JP2002500678A - 過弗素化されたスルホン塩類、およびイオン性伝導材料としてのそれらの使用 - Google Patents
過弗素化されたスルホン塩類、およびイオン性伝導材料としてのそれらの使用Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.少なくとも1種のイオン性化合物を溶媒中溶液状で含むイオン性組成物であ って、該化合物が組み合わせ物の電気中性度を確実にするのに充分な数の少なく とも1種のカチオン性部分Mm+と会合するアニオン性部分を含み、該組成物はそ れが−30℃〜150℃の間の温度で10-5S・cm-1より大きい伝導率を有す ること、Mm+がプロトン、ヒドロニウム、ヒドロキソニウム、ニトロソニウムN O+、アンモニウムNH4 +または金属カチオン、有機カチオンもしくは有機金属 カチオンから選択される原子価mを有するカチオンであること、並びにアニオン 部分が式XF−SOx−C-(Z)(Z’)、XF−SOx−C-(YR)(Y’R’)、 またはXF−SOx−C-(Z)(YR)の1種に相当することにより特徴づけられ ており、ここで −xは1または2であり、 −XFはアルキル、アルキルアリール、オキサアルキル、アザ−アルキル、チア −アルキル、アルケニル、オキサ−アルケニル、アザ−アルケニル、チア−アル ケニルもしくはジアルキルアゾタイプの線状、分枝鎖状もしくは環式の過ハロゲ ン化された基よりなる群からまたはSOx基に対するα炭素か少なくとも1個の Fを有する有機基よりなる群から選択される1価または多価の基を表し、多価XF 基は1個より多い−SOxC−基に結合されると理解され、 −ZおよびZ’は、互いに独立して、1価または多価の電子−吸引基を表し、多 価のZおよびZ’基は環の一部を形成できるかまたは数個の−C−SOx−XF基 に結合できると理解され、 −YまたはY’はスルホニル、スルフィニル、カルボニルまたはホスホニル基を 表し、 −Rは1価または多価の有機基であり、そしてR’はHまたは1価または多価の 有機基であり、x=2である時にはRおよびR’はペルフルオロアルキル以外で あり、 置換基R、R’、ZまたはZ’の各々は芳香族もしくは非芳香族環または重合体 の一部を形成することができること、並びに置換基XF、R、R’、ZまたはZ ’の各々が同じアニオン性中心C-によりまたは他のアニオン性中心により担持 される置換基XF、R、R’、ZまたはZ’に結合可能であることが理解される 、イオン性組成物。 2.イオン性化合物のカチオンがアルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチ オン、2価もしくは3価状態の遷移金属カチオン、並びに希土類カチオンから選 択される金属カチオンであることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン 性組成物。 3.イオン性化合物のカチオンが有機金属カチオンまたはホスフィンタイプの配 位子により錯化された遷移金属のカチオンであり、該カチオンが場合により重合 体連鎖の一部を形成してもよいことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオ ン性組成物。 4.イオン性化合物のカチオンがR”3O+(オニウム)、NR”4 +(アンモニウム) 、R”C(NHR”2)2 +(アミジニウム)、C(NHR”2)3 +(グアニジニウム) 、C5NR”6N+(ピリジニウム)、C3R”5N2 +(イミダゾリニウム)、C2R”4 N3 +(トリアゾリウム)、C3NR”7N2 +(イミダゾリニウム)、SR”3 +(スルホ ニウム)、PR”4 +(ホスホニウム)、IR”2 +(ヨードニウム)または(C6R”5 )3C+(カルボニウム)カチオンよりなる群から選択される有機カチオンであ り、R”基は独立してHまたは過弗素化されていない有機基を表すことを特徴と する、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。 5.