PL230265B1 - Ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo) trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo) trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo) dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania - Google Patents

Ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo) trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo) trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo) dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania

Info

Publication number
PL230265B1
PL230265B1 PL417533A PL41753316A PL230265B1 PL 230265 B1 PL230265 B1 PL 230265B1 PL 417533 A PL417533 A PL 417533A PL 41753316 A PL41753316 A PL 41753316A PL 230265 B1 PL230265 B1 PL 230265B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
bromoethyl
trimethylammonium
general formula
ionic liquids
bromopropyl
Prior art date
Application number
PL417533A
Other languages
English (en)
Other versions
PL417533A1 (pl
Inventor
Juliusz Pernak
François BÉGUIN
François Béguin
Barbara Górska
Original Assignee
Politechnika Poznanska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Poznanska filed Critical Politechnika Poznanska
Priority to PL417533A priority Critical patent/PL230265B1/pl
Publication of PL417533A1 publication Critical patent/PL417533A1/pl
Publication of PL230265B1 publication Critical patent/PL230265B1/pl

Links

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku są ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo)trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo)trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo)dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania, mające zastosowanie jako elektrolity dla kondensatorów elektrochemicznych.
Ciecze jonowe (ang. ionic liquids, ILs) to związki składające się z kationu organicznego oraz anionu organicznego lub nieorganicznego. Arbitralnie przyjmuje się, że ich temperatura topnienia nie przekracza 100°C. W przypadku cieczy, których temperatura topnienia jest niższa od temperatury pokojowej (25°C) związki te są nazywane niskotemperaturowymi cieczami jonowymi (ang. room temperaturę ionic liquids, RTlLs).
Ponadto, ze względu na rodzaj podstawników występujących w kationie istnieje podział na protonowe oraz aprotonowe ciecze jonowe. Pierwsza grupa to związki, których atom centralny, azot lub fosfor, został podstawiony co najmniej jednym atomem wodoru, zaś druga grupa to takie, w których atom centralny został zjonizowany innym podstawnikiem niż wodór.
Obecnie ciecze jonowe znajdują się w dynamicznej fazie rozwoju. Szacuje się, że ilość dostępnych kombinacji kation-anion jest na poziomie 1018. Daje to duże możliwości kreowania związków o szerokim spektrum aplikacyjnym. Biorąc pod uwagę właściwości cieczy jonowych, dokonano podziału tych związków na trzy generacje:
• pierwsza generacja to ciecze jonowe o możliwych do zaprojektowania unikatowych właściwościach fizycznych. Kation i/lub anion determinują: temperaturę topnienia, gęstość, lepkość, stabilność termiczną, przewodnictwo, hydrofobowość oraz współczynnik refrakcji, • druga generacja to związki o projektowalnych właściwościach nie tylko fizycznych, ale i chemicznych. Wpływać możemy na takie parametry jak: solwatacja, palność, chiralność, okno elektrochemiczne. Dodatkowo kation może odpowiadać również za koordynacje oraz gęstość strumienia energii, zaś anion za bilans tlenowy lub być blokerem promieniowania LJV, • trzecia generacja cieczy jonowych to związki posiadające określone właściwości biologiczne, połączone z wybranymi właściwościami fizycznymi lub chemicznymi.
