Vernetzungen zwischen den Polymeren entstehen. Auf diese Weise können die mechanische und chemische Stabilität von aus solchen Stoffen hergestellten Membranen gegenüber nur aus dem synthetisierten Polymer bestehenden Membranen verbessert werden. Gleichzeitig kann die lonenleitfähigkeit gesteigert werden.The blending can result in crosslinks, in particular ionic and/or covalent crosslinks, between the polymers. In this way, the mechanical and chemical stability of membranes made from such materials can be improved compared to membranes consisting only of the synthesized polymer. At the same time, the ion conductivity can be increased.

Möglich ist auch, dass eine weitere Nachbehandlung des geblendeten Polymergemischs stattfindet. Konkret kann eine Dotierung stattfinden. Die Dotierung des geblendeten Polymergemischs kann mit Mineralsäuren, insbesondere mit Schwefelsäure oder Phosphorsäure oder einer beliebigen organischen Phosphonsäure der Struktur R(PO3H2)x (R=beliebiger organischer Rest, vorzugsweise eine elektronenarme aromatische Gruppierung wie eine mit einem oder mehreren F oder einer oder mehreren anderen elektronenziehenden Gruppen wie NO, NO2, SO2R etc., weil elektronenziehende Gruppen die Acidität und damit die lonenleitfähigkeit der Phosphonsäure erhöhen, x=1-12), stattfinden. Ferner kann die Nachbehandlung die Einführung weiterer lonenaustauschergruppen, insbesondere mittelstark bis stark saurer Phosphonsäure- und/oder saurer Sulfonsäure-Gruppen und/oder stark saurer Sulfonimidgruppen umfassen.It is also possible that further post-treatment of the blended polymer mixture takes place. Specifically, doping can take place. The blended polymer mixture can be doped with mineral acids, in particular with sulfuric acid or phosphoric acid or any organic phosphonic acid of the structure R(PO 3 H 2 ) x (R=any organic radical, preferably an electron-poor aromatic group such as one with one or more F or one or several other electron-withdrawing groups such as NO, NO 2 , SO 2 R etc., because electron-withdrawing groups increase the acidity and thus increasing the ionic conductivity of the phosphonic acid, x=1-12). Furthermore, the aftertreatment can include the introduction of further ion exchange groups, in particular moderately to strongly acidic phosphonic acid and/or acidic sulfonic acid groups and/or strongly acidic sulfonimide groups.

Ferner können am geblendeten Polymergemisch Anionenaustauschergruppen generiert werden. Die Generierung von Anionenaustauschergruppen kann durch die Alkylierung (Quaternisierung) von in dem geblendeten Polymergemisch enthaltenen beliebigen tertiären N-basischen Gruppen und/oder durch die Reaktion von in dem geblendeten Polymergemisch enthaltenen Halomethylgruppen der Form CH2Hal mit Hal=Cl, Br, I mit tertiären N-basischen Gruppen erfolgen. Durch diese Verfahrensschritte können die Eigenschaften des so erhaltenen Stoffs und insbesondere einer aus diesem Stoff hergestellten Membran weiter verbessert werden.Furthermore, anion exchange groups can be generated on the blinded polymer mixture. Anion exchange groups can be generated by the alkylation (quaternization) of any tertiary N-basic groups contained in the blended polymer mixture and/or by the reaction of halomethyl groups of the form CH 2 Hal with Hal=Cl, Br, I contained in the blended polymer mixture tertiary N-basic groups. Through these process steps, the properties of the material thus obtained and in particular of a membrane made from this material can be further improved.

Ein durch ein solches Verfahren hergestellter Stoff zeichnet sich durch ein besonders günstiges Eigenschaftsprofil aus. Konkret kann der Stoff ein synthetisiertes Polymer sein, welches an den Aromaten direkt gebundene Halogene Hal enthält (Hal=CI, Br, I). Diese können bereits in den Monomeren des Ausgangsstoffs enthalten sein oder durch eine polymeranaloge Bromierung der synthetisierten Polymere mit elementarem Brom, gegebenenfalls unter einer FeCl3-oder AlCl3-Katalyse, oder durch Reaktion mit NBS (N-Brom-Succinimid) entstanden sein.A material produced using such a process is characterized by a particularly favorable property profile. Specifically, the substance can be a synthesized polymer that contains halogens Hal directly bound to the aromatics (Hal=CI, Br, I). These can already be contained in the monomers of the starting material or can have been created by a polymer-analogous bromination of the synthesized polymers with elemental bromine, optionally with FeCl 3 or AlCl 3 catalysis, or by reaction with NBS (N-bromo-succinimide).

Möglich ist auch, dass die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Stoffe mittels Elektrospinnen oder Zentrifugalspinnen zu Fasermatten, insbesondere porösen Fasermatten, die auch als Wirrvliese bezeichnet werden, verarbeitet werden. In einem weiteren Schritt können die Fasermatten mit einem zweiten Polymer getränkt werden, entweder mit einem erfindungsgemäßen Kationenaustauscher- oder Anionenaustauscherpolymer oder mit einem erfindungsgemäßen basischen Polymer, und/oder mit einem inerten Füllpolymer. Auf diese Weise können Kompositmembranen aus der Fasermatte und dem infiltrierten Polymer, bei denen die Fasermatte als mechanische Verstärkung fungiert und, je nach Typ des Polymers, aus dem die Fasermatte besteht, sogar ionenleitfähig sein, wenn das Material der Fasermatte aus einem Kationenaustauscher- oder einem Anionenaustauscherpolymer besteht oder aus einer Mischung eines Anionenaustauscherpolymers mit einem Kationenaustauscherpolymer. Auch die Mischung eines sulfonierten Polymers mit einem basischen Polymer kann gegebenenfalls zu Fasern versponnen werden, wobei sich die Leitfähigkeit der Fasern durch das molare Mischungsverhältnis zwischen den Polymeren einstellen lässt. Solange im Polymergemisch das saure Polymer im molaren Überschuss ist, sind die Fasern kationenleitfähig. Ist das molare Mischungsverhältnis zwischen sauren und basischen Polymeren 1:1, d.h. sind keine überschüssigen kationenleitfähigen Gruppen mehr vorhanden, sind die Fasern nicht mehr kationenleitfähig.It is also possible for the materials produced by the method according to the invention to be processed into fiber mats, in particular porous fiber mats, which are also referred to as tangled nonwovens, by means of electrospinning or centrifugal spinning. In a further step, the fiber mats can be impregnated with a second polymer, either with a cation exchange or anion exchange polymer according to the invention or with a basic polymer according to the invention, and / or with an inert filler polymer. In this way, composite membranes made of the fiber mat and the infiltrated polymer, in which the fiber mat acts as a mechanical reinforcement and, depending on the type of polymer from which the fiber mat is made, can even be ion-conductive if the material of the fiber mat is made of a cation exchange or a Anion exchange polymer consists or a mixture of an anion exchange polymer with a cation exchange polymer. The mixture of a sulfonated polymer with a basic polymer can also optionally be spun into fibers, whereby the conductivity of the fibers can be adjusted by the molar mixing ratio between the polymers. As long as there is a molar excess of acidic polymer in the polymer mixture, the fibers are cation-conductive. If the molar mixing ratio between acidic and basic polymers is 1:1, i.e. there are no excess cation-conducting groups left, the fibers are no longer cation-conductive.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist ferner gelöst durch eine Membran, welche einen solchen Stoff, der durch ein Verfahren wie zuvor beschrieben hergestellt wurde, umfasst oder aus einem solchen Stoff besteht. The object on which the invention is based is further achieved by a membrane which comprises or consists of such a substance, which was produced by a method as described above.

Die Dicke der Membran kann weniger als 100 µm, insbesondere weniger als 75 µm, bevorzugt weniger als 50 µm betragen. Zur Herstellung der Membran kann dabei der Stoff, der durch ein Verfahren wie zuvor beschrieben hergestellt wurde, in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst werden und auf eine entsprechende Oberfläche gerakelt werden. Dadurch ergeben sich entsprechende Dicken der Membran. In bevorzugter Ausgestaltung kann es sich um eine lonenaustauschermembran, bevorzugt einen Kationenaustauschermembran oder eine Anionenaustauschermembran handeln.The thickness of the membrane can be less than 100 μm, in particular less than 75 μm, preferably less than 50 μm. To produce the membrane, the material, which was produced using a process as described above, can be dissolved in a suitable solvent and doctored onto a corresponding surface. This results in appropriate membrane thicknesses. In a preferred embodiment, it can be an ion exchange membrane, preferably a cation exchange membrane or an anion exchange membrane.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung einer solchen Membran in einer Brennstoffzelle, insbesondere in einer Hochtemperatur- oder einer Niedertemperaturbrennstoffzelle und/oder in einer Direktalkoholbrennstoffzelle, oder in einer Batterie, insbesondere in einer Redox-Flow-Batterie, und/oder in einem elektrochemischen Prozess, insbesondere in einem Elektrolyse-Prozess oder in einem Elektrosynthese-Prozess, bevorzugt in einem Wasserelektrolyse-Prozess, und/oder als Protonenaustauschermembran.The invention furthermore relates to the use of such a membrane in a fuel cell, in particular in a high-temperature or a low-temperature fuel cell and/or in a direct alcohol fuel cell, or in a battery, in particular in a redox flow battery, and/or in an electrochemical process , in particular in an electrolysis process or in an electrosynthesis process, preferably in a water electrolysis process, and / or as a proton exchange membrane.

Für die weitere Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Unteransprüche und auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren verwiesen. Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele genannten Stoffe, insbesondere die genannten Polymere, sind bevorzugte Ausgestaltungen eines Stoffs gemäß der vorliegenden Erfindung. In den Figuren zeigen