同一もしくは異なるR”基が −プロトン、アルキル、アルケニル、オキサ−アルキル、オキサ−アルケニル、 アザ−アルキル、アザ−アルケニル、チア−アルキル、チア−アルケニル、場合 により加水分解可能なシラ−アルキルまたは場合により加水分解可能なシラ−ア ルケニル基およびジアルキルアゾ基であり、該基は線状、分枝鎖上または環式で あると理解される基、 −例えば窒素、酸素または硫黄の如きヘテロ原子を含む少なくとも1個の側鎖を 場合により含んでいてもよい環式または複素環式基、 −場合により芳香族核または置換基中にヘテロ原子を含んでいてもよいアリール 類、アリールアルキル類、アルキルアリール類およびアルケニルアリール類、 −場合により少なくとも1個の窒素、酸素、硫黄または燐原子を含んでいてもよ い数個の縮合されたもしくは縮合されていない、芳香族または複素環式核を含む 基 よりなる群から選択されることを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性 組成物。 6.カチオンが少なくとも2個のH以外のR”基を有し、これらの基は場合によ り一緒になってカチオン電荷を有する中心を包囲するかまたは包囲しない芳香族 または非芳香族の環を形成することを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオ ン性組成物。 7.カチオン性の基がポリカチオン性であることを特徴とする、請求の範囲第4 項記載のイオン性組成物。 8.カチオンが環中に少なくとも1個の第4級化窒素原子を含む芳香族性のカチ オン性複素環であることを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物 。 9.カチオンがイミダゾリウム、トリアゾリウム、ピリジニウムおよび4−(ジ メチルアミノ)ピリジニウム並びに場合により環の炭素原子上に置換基を有して いてもよい該カチオンよりなる群から選択されることを特徴とする、請求の範囲 第8項記載のイオン性組成物。 10.カチオンが−N=N−または−N=N+結合、置換されているかまたは未置 換であり場合により重合体骨格中に導入されていてもよいスルホニウム基、ヨー ドニウム基またはアレンフェロセニウムカチオンを有することを特徴とする、請 求の範囲第4項記載のイオン性組成物。 11.カチオンが2,2’[アゾビス(2−2’イミダゾリニオ−2−イル)プロ パン]2+または2,2’−アゾビス(2−アミジニオプロパン)2+基を有するこ とを特徴とする、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。 12.XFが炭素数1−12の過ハロゲン化されたアルキル基または炭素数6−9 の過ハロゲン化されたアルキルアリール基であり、該基が2個の炭素原子間にま たは基の末端にO、NまたはSヘテロ原子を含むことも可能であることを特徴と する、請求の範囲第4項記載のイオン性組成物。 13.XFがRHCF2−、RHCF2CF2−、RHCF2CF(CF3)−およびCF3 C(RH)Fよりなる群から選択され、RHが過ハロゲン化されていない有 機基を表すことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。 14.R、R’またはRHが、互いに独立して、炭素数1−24のアルキル、アル ケニル、オキサ−アルキル、オキサ−アルケニル、アザ−アルキル、アザ−アル ケニル、チア−アルキル、チア−アルケニルおよびジアルキルアゾ基または炭素 数5−24のアリール、アリールアルキル、アルキルアリールおよびアルケニル アリール基よりなる群から選択され、該基は場合により完全にまたは部分的に弗 素化されていることも可能であり、そしてXFSOxがペルフルオロアルキルスル ホニル基である時にはRおよびR’はペルフルオロアルキル基以外であることを 特徴とする、請求の範囲第1−13項のいずれかに記載のイオン性組成物。 15.2個のRおよびR’置換基が一緒になってY基およびY’基に結合されて いる2価の基を形成することを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組 成物。 16.R、R’またはRHが、互いに独立して、場合により主鎖中にもしくは側鎖 中に少なくとも1個のO、NまたはSヘテロ原子を含んでいてもよく、および/ または場合によりヒドロキシル基、カルボニル基、アミン基、アルコキシシラン 基またはカルボキシル基を有していてもよい炭素数1−12のアルキルまたは炭 素数2−12のアルケニルを表すことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイ オン性組成物。 17.RおよびR’が一緒になって、その端部の各々において、−SO2−C-S O2XFアニオン性の基を形成することを特徴とする、請求の範囲第1−13項の いずれかに記載のイオン性組成物。 