W praktyce oznacza to, że ciecze jonowe można zaprojektować już na etapie ich syntezy poprzez dobór kationu i/lub anionu generujących określone właściwości lub modyfikację tychże właściwości przez wprowadzenie odpowiednich zmian w ich strukturze np. grup funkcyjnych w podstawnikach alkilowych czwartorzędowego kationu amoniowego.
Strategię tę wykorzystano przy projektowaniu cieczy jonowych przeznaczonych do zastosowania jako elektrolity dla wysokonapięciowych kondensatorów elektrochemicznych. Powszechnie wiadomo, że ciecze jonowe o symetrycznej budowie, np. zawierające kation tetraetyloamoniowy, charakteryzują się przeważnie wysoką temperaturą topnienia, nawet przekraczającą 100°C. Co więcej, nawet w połączeniu z anionem bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowym (akronim [TFSI]), temperatura topnienia związku wynosi 108°C. Jednakże, gdy wprowadzono do struktury grupę funkcyjną metoksylową temperatura topnienia bis(trifluorometylosulfonylo)imidku trietylometoksymetyloamoniowego wynosiła -3°C, co zostało omówione w K. Tsunashima, M. Sugiya, Electrochem. Comm., 9 (2007) 2353-2358. Podobnie, w piperydyniowych oraz pirolidyniowych kationach zastosowano podstawnik metoksylowy lub hydroksylowy, przedstawione w Sun et al, Electrochim. Acta, 56 (2011) 7278-7287, w celu obniżenia temperatury topnienia otrzymanych cieczy oraz poprawy ich właściwości transportowych (lepkość i przewodnictwo).
Istotą wynalazku są ciecze jonowe z anionem bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowym i kationem (2-bromoetylo)trimetyloamoniowym o wzorze ogólnym 1 albo (3-bromopropylo)trimetyloamoniowym o wzorze ogólnym 2, albo (2-bromoetylo)dietyloamoniowym o wzorze ogólnym 3.
Sposób ich otrzymywania polega na tym, że bromek (2-bromoetylo)trimetyloamoniowy o wzorze ogólnym 4 albo (3-bromopropylo)trimetyloamoniowy o wzorze ogólnym 5, albo (2-bromoetylo)dimetyloamoniowy o wzorze ogólnym 6 rozpuszcza się w wodzie, miesza się z solą sodową lub potasową, lub litową, bis(trifluorometylosulfonylo)imidku rozpuszczoną w wodzie w stosunku molowym bromku amoniowego do soli od 1 : 0,95 do 1 :1,05, korzystnie 1 :1, w temperaturze od 293 do 363 K, korzystnie 293 K, w czasie co najmniej 2 minut, następnie oddziela się produkt reakcji w postaci drugiej fazy, którą kolejno rozpuszcza się w estrze krótkołańcuchowym, korzystnie octanie etylu, przemywa kilkakrotnie wodą, po czym rozpuszczalnik odparowuje się pod obniżonym ciśnieniem, a produkt suszy.
PL 230 265 Β1
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-ekonomiczne:
• otrzymano nowe aprotonowe ciecze jonowe z kationem (2-brometylo)trimetyloamoniowym oraz (3-bromopropylo)trimetyloamoniowym, a także protonowe ciecze jonowe (2-brometylo)dietyloamoniowym i anionem bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowym, • opracowano wydajną metodę syntezy charakteryzującą się wysoką czystością produktu, • otrzymane ciecze jonowe są substancjami nielotnymi, • syntezowane ciecze jonowe charakteryzują się wysoką stabilnością termiczną, • otrzymane produkty wykazują się dobrą stabilność elektrochemiczną, • możliwość znacznego podniesienia pojemności kondensatora elektrochemicznego poprzez udział reakcji faradajowskich, a jednocześnie utrzymując wysokie napięcie pracy kondensatora (przekraczające 2V).
Wynalazek ilustrują poniższe przykłady:
Przykład I
Bis(thfluorometylosulfonylo)imidek (2-bromoetylo)thmetyloamoniowy
