Verfahren zur Herstellung von Salzen mit Monoflurtricyanoborat-
Anionen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsalzen mit Monofluortricyanoborat-Anionen aus Alkalimetalltetrafluorboraten.
Alkalimetallsalze mit Monofluortricyanoborat-Anionen sind geeignete Startmaterialien zur Herstellung von ionischen Flüssigkeiten mit
Monofluortricyanoborat-Anionen. Die Anwendung derartiger ionischer Flüssigkeiten ist vielfältig, wie beispielsweise in WO 2004/072089 oder in WO 2012/041437 beschrieben. Sie sind beispielsweise als
Elektrolytkomponente für elektrochemische Zellen, insbesondere für Farbstoffsolarzellen, geeignet. Die Herstellung von Alkalimetallmonofluortricyanoboraten kann
beispielsweise durch Umsetzung eines Alkalimetallcyanids mit Bortrifluorid- Etherat erfolgen, wie in WO 2004/072089 beschrieben.
Alternativ können Alkalimetallmonofluortricyanoborate durch Umsetzung von einem Alkalimetalltetrafluorborat mit einem Trialkylsilylcyanid
hergestellt werden.
Die Umsetzung eines Tetrafluorborats mit Trimethylsilylcyanid wird beispielsweise in B.H. Hamilton et at., Chem. Commun., 2002, 842-843 oder in E. Bernhardt et al., Z. Anorg. Allg. Chem. 2003, 629, 677-685 beschrieben.
Das Trialkylsilylcyanid kann zur Herstellung der Alkalimetall- monofluortricyanoborate auch in situ hergestellt werden. Es sind viele Herstellungsmethoden für die Synthese von Trialkylsilylcyanid beschrieben.
Trialkylsilylcyanid kann beispielsweise aus einem Alkalimetallcyanid und einem T alkylsilylchlorid hergestellt werden. In EP 76413 wird beschrieben,
dass diese Umsetzung in Gegenwart eines Alkalimetalliodids und in Anwesenheit von N-Methylpyrrolidon durchgeführt wurde.
In EP 40356 wird beschrieben, dass diese Umsetzung in Gegenwart eines Schwermetallcyanids durchgeführt wurde.
In WO 2008/102661 wird beschrieben, dass diese Umsetzung in
Gegenwart von lod und Zinkiodid durchgeführt wurde.
In WO 2011/085966 wird beschrieben, dass diese Umsetzung in
Anwesenheit von einem Alkalimetalliodid oder -fluorid und gegebenenfalls lod erfolgen kann. Bevorzugt wird hierbei Natriumcyanid und Natriumiodid oder Kaliumcyanid und Kaliumiodid verwendet, wobei das Alkalimetalliodid bevorzugt in einer Molmenge von 0,1 mol bezogen auf 1 mol
Alkalimetallcyanid und Tnaikylsilylchlorid zugegeben wird. Generell basiert dieses Verfahren zur Herstellung auf der Beschreibung von M.T. Reetz, I. Chatziiosifidis, Synthesis, 1982, p. 330; J.K. Rasmussen, S. M. Heilmann and L.R. Krepski, The Chemistry of Cyanotrimethylsilane in G.L. Larson (Ed.)„Advances in Silicon Chemistry", Vol. 1 , p. 65-187, JAI Press Inc., 1991 oder WO 2008/102661. Es besteht jedoch weiterhin ein Bedarf nach wirtschaftlichen verbesserten alternativen Synthesemethoden, um Alkalimetallmonofluortricyanoborate herzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein verbessertes
Herstellverfahren zu entwickeln, welches von leicht zugänglichen und vergleichsweise billigen Ausgangsstoffen ausgeht, wobei gleichzeitig die Reaktionszeit reduziert und/oder die Reinheit der Endprodukte erhöht wird.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich die Reinheit des
Endprodukts erhöhen lässt und/oder sich die Reaktionszeit erniedrigen lässt, wenn die Reaktion mit einem Trialkylsilylcyanid in Anwesenheit eines Trialkylchlorsilans, Trialkylbromsilans und/oder Trialkyliodsilans stattfindet.
Der Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I
[Me]+ [BF(CN)3]- I.
wobei
Me ein Alkalimetall bedeutet,
durch Umsetzung einer Verbindung der Formel II
wobei Me1 ein Alkalimetall bedeutet, das gleich oder verschieden zu Me sein kann, und
n 2, 3 oder 4 bedeutet,
mit einem Trialkylsilylcyanid in Gegenwart eines Trialkylsilylchlorids, Trialkylsilylbromids und/oder Tnalkylsilyliodids, wobei die Alkylgruppen des Trialkylsilylcyanids oder des Trialkylsilylhalogenids jeweils unabhängig voneinander eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 10 C- Atomen bedeuten,
wobei die Bedingungen der Umsetzung derart gewählt werden, dass sowohl der Wassergehalt als auch der Sauerstoffgehalt maximal 1000 ppm betragen, und anschließendem Metallkationenaustausch, für den Fall, dass Me1 nicht Me entspricht.
Alkalimetalle sind die Metalle Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium oder Rubidium. In Verbindungen der Formel I ist Me bevorzugt Natrium oder Kalium, besonders bevorzugt Kalium.
Demzufolge ist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt zur Synthese von Natriummonofluortricyanoborat oder Kaliummonofluortricyanoborat geeignet.