  • 1 ein Reaktionsschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Reaktionsschema von erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Reaktionsschema einer weiteren möglichen Folgereaktion der in der 2 dargestellten Verfahren;
  • 4 ein Reaktionsschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5a, 5b Reaktionsschemata von erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein Reaktionsschema von erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ein Reaktionsschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ein Reaktionsschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine alternative oder ergänzende Vorabreaktion zu dem Verfahren aus 8;
  • 10 ein 1H-NMR-Spektrum eines Copolymers aus Paraterphenyl und 1-(1 H-Benzimidazol-2-yl)ethanon (Ausführungsbeispiel 8);
  • 11 eine GPC-Kurve des Copolymers aus 10;
  • 12 ein 1H-NMR-Spektrum des vollständig methyliertem Copolymers aus Paraterphenyl und 1-(1 H-Benzimidazol-2-yl)ethanon im Vergleich zum unmethylierten Ausgangspolymer;
  • 13 ein 1H-NMR-Spektrum des Copolymers aus 10, welches mit 1,2-bis-(Chlorethoxy)-Ethan umgesetzt wurde im Vergleich zum Ausgangspolymer;
  • 14 ein 1H-NMR Spektrum des Copolymers aus para-Terphenyl und 1-(1H-Benzimidazol-2-yl)ethanon, welches mit 1,2-Bis-(chlorethoxy)-ethan umgesetzt wurde in DMSO-d8, welches mit Trimethylamin zu einem Anionentauscherpolymer quarternisiert wurde;
  • 15 ein 1H-NMR-Spektrum des Copolymers aus m-Terphenyl, Biphenyl und 4-Acetylpyridin in CH2Cl2 (Ausführungsbeispiel 9);
  • 16 ein 1H-NMR-Spektrum des zu 15% methylierten Copolymers aus 15;
  • 17a, 17b eine Grafik mit Coulomb-Effizienz, Spannungs-Effizienz und Energie-Effizienz einer Membran aus den Stoffen des Ausführungsbeispiels 9;
  • 18 ein Reaktionsschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel;
  • 19 das 1H-NMR-Spektrum des mittels des Reaktionsschemas aus 18 hergestellten Stoffs;
  • 20 ein Reaktionsschema einer Vorabreaktion eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem elften Ausführungsbeispiel;
  • 21 das 1H-NMR-Spektrum des Stoffs, welcher durch das Verfahren gemäß dem Reaktionsschema aus 20 hergestellt wurde;
  • 22 ein Reaktionsschema einer Polyhydroxyalkylierung, wobei ein Ausgangsstoff mit dem in der 20 dargestellten Verfahren modifiziert wurde;
  • 23 ein Reaktionsschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel;
  • 24 das 1H-NMR-Spektrum des mittels des in 23 dargestellten Verfahren erhaltenen Stoffs; und
  • 25 das 1H-NMR-Spektrum eines Stoffs erhalten aus einem erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem 13. Ausführungsbeispiel;
  • 26 das 19F-NMR-Spektrum des Stoffs erhalten durch ein Verfahren gemäß dem 13. Ausführungsbeispiel;
  • 27 ein weiteres 1H-NMR-Spektrum des Ausgangspolymers und des modifizierten sulfonierten Polymers des 13. Ausführungsbeispiels;
  • 28 Strukturformeln von Polymeren, die gemäß einem 14. Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurden; und
  • 29 ein 19F-NMR-Spektrum eines doppelt phosphonierten Copolymers aus p-Terphenyl und Perfluoracetophenon (15. Ausführungsbeispiel).
For further development of the invention, reference is made to the subclaims and to the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. The substances mentioned in the description of the exemplary embodiments, in particular the polymers mentioned, are preferred embodiments of a substance according to the present invention. Show in the figures
  • 1 a reaction scheme of a method according to the invention according to a first embodiment of the present invention;
  • 2 a reaction scheme of processes according to the invention according to a second embodiment of the present invention;
  • 3 a reaction scheme of another possible subsequent reaction in the 2 procedures presented;
  • 4 a reaction scheme of a method according to the invention according to a third embodiment of the present invention;
  • 5a , 5b Reaction schemes of processes according to the invention according to a fourth embodiment of the present invention;
  • 6 a reaction scheme of processes according to the invention according to a fifth embodiment of the present invention;
  • 7 a reaction scheme of a method according to the invention according to a sixth embodiment of the present invention;
  • 8th a reaction scheme of the process according to the invention according to a seventh embodiment of the present invention;
  • 9 an alternative or supplementary preliminary reaction to the procedure 8th ;
  • 10 a 1 H NMR spectrum of a copolymer of paraterphenyl and 1-(1 H-benzimidazol-2-yl)ethanone (Example 8);
  • 11 a GPC curve of the copolymer 10 ;
  • 12 a 1 H NMR spectrum of the fully methylated copolymer of paraterphenyl and 1-(1 H-benzimidazol-2-yl)ethanone in comparison to the unmethylated starting polymer;
  • 13 a 1 H NMR spectrum of the copolymer 10 , which was reacted with 1,2-bis-(chloroethoxy)-ethane compared to the starting polymer;
  • 14 a 1 H-NMR spectrum of the copolymer of para-terphenyl and 1-(1H-benzimidazol-2-yl)ethanone, which was reacted with 1,2-bis-(chlorethoxy)-ethane in DMSO-d 8 , which was reacted with trimethylamine was quaternized to an anion exchange polymer;
  • 15 a 1 H-NMR spectrum of the copolymer of m-terphenyl, biphenyl and 4-acetylpyridine in CH 2 Cl 2 (Example 9);
  • 16 a 1 H-NMR spectrum of the 15% methylated copolymer 15 ;
  • 17a , 17b a graphic with Coulomb efficiency, voltage efficiency and energy efficiency of a membrane made from the materials of exemplary embodiment 9;
  • 18 a reaction scheme of a method according to the invention according to a tenth exemplary embodiment;
  • 19 the 1 H-NMR spectrum of the using the reaction scheme 18 manufactured fabric;
  • 20 a reaction scheme of a preliminary reaction of a method according to the invention according to an eleventh exemplary embodiment;
  • 21 the 1 H-NMR spectrum of the substance produced by the process according to the reaction scheme 20 was produced;
  • 22 a reaction scheme of a polyhydroxyalkylation, where a starting material with that in the 20 the procedure presented has been modified;
  • 23 a reaction scheme of a method according to the invention according to a twelfth exemplary embodiment;
  • 24 the 1 H-NMR spectrum of the using the in 23 material obtained by the process shown; and
  • 25 the 1 H-NMR spectrum of a substance obtained from a method according to the invention according to a 13th exemplary embodiment;
  • 26 the 19 F NMR spectrum of the substance obtained by a method according to the 13th embodiment;
  • 27 a further 1 H-NMR spectrum of the starting polymer and the modified sulfonated polymer of the 13th embodiment;
  • 28 Structural formulas of polymers which were produced according to a 14th embodiment of a method according to the invention; and
  • 29 a 19 F NMR spectrum of a doubly phosphonated copolymer of p-terphenyl and perfluoroacetophenone (15th embodiment).

Ausführungsbeispiel 1Example 1

Die 1 zeigt ein Reaktionsschema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran. Dabei wird ein Ausgangsstoff eingesetzt, welcher 1-(4-Methylpyridin-2-yl)ethan-1-on und ein m-Terphenyl enthält. Mittels Polyhydroxyalkylierung wird daraus ein Polymer synthetisiert, welches anschließend mit n-Butyllithium lithiiert wird. In einer weiteren Folgereaktion wird 4-Vinyl-Pyridin anionisch aufgepfropft.The 1 shows a reaction scheme of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a material for a membrane. A starting material is used which contains 1-(4-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one and an m-terphenyl. A polymer is synthesized using polyhydroxyalkylation, which is then lithiated with n-butyllithium. In a further subsequent reaction, 4-vinyl-pyridine is grafted anionically.

Ausführungsbeispiel 2Example 2

Die 2 zeigt ebenfalls ein Reaktionsschema von erfindungsgemäßen Verfahren. Dabei wird ein Ausgangsstoff bereitgestellt, welcher m-Terphenyl und Perfluoracetophenon enthält. In einem ersten Schritt erfolgt eine Polymersynthese mittels Polyhydroxyalkylierung. Das so erhaltene PHA-Polymer (Polymer 2) wird anschließend in einer Folgereaktion sulfoniert, so dass man das Polymer 3 erhält. Anschließend kann wahlweise eine Modifikation in einer Folgereaktion mit basischen Gruppen (Polymer 3a, Polymer 3b) erfolgen, wobei die basischen Gruppen mit den Sulfonsäuregruppen ionische Vernetzungsstellen bilden können. Dadurch wird die Quellung und Wasseraufnahme einer aus einem solchen Polymer hergestellten Membran verringert, so dass sich die Gebrauchseigenschaften insbesondere in elektrochemischen Anwendungen wie Brennstoffzellen, PEM-Elektrolyse oder Redox-Flow-Batterien verbessern. Denkbar ist auch, das sulfonierte Polymer 3 mit einem basischen Polymer, z.B. mit den Polymeren 3a, 3b oder einem anderen basischen Polymer wie beispielsweise einem Polybenzimidazol zu blenden, so dass ionisch vernetzte Säure-Base-Blendmembranen entstehen.The 2 also shows a reaction scheme of processes according to the invention. A starting material is provided which contains m-terphenyl and perfluoroacetophenone. In a first step, polymer synthesis takes place using polyhydroxyalkylation. The PHA polymer thus obtained (polymer 2) is then sulfonated in a subsequent reaction, so that polymer 3 is obtained. A modification can then optionally be carried out in a subsequent reaction with basic groups (polymer 3a, polymer 3b), whereby the basic groups can form ionic crosslinking points with the sulfonic acid groups. This reduces the swelling and water absorption of a membrane made from such a polymer, so that the performance properties improve, particularly in electrochemical applications such as fuel cells, PEM electrolysis or redox flow batteries. It is also conceivable to blend the sulfonated polymer 3 with a basic polymer, for example with the polymers 3a, 3b or another basic polymer such as a polybenzimidazole, so that ionically cross-linked acid-base blend membranes are created.

Im Anschluss an die Sulfonierung kann zur Verbesserung der Protonenleitfähigkeit insbesondere bei Temperaturen über 100° eine zusätzliche Phosphonierung stattfinden. Die Verbesserung der Protonenleitfähigkeit ergibt sich aus der Eigenprotonenleitfähigkeit der Phospohonsäuregruppe (Polymer 3c). Davon ausgehend kann durch eine nucleophile Substitutionsreaktion eine Alkylseitenkette eingebracht werden (Polymer 3ca), wodurch die Sprödigkeit des so erhaltenen Polymers verringert wird.Following the sulfonation, additional phosphonation can take place to improve the proton conductivity, especially at temperatures above 100°. The improvement in proton conductivity results from the intrinsic proton conductivity of the phosphonic acid group (polymer 3c). Based on this, an alkyl side chain can be introduced through a nucleophilic substitution reaction (polymer 3ca), which reduces the brittleness of the resulting polymer.

Das sulfonierte Polymer 3 kann, wie in der 3 dargestellt ist, auch kovalent vernetzt werden, indem die 4F-Atome des Pentafluorphenylrests des Polymers durch ein aromatisches oder aliphatisches Dithiol nucleophil substituiert werden. Daraus ergibt sich dann das in der 3 dargestellte Polymer 3d.The sulfonated polymer 3 can, as in the 3 is shown, can also be cross-linked covalently by nucleophilically substituting the 4F atoms of the pentafluorophenyl residue of the polymer with an aromatic or aliphatic dithiol. This then results in the 3 3d illustrated polymer.

Ausführungsbeispiel 3Example 3

Ein alternatives Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Dabei wird zunächst ein Ausgangsstoff in einer Vorabreaktion modifiziert. Konkret wird in einem ersten Schritt kommerziell erhältliches 1-(4-Mercaptophenyl)ethan-1-on zu 4-Acetylbenzolsulfonsäure oxidiert. Im nächsten Schritt wird dann eine Polymersynthese mittels Polyhxdroxyalkylierung mit m-Terphenyl zu einem sulfonierten aromatischen Polymer 4 durchgeführt.An alternative method according to the present invention is in 4 shown. A starting material is first modified in a preliminary reaction. Specifically, in a first step, commercially available 1-(4-mercaptophenyl)ethan-1-one is oxidized to 4-acetylbenzenesulfonic acid. In the next step, a polymer synthesis is then carried out using polyhydroxyalkylation with m-terphenyl to give a sulfonated aromatic polymer 4.

Ausführungsbeispiel 4Example 4

5a, 5b zeigen verschiedene Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran, welche insbesondere eine Friedel-Crafts-Acylierung und/oder eine Friedel-Crafts-Alkylierung umfassen. Ausgehend vom Polymer 5, welches in der 5 dargestellt ist, kann eine entsprechende Modifikation stattfinden (Polymere 7 oder 6). Ausgehend vom Polymer 6 kann dann eine beliebige nucleophile aromatische Substitution am Pentafluorphenylrest durchgeführt werden (Polymer 6a). Das Polymer 6a ist vorliegend ein Kationenaustauschpolymer. Ausgehend vom Polymer 7 kann eine Friedel-Crafts-Acylierung stattfinden, um ein Anionenaustauscherpolymer 7b zu erhalten. 5a , 5b show various methods for producing a material for a membrane, which in particular include a Friedel-Crafts acylation and/or a Friedel-Crafts alkylation. Starting from polymer 5, which is in the 5 is shown, a corresponding modification can take place (polymers 7 or 6). Starting from polymer 6, any nucleophilic aromatic substitution can then be carried out on the pentafluorophenyl residue (polymer 6a). The polymer 6a in the present case is a cation exchange polymer. Starting from polymer 7, Friedel-Crafts acylation can occur to obtain an anion exchange polymer 7b.

Ausführungsbeispiel 5Example 5

Die 6 zeigt ein Reaktionsschema von erfindungsgemäßen Verfahren, bei welchen zunächst 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-on mit p-Terphenyl in einer PHA-Polymersynthese umgesetzt werden, so dass das Polymer 8 entsteht. Anschließend kann eine Deprotonierung der N-H-Gruppe mittels LiH vorgenommen werden und eine nachfolgende Alkylierung mit Methyliodid zum Anionenaustauscherpolymer 8a. Alternativ kann ausgehend vom Polymer 8 eine Sulfonierung beispielsweise mit Chlorsulfonsäure stattfinden, so dass das Säure-Base-Polymer 8b entsteht.The 6 shows a reaction scheme of processes according to the invention, in which 1-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-one is first reacted with p-terphenyl in a PHA polymer synthesis, so that polymer 8 is formed. The NH group can then be deprotonated using LiH and followed by alkylation with methyl iodide to give the anion exchange polymer 8a. Alternatively, starting from the polymer 8, a sulfonation can take place, for example with chlorosulfonic acid, so that the acid-base polymer 8b is formed.

Denkbar ist ferner eine Dotierung mit Phosphorsäure (PA) oder einer beliebigen Phosphonsäure (PhnA) R(PO3H2)x (R= beliebiger organischer Rest, dabei R bevorzugt aromatischer Rest mit elektronenziehenden Gruppen/Atomen wie F, NO, NO2, SO2R etc., x=1-12), um das Polymer in Hochtemperatur-Membranbrennstoffzellen einsetzen zu können. Dabei können die PA-dotierten Hochtemperaturmembranen durch Blenden mit Poly(vinylbenzylchlorid) (PVBCI) zu einer kovalent vernetzten Blendmembran umgesetzt werden, indem die Chlormethylgruppen des PVBCI mit den N-H der Imidazolfunktion reagieren. Anstatt PVBCI kann für das reaktive Blenden (Reaktion der CH2Hal-Gruppen mit N-H) des PHA-Polymers aus 1-(1 H-Benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-on und p-Terphenyl auch ein Styrolpolymer verwendet werden, das die Halomethylgruppe CH2Br oder CH2Cl am Ende einer Seitenkette trägt, die in 4-Stellung des Aromaten des Polystyrols angebracht ist (beispielsweise das Polymer, das mittels radikalischer Polymerisation aus 1-(6-Chlorhexyl)-4-vinylbenzol hergestellt werden kann). Alternativ ist auch durch Blenden mit einem sauren sulfonierten oder phosphonierten Polymer die Herstellung einer Säure-Base-Blendmembran denkbar. It is also conceivable to dope with phosphoric acid (PA) or any phosphonic acid (PhnA) R(PO 3 H 2 ) SO 2 R etc., x=1-12) in order to be able to use the polymer in high-temperature membrane fuel cells. The PA-doped high-temperature membranes can be converted into a covalently cross-linked blend membrane by blending with poly(vinylbenzyl chloride) (PVBCI) by reacting the chloromethyl groups of the PVBCI with the NH of the imidazole function. Instead of PVBCI, one can also be used for the reactive blending (reaction of the CH 2 Hal groups with NH) of the PHA polymer from 1-(1 H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-one and p-terphenyl Styrenic polymer can be used which carries the halomethyl group CH 2 Br or CH 2 Cl at the end of a side chain which is attached in the 4-position of the aromatic of the polystyrene (for example the polymer obtained by free radical polymerization from 1-(6-chlorohexyl)-4 -vinylbenzene can be produced). Alternatively, it is also conceivable to produce an acid-base blend membrane by blending with an acidic sulfonated or phosphonated polymer.