18.R、R’またはRH置換基が重合体基であることを特徴とする、請求の範囲 第1−13項のいずれかに記載のイオン性組成物。 19.RまたはR’置換基が重合体の繰り返し単位であることを特徴とする、請 求の範囲第1項記載のイオン性組成物。 20.R、R’またはRH置換基が少なくとも1個のアニオン性のイオノホア基お よび/または少なくとも1個のカチオン性のイオノホア基を有することを特徴と する、請求の範囲第1−13項のいずれかに記載のイオン性組成物。 21.R、R’またはRH置換基が少なくとも1個のエチレン系不飽和のおよび /または1個の縮合可能なおよび/または熱工程により、光化学工程によりもし くはイオン性解離により1個の解離可能な基を含むことを特徴とする、請求の範 囲第1−13項のいすれかに記載のイオン性組成物。 22.R、R’またはRH置換基かメソ形態基、発色基、自己ドーピング電気伝導 性重合体または加水分解可能なアルコキシシランを含むことを特徴とする、請求 の範囲第1−13項のいずれかに記載のイオン性組成物。 23.R、R’またはRH置換基がフリーラジカル、解離性双極子、錯化性配位子 、光学的活性基、または光学的にまたは生物学的に活性なポリペプチドを捕獲可 能な基を含むことを特徴とする、請求の範囲第1−13項のいずれかに記載のイ オン性組成物。 24.ZまたはZ’が−CN、−NO2、−SCN、−N3、−CF3、R’FCH2 −(R’Fは過弗素化された基である)、CF2=CFO−、CF2=CF−S−、 CF2=CF−、C2F4H、フルオロアルキルオキシ基、ペルフルオロアルキル オキシ基、フルオロアルキルチオキシ基およびペルフルオロアルキルチオキシ基 よりなる群から選択されることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性 組成物。 25.ZまたはZ’が場合により少なくとも1個の窒素、酸素、硫黄または燐を 含んでいてもよい1個もしくはそれ以上の芳香族核を含み、該核が場合により縮 合核であることが可能であり、および/または該核が場合によりハロゲン類、− OCnF2n+1、−OC2F4H、−SCnF2n+1、−SC2F4H、−O−CF=CF2 、−SCF=CF2、−CN、−NO2、−SCN、−N3、−CF3、CF3CH2 −、アザ、チアおよびオキサ基、ペルフルオロアルキル基、フルオロアルキル オキシ基、フルオロアルキルチオキシ基、アルキル、アルケニル、オキサ−アル キル、オキサ−アルケニル、アザ−アルキル、アザ−アルケニル、チア−アルキ ルまたはチア−アルケニル基、重合体基、および少なくとも1個のカチオン性の イオノホア基および/または少なくとも1個のアニオン性のイオノホア基を有す る基よりなる群から選択される少なくとも1個の置換基を有することが可能であ り、ここでZまたはZ’置換基が1価の基、数個のXF−SOx−C-基と結合さ れた多価基の一部、または重合体の部分でありうること、並びにZおよびZ ’置換基が一緒になってアニオン性電荷を有する炭素を含むかまたは含まない核 または数個の場合により縮合されていてもよい芳香族核を含む多価の基を形成し うることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。 26.ZまたはZ’は重合体の繰り返し単位であることを特徴とする、請求の範 囲第1項記載のイオン性組成物。 27.イオン性組成物の溶媒は非プロトン性液体溶媒、極性重合体またはそれら の混合物の1種であることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成 物。 28.非プロトン性液体溶媒が線状エーテル類および環式エーテル類、エステル 類、ニトリル類、ニトロ誘導体、アミド類、スルホン類、スルホラン類、アルキ ルスルフアミド類および部分的にハロゲン化した炭化水素類から選択されること を特徴とする、請求の範囲第27項記載のイオン性組成物。 29.溶媒がグラフト化されたイオン性の基を有するかもしくは有していない架 橋結合されたまたは架橋結合されていない溶媒和重合体であることを特徴とする 、請求の範囲第27項記載のイオン性組成物。 30.