Die Verbindungen der Formel II sind kommerziell erhältlich, insbesondere für Verbindungen der Formel II mit n = 4, oder sie sind durch bekannte Syntheseverfahren zugänglich. Die Herstellung der Verbindungen der Formel II mit n = 2 und n = 3, wie zuvor beschrieben oder bevorzugt beschrieben, kann beispielsweise durch Umsetzung eines Alkalimetallcyanids mit Bortrifluorid-Etherat erfolgen, wie in WO 2004/072089 beschrieben. In den Verbindungen der Formel II kann Me1 ein Alkalimetall sein, ausgewählt aus der Gruppe Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium oder Rubidium, welches unabhängig vom Alkalimetall des Endprodukts der Formel I gewählt wird. Me1 in Formel II kann gleich oder verschieden zu Me in Formel I sein.
In Verbindungen der Formel II ist Me1 bevorzugt Natrium oder Kalium. In Verbindungen der Formel II ist Me1 besonders bevorzugt Natrium.
Eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 10 C-Atomen ist beispielsweise Methyl, Ethyl, n-Propyl, /'so-Propyl, n-Butyl, sec-Butyl, tert- Butyl, A7-Pentyl, A7-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, Ethyl-hexyl, n-Nonyl oder n- Decyl.
Trialkylsilylcyanide sind kommerziell erhältlich oder sind nach bekannten Syntheseverfahren zugänglich.
Die Alkylgruppen des Trialkylsilylcyanids können gleich oder verschieden sein. Die Alkylgruppen des Trialkylsilylcyanids haben 1 bis 10 C-Atome, bevorzugt 1 bis 8 C-Atome, besonders bevorzugt 1 bis 4 C-Atome. Die Alkylgruppen des Trialkylsilylcyanids sind bevorzugt gleich, wenn es sich um Alkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen handelt. Eine Alkylgruppe des Trialkylsilylcyanids ist bevorzugt verschieden, wenn es sich um eine Alkylgruppe von 5 bis 10 C-Atomen oder von 5 bis 8 C-Atomen handelt.
Geeignete Beispiele von Trialkylsilylcyaniden sind Trimethylsilylcyanid, Triethylsilylcyanid, Triisopropylsilylcyanid, Tripropylsilylcyanid,
Octyldimethylsilylcyanid, Butyldimethylsilylcyanid, f-Butyldimethylsilylcyanid oder Tributylsilylcyanid.
Besonders bevorzugt wird Trimethylsilylcyanid verwendet, welches käuflich zu erwerben ist oder auch in situ hergestellt werden kann.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Trialkylsilylcyanid, wie zuvor beschrieben oder als bevorzugt beschrieben oder ausgewählt aus der Gruppe Trimethylsilylcyanid, Triethylsilylcyanid, Triisopropylsilylcyanid, Tripropylsilylcyanid, Octyldimethylsilylcyanid, Butyldimethylsilylcyanid, t- Butyldimethylsilylcyanid oder Tributylsilylcyanid, nicht in situ hergestellt. Das Trialkylchlorsilan, Trialkylbromsilan oder Trialkyliodsilan ist kommerziell erhältlich oder kann über Standardverfahren hergestellt werden.
Trialkylbromsilan oder Trialkyliodsilan können in situ aus einem
Trialkylchlorsilan und einem Alkalimetallbromid oder Alkalimetalliodid hergestellt werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Trialkylsilylchloride (oder synonym dazu Trialkylchlorsilane), Trialkylsilylbromide (synonym dazu Trialkylbromsilane) und/oder Trialkylsilyliodide (synonym dazu
Trialkyliodsilane) haben Alkylgruppen, die jeweils unabhängig voneinander linear oder verzweigt sind und 1 bis 10 C-Atome haben.
Die Alkylgruppen des Trialkylsilylhalogenids können gleich oder
verschieden sein. Die Alkylgruppen des Trialkylsilylhalogenids haben bevorzugt 1 bis 8 C-Atome, besonders bevorzugt 1 bis 4 C-Atome. Die Alkylgruppen des Trialkylsilylhalogenids sind bevorzugt gleich, wenn es sich um Alkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen handelt. Eine Alkylgruppe des
Trialkylsilylhalogenids ist bevorzugt verschieden, wenn es sich um eine Alkylgruppe von 5 bis 10 C-Atomen oder von 5 bis 8 C-Atomen handelt.
Bevorzugt ist das Trialkylsilylhalogenid ein Trialkylsilylchlorid.
Geeignete Trialkylsilylchloride sind Trimethylsilylchorid (oder synonym dazu Trimethylchlorsilan), Triethylsilylchlorid, Triisopropylsilylchlorid,
Tripropylsilylchlorid, Octyldimethylsilylchlorid, Butyldimethylsilylchlorid, t- Butyldimethylsilylchlorid oder Tributylsilylchlorid. Besonders bevorzugt wird Trimethylsilylchlorid verwendet. Ganz besonders bevorzugt wird
Trimethylsilylchlorid allein verwendet.
Geeignete Trialkylbromsilane sind Trimethylbromsilan (oder synonym dazu Trimethylsilylbromid), Triethylsilylbromid, Triisopropylsilylbromid,
Tripropylsilylbromid, Octyldimethylsilylbromid, Butyldimethylsilylbromid, t- Butyldimethylsilylbromid oder Tributylsilylbromid. Besonders bevorzugt wird Trimethylsilylbromid im Gemisch mit Trimethylsilylchlorid verwendet.