Ausführungsbeispiel 6Example 6

Die 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran. Dabei wird ein Acetylpyridin mit einem Biphenyl und/oder Terphenyl, vorliegend 2,2,2-Trifluor-1-(pyridin-4-yl)ethan-1-on, mit einem pyridinhaltigen Oligophenyl, vorliegend 2,6-Diphenylpyridin, im Rahmen einer Polyhydroxyalkylierung umgesetzt, um ein synthetisiertes, basisches PHA- Polymer zu erhalten (Polymer 9). Anschließend kann das Polymer 9 entweder vollständig oder partiell zum Anionenaustauscherpolymer 9a umgesetzt werden. Dabei kann das Verhältnis zwischen Pyridingruppen und quaternisierten Pyridiniumgruppen so eingestellt werden, dass das Eigenschaftsprofil für den Einsatz in elektrochemischen Membranprozessen, beispielsweise in Redox-Flow-Batterien, günstig ist. Die Quaternisierung des Polymers 9 zum Anionenaustauscherpolymer 9a kann entweder durch Reaktion mit Mel oder Dimethylsulfat erfolgen oder durch Reaktion mit einem Dihalogenalkan, beispielsweise 1,4-Diiodbutan, 1,6-Diiodhexan, 1-Chlor-6-iodhexan, 1-Brom-6-iodhexan oder dergleichen. Dabei wird durch die Reaktion von beiden Halogenatomen des Dihalogenalkans gleichzeitig eine kovalente Vernetzung des entstehenden Anionenaustauschpolymers erzeugt. Wird ein gemischtes Halogenalkan verwendet, können die Reaktionsbedingungen so gewählt werden, dass nur das reaktivere Halogen (Reaktivitätsreihe von Halogenalkanen für nucleophile Substitution I>Br>Cl>>F) durch Quaternisierung abreagiert und das reaktionsträgere Halogen erhalten bleibt und für weitere nachgelagerte nucleophile Substitutionsreaktionen genutzt werden kann, beispielsweise für die Quaternisierungsreaktion mit einer anderen tertiären N-basischen Verbindung.The 7 shows a further exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a material for a membrane. An acetylpyridine is combined with a biphenyl and/or terphenyl, in this case 2,2,2-trifluoro-1-(pyridin-4-yl)ethan-1-one, with a pyridine-containing oligophenyl, in this case 2,6-diphenylpyridine a polyhydroxyalkylation to obtain a synthesized, basic PHA polymer (polymer 9). The polymer 9 can then be converted either completely or partially to form the anion exchange polymer 9a. The ratio between pyridine groups and quaternized pyridinium groups can be adjusted so that the property profile is favorable for use in electrochemical membrane processes, for example in redox flow batteries. The quaternization of the polymer 9 to give the anion exchange polymer 9a can take place either by reaction with Mel or dimethyl sulfate or by reaction with a dihaloalkane, for example 1,4-diiodobutane, 1,6-diiodhexane, 1-chloro-6-iodhexane, 1-bromo-6 -iodhexane or the like. The reaction of both halogen atoms of the dihaloalkane simultaneously creates a covalent crosslinking of the resulting anion exchange polymer. If a mixed haloalkane is used, the reaction conditions can be chosen so that only the more reactive halogen (reactivity series of haloalkanes for nucleophilic substitution I>Br>Cl>>F) reacts by quaternization and the more inert halogen is retained and used for further downstream nucleophilic substitution reactions can be used, for example for the quaternization reaction with another tertiary N-basic compound.

Denkbar ist, dass das durch Alkylierung des Polymers 9 hergestellte Anionenaustauscherpolymer 9a mit einem beliebigen basischen Polymer, beispielsweise mit dem Polymer 8 aus der 6, geblendet werden kann, um die Eigenschaften wie die lonenleitfähigkeit, Wasseraufnahme und mechanische Eigenschaften für die jeweilige Anwendung einer Membran zu optimieren.It is conceivable that the anion exchange polymer 9a produced by alkylation of the polymer 9 with any basic polymer, for example with the polymer 8 from the 6 , can be blinded in order to optimize the properties such as ionic conductivity, water absorption and mechanical properties for the respective application of a membrane.

Ausführungsbeispiel 7Example 7

Die 8 zeigt ein Reaktionsschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mittels welchem ein sogenanntes Ferrocen-Polymer hergestellt wird. Auf diese Weise lassen sich neuartige Anionenaustauschpolymere synthetisieren (zum proof-of-principle dieses neuartigen Polymertyps in Form von partiell oxidiertem Poly(vinylferrocen) siehe folgende Studie: Xin Liu, Na Xie, Jiandang Xue, Mengyuan Li, Chenyang Zheng, Junfeng Zhang, Yanzhou Qin, Yan Yin, Dario R. Dekel, Michael D. Guiver, Nature Energy 2022, 7, 329-339 , DOI: 10.1038/s41560-022-00978-y). Erfindungsgemäß werden dabei Cyclopentadienyl-Komplexe wie z.B. Ferrocen(bis(cyclopentadienyl)eisen) in der Form eines Methylketons (Acetylferrocen) seines Aldehyds (Ferrocenaldehyd) mit einem Aryl in einer Polyhydroxyalkylierung umgesetzt. Bei dem auf diese Weise synthetisiertem Polymer wird dann das Ferrocen am Metall-Zentralatom partiell oxidiert, um ein positiv geladenes Polymer mit gemischtem oxidiertem Zustand zu erhalten. Da das Polymer wegen des Eisens paramagnetisch ist, können die Polymerketten mit Hilfe eines magnetischen Felds ausgerichtet werden, wodurch gerichtete, ionenleitfähige Pfade im Polymer entstehen. Gegenüber einem Ferrocen-Polymer in der Form eines Poly(vinylferrocen) ist das erfindungsgemäße, in der 8 dargestellte Polyferrocen chemisch stabiler in seiner Polymerhauptkette, da es keine gegen Radikalangriff vulnerablen tertiären C-H-Bindungen enthält.The 8th shows a reaction scheme of a process according to the invention, by means of which a so-called ferrocene polymer is produced. In this way, novel anion exchange polymers can be synthesized (for the proof-of-principle of this novel type of polymer in the form of partially oxidized poly(vinylferrocene) see the following study: Xin Liu, Na Xie, Jiandang Xue, Mengyuan Li, Chenyang Zheng, Junfeng Zhang, Yanzhou Qin, Yan Yin, Dario R. Dekel, Michael D. Guiver, Nature Energy 2022, 7, 329-339 , DOI: 10.1038/s41560-022-00978-y). According to the invention, cyclopentadienyl complexes such as ferrocene (bis(cyclopentadienyl)iron) in the form of a methyl ketone (acetylferrocene) of its aldehyde (ferrocenaldehyde) are reacted with an aryl in a polyhydroxyalkylation. In the polymer synthesized in this way, the ferrocene at the metal central atom is then partially oxidized to obtain a positively charged polymer with a mixed oxidized state. Since the polymer is paramagnetic because of the iron, the polymer chains can be aligned using a magnetic field, thereby Directed, ion-conductive paths are created in the polymer. Compared to a ferrocene polymer in the form of a poly(vinylferrocene), the one according to the invention, in which 8th Polyferrocene shown is chemically more stable in its polymer main chain because it does not contain any tertiary CH bonds that are vulnerable to radical attack.

In der 9 ist ein weiteres Reaktionsschema dargestellt, mit welchem der Gehalt an Ferrocen-Gruppen eines Polymers erhöht werden kann. Dazu kann ein monobromiertes Terphenyl-Monomer zunächst mit Ferrocen-Gruppen substituiert werden.In the 9 Another reaction scheme is shown with which the content of ferrocene groups in a polymer can be increased. To do this, a monobrominated terphenyl monomer can first be substituted with ferrocene groups.

Gemäß dem Reaktionsschema in der 9 wird zunächst das mit Ferrocen modifizierte m-Terphenyl mit Ferrocen-Keton oder Aldehyd mittels Polyhydroxyalkylierung zu einem Polymer synthetisiert und anschließend, wie in 8 dargestellt ist, partiell oxidiert, um ein entsprechendes Ferrocen-Anionenaustauscherpolymer zu erzeugen.According to the reaction scheme in the 9 The m-terphenyl modified with ferrocene is first synthesized with ferrocene ketone or aldehyde using polyhydroxyalkylation to form a polymer and then, as in 8th is shown, partially oxidized to produce a corresponding ferrocene anion exchange polymer.

Ausführungsbeispiel 8Embodiment 8

Poly(terphenyl-co-1-(1H-Benzimidazol-2-yl)ethanon) (Polymer 8)Poly(terphenyl-co-1-(1H-Benzimidazol-2-yl)ethanone) (Polymer 8)

Ein Terphenylderivat wie para-Terphenyl und ein aromatisches Keton wie 1-(1H-Benzimidazol-2-yl)ethanon werden in einem halogenierten Lösungsmittel wie Dichlormethan suspendiert, wobei bevorzugt mit einem Überschuss des Ketons zwischen 1.00 und 2.00 Äquivalenten und besonders bevorzugt mit einem Überschuss zwischen 1.15 und 1.40 Äquivalenten gearbeitet wird. Anschließend erfolgt die Zugabe der Trifluormethansulfonsäure, wobei die Reaktionsmischung zwischen 0°C und 60 °C gerührt wird. Die Trifluormethansulfonsäure wird bevorzugt in einem molaren Überschuss im Verhältnis zum Keton von 5-20 Äquivalenten verwendet, wobei besonders bevorzugt mit 8 - 13 Äquivalenten gearbeitet wird. Nach einer bevorzugten PHA- Reaktionszeit zwischen 7h und 72 h wird die Reaktion durch Gießen des Reaktionsgemischs in Wasser abgebrochen. 10 zeigt das 1H-NMR Spektrum des auf diese Weise hergestellten Copolymers (8) mit eindeutiger Zuordnung aller Resonanzsignale zu den Protonen des Polymers. Die Gelpermeationschromatographie (GPC) (11) zeigt in Abhängigkeit von der Reaktionszeit und dem molaren Überschuss des Ketons, Molekulargewichte (Mn) zwischen 20 000 g/mol und 300 000 g/mol und Dispersitäten von 1,40 bis 2,00 ( ), wobei als Lösungsmittel für die GPC 0,1 M LiCl DMSO und engverteilte PMMA Standards verwendet wurden. Weiterhin zeigte die thermogravimetrische Analyse eine hohe Zersetzungstemperatur von 480 °C.A terphenyl derivative such as para-terphenyl and an aromatic ketone such as 1-(1H-benzimidazol-2-yl)ethanone are suspended in a halogenated solvent such as dichloromethane, preferably with an excess of the ketone between 1.00 and 2.00 equivalents and particularly preferably with an excess between 1.15 and 1.40 equivalents is worked. The trifluoromethanesulfonic acid is then added, with the reaction mixture being stirred between 0 ° C and 60 ° C. The trifluoromethanesulfonic acid is preferably used in a molar excess in relation to the ketone of 5-20 equivalents, with 8-13 equivalents being particularly preferred. After a preferred PHA reaction time of between 7 hours and 72 hours, the reaction is stopped by pouring the reaction mixture into water. 10 shows the 1 H-NMR spectrum of the copolymer (8) produced in this way with a clear assignment of all resonance signals to the protons of the polymer. Gel permeation chromatography (GPC) ( 11 ) shows, depending on the reaction time and the molar excess of the ketone, molecular weights (M n ) between 20,000 g/mol and 300,000 g/mol and dispersities of 1.40 to 2.00 ( ), whereby 0.1 M LiCl DMSO and narrowly distributed PMMA standards were used as solvents for the GPC. Furthermore, thermogravimetric analysis showed a high decomposition temperature of 480 °C.

