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Patent Searching and Data


Title:
SULPHUR-FREE TRANSITION METAL-ISOCYANATE-BASED IONIC LIQUIDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/079514
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to sulphur-free transition metal-isocyanate-based ionic liquids, a method for the production thereof and the usage thereof. The sulphur-free transition metal-isocyanate-based ionic liquids have the general formula (I), wherein MII is a bivalent metal cation selected from manganese2+, nickel2+ and cobalt2+; d means one or two; I means one or two; and A is selected from quaternary ammonium cations, quaternary phosphonium cations, imidazolium cations, N, N'-(CH2)n-diimidazolium cations, pyridinium cations, N, N'-(CH2)n-dipyridinium cations, pyrrolidinium and bipyridinium cations, wherein n is a whole number between1 and 5 and wherein d, A and I are selected such that the charge 2+ results overall for Ad+ i.

Inventors:
KOECKERLING MARTIN (DE)
PEPPEL TIM (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/073804
Publication Date:
June 06, 2013
Filing Date:
November 28, 2012
Export Citation:
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Assignee:
UNIV ROSTOCK (DE)
International Classes:
C07D213/20; B01J31/18; C07C211/63; C07C263/02; C07C265/00; C07D233/56; C07D233/60; C07D233/61; C07F9/54; H01F1/44
Domestic Patent References:
WO2009080648A12009-07-02
Foreign References:
EP1711472A12006-10-18
US20110020509A12011-01-27
Other References:
"Dissertation", 1 January 2010, UNIVERSITÄT ROSTOCK, Rostock, article T PEPPEL: "Synthesen, Strukturen und Eigenschaften Cobalt(II)-basierter Ionischer Flüssigkeiten", pages: 1 - 225, XP055052895
TIM PEPPEL ET AL: "Low-Viscosity Paramagnetic Ionic Liquids with Doubly Charged [Co(NCS)4]2- Ions", ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION, vol. 49, no. 39, 17 September 2010 (2010-09-17), pages 7116 - 7119, XP055052896, ISSN: 1433-7851, DOI: 10.1002/anie.201000709
P. WASSERSCHEID; W. KEIM, ANGEW. CHEM., vol. 112, 2000, pages 3926 - 3945
N. V. PLECHOVA; K. R. SEDDON, CHEM. SOC. REV., vol. 37, 2008, pages 123 - 150
"Ionic Liquids - Industrial Applications to Green Chemistry", 2002
M. C. BUZZERO; R. G. EVANS; R. G. COMPTON, CHEMPHYSCHEM, vol. 5, 2004, pages 1106 - 1120
F. ENDRES; S. Z. EI ABEDIN, PHYS. CHEM. CHEM. PHYS., vol. 8, 2006, pages 2101 - 2116
F. ZHOU; Y. LIANG; W. LIU, CHEM. SOC. REV., vol. 38, 2009, pages 2590 - 2599
S. HAYASHI; H.- O HAMAGUCHI, CHEM. LETT., vol. 33, 2004, pages 1590 - 1591
T. PEPPEL; M. KÖCKERLING; M. GEPPERT-RYBCZYNSKA; R. V. RALYS; J. K. LEHMANN; S. P. VEREVKIN; A. HEINTZ, ANGEW. CHEM., vol. 122, 2010, pages 7270 - 7274
B. MALLICK; B. BALKE; C. FELSER; A.-V. MUDRING, ANGEW. CHEM., vol. 120, 2008, pages 7747 - 7750
D. FORSTER; D. M. L. GOODGAME, J. CHEM. SOC., 1964, pages 2790 - 2798
Attorney, Agent or Firm:
WABLAT LANGE KARTHAUS (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten der allgemeinen Formel (I)

worin

M" ein zweiwertiges Metallkation ausgewählt aus Mangan2+, Nickel2+ und Kobalt2+ ist; d eins oder zwei bedeutet;

I eins oder zwei bedeutet;

und

A ausgewählt ist aus quartären Ammoniumkationen, quartären Phosphoniumkationen, Imidazolium-Kationen, N,N'-(CH2)n-Diimidazolium-Kationen, Pyridinium-Kationen, N,N'-(CH2)n-Dipyridinium-Kationen, Pyrrolidinium- und Bipyridinium-Kationen, wobei

n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 ist

und wobei d, A und I so ausgewählt sind, dass sich insgesamt für Ad+i die Ladung 2+ ergibt.

Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Imidazolium-Kationen die allgemeine Formel (II) und die N,N'-(CH2)nDiimidazolium-Kationen die allgemeine Formel (III) aufweisen

wobei die Reste

Ri, R2, R3, R4, R5, R6, R7, Rs unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Ci-Ci8-Alkyl, C6- Ci2-Aryl oder C5-Ci2-Cycloalkyl sind, wobei die genannten Reste unabhängig voneinander unsubstituiert oder durch ein oder mehrere funktionelle Gruppen, C5-C6-Aryl-, d-C6-Alkyl-, C5-C6-Aryloxy-, CrC6-Alkyloxy-Gruppen, Halogenatome oder C2-C5-Heterocyclen substituiert sind oder ein oder mehrere Heteroatome enthalten und

wobei

n eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 ist.

3. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pyridinium-Kationen die allgemeine Formel (IV) und die N,N'-(CH2)n-Dipyridinium-Kationen

(IV) (V)

wobei die Reste R R6 bzw. R R10 und n die in Anspruch 2 zu R R8 und n genannte Bedeutung haben.

4. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die quartären Ammoniumkationen die Formel [NR1R2R3R4]+ und die quartären Phosphonium- kationen die Formel [PRiR2RsR ]+ aufweisen, wobei die Reste R R die in Anspruch 2 zu R R8 genannte Bedeutung haben

5. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei bis vier der Reste R R bzw. R1-R5 bzw. R R8 bzw. R R10 ausgewählt sind aus d-C18-Alkyl, C6-C12-Aryl und C5-C12-Cycloalkyl und die verbleibenden Reste R Wasserstoff sind.

6. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle vier Reste R R ausgewählt sind aus d-Ci8-Alkyl, C6-Ci2-Aryl und C5-Ci2-Cycloalkyl.

7. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass n eins oder zwei, vorzugsweise eins, ist.

8. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

d eins und I zwei ist

und

A ausgewählt ist aus 1-Methylimidazolium (Mim), 1 ,3-Dimethylimidazolium (DMIm), 1-Ethyl- 3-methylimidazolium (EMIm), 1 ,3-Diethylimidazolium (DEIm), 1-Methyl-3-n-propylimidazolium (PMIm), 1-Methyl-3-/so-propylimidazolium ('PMIm), 1-n-Butyl-3-methylimidazolium (BMIm), 1- /'so-Butyl-3-methylimidazolium ('BMIm), 1-Methyl-3-pentylimidazolium (PentMIm), 1-Hexyl-3- methylimidazolium (HexMIm), 1-Heptyl-3-methylimidazolium (HeptMIm), 1-Methyl-3- octylimidazolium (OctMIm), 1-Methyl-3-nonylimidazolium (NonMIm), 1-Allyl-3- methylimidazolium (AllylMIm), 1-Methyl-3-propagylimidazolium (PropargylMIm), 1-Methyl-3- phenylpropylimidazolium (PhPrMIm), 1 ,2,3,4,5-Pentalmethylimidazolium (PeMIm), Dimethyl- lophin (1 ,3-Dimethyl-2,4,5-Triphenylimidazol, DML oder DMTPhlm), 1 ,3-Dibutyl-1 ,4,5- trimethylimidazolium (DBTMIm), Ethylpyridinium (EPy), Butylpyridinium (BPy) und

Bis(triphenylphosphin)iminium [(Ph3P)2N].

9. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

d zwei und I eins ist

und

A ausgewählt ist aus 3, 3'Dimethyl-1 , 1'-methylenediimidazolium (DMDIm), 3,3'-(Ethan-1 ,2- diyl)bis(l-methylimidazolium) (EMDIm), 3,3'-(Propan-1 ,3-diyl)bis(1-methylimidazolium (PMDIm), 3,3'-(Butan-1 ,4-diyl)bis(1-methylimidazolium (BMDIm) und 3,3'-Methylenbis(1- butyl-imidazolium) (DBMDIm).

10. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch

gekennzeichnet, dass das Metallkation Kobalt2+ ist.

1 1. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

d eins und I zwei ist

und

A 1-Ethyl-3-methylimidazolium (EMIm) oder Tetra-n-butylammonium (But4N) ist.

12. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Metallkation Nickel2+ ist.

13. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

d eins und I zwei ist und

A ausgewählt ist aus Tetramethylammonium (Me N), Tetra-n-butylammonium (But N), Trie- thyl-benzylammonium (Et3BnN), Tri-n-butyl-benzylammonium (Bu3BnN), Triphenylethylphos- phonium (Ph3EtP), 1-Ethyl-3-methylimidazolium (EMIm) und Bis(triphenylphosphin)iminium [(Ph3P)2N].

14. Schwefel-freie ionische Flüssigkeiten gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallkation Mangan2+ ist.

15. Verwendung der Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-14 für eine Anwendung ausgewählt aus Lösungsmittel, Katalysator, flüssiger Magnet, magnetisierbarer Zusatz zur Membranen, magnetisch manipulierbarer Zusatz in Elektrodenmaterialien für Batterien oder magnetisch manipulierbarer Zusatz in Brennstoffzellen.

16. Verfahren zur Herstellung von Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-14 durch Umsetzung

a) eines Metall' -halogenids,

b) eines Alkalicyanats im molaren Überschuss im Vergleich zum Metall' -halogenid, und c) eines organischen Kations A in Form seines Halogenidsalzes im molaren Überschuss im Vergleich zum Metall"-halogenid

in Wasser oder Aceton als Lösungsmittel für mindestens 30 min,

wobei das Metall(ll) und das Kation A die in den Ansprüchen 1-14 genannte Bedeutung haben, die Halogenide ausgewählt sind aus Chlorid, Bromid, lodid und die Alkali Kalium oder Natrium sind.

17. Verfahren zur Herstellung von der Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aceton 1-25 Volumenprozent DMSO zugefügt werden.

Description:
Schwefel-freie Übergangsmetall-lsocyanat-basierte ionische Flüssigkeiten

Die vorliegende Erfindung betrifft Schwefel-freie Übergangsmetall-lsocyanat-basierte ionische Flüssigkeiten, ein Verfahren zur deren Herstellung und deren Verwendung.

Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die einen Schmelzpunkt unterhalb 373 K (100°C) aufweisen (P. Wasserscheid, W. Keim, Angew. Chem. 2000, 112, 3926-3945). Sie besitzen sehr gute Lösungseigenschaften für organische, anorganische und auch polymere Substanzen. Das an ihnen bestehende Interesse beruht zum großen Teil auf ihren vielfältigen und ungewöhnlichen Eigenschaften. Viele bisher bekannte ionische Flüssigkeiten sind schwer entflammbar, haben hohe Zersetzungstemperaturen und große elektrochemische Potentialbereiche, in denen sie nicht reduziert oder oxidiert werden und sind nicht korrosiv. Aufgrund dieser spezifischen Eigenschaften ergeben sich vielfältige Anwendungsgebiete für ionische Flüssigkeiten (z.B. N. V. Plechova, K. R. Seddon, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 123-150 oder R. D. Rogers, K. R. Seddon (Hrsg.)„lonic Liquids - Industrial Applications to Green Che- mistry", ACS-Symposium Series 818, 2002, ISBN 0841237891), beispielsweise im elektrochemischen Bereich (z.B. M. C. Buzzero, R. G. Evans, R. G. Compton, ChemPhysChem 2004, 5, 1 106-1120 oder F. Endres, S. Z. El Abedin Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 2101-2116) oder als Schmiermittel (F. Zhou, Y. Liang, W. Liu, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2590-2599).