Geeignete Trialkyliodsilane sind Trimethyliodsilan (oder synonym dazu Trimethylsilyliodid), Triethylsilyliodid, Triisopropylsilyliodid,
Tripropylsilyliodid, Octyldimethylsilyliodid, Butyldimethylsilyliodid, f- Butyldimethylsilyliodid oder Tributylsilyliodid. Besonders bevorzugt wird Trimethylsilyliodi im Gemisch mit Trimethylsilylchlorid verwendet. Besonders bevorzugt wird das Trialkylsilylhalogenid bzw. eine Mischung von Trialkylsilylhalogeniden, wie zuvor beschrieben oder als bevorzugt beschrieben, in einer Gesamtmenge von 1 bis 20 mol% eingesetzt, bezogen auf die Menge des eingesetzten Trialkylsilylcyanids. Besonders bevorzugt wird das Trialkylsilylhalogenid bzw. eine Mischung von
Trialkylsilylhalogeniden in einer Gesamtmenge von 3 bis 12 mol%
eingesetzt, bezogen auf die Menge des eingesetzten Trialkylsilylcyanids. Ganz besonders bevorzugt wird das Trialkylsilylhalogenid bzw. eine
Mischung von Trialkylsilylhalogeniden in einer Gesamtmenge von 7 bis 11 mol% eingesetzt, bezogen auf die Menge des eingesetzten
Trialkylsilylcyanids.
Die Reaktion kann sowohl in einer offenen als auch in einer geschlossenen Vorrichtung erfolgen.
Es ist bevorzugt, die Startmaterialien in einer Inertgasatmosphäre zu mischen, deren Sauerstoffgehalt maximal 1000 ppm ist. Es ist besonders bevorzugt, wenn der Sauerstoffgehalt kleiner 500ppm ist, ganz besonders bevorzugt maximal 100 ppm ist.
Der Wassergehalt der Reagenzien sowie der Inertgasatmosphäre beträgt maximal 1000 ppm. Es ist besonders bevorzugt, wenn der Wassergehalt der Reagenzien sowie der Atmosphäre kleiner 500 ppm ist, ganz
besonders bevorzugt maximal 100 ppm ist.
Die Bedingungen hinsichtlich des Wassergehalts und des Sauerstoffgehalts gelten nicht für die Aufarbeitung nach erfolgreicher Umsetzung der
Verbindung der Formel II mit dem Trialkylsilylcyanid.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren, wie zuvor beschrieben, wobei das Trialkylsilylhalogenid oder eine Mischung von Trialkylsilylhalogeniden in einer Gesamtmenge von 1 bis 20 mol%
eingesetzt wird, bezogen auf die Menge des eingesetzten
Trialkylsilylcyanids.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es weiterhin bevorzugt, wenn sich der Umsetzung der Reaktionspartner ein Aufreinigungsschritt anschließt, um das Endprodukt der Formel I, wie zuvor beschrieben, von
Nebenprodukten oder Reaktionsprodukten abzutrennen.
Geeignete Aufreinigungsschritte umfassen das Abtrennen von leicht flüchtigen Komponenten durch Destillation oder Kondensation, eine
Extraktion mit einem organischen Lösemittel oder eine Kombination dieser
Methoden. Jede bekannte Trennmethode kann hierfür verwendet oder kombiniert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren, wie zuvor beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzung ein
Aufreinigungsschritt folgt.
Sollte ein Metallkationenaustausch nach erfolgter Umsetzung der
Verbindung der Formel II mit den angegebenen Reaktionspartnern, wie zuvor und nachfolgend beschrieben, notwendig sein, weil das
entsprechende Alkalimetallkation Me für das Zielprodukt der Formel I noch nicht im Reaktionsgemisch enthalten ist, so ist es in einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, wenn der Metallkationenaustausch während des Aufreinigungsschrittes stattfindet.
Bevorzugt ist der Metallkationenaustausch ein
Alkalimetallkationenaustausch.
Eine bevorzugte Methode für den Metallkationenaustausch oder bevorzugt den Alkalimetallkationenaustausch, ist beispielsweise die Umsetzung der erhaltenen Reaktionsmischung mit einem entsprechenden Carbonat (Me)2C03 und/oder einem entsprechenden Hydrogencarbonat MeHC03, wobei Me dem Alkalimetall Me des gewünschten Endprodukts der Formel I entspricht.
Bevorzugt wird das aus der Umsetzung erhaltene Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur gekühlt und alle flüchtigen Komponenten werden im Vakuum abgetrennt. Der erhaltene Feststoff wird anschließend
vorzugsweise mit wässriger Wasserstoffperoxid-Lösung (35%),
gegebenenfalls Wasser, und dem entsprechenden Carbonat (Me)2C03 und/oder dem entsprechenden Hydrogencarbonat MeHC03 versetzt, wobei Me dem Alkalimetall Me des gewünschten Endprodukts der Formel I entspricht. Anschließend wird das überschüssige Peroxid durch Zugabe eines entsprechenden Alkalimetalldisulfits zersetzt und mit einem
geeigneten organischen Lösemittel extrahiert.
Geeignete Lösemittel sind Ether, wie Tetrahydrofuran, Diethylether, Methyl- t-Butylether oder Dimethoxyethan, oder Aceton. Besonders bevorzugt wird Tetrahydrofuran oder Aceton verwendet. Das Alkalimetall im
entsprechenden Disulfit entspricht vorzugsweise dem Alkalimetall Me des gewünschten Endprodukts der Formel I.