Die Überführung des Copolymers aus para-Terphenyl und 1-(1H-Benzimidazol-2-yl)ethanon in ein anionenleitfähiges Polymer ist durch Methylierung der beiden Stickstoffe mittels geeigneter Methylierungsmittel wie Methyliodid, Dimethylsulfat oder Dimethylcarbonat möglich. Die Methylierung kann durchgeführt werden, indem das Polymer in DMSO gelöst wird und die entstandene Lösung mit K2CO3 oder NaH versetzt wird. Anschließend erfolgt die Zugabe eines Überschusses des Methylierungsmittels. Nach Rühren für 16-30 h bei 25°C - 130 °C findet eine (partielle oder vollständige) Methylierung beider Stickstoffe des Benzimidazolrings statt. In Abhängigkeit von Reaktionstemperatur und Reaktionszeit sind unterschiedliche Methylierungsgrade möglich. The copolymer of para-terphenyl and 1-(1H-benzimidazol-2-yl)ethanone can be converted into an anion-conducting polymer by methylating the two nitrogens using suitable methylating agents such as methyl iodide, dimethyl sulfate or dimethyl carbonate. The methylation can be carried out by dissolving the polymer in DMSO and adding K 2 CO 3 or NaH to the resulting solution. An excess of the methylating agent is then added. After stirring for 16-30 h at 25°C - 130°C, (partial or complete) methylation of both nitrogens of the benzimidazole ring takes place. Depending on the reaction temperature and reaction time, different degrees of methylation are possible.

Beim in 12 dargestellten Beispiel wurde überraschenderweise festgestellt, dass eine vollständige Methylierung beider Stickstoffatome zum Imidazolium-Kation stattgefunden hat, was sich durch die vollständige Abwesenheit des Resonanzsignals der N-H Protonen (12-15 ppm, oben, 12), die Verschiebung der aromatischen Signale ins Tieffeld und durch ein neues Signal, welches zu den beiden eingeführten Methylgruppen gehört, auszeichnet. Die Integrale stimmen dabei vollständig mit den erwarteten Protonen überein. Die vollständige Methylierung beider Stickstoffatome wird beim Vergleich des 1H-NMR Spektrums des methylierten Polymers (8a, oben, 12)) mit dem 1H-NMR Spektrum des ursprünglichen Polymers deutlich (unten, 12). Die Leitfähigkeit des vollständig methylierten Polymers in lodidform beträgt 1,7 mS/cm, was die erfolgreiche Einführung geladener Gruppen weiter unterstreicht und die prinzipielle Anwendbarkeit des Polymers als Anionenaustauschermaterial demonstriert. Wird die oben genannte Reaktion anstelle von para-Terphenyl mit meta-Terphenyl durchgeführt und anschließend die Methylierung ebenfalls wie oben beschrieben vorgenommen, erhöht sich die Chloridleitfähigkeit auf 5,7 mS/cm.When in 12 In the example shown, it was surprisingly found that complete methylation of both nitrogen atoms to the imidazolium cation has taken place, which is evidenced by the complete absence of the resonance signal of the NH protons (12-15 ppm, above, 12 ), the shift of the aromatic signals downfield and characterized by a new signal that belongs to the two introduced methyl groups. The integrals agree completely with the expected protons. The complete methylation of both nitrogen atoms is confirmed when comparing the 1 H-NMR spectrum of the methylated polymer (8a, top, 12 )) with the 1 H-NMR spectrum of the original polymer clearly (below, 12 ). The conductivity of the fully methylated polymer in iodide form is 1.7 mS/cm, which further underlines the successful introduction of charged groups and demonstrates the principle applicability of the polymer as an anion exchange material. If the above reaction is carried out with meta-terphenyl instead of para-terphenyl and then the methylation is also carried out as described above, the chloride conductivity increases to 5.7 mS/cm.

Neben der direkten Alkylierung der Benzimidazoleinheit zum positiv geladenen Imiadzolium, ist die Einführung der positiv geladenen Gruppe auch über das Anbringen einer flexiblen Seitenkette möglich. Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich durch Reaktion des Copolymers aus para-Terphenyl und 1-(1H-Benzimidazol-2-yl)ethanon mit einem 5- bis 60-fachem Überschuss 1,2-Bis-(chlorethoxy)-ethan in Gegenwart einer Base (z.B. K2CO3, NaH, etc.) bei Temperaturen zwischen 25°C und 150 °C selektiv nur ein Stickstoff alkylieren lässt. Weiterhin wurde festgestellt, dass ebenfalls keine Vernetzung stattgefunden hat, da die Polymere weiterhin in polar-aprotischen Lösungsmitteln wie N,N-Dimethylacetamid oder N,N-Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid löslich waren. 13 zeigt den Vergleich der 1H NMR Spektren des Ausgangspolymers mit dem Spektrum des mit einer flexiblen Ethergruppe funktionalisierten Polymers 8b. Das Resonanzsignal der NH-Gruppe ist nicht mehr nachweisbar, außerdem stimmen die Integrale der eingeführten Seitenkette mit der erwarteten Protonenanzahl überein. Bei Kalibrierung auf die Methylgruppe des Polymerrückgrats ist ersichtlich, dass überraschenderweise eine quantitative Funktionalisierung stattgefunden hat (13). Im Anschluss an die Einführung der Seitenkette kann der Chlorsubstituent mit einem tertiären Amin in einer Menschutkin-Reaktion zu einer anionenleitfähigen Gruppe umgesetzt werden. Analog zu der Funktionalisierung mit den beschriebenen flexiblen Ether-Seitenketten ist die Funktionalisierung mit anderen Dihalogenalkanen wie z.B. Dibromhexan oder Diiodhexan mit anschließender Quarternisierung möglich. Die Separation der Anionentauschergruppe vom Polymerrückgrat durch eine flexible Kette hat den Vorteil der Phasenseparation, welche zur Ausbildung ionischer Kanäle und somit höheren Leitfähigkeiten führt. 14 zeigt das 1H-NMR Spektrum des Polymers 8b, welches mit Trimethylamin in ein Anionentauscherpolymer überführt wurde. Die erfolgreiche Quarternisierung ist anhand des charakteristischen Signals der Methylgruppen der eingeführten Trimethylammoniumgruppe bei 2,97 ppm zu erkennen.In addition to the direct alkylation of the benzimidazole unit to the positively charged imiadzolium, the introduction of the positively charged group is also possible by attaching a flexible side chain. It was surprisingly found that by reacting the copolymer of para-terphenyl and 1-(1H-benzimidazol-2-yl)ethanone with a 5- to 60-fold excess, 1,2-bis-(chlorethoxy)-ethane is formed in the presence a base (e.g. K 2 CO 3 , NaH, etc.) at temperatures between 25°C and 150°C selectively only Allows nitrogen to alkylate. Furthermore, it was found that no crosslinking took place either, since the polymers were still soluble in polar aprotic solvents such as N,N-dimethylacetamide or N,N-dimethylformamide or dimethyl sulfoxide. 13 shows the comparison of the 1 H NMR spectra of the starting polymer with the spectrum of the polymer 8b functionalized with a flexible ether group. The resonance signal of the NH group is no longer detectable, and the integrals of the introduced side chain agree with the expected number of protons. When calibrated to the methyl group of the polymer backbone, it can be seen that, surprisingly, quantitative functionalization has occurred ( 13 ). Following the introduction of the side chain, the chlorine substituent can be reacted with a tertiary amine in a Menschutkin reaction to form an anion-conducting group. Analogous to the functionalization with the described flexible ether side chains, the functionalization with other dihaloalkanes such as dibromohexane or diiodhexane with subsequent quaternization is possible. The separation of the anion exchange group from the polymer backbone by a flexible chain has the advantage of phase separation, which leads to the formation of ionic channels and thus higher conductivities. 14 shows the 1 H-NMR spectrum of polymer 8b, which was converted into an anion exchange polymer with trimethylamine. The successful quaternization can be recognized by the characteristic signal of the methyl groups of the introduced trimethylammonium group at 2.97 ppm.

Ausführungsbeispiel 9Embodiment 9

Poly(m-Terphenyl-co-Biphenyl-co-(4-Acetylpyridin)) (Polymer 10):

  • Ein Terphenylderivat wie m-Terphenyl und/oder Biphenyl und ein aromatisches Keton wie 4-Acetylpyridin werden in einem halogenierten Lösungsmittel wie Dichlormethan suspendiert, wobei bevorzugt mit einem Überschuss des Ketons zwischen 1.00 und 2.00 Äquivalenten und besonders bevorzugt mit einem Überschuss zwischen 1.10 und 1.40 Äquivalenten des Ketons gearbeitet wird. Anschließend erfolgt die Zugabe der Trifluormethansulfonsäure, wobei die Reaktionsmischung zwischen 0°C und 60 °C gerührt wird. Die Trifluormethansulfonsäure wird bevorzugt in einem molaren Überschuss im Verhältnis zum Keton von 5-20 Äquivalenten verwendet, wobei besonders bevorzugt mit 8 - 13 Äquivalenten gearbeitet wird. Nach einer bevorzugten Reaktionszeit (PHA) zwischen 7h und 48 h wird die Reaktion durch Gießen des Reaktionsgemischs in Wasser abgebrochen. 15 zeigt das 1H NMR Spektrum des auf diese Weise hergestellten Copolymers mit eindeutiger Zuordnung aller Resonanzsignale zu den Protonen des Polymers. Die Gelpermeationschromatographie (GPC) zeigt in Abhängigkeit von der Reaktionszeit und dem molaren Überschuss des Ketons, Molekulargewichte (Mn) zwischen 10 000 g/mol und 300 000 g/mol und Dispersitäten (Ɖ) von 1,40
Poly(m-terphenyl-co-biphenyl-co-(4-acetylpyridine)) (Polymer 10):
  • A terphenyl derivative such as m-terphenyl and/or biphenyl and an aromatic ketone such as 4-acetylpyridine are suspended in a halogenated solvent such as dichloromethane, preferably with an excess of the ketone between 1.00 and 2.00 equivalents and particularly preferably with an excess between 1.10 and 1.40 equivalents of the ketone is worked on. The trifluoromethanesulfonic acid is then added, with the reaction mixture being stirred between 0 ° C and 60 ° C. The trifluoromethanesulfonic acid is preferably used in a molar excess in relation to the ketone of 5-20 equivalents, with 8-13 equivalents being particularly preferred. After a preferred reaction time (PHA) between 7 hours and 48 hours, the reaction is stopped by pouring the reaction mixture into water. 15 shows the 1 H NMR spectrum of the copolymer produced in this way with a clear assignment of all resonance signals to the protons of the polymer. Depending on the reaction time and the molar excess of the ketone, gel permeation chromatography (GPC) shows molecular weights (M n ) between 10,000 g/mol and 300,000 g/mol and dispersities (Ɖ) of 1.40

Zur Anpassung der Wasseraufnahme kann in einer Folgereaktion eine partielle Methylierung der Pyridin-Einheiten im zuvor genannten Copolymer durch Rührung des in NMP gelösten Polymers mit einem Methylierungsmittel (z. B. Methyliodid) für 1h-30h durchgeführt werden. Das in 16 dargestellte 1H-NMR-Spektrum stellt ein solches Polymer (Polymer 10a) mit einem Methylierungsgrad von 15% dar.To adjust the water absorption, a partial methylation of the pyridine units in the aforementioned copolymer can be carried out in a subsequent reaction by stirring the polymer dissolved in NMP with a methylating agent (e.g. methyl iodide) for 1h-30h. This in 16 1 H-NMR spectrum shown represents such a polymer (polymer 10a) with a degree of methylation of 15%.

Aus den zuvor beschriebenen Polymeren lassen sich unter Nutzung eines Rakels Membranen herstellen. Dazu werden Lösungen der Polymere in NMP, DMAc oder DMSO mit einem Massenanteil des Polymers zwischen 1% und 30% hergestellt. Die Leitfähigkeiten, Methylierungsgrade und Dicken zweier so hergestellter Membranen sind in nachstehender Tabelle dargestellt. Membran/Polymer Methylierungsgrad (%) Dicke (µm) σ(m5*cm-1) 10 MTp-Bp-Pyr-0 0 35 17,4 ± 3,5 10a MTp-Bp Pyr-15 15 32 20,1 ± 0,1 Membranes can be produced from the polymers described above using a doctor blade. For this purpose, solutions of the polymers are prepared in NMP, DMAc or DMSO with a mass fraction of the polymer between 1% and 30%. The conductivities, methylation levels and thicknesses of two membranes produced in this way are shown in the table below. Membrane/polymer Methylation level (%) Thickness (µm) σ(m5*cm -1 ) 10 MTp-Bp-Pyr-0 0 35 17.4 ± 3.5 10a MTp-Bp Pyr-15 15 32 20.1 ± 0.1

Die zuvor beschriebenen Membranen können potentiell in verschiedenen elektrochemischen Anwendungen verwendet werden. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist die Vanadium Redox Flow Batterie. Die 17a, 17b stellten die Coulomb Effizienz (CE), die Spannungs-Effizienz (VE) und die Energie-Effizienz (EE) in Abhängigkeit von der Stromdichte und im Verlauf von 30 Zyklen bei einer Stromdichte von 80 mA*cm-2 eines Einzelzelltests mit einer aus dem Polymer MTp-Bp Pyr-15 bestehenden Membran dar.The previously described membranes can potentially be used in various electrochemical applications. An example of such an application is the vanadium redox flow battery. The 17a , 17b established the Coulomb efficiency (CE), the voltage efficiency (VE) and the energy efficiency (EE) as a function of the current density and over the course of 30 cycles at a current density of 80 mA*cm -2 of a single cell test with one of the Polymer MTp-Bp Pyr-15 existing membrane.