Eine besondere Klasse stellen die ionischen Flüssigkeiten dar, in denen neben organischen Kationen paramagnetische Übergangsmetall-Komplexanionen vorliegen (z.B. S. Hayashi, H.- o Hamaguchi, Chem. Lett. 2004, 33, 1590-1591 ; T. Peppel, M. Köckerling, M. Geppert- Rybczynska, R. V. Ralys, J. K. Lehmann, S. P. Verevkin, A. Heintz, Angew. Chem. 2010, 722,7270-7274; B. Mallick, B. Balke, C. Felser, A.-V. Mudring Angew. Chem. 2008, 120, 7747-7750). Sie werden als„magnetische ionische Flüssigkeiten" bezeichnet. Zusätzlich zu den bereits genannten Eigenschaften weisen diese magnetischen ionischen Flüssigkeiten einen ausgeprägten Paramagnetismus auf. Einige Substanzen dieser Klasse, die Komplex- anionen mit Halogenidliganden (Cl, Br oder I) enthalten, sind bereits in EP 1 71 1 472 A1 erwähnt, sowie in der Nicht-Patentliteratur (z.B. in T. Peppel, M. Köckerling, M. Geppert- Rybczynska, R. V. Ralys, J. K. Lehmann, S. P. Verevkin, A. Heintz, Angew. Chem. 2010, 122, 7270-7274; B. Mallick, B. Balke, C. Felser, A.-V. Mudring Angew. Chem. 2008, 120, 7747-7750). Weiterhin ist bereits von Anwendungen, insbesondere der Verbindung

BMIm[FeCI 4 ], berichtet worden (siehe z.B. US 2011/0020509 A1 oder WO 2009/080648 A1). Ein großer Nachteil vieler bisher beschriebener, auf Komplexanionen mit Halogenidliganden basierender ionischer Flüssigkeiten ist eine hohe Hydrolyse- und/oder Oxidationsempfind- lichkeit, d.h. sie reagieren mit Wasser, Luftfeuchtigkeit und/oder Luftsauerstoff. Ein weiterer Nachteil ist die hohe Viskosität, d.h. sie sind in der Technik nur schwer oder unter hohem Energieaufwand handhabbar. Ebenfalls nachteilig ist die völlige Unlöslichkeit/ Nichtmisch- barkeit mit Wasser. Weiterhin liefert die Salzmetathese-Reaktion analog zur von Forster und Goodgame vorgeschlagenen Umsetzung (D. Forster, D. M. L. Goodgame, J. Chem. Soc. 1964, 2790-2798) der entsprechenden Tetrahalogenidocobaltate(ll) mit Silbercyanat in Aceton bzw. Nitromethan, Reaktionsprodukte, die mit nicht abzutrennenden Silberspuren verunreinigt sind.

Ionische Cobalt-basierte Flüssigkeiten, welche bereits eine verbesserte Viskosität und eine gesteigerte Löslichkeit in einigen Lösungsmitteln aufweisen, sind in T. Peppel et al. offenbart (T. Peppel, M. Köckerling, M. Geppert-Rybczynska, R. V. Ralys, J. K. Lehmann, S. P. Verev- kin, A. Heintz, Angew. Chem. 2010, 722,7270-727 '4). Diese Verbindungen enthalten schwefelhaltige Isothiocyanat-Liganden und weisen die Strukturformel A x [Co(NCS) 4 ] auf, wobei x eins oder zwei ist und das Kation A beispielsweise 1-Ethyl-3-methylimidazolium ist.

Ein essentieller Nachteil hierbei ist allerdings das Vorliegen von Schwefelatomen, da die entsprechenden ionischen Flüssigkeiten für Anwendungen z.B. im Motoren- oder Pumpenbereich ungeeignet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung von Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten, die die oben genannten Nachteile überwinden. In diesem Zusammenhang wurde auch nach einem Verfahren gesucht, welches Reaktionsprodukte liefern kann, die keine Silberspuren aufweisen.