In einer alternativen Methode der Aufreinigung wird das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur gekühlt und unter Inertgasatmosphäre filtriert oder die überstehende Lösung abgegossen. Anschließend wird der Feststoff im Vakuum getrocknet und eventuell am Alkalimetallmonofluortricyanoborat koordiniertes Tnalkylsilylcyanid wird abgetrennt. Der verbleibende Feststoff wird danach in Wasser und Wasserstoffperoxid-Lösung aufgenommen und mit dem entsprechenden Carbonat (Me)2C03 und/oder dem
entsprechenden Hydrogencarbonat MeHCO3 versetzt, wobei Me dem Alkalimetall Me des gewünschten Endprodukts der Formel I entspricht. Die weitere Aufarbeitung erfolgt, wie zuvor beschrieben.
Unabhängig, welche Aufreinigungsmethode gewählt wird, wie zuvor beschrieben, kann das Endprodukt der Formel I durch Zugabe eines organischen Lösemittels, in dem das Endprodukt unlöslich ist, gefällt werden oder das zur Extraktion verwendete Lösemittel wird abdestilliert. Das erhaltene Endprodukt wird dann nach herkömmlichen Methoden getrocknet und charakterisiert. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben, wobei der Metallkationenaustausch, bevorzugt der Alkalimetallkationenaustausch, während des
Aufreinigungsschrittes stattfindet. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben, wobei der Metallkationenaustausch durch Umsetzung mit der Verbindung (Me2)C03 und/oder der Verbindung
MeHC03 erfolgt, wobei Me dem Alkalimetall Me des gewünschten
Endprodukts der Formel I entspricht.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie zuvor beschrieben, findet die Reaktion der Verbindung der Formel II, wie zuvor beschrieben oder nachfolgend als bevorzugt beschrieben, in Gegenwart eines organischen Lösemittels statt. Geeignete Lösemittel sind Acetonitril, Propionitril oder Benzonitril. Ein besonders geeignetes Lösemittel für die beschriebene Umsetzung ist Acetonitril.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie zuvor beschrieben, findet die Reaktion der Verbindung der Formel II, wie zuvor beschrieben oder nachfolgend als bevorzugt beschrieben, ohne ein organisches Lösemittel statt. Das Reaktionsgemisch bilden in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Verbindung der Formel II, das Trialkylsilylcyanid, das Trialkylsilylchlorid und entstehendes Trialkylsilylfluorid.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben, wobei die Reaktion der Verbindung der Formel II, wie zuvor beschrieben oder nachfolgend als bevorzugt beschrieben, in Anwesenheit eines organischen Lösemittels oder ohne ein organisches Lösemittel stattfindet. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verbindung der Formel II eingesetzt, bei der n 2 oder 4 bedeutet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben oder in seinen Ausführungsformen beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung der Formel II eingesetzt wird, in der n 2 oder 4 bedeutet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
erfindungesgemäßen Verfahrens wird eine Verbindung der Formel II eingesetzt, bei der n 4 bedeutet. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben oder in seinen Ausführungsformen beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung der Formel II eingesetzt wird, in der n 4 bedeutet. Das erfindungsgemäße Verfahren, wie zuvor beschrieben, in seinen
Ausführungsformen beschrieben oder als bevorzugt beschrieben, wird entweder in einer offenen Vorrichtung oder in einer geschlossenen
Vorrichtung durchgeführt.
Bei der Reaktionsführung in einer offenen Reaktionsapparatur als
Vorrichtung, müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um das entstehende Trialkylsilylfluorid aus der Reaktion zu entfernen. Derartige Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt. Geeignete Maßnahmen sind im Beispielteil beschrieben.
Bei der Reaktionsführung in einer geschlossenen Reaktionsapparatur als Vorrichtung findet die Umsetzung bei einem Maximaldruck von 2.5 bar statt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren, wie zuvor beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in einer offenen oder in einer geschlossenen Vorrichtung erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie zuvor beschrieben, in seinen Ausführungsformen beschrieben, oder als bevorzugt beschrieben, findet die Umsetzung der Verbindung der Formel II mit Trialkylsilylcyanid in Anwesenheit von einem Trialkylsilylhalogenid oder einer Mischung von Trialkylsilylhalogeniden bei einer Reaktionstemperatur
von 50°C bis 120°C statt. Bevorzugt findet die Reaktion bei 60°C bis 100°C statt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren, wie zuvor beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der
Verbindung der Formel II mit Trialkylsilylcyanid bei einer Temperatur von 50°C bis 120°C stattfindet.
Die erhaltenen Stoffe werden Mittels NMR Spektren charakterisiert. Die NMR-Spektren werden an Lösungen in deuteriertem Aceton-D6 oder in CD3CN an einem Bruker Avance 200 Spektrometer mit Deuterium-Lock gemessen. Die Messfrequenzen der verschiedenen Kerne sind: 1H (199.93 MHz), 19F (188.09 MHz), 11B (64.14 MHz). Die Referenzierung erfolgt mit externer Referenz: 1H-NMR: TMS (Restprotonensignal von Aceton-D6: 2.05 ppm); 19F-NMR: CICF3, 11B-NMR: BF3-Etherat.
Beispiel 1 : Synthese von Natriummonofluortricyanoborat; Na[BF(CN)3]
(CH3)3SiCI, cat.