Ausführungsbeispiel 10Embodiment 10

5'-(6-Bromhexyl)-1,1':3',1''-terphenyl5'-(6-Bromohexyl)-1,1':3',1''-terphenyl

Der Syntheseweg zum Erhalt des Ausgangsstoffs bzw. Ausgangsmonomers ist in der 18 dargestellt. 12,56 g (39,8 mmol) 5'-(6-Bromhexyl)-1,1':3',1''terphenyl werden in 50 mL THF aufgenommen und auf -85°C gekühlt. 16,72 mL (41,8 mmol) einer 2,5 M Butyllithium Lösung in Hexan werden zugegeben und die Lösung wird 3h gerührt. 24,1 mL (159,0 mmol) 1,6-Dibromhexan werden unter Nutzung eines Tropftrichters langsam zu der Reaktionsmischung zugetropft. Die Temperatur wird auf -20°C erhöht und es wird 16 h nachgerührt. Die Reaktion wird durch Zugabe von 5 mL einer 10 Gew.% HCl-Lösung beendet. Die Reaktionsgleichung für diese Reaktion ist in der 18 gezeigt. Zur Aufarbeitung werden die organische und die wässrige Phase voneinander getrennt. Die wässrige Phase wird 3x mit 10 mL Ethylacetat ausgeschüttelt. Die organische Phase wird unter Nutzung von Magnesiumsulfat getrocknet. THF und Ethylacetat werden unter Vakuum abdestilliert. Das überschüssige Dibromhexan wird im Hochvakuum bei 110°C abdestilliert. Die Produktmischung wird unter Nutzung der Flashchromatographie aufgereinigt. Die 19 zeigt das 1H-NMR-Spektrum der Fraktion, die für die weitere Reaktion verwendet wurde.The synthetic route to obtain the starting material or starting monomer is in the 18 shown. 12.56 g (39.8 mmol) of 5'-(6-bromohexyl)-1,1':3',1''terphenyl are taken up in 50 mL THF and cooled to -85 ° C. 16.72 mL (41.8 mmol) of a 2.5 M butyllithium solution in hexane are added and the solution is stirred for 3 hours. 24.1 mL (159.0 mmol) of 1,6-dibromohexane are slowly added dropwise to the reaction mixture using a dropping funnel. The temperature is increased to -20°C and the mixture is stirred for another 16 hours. The reaction is stopped by adding 5 mL of a 10 wt.% HCl solution. The reaction equation for this reaction is in the 18 shown. For processing, the organic and aqueous phases are separated from each other. The aqueous phase is shaken 3x with 10 mL ethyl acetate. The organic phase is dried using magnesium sulfate. THF and ethyl acetate are distilled off under vacuum. The excess dibromohexane is distilled off in a high vacuum at 110°C. The product mixture is purified using flash chromatography. The 19 shows the 1 H-NMR spectrum of the fraction that was used for the further reaction.

Ausführungsbeispiel 11Embodiment 11

4-(7-[1,1':3',1''-Terphenyl]-5'-yl)heptyl)pyridin4-(7-[1,1':3',1''-terphenyl]-5'-yl)heptyl)pyridine

Der Syntheseweg zum Erhalt des Ausgangsstoffs bzw. Ausgangsmonomers ist in der 20 aufgeführt. 22 mL trockenes THF werden in einen 100 mL Schlenkkolben vorgelegt und auf -78°C gekühlt. 2,66 mL (18,9 mmol) Diisopropylamin werden dazugegeben. Nach ca. 5 min werden 7,38 mL einer 2,5 M Butyllithium-Lösung in Hexan (18,5 mmol) zugegeben. Nach 30 min werden 1,36 mL (13,8 mmol) 4-Methylpyridin zugegeben und die Lösung für 1h gerührt. 3,63 g 5'-(6-Bromhexyl)-1,1':3',1''-terphenyl (9,2 mmol) werden in 15 mL trockenem THF gelöst und langsam zu der Reaktionsmischung zugetropft (15 min). Die Lösung wird 1h bei -78°C und 4h bei RT gerührt und anschließend durch Zugabe von 20 mL gesättigter Ammoniumchlorid-Lösung und 20 mL Wasser beendet. Zur Aufarbeitung werden die organische und die wässrige Phase getrennt. Die wässrige Phase wird 3x mit 20 mL Ethylacetat ausgeschüttelt. Die organischen Phasen werden vereint und 2x mit 20 mL Wasser gewaschen und anschließend unter Nutzung von Magnesiumsulfat getrocknet. THF und Ethylacetat werden unter Vakuum abdestilliert und die Produktmischung wird unter Nutzung der Flash-Chromatographie aufgereinigt (isolierte Ausbeute: 74%). Die 21 zeigt das 1H-NMR Spektrum des Produkts.The synthetic route to obtain the starting material or starting monomer is in the 20 listed. 22 mL of dry THF are placed in a 100 mL Schlenk flask and cooled to -78°C. 2.66 mL (18.9 mmol) of diisopropylamine are added. After about 5 minutes, 7.38 mL of a 2.5 M butyllithium solution in hexane (18.5 mmol) are added. After 30 min, 1.36 mL (13.8 mmol) of 4-methylpyridine are added and the solution is stirred for 1 h. 3.63 g of 5'-(6-bromohexyl)-1,1':3',1''-terphenyl (9.2 mmol) are dissolved in 15 mL of dry THF and slowly added dropwise to the reaction mixture (15 min). The solution is stirred for 1h at -78°C and 4h at RT and then finished by adding 20 mL of saturated ammonium chloride solution and 20 mL of water. For processing, the organic and aqueous phases are separated. The aqueous phase is shaken 3x with 20 mL ethyl acetate. The organic phases are combined and washed twice with 20 mL of water and then dried using magnesium sulfate. THF and ethyl acetate are distilled off under vacuum and the product mixture is purified using flash chromatography (isolated yield: 74%). The 21 shows the 1 H-NMR spectrum of the product.

Beide zuvor gezeigten Verbindungen lassen sich mittels der oben beschriebenen Polyhydroxyalkylierung zu Polymeren umsetzen. Erste Vorversuche zur Polyhydroxyalkylierung dieses Monomers mit 4-Acetylpyridin haben Molekularmassen von etwa 8.000 g/mol ergeben. Durch Optimierung der Reaktionsbedingungen (Massenverhältnis zwischen dem Pyridin-modifizierten m-Terphenyl und dem Acetylpyridin, Reaktionszeit und Temperatur) ist davon auszugehen, dass die Molekularmasse der Polymere weiter erhöht werden kann. Both compounds shown above can be converted into polymers using the polyhydroxyalkylation described above. Initial preliminary experiments on polyhydroxyalkylation of this monomer with 4-acetylpyridine have resulted in molecular masses of around 8,000 g/mol. By optimizing the reaction conditions (mass ratio between the pyridine-modified m-terphenyl and the acetylpyridine, reaction time and temperature) it can be assumed that the molecular mass of the polymers can be further increased.

In der 22 wird die PHA-Reaktion von 4-(7-([1,1':3',1''-Terphenyl]-5'-yl) heptyl)pyridin mit 4-Acetylpyridin gezeigt. Wird das Polymer 11 partiell oder vollständig Pyridin-alkyliert, ist es sowohl in alkalischen Anwendungen (AEMWE oder AEMFC) als auch in Redox-Flow Batterien einsetzbar.In the 22 the PHA reaction of 4-(7-([1,1':3',1''-terphenyl]-5'-yl) heptyl)pyridine with 4-acetylpyridine is shown. If the polymer 11 is partially or completely pyridine-alkylated, it can be used both in alkaline applications (AEMWE or AEMFC) and in redox flow batteries.

Ausführungsbeispiel 12Embodiment 12

4-Methylpyridin-Kopplung Poly-Biphenyl-co-7-Brom-1,1,1-trifluorheptan-2-on4-Methylpyridine coupling poly-biphenyl-co-7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one

Die Synthese des Poly-Biphenyl-co-7-Brom-1,1,1-trifluorheptan-2-on ist in der 23 gezeigt. 25 mL trockenes THF werden in einen 250 mL Schlenkkolben vorgelegt und auf -78°C gekühlt. 1,10 mL (7,8 mmol) Diisopropylamin werden dazugegeben. Nach ca. 5 min werden 3,09 mL einer 2,5 M Butyllithium-Lösung in Hexan (7,74 mmol) zugegeben. Nach 30 min werden 0,51 mL (5,2 mmol) 4-Methylpyridin zugegeben und die Lösung wird für 1h gerührt. 0,50 g (1,3 mmol) Poly-Biphenyl-co-7-Brom-1,1,1-trifluorheptan-2-on werden in 75 mL trockenem THF gelöst und langsam zu der Reaktionsmischung zugetropft (15 min). Die Lösung wird 4h bei -78°C und 20 min bei RT gerührt und anschließend durch Zugabe von 2 mL Methanol beendet. Die Reaktionsgleichung für die Synthese des Polymers 12 wird in 23 gezeigt. Zur Aufreinigung wird die Produktmischung auf 20 mL unter Vakuum eingeengt, in 200 mL Methanol gefällt, abfiltriert, 3x mit frischem Methanol gewaschen und bei 85°C im Trockenschrank getrocknet. Die 24 zeigt das 1H-NMR Spektrum des Produkts.The synthesis of poly-biphenyl-co-7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one is in the 23 shown. 25 mL of dry THF are placed in a 250 mL Schlenk flask and cooled to -78°C. 1.10 mL (7.8 mmol) of diisopropylamine are added. After about 5 minutes, 3.09 mL of a 2.5 M butyllithium solution in hexane (7.74 mmol) are added. After 30 min, 0.51 mL (5.2 mmol) of 4-methylpyridine are added and the solution is stirred for 1 h. 0.50 g (1.3 mmol) of poly-biphenyl-co-7-bromo-1,1,1-trifluoroheptan-2-one are dissolved in 75 mL of dry THF and slowly added dropwise to the reaction mixture (15 min). The solution is stirred at -78°C for 4 hours and at RT for 20 minutes and then finished by adding 2 mL of methanol. The reaction equation for the synthesis of polymer 12 is given in 23 shown. For purification, the product mixture is concentrated to 20 mL under vacuum, precipitated in 200 mL methanol, filtered off, 3 times with fresh Washed with methanol and dried in a drying cabinet at 85 ° C. The 24 shows the 1 H-NMR spectrum of the product.

Aus dem zuvor beschriebenen Polymer 12 lassen sich unter Nutzung eines Rakels Membranen herstellen. Dazu werden Lösungen des Polymers in NMP, DMAc oder DMSO mit einem Massenanteil des Polymers zwischen 1% und 30% und einer optionalen Zugabe einer organischen Säure, wie z.B. Trifluoressigsäure, hergestellt. Eine solche Membran mit einer Dicke von 32-35 µm zeigte eine Leitfähigkeit von σ = 14 mS*cm-1.Membranes can be produced from the previously described polymer 12 using a doctor blade. For this purpose, solutions of the polymer are prepared in NMP, DMAc or DMSO with a mass fraction of the polymer between 1% and 30% and an optional addition of an organic acid, such as trifluoroacetic acid. Such a membrane with a thickness of 32-35 µm showed a conductivity of σ = 14 mS*cm -1 .

Ausführungsbeispiel 13Embodiment 13

Sulfoniertes Poly-p-Terphenyl-co-Perfluoracetophenon analog zu Polymer 3Sulfonated poly-p-terphenyl-co-perfluoroacetophenone analogous to polymer 3

In einem Schlenkkolben werden 1,0 Äquivalente Terphenyl und 1,0 bis 2,0 Äquivalente (bevorzugt 1,1 bis 1,4 Äquivalente) des Ketons in 9-13 Äquivalenten Dichlormethan vorgelegt. Zum Gemisch werden bei 0 °C 9-13 Äquivalente Tri-fluormethansulfonsäure zugegeben. Das erhaltene Gemisch wird auf Raumtemperatur erwärmt und über 48 bis 96 h bei RT weitergerührt. Das Polymer wird in Methanol ausgefällt und aus THF in Methanol umgefällt.1.0 equivalents of terphenyl and 1.0 to 2.0 equivalents (preferably 1.1 to 1.4 equivalents) of the ketone in 9-13 equivalents of dichloromethane are placed in a Schlenk flask. 9-13 equivalents of trifluoromethanesulfonic acid are added to the mixture at 0 °C. The resulting mixture is warmed to room temperature and stirred at RT for 48 to 96 h. The polymer is precipitated in methanol and reprecipitated from THF into methanol.