Die Aufgabe wird mit Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 sowie durch deren Verwendung gemäß Anspruch 15 und durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 16 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

In anderen Worten wird die Aufgabe mit Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten der allgemeinen Formel (I) i[M"(NCO) 4 ] gelöst, worin

M" ein zweiwertiges Metallkation ausgewählt aus Mangan 2+ , Nickel 2+ und Kobalt 2+ ist; d eins oder zwei bedeutet;

I eins oder zwei bedeutet;

und

A ausgewählt ist aus quartären Ammoniumkationen, quartären Phosphoniumkationen, Imidazolium-Kationen, N, N'-(CH 2 ) n -Diimidazolium-Kationen, Pyridinium-Kationen, N, N'-(CH 2 ) n -Dipyridinium-Kationen, Pyrrolidinium- und Bipyridinium-Kationen, wobei

n eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 ist

und wobei d, A und I so ausgewählt sind, dass sich insgesamt für A d+ i die Ladung 2+ ergibt.

Diese Materialien enthalten keine Schwefelatome, wodurch sie für Anwendungen beispielsweise im Motoren- oder Pumpenbereich geeignet sind. Sie weisen niedrige Viskositäten auf (beispielsweise im Bereich von 50 - 1500 mPa s bei Raumtemperatur), sind stabil gegen Wasser und Sauerstoff und in vielen Lösungsmitteln, sowohl polaren als auch unpolaren, wie beispielsweise Wasser, Acetonitril, Dimethylsulfoxid, Dichlormethan oder Nitromethan, gut löslich. Die Glasübergangstemperaturen bzw. Schmelzpunkte liegen überraschenderweise deutlich unterhalb von Raumtemperatur (293 K, 20°C) bzw. zumindest unterhalb von 100°C. Paramagnetismus ist für alle Vertreter gegeben.

Imidazolium-Kationen

Die Imidazolium-Kationen weisen vorzugsweise die allgemeine Formel (I I) und die Ν ,Ν'- (CH 2 ) n -Diimidazolium-Kationen die allgemeine Formel (II I) auf, wobei diese Formeln ebenfalls isomere Imidazolinium- und Imidazolidinium-Kationen umfassen:

Die Reste R^ R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , Rs sind unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Ci-Cis-Alkyl, C 6 -Ci 2 -Aryl (bei Polycylcen annelierte oder isolierte Ringe) oder C 5 -Ci 2 - Cycloalkyl (bei Polycylcen kondensierte oder verbrückte Ringe), wobei die genannten Reste unabhängig voneinander unsubstituiert oder durch ein oder mehrere funktionelle Gruppen, C 5 -C 6 -Aryl-, CrC 6 -Alkyl-, C 5 -C 6 -Aryloxy-, CrC 6 -Alkyloxy-Gruppen, Halogenatome oder C 2 - C 5 -Heterocyclen substituiert sind oder ein oder mehrere Heteroatome enthalten (O, N, S, oder P) und

wobei

n eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 ist. Pyridinium-Kationen

Die Pyridinium-Kationen weisen vorzugsweise die allgemeine Formel (IV) und die Ν,Ν'- (CH 2 ) n -Dipyridinium-Kationen die allgemeine Formel (V) auf, wobei Pyridazinium-, Pyrimidi- nium- und Pyrazinium-Kationen ebenfalls umfasst sind:

Die Reste R R 6 bzw. R R 10 und n haben die bereits zu den Imidazolium-Kationen zu R R 8 und n genannte Bedeutung.

Quartäre Ammoniumkationen und quartäre Phosphoniumkationen

Die quartären Ammoniumkationen weisen vorzugsweise die Formel [NR 1 R 2 R3R4] + und die quartären Phosphoniumkationen die Formel [PR ! R 2 R 3 R 4 ] + auf, wobei die Reste R R 4 die bereits zu den Imidazolium-Kationen zu R R 8 genannte Bedeutung haben.

Sowohl bei den Imidazolium-, als auch den Pyridinium- sowie den Ammonium- bzw. Phso- phonium-Kationen ist es besonders bevorzugt, dass jeweils zwei bis vier der Reste R R 4 bzw. R1-R5 bzw. R R 8 bzw. R R 10 ausgewählt sind aus CrCi 8 -Alkyl, C 6 -Ci 2 -Aryl und C 5 -Ci 2 - Cycloalkyl und die verbleibenden Reste R Wasserstoff sind. Stärker bevorzugt ist es, wenn alle vier Reste R R 4 ausgewählt sind aus d-C 18 -Alkyl, C 6 -C 12 -Aryl und C 5 -C 12 -Cycloalkyl. Dies ist höchst bevorzugt bei den Ammonium- bzw. Phosphonium-Kationen. Hinsichtlich des Index n ist es bei allen Varianten besonders bevorzugt, dass n eins oder zwei, vorzugsweise eins, ist. Bezüglich des Liganden A ist es in einer Ausführungsform bevorzugt, dass