Na[BF4] + 3 (CH3)3SiCN - Na[BF(CN)3] + 3 (CH3)3SiF
0 g (100 mmol) Natriumtetrafluorborat, Na[BF4], wird in einem Kolben mit PTFE-Spindel (Young, London) vorgelegt. 100 mL der Mischung von Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN (75 mol%), Trimethylsilylclorid, (CH3)3SiCI (15 mol%) und Trimethylsilylfluorid, (CH3)3SiF (10 mol%) (diese und ähnliche Mischungen werden aus den hier beschriebenen Reaktionen bei der Aufarbeitung zurückgewonnen) wird zum Natriumtetrafluorborat zugegeben. Der Kolben wird geschlossen und die Reaktionsmischung wird für 4 Stunden bei 90°C (Ölbadtemperatur) gerührt. Danach werden 20 mL frisches Trimethylsilylcyanid und 2 ml Trimethylsilylchlorid zugegeben und die Reaktionsmischung wird weitere 5 Stunden bei 80°C (Ölbadtemperatur) gerührt.
Danach werden alle flüchtigen Substanzen abdestilliert und der Rückstand wird im Vakuum bei 60°C einen Tag getrocknet. Man erhält 13.1 g (100 mmol) Na[BF(CN)3].
Die 19F- and 11B-NMR-Spektren sind mit denjenigen des Beispiels 2 identisch.
Beispiel 2: Synthese von Kaliummonofluortricyanoborat; K[BF(CN)3]
(CH3)3SiCI, cat. K O,
Na[BF4] + 3 (CH3)3SiCN - Na[BF(CN)3] - K[BF(CN)3]
- 3 (CH3)3SiF
20.0 g (182 mmol) Natriumtetrafluorborat, Na[BF4], und 200 mL (1.5 mol) of Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN werden vorgelegt und 20 mL (158 mmol) Trimethylchlorsilan, (CH3)3SiCI, werden zu dieser Suspension gegeben. Die Reaktionsmischung wird für 96 Stunden unter Rückfluss erhitzt
(Ölbadtemperatur 65°C bis 95°C). Danach werden alle flüchtigen
Substanzen im Vakuum abdestilliert. Die Mischung von
Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN, Trimethylsilylchlorid, (CH3)3SiCI und Trimethylsilylfluorid, (CH3)3SiF wird in einer Kühlfalle gesammelt und kann analog zu der Mischung in Beispiel 1 in einer zweiten Synthese eingesetzt werden. Der Rückstand wird in 100 mL Wasser aufgenommen und vorsichtig mit Wasserstoffperoxid H2O2 (37%ige Lösung, ca. 200 ml) und K2C03 (ca. 100 g) versetzt, bis die Lösung praktisch nicht mehr gefärbt ist. Der Überschuss an Peroxid wird durch Zugabe von K2S2O5 zerstört. Das Wasser wird abdestilliert und der erhaltene Rückstand wird mit Aceton extrahiert (3 x 100 mL). Die vereinten organischen Phasen werden auf 50 mL reduziert und danach wird so lange Dichlormethan zugegeben, bis K[BF(CN)3] ausfällt. Nach Filtration und Trocknen im Vakuum erhält man 19.8 g (134.8 mmol) K[BF(CN)3]. Die Ausbeute beträgt 74%, basierend auf Natriumtetrafluorborat.
19F-NMR (Lösemitel: Aceton-D6), δ, ppm: -212.08 q, 1JH B,I9F = 44.4 Hz. 11B-NMR (Lösemittel: Aceton-D6), δ, ppm: -17.88 d, 1JH B.I9F = 44.4 Hz.
Die Spektren entsprechen denjenigen aus der Literatur [E. Bernhardt, M. Berkei, H. Willner, M. Schürmann, Z. Anorg. Allg. Chem., 2003, 629, 677- 685]. Elementaranalyse:
gefunden,%: C 24.53, H 0.00, N 27.86;
berechnet für C3BFN3K, %: C 24.52, H 0.00, N 28.59.
Beispiel 3: Synthese von Kaliummonofluortricyanoborat; K[BF(CN)3] e3SiCI (cat.)
1. Na[BF4] + 4 Me3SiCN 1— Na[BF(CN)3] Me3SiCN + 3 e3
Me3SiCN, 6 h, ,
100 °C 50 °caCUUm'l " <CH3>3SiCN
Na[BF(CN)3]
2. Na[BF(CN)3] + 0.5 K2C03 +- K[BF(CN)3] + 0.5 Na2C03
A)
Aufbau der Apparatur:
Ein 2-L-Dreihalskolben wird mit Rührfisch, Gasventil, Innenthermometer und Rückflußkühler (Nr. 1 , Kühlmitteltemperatur mit Kryostat auf 25 °C eingestellt.) bestückt. Die Temperatur sollte nicht niedriger als 25 °C sein, da sonst (CH3)3SiF zurückfließt und das Reaktionsgemisch zu stark abkühlt; und nicht höher, da sonst das katalytisch wirkende (CH3)3SiCI aus dem Reaktionsgemisch durch den Rückflußkühler austritt. Von diesem Rückflußkühler wird ein Schlauch zu einem weiteren Rückflußkühler (Nr. 2, Kühlmitteltemperatur 10 °C) geführt, um das durch den Rückflußkühler Nr. 2 austretende (CH3)3SiF) zu kondensieren. Dieser mündet in einen 500-mL- Zweihalskolben mit Blasenzähler/Rückschlagventil. Der 500-mL- Zweihalskolben wird mit einem Eisbad auf 0 °C gekühlt. Als
Wärmeüberträger wirde eine Aluminiumschale (Heat-On-Aufsatz, Fa.