In der 25 ist das entsprechende 1H-NMR-Spektrum und in der 26 das 19F-NMR-Spektrum des entstandenen Polymers (analog zu Polymer 2) gezeigt.In the 25 is the corresponding 1 H NMR spectrum and in the 26 the 19 F NMR spectrum of the resulting polymer (analogous to polymer 2) is shown.

Das wie oben beschriebene hergestellte Polymer 2 wird in einem Sulfonierungsmittel (z.B. Schwefelsäure, Chlorsulfonsäure, Oleum 20 %, Oleum 65 % etc.) suspendiert. Das Gemisch wird bei Raumtemperatur für 5 bis 96 h gerührt. Die so erhaltene hochviskose Polymerlösung wird in Eiswasser ausgefällt. Das erhaltene Polymer 3 wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Je nach Sulfonierungsmittel wird ein Sulfonierungsgrad zwischen 2 bis 3 Sulfonsäuregruppen je Wiederholungseinheit erzielt.The polymer 2 produced as described above is suspended in a sulfonating agent (e.g. sulfuric acid, chlorosulfonic acid, oleum 20%, oleum 65%, etc.). The mixture is stirred at room temperature for 5 to 96 h. The resulting highly viscous polymer solution is precipitated in ice water. The polymer 3 obtained is filtered off and washed with water. Depending on the sulfonating agent, a degree of sulfonation between 2 and 3 sulfonic acid groups is achieved per repeat unit.

Die erhaltenen Polymere wurden mittels NMR-Spektroskopie charakterisiert. Dabei lässt sich durch die Tieffeldverschiebung der Protonen an den substituierten aromatischen Ringen die erfolgreiche Substitution bestätigen. Aus den NMR-Spektren geht im Vergleich zum Ausgangspolymer (siehe 27) hervor, dass ein Gemisch verschiedener Sulfonierungsgrade in Bezug auf eine einzelne Wiederholungseinheit vorliegt.The polymers obtained were characterized using NMR spectroscopy. The successful substitution can be confirmed by the downfield shift of the protons on the substituted aromatic rings. The NMR spectra show a comparison to the starting polymer (see 27 ) shows that there is a mixture of different degrees of sulfonation with respect to a single repeating unit.

Daher wird mittels Elementaranalyse ein durchschnittlicher Sulfonierungsgrad bestimmt, dessen Ergebnisse in nachstehender Tabelle dargestellt sind. Tabelle 3: Mittels Elementaranalyse bestimmte Zusammensetzung zweier Sulfanierungsprodukte. Membran/Polymer C in % H in % S in % Sulfonierungsgrad 3a PTp-PF-Sulf 1 36,12 3,77 7,94 1,8 3b PTp-PF-Sulf 2 37,30 2,55 10,30 2,1 Therefore, an average degree of sulfonation is determined using elemental analysis, the results of which are shown in the table below. Table 3: Composition of two sulfanation products determined by elemental analysis. Membrane/polymer C in % There % S in % Degree of sulfonation 3a PTp-PF-Sulf 1 36.12 3.77 7.94 1.8 3b PTp-PF-Sulf 2 37.30 2.55 10.30 2.1

Aus den zuvor beschriebenen Polymeren lassen sich unter Nutzung eines Rakels Membranen herstellen. Dazu werden Lösungen der Polymere in NMP, DMAc oder DMSO mit einem Massenanteil des Polymers zwischen 1% und 30% hergestellt. Die Leitfähigkeiten und Dicken dreier so hergestellter Membranen sind in nachstehender Tabelle dargestellt. Tabelle 4: Leitfähigkeiten der Membranen aus Copolymeren von sulfoniertem- P-Terphenyl und Perfluoracetophenon, Membran/Polymer Dicke (µm) σ(mS*cm-1) 3a PTp-PF-Sulf 1 31 12,60 ± 1,10 3b PTp-PF-Sulf 2 25 22,30 ± 2,81 3c PTp-PF-Sulf 3 30 62,52 ± 10,79 Membranes can be produced from the polymers described above using a doctor blade. For this purpose, solutions of the polymers are prepared in NMP, DMAc or DMSO with a mass fraction of the polymer between 1% and 30%. The conductivities and thicknesses of three membranes produced in this way are shown in the table below. Table 4: Conductivities of membranes made from copolymers of sulfonated-P-terphenyl and perfluoroacetophenone, Membrane/polymer Thickness (µm) σ(mS*cm -1 ) 3a PTp-PF-Sulf 1 31 12.60 ± 1.10 3b PTp-PF-Sulf 2 25 22.30 ± 2.81 3c PTp-PF-Sulf 3 30 62.52 ± 10.79

Die zuvor beschriebenen Membranen können potentiell in verschiedenen elektrochemischen Anwendungen wie Brennstoffzellen und Elektrolyse verwendet werden. Erste Vorversuche dazu zeigten die prinzipielle Eignung des sulfonierten Polymers für den Einsatz in der Brennstoffzelle.The previously described membranes can potentially be used in various electrochemical applications such as fuel cells and electrolysis. Initial preliminary tests showed the basic suitability of the sulfonated polymer for use in fuel cells.

Ausführungsbeispiel 14Example 14

Ionisch vernetzte Kationenaustauscher-Säure-Base-Blendmembran 11 aus einem sulfonierten Terphenyl-Polymer aus Perfluoracetophenon und Terphenyl:

  • Im ersten Schritt erfolgt die Herstellung eines PHA-Polymers durch Reaktion von Perfluoracetophenon mit p-Terphenyl, siehe 2. Wenn die Sulfonierung dieses Polymers mit dem starken Sulfonierungsmittel Oleum durchgeführt wird (H2SO4 mit 60-65 Gew% gelöstem SO3), können alle 3 Aromaten der Wiederholungseinheit des Polymers sulfoniert werden. Es wird ein Polymer mit einer lonenaustauscherkapazität von 4,19 meq SO3H/g Polymer erhalten. Im zweiten Schritt wird ein Polymer aus p-Terphenyl mit 1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-on (siehe 6) synthetisiert. Die Strukturen beider Polymere sind mit ihren Summenformeln und Molekularmassen ihrer Wiederholungseinheiten in der 28 aufgeführt.
Ionically cross-linked cation exchange acid-base blend membrane 11 made from a sulfonated terphenyl polymer made from perfluoroacetophenone and terphenyl:
  • In the first step, a PHA polymer is produced by reacting perfluoroacetophenone with p-terphenyl, see 2 . If the sulfonation of this polymer is carried out with the strong sulfonating agent oleum (H 2 SO 4 with 60-65 wt% dissolved SO 3 ), all 3 aromatics of the repeating unit of the polymer can be sulfonated. A polymer with an ion exchange capacity of 4.19 meq SO 3 H/g polymer is obtained. In the second step, a polymer of p-terphenyl is combined with 1-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)ethan-1-one (see 6 ) synthesized. The structures of both polymers with their molecular formulas and molecular masses of their repeating units are in the 28 listed.

Man löst 2 g des sulfonierten Terphenyl-Polymers in 18 g Dimethylsulfoxid (DMSO) auf. Nach der Auflösung wird das sulfonierte Polymer mit 0,682 ml n-Propylamin neutralisiert. Man stellt des Weiteren eine 10 Gew%ige Lösung des Benzimidazol-Terphenylpolymers in DMSO her und gibt 12,8 g davon in die DMSO-Lösung des sulfonierten Terphenyl-Polymers. Man rührt bis zur Homogenisierung, und zieht danach auf einer Glasplatte mit dem Folienziehgerät eine Membran. Man verbringt danach die Glasplatte mit der gezogenen Membran in einen Umluftofen und dampft das Lösungsmittel bei einer Temperatur von 140°C für einen Zeitraum von 2 Stunden ab. Danach entnimmt man die Glasplatte und legt diese in ein Wasserbad ein, worauf sich die Membran von der Glasplatte ablöst. Die Membran wird wie folgt nachbehandelt:

  1. 1. 48 Stunden bei 90°C in 10% HCl
  2. 2. 48 Stunden bei 60°C in vollentsalztem Wasser
Dissolve 2 g of the sulfonated terphenyl polymer in 18 g of dimethyl sulfoxide (DMSO). After dissolution, the sulfonated polymer is neutralized with 0.682 ml of n-propylamine. A 10% by weight solution of the benzimidazole terphenyl polymer is also prepared in DMSO and 12.8 g of it is added to the DMSO solution of the sulfonated terphenyl polymer. Stir until homogenized and then draw a membrane on a glass plate using the film drawing device. The glass plate with the drawn membrane is then placed in a circulating air oven and the solvent is evaporated at a temperature of 140 ° C for a period of 2 hours. The glass plate is then removed and placed in a water bath, whereupon the membrane detaches from the glass plate. The membrane is treated as follows:
  1. 1. 48 hours at 90°C in 10% HCl
  2. 2. 48 hours at 60°C in demineralised water

Danach kann die Membran charakterisiert werden. Ihre lonenaustauscherkapazität (IEC) ist 1,5 meq SO3H/g Membran. Das Polymer kann anschließend noch kovalent vernetzt werden (siehe 3), indem eine Membran des Polymers in der Sulfonsäuresalzform (SO3R mit R=beliebige Ammoniumgruppe N(R2)4 + (R2=H, Alkyl) oder Alkalimetallkation wie Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+) in eine (beispielsweise 10 Gew%ige ethanolische Lösung eines Alkandithiols (Beispiel: Hexan-1,6-dithiol) oder eines Dithiophenols (Beispiel: [1,1'-biphenyl]-4,4'-dithiol), die mit äquimolaren Mengen einer Base, beispielsweise n-Propylamin, neutralisiert worden waren, eingelegt wird, beispielsweise für 24 Stunden bei 90°C. Danach wird die Membran mit Ethanol gespült, bis keine freien Dithiophenole oder Alkandithiole mehr in der Membran vorhanden sind. Danach wird die Membran bei 90°C in 10% HCl für 48 Stunden und danach bei 60°C in VE-Wasser für 48 Stunden eingelegt, um erneut die Säureform der Membran herzustellen. Der Vorteil dieser Vernetzung ist, dass für die Vernetzung keine Sulfonsäuregruppen „geopfert“ werden müssen.The membrane can then be characterized. Its ion exchange capacity (IEC) is 1.5 meq SO 3 H/g membrane. The polymer can then be covalently crosslinked (see 3 ), by forming a membrane of the polymer in the sulfonic acid salt form (SO 3 R with R = any ammonium group N(R 2 ) 4 + (R 2 =H, alkyl) or alkali metal cation such as Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + ) in a (for example 10% by weight ethanolic solution of an alkanedithiol (example: hexane-1,6-dithiol) or a dithiophenol (example: [1,1'-biphenyl]-4,4'-dithiol) which with Equimolar amounts of a base, for example n-propylamine, have been neutralized, is placed, for example for 24 hours at 90 ° C. The membrane is then rinsed with ethanol until there are no more free dithiophenols or alkanedithiols in the membrane. Then the Membrane placed at 90°C in 10% HCl for 48 hours and then at 60°C in demineralized water for 48 hours to produce the acid form of the membrane again. The advantage of this crosslinking is that no sulfonic acid groups are “sacrificed” for the crosslinking. Need to become.

Ausführungsbeispiel 15Example 15

Mehrfach phosphoniertes Poly-p-Terphenyl-co Perfluoracetophenon aus dem Analogon zu Polymer 2:Multiple phosphonated poly-p-terphenyl-co perfluoroacetophenone from the analogue of polymer 2:

Das im Ausführungsbeispiel 13 mittels PHA hergestellte Polymer wird mit 5 bis 25 Äquivalenten (bevorzugt 10 bis 15 Äquivalenten) Tris(trimethylsilyl)phosphit bei Temperaturen zwischen 170 °C und 200 °C über 6 bis 18 h erhitzt. Das erhaltene Gemisch wird mit THF verdünnt und das Polymer in Heptan ausgefällt. Das so erhaltene Polymer wird in Wasser zum Rückfluss erhitzt und anschließend in warmer 1 M Salzsäure ausgerührt. Dem 19F-NMR lässt sich überraschenderweise eine Substitution der Fluor-Atome am Pentafluorphenylring in para-Position und einer der beiden ortho-Positionen entnehmen ( 29), sodass zwei Phosphonsäuregruppen eingeführt werden konnten, was bisher noch für keine Phosphonierung an die Pentafluorphenylgruppe enthaltenden Polymeren beobachtet werden konnte.The polymer produced in Example 13 using PHA is heated with 5 to 25 equivalents (preferably 10 to 15 equivalents) of tris(trimethylsilyl) phosphite at temperatures between 170 ° C and 200 ° C for 6 to 18 hours. The resulting mixture is diluted with THF and the polymer is precipitated in heptane. The polymer thus obtained is heated to reflux in water and then stirred in warm 1 M hydrochloric acid. Surprisingly, the 19 F NMR reveals a substitution of the fluorine atoms on the pentafluorophenyl ring in the para position and one of the two ortho positions ( 29 ), so that two phosphonic acid groups could be introduced, which has not yet been observed for phosphonation on polymers containing the pentafluorophenyl group.