12,4 g (0,05 mola) bromku (2-bromoetylo)trimetyloamoniowego rozpuszczono w 15 cm3 wody, a następnie dodano 14,4 g (0,05 mola) bis(trifluorometylosulfonylo)imidku litu rozpuszczonego w 10 cm3 wody. W wyniku reakcji otrzymano produkt w postaci drugiej fazy, którą oddzielono i przemyto kilkakrotnie wodą. Oczyszczoną ciecz jonową wysuszono w suszarce próżniowej. Otrzymano białe krystaliczne ciało stałe o temperaturze topnienia 328,65 K z wydajnością 98%. Strukturę produktu potwierdzono, wykonując widmo protonowego, węglowego i fluorowego magnetycznego rezonansu jądrowego:
1H NMR (DMSO-d6) δ ppm = 3,11 (s, 9H) 3,81 (m, 4H); 13C NMR (DMSO-d6) δ ppm = 124,3; 121,1; 117,9; 114,7; 64,7; 52,5; 22,6; 19F NMR (DMSO-d6) δ ppm =-78,3.
Dodatkowo wykonano analizę elementarną CHN dla C?Hi3BrF6N2O4S2 (M = 447,21 g/mol) otrzymano następujące wyniki: wartości wyliczone w %: C = 18,80; H = 2,93; N = 6,26; otrzymane w %: C = 19,19; H = 3,33; N = 6,01.
Przykład II
Bis(thfluorometylosulfonylo)imidek (3-bromopropylo)thmetyloamoniowy
13,1 g (0,05 mola) bromku (2-bromoetylo)trimetyloamoniowego rozpuszczono w 15 cm3 wody, a następnie połączono z 15,2 g (0,05 mola) bis(trifluorometylosulfonylo)imidku sodu rozpuszczonego w 15 cm3 wody. Ciecz jonowa o charakterze hydrofobowym wydzieliła się w postaci drugiej fazy, którą następnie oddzielono i przemyto kilkakrotnie wodą. Oczyszczony produkt wysuszono pod obniżonym ciśnieniem. Produkt, jasnożółte amorficzne ciało stałe o temperaturze topnienia 318,05 K, otrzymano z wydajnością 98%.
1H NMR (DMSO-d6) δ ppm = 2,28 (m, 2H); 3,07 (s, 9H); 3,39 (m, 2H); 3,58 (t, J = 6,35, 2H) 13C NMR (DMSO-d6) δ ppm = 124,2; 121,1; 117,9; 114,7; 64,1; 52,4; 30,5; 25,5; 19F NMR (DMSO-d6) δ ppm = -78,3.
Wykonana analiza widm protonowego, węglowego i fluorowego magnetycznego rezonansu jądrowego potwierdziła strukturę produktu.
Analiza elementarna CHN dla CeHi5BrF6N2O4S2 (M = 461,24 g/mol): wartości wyliczone w %: C = 20,83; H = 3,28; N = 6,07; otrzymane w %: C = 21,22; H = 2,99; N = 6,09.
Przykład III
Bis(thfluorometylosulfonylo)imidek (2-bromoetylo)dietyloamoniowy
Do reaktora wprowadzono 18,3 g (0,07 mola) bromku (2-bromoetylo)dietyloamoniowego rozpuszczonego w 15 cm3 wody. Następnie dodano 22,35 g (0,07 mola) bis(trifluorometylosulfonylo)imidku potasu rozpuszczonego w 15 cm3 wody, a całość mieszano przez 1 godzinę. W wyniku reakcji otrzymano produkt w postaci drugiej fazy, którą oddzielono i rozpuszczono w octanie etylu. Następnie roztwór cieczy jonowej w rozpuszczalniku przemyto kilkakrotnie wodą, po czym rozpuszczalnik odparowano pod obniżonym ciśnieniem. Oczyszczoną ciecz jonową wysuszono w suszarce próżniowej. Ciecz otrzymano z wydajnością 98%. Strukturę produktu potwierdzono, wykonując widmo protonowego, węglowego i fluorowego magnetycznego rezonansu jądrowego:
1H NMR (DMSO-d6) δ ppm = 1,22 (t, J = 7,30, 6H); 3,20 (m, 4H); 3,53 (q, J = 6,47, 2H); 3,76 (t, J= 7,1,2H); 9,22 (s, 1H); 13C NMR (DMSO-d6) δ ppm = 124,4; 121,2; 118,0; 114,8; 52,1; 46,9; 24,6; 8,4; 19F NMR (DMSO-d6) δ ppm = -78,4.
Analiza elementarna CHN dla C8Hi5BrF6N2O4S2 (M = 461,24 g/mol): wartości wyliczone w %: C = 20,83; H = 3,28; N = 6,07; otrzymane w %: C = 20,62; H = 3,59; N = 5,89.
PL 230 265 Β1
Przykład zastosowania
Elektrody kondensatora o średnicy 10 mm wycięto z komercyjnie przygotowanego materiału węglowego powleczonego na aluminium stanowiącym kolektory prądowe. Kolejno elektrody umieszczono w naczyniu elektrochemicznym i oddzielono separatorem z włókniny szklanej. Jako elektrolit zastosowano bis(trifluorometylosulfonylo)imidek (2-bromoetylo)trimetyloamoniowy. Badania prowadzono w komorze temperaturowej w 333,15 K.
Użycie badanej cieczy jonowej pozwoliło uzyskać napięcie cyklicznej pracy kondensatora przekraczające 2,5 V oraz pojemność 98 F/g dla gęstości prądu 0,2 A/g.