Heidolph) verwendet.
Durchführung:
In einem 2-L-Dreihalskolben wird Natriumtetrafluoroborat, Na[BF4] (50 g, 0.455 mol) vorgelegt, gründlich sekuriert und anschließend wird im Ar- Gegenstrom (CH3)3SiCN (1.0 L, 7.5 mol) eingefüllt. Die Suspension wird mit (CH3)3SiCI (50 ml_, 396 mmol) versetzt und das Reaktionsgemisch für 6 Stunden erhitzt. Die Temperatur der Aluminiumschale wird auf 100 °C eingestellt. Die Temperatur des Reaktionsgemisches beträgt etwa 80-85 °C. Durch den Rückflußkühler (Nr. 1 , 25 X) abgeleitetes (CH3)3SiF wird mit einem Rückflußkühler (Nr. 2, 10 X) kondensiert und in dem 500-mL- Zweihalskolben bei 0 X aufgefangen. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur werden alle flüchtigen Bestandteile der rötlichen Suspension im Vakuum (etwa 10"1-10"2 mbar) abdestilliert. Der erhaltene, dunkelrote Feststoff wird im Feinvakuum bei 50 X bis zu einem Enddruck von 10"3 mbar getrocknet und dann in wässriger Wasserstoffperoxid-Lösung (35%ig, 50 mL) aufgenommen und sukzessive mit K2C03 (80 g) versetzt. Anschließend wird überschüssiges Peroxid durch Zugabe von Kaliumdisulfid zersetzt und dann mit THF (3 χ 80, 3 * 50) extrahiert. Die vereinten THF-Phasen werden mit K2CO3 getrocknet und anschließend mit einem
Rotationsverdampfer (Badtemperatur 50 X) bis auf ein Restvolumen von etwa 30-40 mL eingeengt. Durch Zugabe von CH2CI2 (100 mL) wird farbloses K[BF(CN)3] ausgefällt. Dieses wird abfiltriert (Pore 4) und im Feinvakuum (10"3 mbar) getrocknet.
Die Ausbeute an K[BF(CN)3] beträgt 49.8 g (0.338 mmol), 74 % bezogen auf das eingesetzte Borat. 19F-NMR ( Lösemitel: Aceton-D6))( δ, ppm: -212.08 q, (1J11B,I9F = 44.4 Hz). 11B-NMR ( Lösemitel: Aceton-D6), δ, ppm: -17.88 d, ( 1JnB.i9F = 44.4 Hz).
B)
Aufbau der Apparatur:
Ein 2-L-Dreihalskolben wird mit Rührfisch, Tropftrichter mit Gasventil,
Innenthermometer und Rückflußkühler (Kühlmitteltemperatur mit Kryostat auf 25 X eingestellt.) bestückt. Die Temperatur sollte nicht niedriger sein,
da sonst (CH3)3SiF zurückfließt und das Reaktionsgemisch zu stark abkühlt, und nicht höher, da sonst das katalytisch wirkende (CFb SiCI aus dem Reaktionsgemisch austritt. Durchführung:
In dem 2-L-Dreihalskolben wird Natriumtetrafluoroborat, Na[BF4] (100 g, 91 1 mmol) vorgelegt, sekuriert und anschließend wird im Ar-Gegenstrom Tnmethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN (1.2 L, 9.0 mol) eingefüllt. Die Suspension wird auf 50 °C erwärmt und dann mit Trimethylchlorsilan, (CH3)3SiCI (50 mL, 396 mmol) versetzt. Das Reaktionsgemisch wird für 1 Stunde bei 50 °C gerührt und anschließend wird die Temperatur des Reaktionsgemisches auf bis zu 85 °C erhöht. Während des Aufheizens wird weiteres (CH3)3SiCI (50 mL, 396 mmol) zugetropft und für 5 Stunden gerührt. Das gebildete (CH3)3SiF wird durch den Rückflußkühler abgeleitet. Nach beendeter Reaktion werden alle flüchtigen Bestandteile des Reaktionsgemisches bei vermindertem Druck (etwa 10"1-10"2 mbar) abdestilliert. Der erhaltene, braune Feststoff wird im Feinvakuum bei 50 °C bis zu einem Enddruck von 10 3 mbar getrocknet und dann in wässriger Wasserstoffperoxid-Lösung (35%ig, 100 mL) aufgenommen und sukzessive mit K2CO3 (150 g) versetzt. Anschließend wird überschüssiges Peroxid durch Zugabe von
Kaliumdisulfid zersetzt und dann mit THF (5 * 80, 5 χ 50) extrahiert. Die vereinten THF-Phasen werden mit K2CO3 getrocknet und anschließend mit einem Rotationsverdampfer (Badtemperatur 50 °C) bis auf ein Restvolumen von etwa 40-50 mL eingeengt. Durch Zugabe von CH2CI2 (150 mL) wird farbloses K[BF(CN)3] ausgefällt. Dieses wird abfiltriert (Pore 4) und im Feinvakuum (10 3 mbar) getrocknet.
Die Ausbeute an K[BF(CN)3] beträgt 107.6 g (732 mmol), entsprechend 80
% bezogen auf das eingesetzte Borat.