Die so hergestellten Stoffe können entweder als Reinmembranen oder als Blendmembranen, beispielsweise mit einem basischen Polymer als Blendkomponente, eingesetzt werden. Auch eine kovalente Vernetzung von Membranen aus diesem phosphonierten Polymer mit Alkandithiolen oder aromatischen Dithiophenolen ist möglich, siehe dazu auch 3.The substances produced in this way can be used either as pure membranes or as blend membranes, for example with a basic polymer as a blend component. Covalent cross-linking of membranes made from this phosphonated polymer with alkanedithiols or aromatic dithiophenols is also possible, see also 3 .

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • L.I. Olvera, M.T. Guzmán-Gutiérrez, M.G. Zolothukhin, S. Fomine, J. Cárdenas, F.A. Ruiz-Trevino, D. Villers T.A. Ezquerra, E. Prokhorov, „Novel High Molecular Weight Aromatic Fluorinated Polymers from One-Pot, Metal-Free Step Polymerizations“, Macromolecules 46 (2013) 7245-7256 [0005]L.I. Olvera, M.T. Guzmán-Gutiérrez, M.G. Zolothukhin, S. Fomine, J. Cárdenas, F.A. Ruiz-Trevino, D. Villers T.A. Ezquerra, E. Prokhorov, “Novel High Molecular Weight Aromatic Fluorinated Polymers from One-Pot, Metal-Free Step Polymerizations,” Macromolecules 46 (2013) 7245-7256 [0005]
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  • Xin Liu, Na Xie, Jiandang Xue, Mengyuan Li, Chenyang Zheng, Junfeng Zhang, Yanzhou Qin, Yan Yin, Dario R. Dekel, Michael D. Guiver, Nature Energy 2022, 7, 329-339 [0047, 0073]Xin Liu, Na Xie, Jiandang Xue, Mengyuan Li, Chenyang Zheng, Junfeng Zhang, Yanzhou Qin, Yan Yin, Dario R. Dekel, Michael D. Guiver, Nature Energy 2022, 7, 329-339 [0047, 0073]

Claims (22)

Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran, welches folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen von mindestens einem Ausgangsstoff, wobei mindestens ein Ausgangsstoff wenigstens ein Monomer enthält oder daraus besteht; - Synthetisieren eines Polymers aus dem Ausgangsstoff/ den Ausgangsstoffen mittels Polyhydroxyalkylierung (PHA); - Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion.Method for producing a material for a membrane, comprising the following steps: - Providing at least one starting material, at least one starting material containing or consisting of at least one monomer; - Synthesizing a polymer from the starting material(s) using polyhydroxyalkylation (PHA); - Modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Synthetisieren des Polymers eine Modifizierung mindestens eines Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion stattfindet.Procedure according to Claim 1 , characterized in that before the polymer is synthesized, at least one starting material is modified in a preliminary reaction. Verfahren zur Herstellung eines Stoffs für eine Membran, welches die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen von mindestens einem Ausgangsstoff, wobei mindestens ein Ausgangsstoff wenigstens ein Monomer enthält oder daraus besteht; - Modifizierung mindestens eines Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion; - Synthetisieren eines Polymers aus dem Ausgangsstoff/ den Ausgangsstoffen mittels Polyhydroxyalkylierung (PHA).Method for producing a material for a membrane, comprising the following steps: - Providing at least one starting material, at least one starting material containing or consisting of at least one monomer; - Modification of at least one starting material in a preliminary reaction; - Synthesizing a polymer from the starting material(s) using polyhydroxyalkylation (PHA). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Synthetisieren des Polymers eine Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion stattfindet.Procedure according to Claim 3 , characterized in that after the polymer has been synthesized, the synthesized polymer is modified in a subsequent reaction. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgangsstoff mindestens eine Art eines Diarylmonomers enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one starting material contains at least one type of diaryl monomer. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgangsstoff mindestens eine Ketongruppe und/oder Carbonylgruppe, insbesondere mehrere verschiedene Ketongruppen und/oder mehrere verschiedene Carbonylgruppen enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one starting material contains at least one ketone group and/or carbonyl group, in particular several different ketone groups and/or several different carbonyl groups. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgangsstoff ein oder mehrere der folgenden Ketone und/oder Aldehyde enthält oder daraus besteht: 4-methylpiperazin-2-one, 1-(1-methylpiperidin-4-yl)ethan-1-one, 1,4-dimethylpiperazin-2-one, Piperazin-2-one, 1,3-dimethyltetrahydropyrimidin-2(1H)-one, 1-(1-methyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(1-methyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(5,6-dimethyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(5-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(5-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-mercaptophenyl)ethan-1-one, Acetylferrocen, (2,2,2-Trifluoroacetyl)ferrocene, 1-(4-(5-bromopentyl)phenyl)ethan-1-one, 1-(4-ethylpiperazin-2-yl)ethan-1-one, 1-(1-methyl-1H-pyrazol-4-yl)ethan-1-one, Pyrrolidine-3-carbaldehyde, 1-(1 H-pyrazol-3-yl)ethan-1-one, 1-(1H-benzo[d]imidazole-6-yl)ethan-1-one, 1-(7-methyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(4-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(4-mercaptophenyl)ethan-1-one, (4-acetylphenyl)phosphonic acid, 1-(3-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 1-(1-methyl-1H-pyrazol-3-yl)ethan-1-one, 1-(1,2,4-dimethyl-1H-imidazol-5-yl)ethan-1-one, 1-(1,2,4-trimethyl-1H-imidazol-5-yl)ethan-1-one, 1 -(1H-benzo[d]imidazol-7-yl)ethan-1-one, 1 -(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)propn-1-one, 1-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)propan-2-one, 1-(1,4,5-trimethyl-1H imidazol-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(1-methyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-one, 1-(1-methyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(1H-imidazol-5-yl)ethan-1 -one, 1-(1 H-imidazo-2-yl)ethan-1-one, 1-(2-methylpyridin-4-yl)ethan-1-one, 4-acetylbenzenesufonic acid, 1-(4-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 1-(pyridine-4-yl)ethan-1-one, 1-(pyridine-3-yl)ethan-1-one, 1-(pyridine-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(pyridine-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(pyridine-4-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(pyridine-3-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoror-1-(piperidin-4-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-8-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-5-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoror-1-(1H-imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-4-yl)ethan-1-one, 1-(3-methylpyridin-4-yl)ethan-1-one, 1-(2,3,5,6-tetrafluoro-4-mercaptophenal)ethan-1-one, 1-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)ethan-1-one, 1-(4-hexylphenyl)ethan-1-one, 1-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)-2,2,2,-trifluoroethan-1-one, 1-(4-(5-chloropentyl)phenyl)ethan-1-one, 1-(4-bromophenyl)ethan-1-one, 1-(4-chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(4-fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(4-iodophenal)ethan-1-one, 1-(6-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 1-(6-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 3-acetylbenzenesulfonic acid, 4-acetyl-2,3,5,6-tetrafluorobenzenesulfonic acid, 1-(2-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-7-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-6-yl)ethan-1-one, Di(pyridine-2-yl)methanone, 1-(2-(dimethylamino)phenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoror-1-(quinolin-3-yl)ethan-1-one, 1-(3-(dimethylamino)phenyl)ethan-1-one, 1-(4-(dimethylamino)phenyl)ethan1-one, 1-(quinolin-2-yl)ethan-1-one, 1-(4-(dimethylamino)phenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(3-(dimethylamino)phenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(3-chlorophenyl)2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(3-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(3-iodophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(3-fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-chlorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-iodophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-fluorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(2-iodoophenyl)ethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)ethan-1-one, 1-(2-fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(3-chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(3-bromophenyl)ethan-1-one, 1-(3-iodoophenyl)ethan-1-one, 1-(3-fluorophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-fluorophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-iodophenyl)ethan-1-one, 1-(4-chlorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(4-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(perfluorophenyl)ethan-1-one, 8-bromo-1,1,1-trifluorooctan-2-one, 1-(isoquinolin-4-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-3-yl)ethan-1-one, 1-(1,8-naphthyridin-4-yl)-ethan-1-one, 1-(perfluorophenyl)ethan-1-one, 1-(isoquinolin-1-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-nitrophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(3-nitrophenyl)ethan-1-one, Ferrocenecarboxaldehyde, Formylcobaltocene, Formlynickelocene Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one starting material contains or consists of one or more of the following ketones and/or aldehydes: 4-methylpiperazin-2-one, 1-(1-methylpiperidin-4-yl)ethane- 1-one, 1,4-dimethylpiperazin-2-one, piperazin-2-one, 1,3-dimethyltetrahydropyrimidin-2(1H)-one, 1-(1-methyl-1H-benzo[d]imidazole-2- yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(1-methyl-1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(5,6-dimethyl- 1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(5-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(5-methylpyridin-2-yl)ethan-1- one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-mercaptophenyl)ethan-1-one, acetylferrocene, (2,2,2-trifluoroacetyl)ferrocene, 1-(4-(5-bromopentyl)phenyl)ethane- 1-one, 1-(4-ethylpiperazin-2-yl)ethan-1-one, 1-(1-methyl-1H-pyrazol-4-yl)ethan-1-one, pyrrolidine-3-carbaldehyde, 1- (1H-pyrazol-3-yl)ethan-1-one, 1-(1H-benzo[d]imidazole-6-yl)ethan-1-one, 1-(7-methyl-1H-benzo[d] imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(1H-benzo[d]imidazole-2-yl)ethan-1-one, 1-(4-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(4-mercaptophenyl)ethan-1-one, (4-acetylphenyl)phosphonic acid, 1-(3-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 1-(1-methyl-1H-pyrazole-3 -yl)ethan-1-one, 1-(1,2,4-dimethyl-1H-imidazol-5-yl)ethan-1-one, 1-(1,2,4-trimethyl-1H-imidazol-5 -yl)ethan-1-one, 1 -(1H-benzo[d]imidazol-7-yl)ethan-1-one, 1 -(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)propn-1-one , 1-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)propan-2-one, 1-(1,4,5-trimethyl-1H imidazol-2-yl)ethan-1-one, 2,2, 2-trifluoro-1-(1-methyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-one, 1-(1-methyl-1H-imidazol-2-yl)ethan-1-one, 1-(1H-imidazole -5-yl)ethan-1 -one, 1-(1H-imidazo-2-yl)ethan-1-one, 1-(2-methylpyridin-4-yl)ethan-1-one, 4-acetylbenzenesufonic acid , 1-(4-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 1-(pyridine-4-yl)ethan-1-one, 1-(pyridine-3-yl)ethan-1-one, 1- (pyridine-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(pyridine-2-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(pyridine-4 -yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(pyridine-3-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(piperidin-4-yl)ethane -1-one, 1-(quinolin-8-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-5-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoror-1-(1H-imidazol- 2-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-4-yl)ethan-1-one, 1-(3-methylpyridin-4-yl)ethan-1-one, 1-(2,3,5 ,6-tetrafluoro-4-mercaptophenal)ethan-1-one, 1-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)ethan-1-one, 1-(4-hexylphenyl)ethan-1-one, 1 -(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)-2,2,2,-trifluoroethan-1-one, 1-(4-(5-chloropentyl)phenyl)ethan-1-one, 1-(4 -bromophenyl)ethan-1-one, 1-(4-chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(4-fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(4-iodophenal)ethan-1-one, 1- (6-methylpyridin-2-yl)ethan-1-one, 1-(6-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 3-acetylbenzenesulfonic acid, 4-acetyl-2,3,5,6-tetrafluorobenzenesulfonic acid, 1-(2-methylpyridin-3-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-7-yl)ethan-1-one, 1-(quinolin-6-yl)ethan-1-one, Di (pyridine-2-yl)methanone, 1-(2-(dimethylamino)phenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoror-1-(quinolin-3-yl)ethan-1-one, 1- (3-(dimethylamino)phenyl)ethan-1-one, 1-(4-(dimethylamino)phenyl)ethan1-one, 1-(quinolin-2-yl)ethan-1-one, 1-(4-(dimethylamino )phenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(3-(dimethylamino)phenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(3-chlorophenyl)2,2, 2-trifluoroethan-1-one, 1-(3-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(3-iodophenyl)ethan-1-one, 2 ,2,2- trifluoro-1-(3-fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-chlorophenyl)-2,2,2-trifluoroethane -1-one, 1-(2-iodophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-fluorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2- bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(2-chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(2-iodoophenyl)ethan-1-one, 1-(2-bromophenyl)ethan- 1-one, 1-(2-fluorophenyl)ethan-1-one, 1-(3-chlorophenyl)ethan-1-one, 1-(3-bromophenyl)ethan-1-one, 1-(3-iodoophenyl) ethan-1-one, 1-(3-fluorophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-fluorophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1- (4-iodophenyl)ethan-1-one, 1-(4-chlorophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one, 1-(4-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethan-1-one , 2,2,2-trifluoro-1-(perfluorophenyl)ethan-1-one, 8-bromo-1,1,1-trifluorooctan-2-one, 1-(isoquinolin-4-yl)ethan-1-one , 1-(quinolin-3-yl)ethan-1-one, 1-(1,8-naphthyridin-4-yl)-ethan-1-one, 1-(perfluorophenyl)ethan-1-one, 1-( isoquinolin-1-yl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(4-nitrophenyl)ethan-1-one, 2,2,2-trifluoro-1-(3-nitrophenyl)ethan- 1-one, Ferrocenecarboxaldehyde, Formylcobaltocene, Formlynickelocene Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgangsstoff ein oder mehrere der folgenden Aryle enthält oder daraus besteht: 1,2'-binaphtalene, 1,1'-binaphtalene 2,2'-binaphtalene, 1,1'-biphenyl, 1,1'.4,1''-terphenyl, 10-methyl-9,10-dihydroacridine, 9,10-diphenylanthracene, 1,4-diphenylnaphthalene, 1,1':4',1''.4'',1'''-quaterphenyl, 1,1':3',1''.3'',1'''-quaterphenyl, 1,1':3',1''-terphenyl, 9,9,10-trimenthyl-9,10-dihydroacridine, 2,4,6-triphenyl-1,3,5-triazine, 2 ,3-diphenylnaphtalene, 2',2'',3',3'',5',5'',6',6''-octofluoro-1,1':4',1''.4'',1'''-quaterphenyl, 2',3',5',6'-tetrafluoro-1,1',4',1''-terphenyl, 2',4', 5', 6'-tetrafluroro-1,1':3',1''-terphenyl, 2',2'',4',4'',5',5'',6',6''-octafluoro-1,1':3',1''.3'',1'''-quaterphenyl, 9,10-dihydroacridine, 2,4,6-triphenylpyridine, 5`-iodo-1,1`:3`,1''-terphenyl, 5'-bromo-1,1':3'1''-terphenyl, 5'-chloro-1,1':3',1''-terphenyl, 2'-bromo-1,1':3' 1''-terphenyl, 2'-iodo-1,1':3',1''-terphenyl,4'-bromo-1,1':2',1''-terphenyl, 9,9-dimenthyl-9,10-dihydroacridine, 2,3,6,7-tetraphenylnaphtalene, 2,6-diphenlypyridine, 2,6-diphenylpyrazine, 4,6-diphenylpyrimidine, 3,5-diphenylpyridine, 2,5-diphenlypyridine, 2,5-diphenylpyrimidine, 1,3-diphenylcyclohexane, 5-methyl-5,10-dihydrophenazine, 5,10-dihydrophenazine, 5`-phenyl-1,1`:3`,1''-terphenyl, N-N-dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-5'-amine, N-N-dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amine, 6,6'-diphenyl-2,2'-bipyridine, 2,4-diphenyl-1,3,5-triazine, 1,4-diphenylcyclohexane, 1,2-diphenylcyclohexane, 5,10-dimethyl-5, 10-dihydrophenazine, 5'-methyl-1,1':3',1''-terphenyl, 2'-methyl-1,1':3',1''-terphenyl, 4-methyl-2,6-diphenylpyridine, 2',3'-dimethyl-1,1':4', 1''-terphenyl, 2',3',5',6'-tetramethyl-1,1':4',1''-terphenyl, 2,3,5,6-tetraphenylpyrazine.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one starting material contains or consists of one or more of the following aryls: 1,2'-binaphtalene, 1,1'-binaphtalene, 2,2'-binaphtalene, 1,1'- biphenyl, 1,1'.4,1''-terphenyl, 10-methyl-9,10-dihydroacridine, 9,10-diphenylanthracene, 1,4-diphenylnaphthalene, 1,1':4',1''.4 '',1'''-quaterphenyl, 1,1':3',1''.3'',1'''-quaterphenyl, 1,1':3',1''-terphenyl, 9.9 ,10-trimenthyl-9,10-dihydroacridine, 2,4,6-triphenyl-1,3,5-triazine, 2,3-diphenylnaphthalene, 2',2'',3',3'',5', 5'',6',6''-octofluoro-1,1':4',1''.4'',1'''-quaterphenyl, 2',3',5',6'-tetrafluoro- 1,1',4',1''-terphenyl, 2',4', 5', 6'-tetrafluororo-1,1':3',1''-terphenyl, 2',2'',4 ',4'',5',5'',6',6''-octafluoro-1,1':3',1''.3'',1'''-quaterphenyl, 9,10-dihydroacridine , 2,4,6-triphenylpyridine, 5`-iodo-1,1`:3`,1''-terphenyl, 5'-bromo-1,1':3'1''-terphenyl, 5'-chloro -1,1':3',1''-terphenyl, 2'-bromo-1,1':3'1''-terphenyl,2'-iodo-1,1':3',1''-terphenyl,4'-bromo-1,1':2',1''-terphenyl, 9,9-dimenthyl-9,10-dihydroacridine, 2,3,6,7-tetraphenylnaphthalene, 2,6-diphenlypyridine, 2 ,6-diphenylpyrazine, 4,6-diphenylpyrimidine, 3,5-diphenylpyridine, 2,5-diphenlypyridine, 2,5-diphenylpyrimidine, 1,3-diphenylcyclohexane, 5-methyl-5,10-dihydrophenazine, 5,10-dihydrophenazine , 5`-phenyl-1,1`:3`,1''-terphenyl, NN-dimethyl-[1,1':3',1''-terphenyl]-5'-amine, NN-dimethyl-[ 1,1':3',1''-terphenyl]-2'-amine, 6,6'-diphenyl-2,2'-bipyridine, 2,4-diphenyl-1,3,5-triazine, 1, 4-diphenylcyclohexane, 1,2-diphenylcyclohexane, 5,10-dimethyl-5, 10-dihydrophenazine, 5'-methyl-1,1':3',1''-terphenyl, 2'-methyl-1,1':3',1''-terphenyl, 4-methyl-2,6-diphenylpyridine, 2',3'-dimethyl-1,1':4', 1''-terphenyl, 2',3',5',6'-tetramethyl-1,1':4',1''-terphenyl, 2,3,5,6-tetraphenylpyrazine. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ausgangsstoff ein Monomer mit einem organischen Rest umfasst oder daraus besteht, wobei der organische Rest insbesondere 1,4-Arylen oder 1,3-Arylen oder 1,2-Arylen oder Alkyl oder 1,4-Perfluorarylen oder 1,3-Perfluorarylen oder 1,2-Perfluorarylen oder Perfluoralkyl oder Bromoarylen oder Chloroarylen oder lodoarylen oder Pyridyl oder Pyracinyl oder Pyrimidyl oder Triacinyl oder 9H-Fluorenyl oder 9-Dialkyl-9H-Fluorenyl oder 9,9-Bis(haloalkyl)- 9H-Fluorenyl oder 1,4-Cyclohexyl oder 1,3-Cyclohexyl oder 1,2-Cyclohexyl oder 1-Methylpiperidyl oder 1,4-Dimethylpiperazinyl oder 1,3-Dimethylhexahydropyrimidinyl umfasst oder daraus besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one starting material comprises or consists of a monomer with an organic radical, the organic radical being in particular 1,4-arylene or 1,3-arylene or 1,2-arylene or alkyl or 1,4-perfluoroarylene or 1,3-perfluoroarylene or 1,2-perfluoroarylene or perfluoroalkyl or bromoarylene or chloroarylene or iodoarylene or pyridyl or pyracinyl or pyrimidyl or triacinyl or 9H-fluorenyl or 9-dialkyl-9H-fluorenyl or 9,9- Bis(haloalkyl)-9H-fluorenyl or 1,4-cyclohexyl or 1,3-cyclohexyl or 1,2-cyclohexyl or 1-methylpiperidyl or 1,4-dimethylpiperazinyl or 1,3-dimethylhexahydropyrimidinyl comprises or consists of. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyhydroxyalkylierung unter Einfluss von Trifluormethansulfonsäure (TFSA) stattfindet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the polyhydroxyalkylation takes place under the influence of trifluoromethanesulfonic acid (TFSA). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyhydroxyalkylierung (PHA) unter Einfluss eines Lösungsmittels, insbesondere eines chlorierten Lösungsmittels, stattfindet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the polyhydroxyalkylation (PHA) takes place under the influence of a solvent, in particular a chlorinated solvent. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifizierung des synthetisierten Polymers in einer Folgereaktion und/oder die Modifizierung des Ausgangsstoffs in einer Vorabreaktion eine nucleophile aromatische Substitutionsreaktion und/oder eine elektrophile aromatische Substitutionsreaktion und/oder eine polymeranaloge Reaktion und/oder eine Alkylierung von basischen Stickstoffatomen zu tertiären oder quaternären N-basischen Verbindungen umfasst und/oder mikrowellen- unterstützt abläuft.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the modification of the synthesized polymer in a subsequent reaction and/or the modification of the starting material in a preliminary reaction involves a nucleophilic aromatic substitution reaction and/or an electrophilic aromatic substitution reaction and/or a polymer-analog reaction and/or a Alkylation of basic nitrogen atoms to tertiary or quaternary N-basic compounds and/or occurs with microwave assistance. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses das Blenden des synthetisierten Polymers mit einem weiteren Polymer unter Bildung eines geblendeten Polymergemischs umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises blending the synthesized polymer with another polymer to form a blended polymer mixture. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Blenden Vernetzungen, insbesondere ionische und/oder kovalente Vernetzungen, zwischen den Polymeren entstehen.Procedure according to Claim 13 , characterized in that crosslinks, in particular ionic and/or covalent crosslinks, arise between the polymers during blending. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierung des geblendeten Polymergemischs stattfindet.Procedure according to Claim 13 or 14 , characterized in that the blinded polymer mixture is doped. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung des geblendeten Polymergemischs mit Mineralsäuren, insbesondere mit Schwefelsäure oder Phosphorsäure oder einer Phosphonsäure, stattfindet und/oder die Einführung weiterer lonenaustauschergruppen, insbesondere saurer Sulfonsäure- und/oder saurer Phosphonsäure-Gruppen umfasst.Procedure according to Claim 15 , characterized in that the doping of the blended polymer mixture takes place with mineral acids, in particular with sulfuric acid or phosphoric acid or a phosphonic acid, and/or includes the introduction of further ion exchange groups, in particular acidic sulfonic acid and/or acidic phosphonic acid groups. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am geblendeten Polymergemisch Anionenaustauschergruppen generiert werden.Procedure according to one of the Claims 13 until 16 , characterized in that anion exchange groups are generated on the blinded polymer mixture. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Generierung von Anionenaustauschergruppen durch die Alkylierung (Quaternisierung) von in dem geblendeten Polymergemisch enthaltenen beliebigen tertiären N-basischen Gruppen und/oder durch die Reaktion von in dem geblendeten Polymergemisch enthaltenen Halomethylgruppen der Form CH2Hal mit Hal = CI, Br, I mit tertiären N-basischen Gruppen erfolgt.Procedure according to Claim 17 , characterized in that the generation of anion exchange groups by the alkylation (quaternization) of any tertiary N-basic groups contained in the blended polymer mixture and / or by the reaction of halomethyl groups of the form CH 2 Hal with Hal = CI contained in the blended polymer mixture, Br, I with tertiary N-basic groups. Stoff, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche.Substance produced by a method according to any one of the preceding claims. Membran, umfassend oder bestehend aus einem Stoff nach Anspruch 19.Membrane, comprising or consisting of a substance according to Claim 19 . Membran nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke weniger als 100 µm, insbesondere weniger als 75 µm, bevorzugt weniger als 50 µm beträgt.Membrane after Claim 20 , characterized in that the thickness is less than 100 µm, in particular less than 75 µm, preferably less than 50 µm. Verwendung einer Membran nach Anspruch 20 oder 21 in einer Brennstoffzelle, insbesondere in einer Niedertemperaturbrennstoffzelle und/oder in einer Direktalkohol-Brennstoffzelle, oder in einer Batterie, insbesondere in einer Redox-Flow-Batterie, oder in einem elektrochemischen Prozess, insbesondere in einem Elektrolyse-Prozess oder in einem Elektrosynthese-Prozess, bevorzugt in einem Wasserelektrolyse-Prozess, und/oder als Protonenaustauschermembran.Using a membrane Claim 20 or 21 in a fuel cell, in particular in a low-temperature fuel cell and/or in a direct alcohol fuel cell, or in a battery, in particular in a redox flow battery, or in an electrochemical process, in particular in an electrolysis process or in an electrosynthesis process, preferably in a water electrolysis process, and/or as a proton exchange membrane.
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