Claims (2)

1. Ciecze jonowe z anionem bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowym i kationem (2-bromoetylo)trimetyloamoniowym o wzorze ogólnym 1 albo (3-bromopropylo)trimetyloamoniowym o wzorze ogólnym 2, albo (2-bromoetylo)dietyloamoniowym o wzorze ogólnym 3.
2. Sposób otrzymywania cieczy jonowych z anionem bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowym i kationem (2-bromoetylo)trimetyloamoniowym o wzorze ogólnym 1 lub (3-bromopropylo)trimetyloamoniowym o wzorze ogólnym 2 lub (2-bromoetylo)dietyloamoniowym o wzorze ogólnym 3, określonych zastrz. 1, znamienny tym, że bromek (2-bromoetylo)trimetyloamoniowy o wzorze ogólnym 4 albo (3-bromopropylo)trimetyloamoniowy o wzorze ogólnym 5, albo (2-bromoetylo)dimetyloamoniowy o wzorze ogólnym 6 rozpuszcza się w wodzie, miesza się z solą sodową lub potasową, lub litową, bis(trifluorometylosulfonylo)imidku rozpuszczoną w wodzie w stosunku molowym bromku amoniowego do soli od 1 : 0,95 do 1 :1,05, korzystnie 1 : 1, w temperaturze od 293 do 363 K, korzystnie 293 K, w czasie co najmniej 2 minut, następnie oddziela się produkt reakcji w postaci drugiej fazy, którą kolejno rozpuszcza się w estrze krótkołańcuchowym, korzystnie octanie etylu, przemywa kilkakrotnie wodą, po czym rozpuszczalnik odparowuje się pod obniżonym ciśnieniem, a produkt suszy.
PL417533A 2016-06-10 2016-06-10 Ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo) trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo) trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo) dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania PL230265B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL417533A PL230265B1 (pl) 2016-06-10 2016-06-10 Ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo) trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo) trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo) dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL417533A PL230265B1 (pl) 2016-06-10 2016-06-10 Ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo) trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo) trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo) dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL417533A1 PL417533A1 (pl) 2017-12-18
PL230265B1 true PL230265B1 (pl) 2018-10-31

Family

ID=60655773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL417533A PL230265B1 (pl) 2016-06-10 2016-06-10 Ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo) trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo) trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo) dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL230265B1 (pl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025015411A1 (fr) * 2023-07-14 2025-01-23 HYDRO-QUéBEC Composés organiques ioniques, compositions et électrolytes les comprenant, et leur utilisation en électrochimie

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025015411A1 (fr) * 2023-07-14 2025-01-23 HYDRO-QUéBEC Composés organiques ioniques, compositions et électrolytes les comprenant, et leur utilisation en électrochimie

Also Published As

Publication number Publication date
PL417533A1 (pl) 2017-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ibrahim et al. Physical properties of ethylene glycol-based deep eutectic solvents
JP5339542B2 (ja) イオン液体
Brinkkötter et al. Influence of anion structure on ion dynamics in polymer gel electrolytes composed of poly (ionic liquid), ionic liquid and Li salt
JP5778575B2 (ja) 反応性イオン液体
Jeong et al. Asymmetric ammonium-based ionic liquids as electrolyte components for safer, high-energy, electrochemical storage devices
RU2409584C2 (ru) Ионная жидкость, содержащая катион фосфония со связью p-n, и способ ее получения
Jin et al. Ether-functionalized trialkylimidazolium ionic liquids: Synthesis, characterization, and properties
JP2005139100A (ja) 常温溶融塩
Gruzdev et al. Triethanolamine-based protic ionic liquids with various sulfonic acids: Synthesis and properties
Sanghi et al. Physicochemical properties of 1, 2, 3-triazolium ionic liquids
García et al. Conductivity and viscosity properties of associated ionic liquids phosphonium orthoborates
Liao et al. Physicochemical properties of imidazolium-derived ionic liquids with different C-2 substitutions
Bucher et al. A novel ionic liquid for Li ion batteries–uniting the advantages of guanidinium and piperidinium cations
Cotessat et al. Effects of repeat unit charge density on the physical and electrochemical properties of novel heterocationic poly (ionic liquid) s
Wang et al. Characterization techniques for probing the electrolyte solvation structures of aqueous zinc metal batteries
Forero-Saboya et al. Solvent-free lithium and sodium containing electrolytes based on pseudo-delocalized anions
WO2017183342A1 (ja) ケイ素含有硫酸エステル塩
PL230265B1 (pl) Ciecze jonowe z kationem (2-bromoetylo) trimetyloamoniowym, (3-bromopropylo) trimetyloamoniowym oraz (2-bromoetylo) dietyloamoniowym oraz sposób ich otrzymywania
JP2005104846A (ja) 4級アンモニウム系常温溶融塩及びその製造法
Cao et al. Ester modified pyrrolidinium based ionic liquids as electrolyte component candidates in rechargeable lithium batteries
Ziyada et al. Effect of sulfonate-based anions on the physicochemical properties of 1-alkyl-3-propanenitrile imidazolium ionic liquids
EP4149923A1 (en) Electrolytes for target ion transport
Amir et al. New tetrabutylphosphonium organic ionic plastic crystals incorporating borate anions
Yoshizawa-Fujita et al. Proton transport properties in an ionic liquid having a hydroxyl group
EP2752409B1 (en) Double-center bipyridyl cationic ionic liquid, preparation method therefor and use thereof