Die NMR-Daten entsprechen den oben genannten Daten.
Beispiel 4: Synthese von Kaliummonofluortricyanoborat; K[BF(CN)3]
1. Na[BF4] + Me3SiCN Me3SlCI (""·> ^ Na[BF(CN)3] Me3SiCN + 3 Me3SiF
Me3SiCN, 4.5-6 h, ι
100 o^aCUUm' - (CH3)3SiCN
80 C
Na[BF(CN)3]
2. Na[BF(CN)3] + 0.5 K2C03 »► K[BF(CN)3] + 0.5 Na2C03
A)
In einem 1-L-Rundkolben mit Glasventil und Teflonspindel (Young, London) wird Natriumtetrafluoroborat, Na[BF4] (52.5 g, 0.478 mol) vorgelegt und sekuriert. Im Argon-Gegenstrom werden Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN (500 mL, 3.75 mol) und Trimethylchlorsilan, (CH3)3SiCI (50.0 mL, 0.396 mol) zugegeben und die Suspension unter Rühren für eine Stunde auf 50 °C erwärmt. Dann wird die Gasphase über dem Reaktionsgemisch im
Vakuum entfernt, bis das Reaktionsgemisch zu Sieden beginnt.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf für 4.5 Stunden im
verschlossenen Kolben auf 100 °C erhitzt. Der gemessene Druck beträgt bis zu 2.5 bar. Die erkaltete Suspension wird anschließend inert filtriert (Pore 4) und der leicht rosa Feststoff (Na[BF(CN)3]* NCSi(CH3)3) im
Feinvakuum (10"3 mbar) bei bis zu 80 °C von dem koordinierten
Trimethylsilylcyanid befreit. Das erhaltene Rohprodukt Na[BF(CN)3] wird in Wasser (20 mL) aufgenommen und mit wässriger Wasserstoffperoxid- Lösung (35%ig, 30 mL) versetzt. Das rötliche Gemisch wird sukzessive mit 2C03 (80 g) versetzt, überschüssiges Peroxid wird durch Zugabe von Kaliumdisulfid zersetzt Anschließend wird mit THF (7 χ 80 mL) extrahiert. Die vereinten THF-Phasen werden mit K2C03 getrocknet und anschließend mit einem Rotationsverdampfer (Badtemperatur 50 °C) bis auf ein Restvolumen von etwa 30 mL eingeengt. Durch Zugabe von CH2CI2 (150 mL) wird farbloses K[BF(CN)3] ausgefällt. Dieses wird abfiltriert (Pore 4) und im Feinvakuum getrocknet.
Die Ausbeute an K[BF(CN)3] beträgt 54.4 g (0.370 mmol), entsprechend 77
% bezogen auf das eingesetzte Borat.
Die NMR-Daten entsprechen den oben genannten Daten.
B)
In einem 2-L-Rundkolben mit Glasventil und einer gasdichten
Rührkupplung mit KPG-Antrieb und PTFE-ummantelter Rührwelle (Bola von Bohlender, Grünsfeld) wird Natriumtetrafluoroborat, Na[BF4] (120.0 g, 1.09 mol) vorgelegt und sekuriert. Im Argon-Gegenstrom werden
Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN (1.3 L, 9.75 mol) und Trimethylchlorsilan, (CH3)3SiCI (100.0 mL, 0.792 mol) zugegeben. Die Suspension wird für eine Stunde auf 50 °C erwärmt. Bei 50 °C wird das Ventil kurz geöffnet, um die gasförmigen Bestandteile (Ar, (CH3)3SiF) zu entfernen. Danach wird das Reaktionsgemisch für 6 Stunden im verschlossenen Kolben auf 100 °C erhitzt. Der gemessene Druck beträgt bis zu 2.5 bar. Die erkaltete
Suspension wird anschließend inert filtriert (Pore 4) und der leicht rosa Feststoff (Na[BF(CN)3] NCSi(CH3)3) im Feinvakuum (10"3 mbar) bei bis zu 80 °C von dem koordinierten Trimethylsilylcyanid befreit. Das erhaltene Rohprodukt Na[BF(CN)3] wird in Wasser (50 mL) aufgenommen und mit wässriger Wasserstoffperoxid-Lösung (35%ig, 50 mL) versetzt. Das rötliche Gemisch wird sukzessive mit «2CO3 (150 g) versetzt, überschüssiges Peroxid wird durch Zugabe von Kaliumdisulfid zersetzt Anschließend wird mit THF (10 * 80 mL) extrahiert. Die vereinten THF-Phasen werden mit 2C03 getrocknet und anschließend mit einem Rotationsverdampfer (Badtemperatur 50 °C) bis auf ein Restvolumen von etwa 50 mL eingeengt. Durch Zugabe von CH2CI2 (200 mL) wird farbloses K[BF(CN)3] ausgefällt. Dieses wird abfiltriert (Pore 4) und im Feinvakuum getrocknet.
Die Ausbeute an K[BF(CN)3] beträgt 125.4 g (0.85 mmol), entsprechend 78 % bezogen auf das eingesetzte Borat.
Die NMR-Daten entsprechen den oben genannten Daten.
Beispiel 5: Synthese von Kaliummonofluortricyanoborat; K[BF(CN)3]
e3SiCI (cat.)