溶媒が ポリ(エチレンオキシド)をベースとした、網目構造を形成するかまたは形成し ない、線状、蜂の巣状またはブロック構造を有するポリエーテル類、 エチレンオキシドもしくはプロピレンオキシドまたはアリルグリシジルエーテル 単位を含む共重合体、 ポリホスフアゼン類、 イソシアネート類により架橋結合されたポリ(エチレングリコール)をベースに した架橋結合された網目構造、または重縮合により得られそして架橋結合基の導 入を可能にする基を有する網目構造、一部のブロックがレドックス性を有する官 能基を有するブロック共重合体から選択される溶媒和重合体であることを特徴と する、請求の範囲第27項記載のイオン性組成物。 31.溶媒が非プロトン性液体、並びに硫黄、窒素、酸素および弗素から選択さ れる少なくとも1個のヘテロ原子を含む極性重合体を含むことを特徴とする、請 求の範囲第27項記載のイオン性組成物。 32.第二の塩を含むことを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイオン性組成 物。 33.粉末または繊維の形態の無機または有機充填剤を含むことを特徴とする、 請求の範囲第1項記載のイオン性組成物。 34.電解質として請求の範囲第1−33項の1項に記載のイオン性組成物を含 むことを特徴とする、電気化学装置。 35.電解質が請求の範囲第1−33項の1項に記載のイオン性組成物であるこ とを特徴とする、電解質により分離された負電極および正電極を含む電気化学的 発電機。 36.負電極が、場合により酸化リチウム中のナノメートル分散液の形態であっ てよい金属リチウムまたはその合金の1種、または二重リチウムおよび遷移金属 窒 有する低電位の酸化物、または有機物質の熱分解から生ずる炭素および炭素質生 成物から構成されることを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。 37.正電極の活性物質が、単独でまたは混合物状で使用される、酸化バナジウ ム 鉄Fe2(SO4)3、燐酸鉄およびリチウム並びにオリビン構造の燐珪酸塩、ま たはマンガンにより鉄を置換したそれらの生成物であることを特徴とする、請求 の範囲第35項記載の発電機。 38.正電極の集電器がアルミニウム製であることを特徴とする、請求の範囲第 35項記載の発電機。 39.電解質のイオン性化合物がアルカリ金属塩であることを特徴とする、請求 の範囲第35項記載の発電機。 40.電解質のイオン性化合物のRおよびR’置換基が炭素数6−20のアルキ ル、アリール、アルキルアリールまたはアラルキルを表すことを特徴とする、請 求の範囲第35項記載の発電機。 41.電解質のイオン性化合物のR、R’またはXF置換基がメソ形態基、または エチレン系不飽和のおよび/または1個の縮合可能なおよび/または熱工程によ り、光化学工程によりもしくはイオン性解離により解離可能な1個の基を含むこ とを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。 42.電解質の塩が自己ドーピング電気伝導性重合体である少なくとも1個のR 、R’またはRH置換基を含むことを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発 電機。 43.電解質の塩がレドックス対を含むR、R’またはRH置換基を含むことを特 徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。 44.溶媒が極性非プロトン性液体溶媒を含むことを特徴とする、請求の範囲第 35項記載の発電機。 45.溶媒が溶媒和極性重合体を含むことを特徴とする、請求の範囲第35項記 載の発電機。 46.イオン性化合物が電気伝導性重合体である請求の範囲第1項記載の組成物 から陽極が構成されることを特徴とする、請求の範囲第35項記載の発電機。 47.電解質が請求の範囲第1項記載の組成物であることを特徴とする、電解質 および高い比表面積を有する少なくとも1個の炭素電極またはレドックス重合体 を含む1個の電極を含むスーパーコンデンサー。 48.電解質のカチオンがアンモニウムNH4 +、金属カチオンまたは第4級化窒 素原子を含む有機カチオンであることを特徴とする、請求の範囲第47項記載の スーパーコンデンサー。 49.電解質がR、R’またはXFが3未満の原子数を有する塩および場合により Rおよび/またはR’が炭素数が少なくとも8のアルキル連鎖である第二の塩を 含むことを特徴とする、請求の範囲第47項記載のスーパーコンデンサー。 50.電解質の溶媒がアセトニトリル、炭酸アルキル類または炭酸エチレンおよ びジメトキシエタン混合物から選択されることを特徴とする、請求の範囲第47 項記載のスーパーコンデンサー。 51.電解質として請求の範囲第1項記載のイオン性組成物を含むことを特徴と する、燃料電池。 52.電解質の塩がXF−SOx−C-(Z)(Z’)またはXF−SOx−C-(Z) (YR)アニオン並びにヒドロニウム、アンモニウム、金属カチオンおよび第4 級化窒素原子(ヒドロニウムに対する部分的置換として)を含む有機カチオンか ら選択されるカチオンを有することを特徴とする、請求の範囲第51項記載の燃 料電池。 53.ZおよびZ’が、互いに独立して、−ΦOCnF2n+1、−ΦOC2F4H、− ΦSCnF2n+1、−ΦSC2F4H、−ΦOCF=CF2、−ΦSCF=CF2、− C2F4H、またはCF2=CFを表し、nが1−8の整数であることを特徴とす る、請求の範囲第52項記載の燃料電池。 54.電解質として請求の範囲第1項記載のイオン性組成物を含むことを特徴と する、電気光化学的装置。 55.イオン性組成物の塩がH+、H3O+、Na+、K+、NH4 +、イミダゾリウム 、トリアゾリウム、ピリジニウムまたは4−(ジメチルアミノ)ピリジニウムよ りなる群から選択されるカチオンの塩であることを特徴とする、請求の範囲第5 4項記載の電気光化学的装置。 56.電解質の塩がレドックス対を含む少なくとも1個のR、R’またはRH置換 基を有することを特徴とする、請求の範囲第54項記載の電気光化学的装置。 57.電解質の塩が溶融性を有することを特徴とする、請求の範囲第54項記載 の電気光化学的装置。 58.電解質として請求の範囲第1項記載のイオン性組成物を含むことを特徴と する、光学的表示用の装置。 59.電解質の塩が炭素数6−20のアルキル、アリール、アルキルアリールま たはアラルキルから選択される少なくとも1個のR、R’またはRH置換基を有 することを特徴とする、請求の範囲第58項記載の光学的表示用の装置。 60.本発明のイオン性組成物を重合反応に触媒作用を与える酸の光開始剤源と して使用することを特徴とする、カチオン工程による重合方法または単量体もし くは反応可能なプレポリマーの架橋結合方法。 61.イオン性組成物の塩のカチオンがプロトン、オキソニウム、Li、Mg、 Cu、希土類、トリメチルシリル、フェロセン、ジルコノセンまたはジルコノイ ンドセンであることを特徴とする、請求の範囲第60項記載の方法。 62.塩のカチオンが−N=N+または−N=N−結合、置換されているかまたは 未置換であり場合により重合体骨格中に導入されていてもよいスルホニウム基、 ヨードニウム基またはアレンフェロセニウムカチオンを有する基であることを特 徴とする、請求の範囲第60項記載の方法。 63.それがカチオン性工程により重合可能な少なくとも1種の単量体またはプ レポリマーおよび少なくとも1種の本発明のイオン性組成物を混合しそして得ら れた混合物を活性線または放射線にあてることを特徴とする、請求の範囲第60 項記載の方法。 64.フリーデル−クラフト反応、ディールス−アルダー反応、アルドール反応 、ミハエル付加、アリル化反応、ピナコール結合反応、グリコシル化反応、オキ セタン類の開環反応、アルケン類のメタセシス反応、チーグラー−ナッタタイプ の重合、開環によるメタセシスタイプの重合およびアクリル系ジエン類のメタセ シスタイプの重合における触媒としての、イオン性化合物がH、リチウム、マグ ネシウム、2価または3価の遷移金属、希土類、プラチノイド類およびそれらの 有機金属結合よりなる群から選択される請求の範囲第1項記載の組成物の使用。 65.化学、光化学、電気化学または光電気化学反応用の溶媒としての、塩のカ チオンがイミダゾリウム、トリアゾリウム、ピリジニウムおよび4−(ジメチル アミノ)ピリジニウム並びに場合により環の炭素原子上に置換基を有していても よい該カチオンよりなる群から選択され、該カチオンが場合により環の炭素原子 上に置換基を有していてもよく、そして塩のアニオンが4以下の炭素数の置換基 を有する請求の範囲第1項記載の組成物の使用。 66.式XF−SOx−C-(Z)(Z’)、XF−SOx−C-(YR)(Y’R’)、 またはXF−SOx−C-(Z)(YR)アニオン性の基の1つもしくは複数の負電 荷が染料分子に結合されるかまたは染料の正電荷の対イオンを構成するような塩 を含む請求の範囲第1項記載のイオン性組成物を含むことを特徴とする、染料組 成物。
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