1. Na[BF4] + 4 Me3SiCN *► Na[BF(CN)3] Me3SiCN + 3 Me3SiF
Me3SiCN, 2 h,
100 °C
H202
2. Na[BF(CN)3] e3SiCN + 0.5 K2C03 *► K[BF(CN)3] + 0.5 Na2C03
- e3SiCN
In einem Kolben mit einem Glasventil und einer PTFE-Spindel (Young, London) sowie einem Magnetrührfisch wird Natriumtetrafluoroborat,
Na[BF4] (20.0 g, 182 mmol) im Feinvakuum getrocknet und anschließend in Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN (220.0 mL, 1.65 mol) aufgenommen. Der Suspension wird Trimethylchlorsilan, (CH3)3SiCI (15.0 mL, 119 mmol) zugegeben und das Reaktionsgemisch wird anschließend im
verschlossenen Kolben für 2 Stunden auf 100 °C erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionslösung von dem kristallinen
Niederschlag (Na[BF(CN)3]»TMSCN) abgegossen. Der zurückgebliebene Feststoff wird im Feinvakuum (10"3 mbar) bei Raumtemperatur getrocknet und anschließend in Wasser (15 mL) aufgenommen. Die Lösung wird mit K2C03 und H202 (35%ig, 5 mL) versetzt und 1 Stunde bei RT
(Raumtemperatur) gerührt. Anschließend wird die Lösung mit einem
Rotationsverdampfer bis zur Trockne eingeengt und der Rückstand in THF (50 mL) aufgenommen. Die THF-Phase wird mit K2CO3 getrocknet, filtriert und das Filtrat im Vakuum bis zur Trockne eingeengt. Der erhaltene farblose Feststoff (K[BF(CN)3]) wird über Nacht im Feinvakuum (10"3 mbar) getrocknet.
Die Ausbeute an K[BF(CN)3] beträgt 21.46 g (146 mmol), entsprechend 80 % bezogen auf das eingesetzte Borat.
Elementaranalyse K[BF(CN)3]:
berechnet, %: C, 24.52; H, 0.00; N, 28.59
gefunden, %: C, 24.96; H, 0.00; N, 28.18
Die NMR-Daten entsprechen den oben genannten Daten.
Beispiel 6: Synthese von Kaliummonofluortricyanoborat; K[BF(CN)3] e3SiCI (cat.) _
K[BF2(CN)2] + Me3SiCN Me3SiCN 2,3 h K[BF(CN)3] + Me3SiF
100 °c
A)
In einem Kolben mit einem Glasventil und einer PTFE-Spindel (Young, London) sowie einem Magnetrührfisch wird Kaliumdifluorodicyanoborat, K[BF2(CN)2] (1.0 g, 7.14 mmol) in Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN (12.0 mL, 89.98 mmol) aufgenommen und anschließend mit Trimethylchlorsilan, (CH3)3SiCI (1.0 mL, 7.91 mmol) versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 2 Stunden im verschlossenen Kolben auf 100 °C erhitzt und anschließend im Vakuum (3*103 mbar) bis zur Trockne eingeengt. Der zurückbleibende Feststoff wird in H202 (35%ige wässrige Lösung, 10 mL) aufgenommen und die Lösung mit K2CO3 (3 g) versetzt. Nach 1 Stunde werden alle flüchtigen Bestandteile im Vakuum entfernt und der erhaltene Feststoff in Aceton (15 mL) suspendiert. Die Suspension wird mit K2C03 (5 g) getrocknet und filtriert (Fritte Pore 4). Das Filtrat wird im Vakuum auf etwa 3 mL eingeengt und durch Zugabe von CH2CI2 (15 mL) wird K[BF(CN)3] ausgefällt. Dies wird abfiltriert und im Feinvakuum (3 < 0"3 mbar) getrocknet.
Die Ausbeute an K[BF(CN)3] beträgt 0.9 g (6.12 mmol), 86% bezogen auf das eingesetzte Borat.
Die NMR-Daten entsprechen den oben genannten Daten.
B)
In einem Kolben mit einem Glasventil und einer PTFE-Spindel (Young, London) sowie einem Magnetrührfisch wird Kaliumdifluorodicyanoborat, K[BF2(CN)2] (5.0 g, 35.73 mmol) in Trimethylsilylcyanid, (CH3)3SiCN (24.0 mL, 179.97 mmol) aufgenommen und anschließend mit Trimethylchlorsilan, (CH3)3SiCI (1.6 mL, 12.66 mmol) versetzt. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden im verschlossenen Kolben auf 100 °C erhitzt und anschließend im Vakuum (3x103 mbar) bis zur Trockne eingeengt. Der zurückbleibende Feststoff wird in H202 (35%ige wässrige Lösung, 20 mL) aufgenommen und
die Lösung mit K2CO3 (10 g) versetzt. Nach 1 Stunde werden alle flüchtigen Bestandteile im Vakuum entfernt und der erhaltene Feststoff mit THF (3x15 mL) extrahiert. Die Suspension wird mit K2CO3 (5 g) getrocknet und filtriert (Fritte Pore 4). Das Filtrat wird im Vakuum auf etwa 3-4 mL eingeengt und durch Zugabe von CHCI3 (30 mL) wird K[BF(CN)3] ausgefällt. Dies wird abfiltriert und im Feinvakuum (3*10~3 mbar) getrocknet.
Die Ausbeute an K[BF(CN)3] beträgt 4.4 g (29.94 mmol), 84% bezogen auf das eingesetzte Borat.
Die NMR-Daten entsprechen den oben genannten Daten.