d eins und I zwei ist

und

A ausgewählt ist aus 1-Methylimidazolium (Mim), 1 ,3-Dimethylimidazolium (DMIm), 1-Ethyl- 3-methylimidazolium (EMIm), 1 ,3-Diethylimidazolium (DEIm), 1-Methyl-3-n-propylimidazolium (PMIm), 1-Methyl-3-/so-propylimidazolium (i-PMIm), 1-n-Butyl-3-methylimidazolium (BMIm), 1-/ ' so-Butyl-3-methylimidazolium (i-BMIm), 1-Methyl-3-pentylimidazolium (PentMlm), 1-Hexyl- 3-methylimidazolium (HexMIm), 1-Heptyl-3-methylimidazolium (HeptMIm), 1-Methyl-3-octyl- imidazolium (OctMIm), 1-Methyl-3-nonylimidazolium (NonMIm), 1-Allyl-3-methylimidazolium (AllylMIm), 1-Methyl-3-propagylimidazolium (PropargylMIm), 1-Methyl-3-phenylpropylimi- dazolium (PhPrMIm), 1 ,2,3,4,5-Pentalmethylimidazolium (PeMIm), Dimethyllophin (1 ,3-Di- methyl-2,4,5-Triphenylimidazol, DML oder DMTPhlm), 1 ,3-Dibutyl-1 ,4,5-trimethylimidazolium (DBTMIm), Ethylpyridinium (EPy), Butylpyridinium (BPy) und Bis(triphenylphosphin)iminium [(Ph 3 P) 2 N].

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass

d zwei und I eins ist

und

A ausgewählt ist aus 3, 3'Dimethyl-1 , 1'-methylenediimidazolium (DMDIm), 3,3'-(Ethan-1 ,2- diyl)bis(l-methylimidazolium) (EMDIm), 3,3'-(Propan-1 ,3-diyl)bis(1-methylimidazolium (PMDIm), 3,3'-(Butan-1 ,4-diyl)bis(1-methylimidazolium (BMDIm) und 3,3'-Methylenbis(1- butyl-imidazolium) (DBMDIm).

Insbesondere bei diesen beiden vorstehend genannten Ausführungsformen ist als Metallkation Kobalt 2+ bevorzugt.

Eine weitere bevorzugte Kombination aus Ligand A und Metall ist dadurch gekennzeichnet, dass

d eins und I zwei ist,

A 1-Ethyl-3-methylimidazolium (EMIm) oder Tetra-n-butylammonium (But 4 N) und

das Metallkation Nickel 2+ ist.

Eine weitere bevorzugte Variante der Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten ist dadurch gekennzeichnet, dass

d eins und I zwei ist und A ausgewählt ist aus Tetramethylammonium (Me 4 N), Tetra-n-butylammonium (But N), Trie- thyl-benzylammonium (Et 3 BnN), Tri-n-butyl-benzylammonium (Bu 3 BnN), Triphenylethylphos- phonium (Ph 3 EtP), 1 -Ethyl-3-methylimidazolium (EMIm) und Bis(triphenylphosphin)iminium [(Ph 3 P) 2 N]. Hierbei ist das Metallkation vorzugsweise Mangan 2+ .

Die erfindungsgemäßen Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten werden -ggf. gleichzeitig- als Lösungsmittel und Katalysator verwendet. Weitere Verwendungen sind die als flüssiger Magnet oder als magnetisierbarer Zusatz zur Membranen. Ebenso werden sie als magnetisch manipulierbarer Zusatz in Elektrodenmaterialien für Batterien oder als magnetisch manipulierbarer Zusatz in Brennstoffzellen eingesetzt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten erfolgt über ein Verfahren, bei welchem

a) ein Metall' -halogenid,

b) ein Alkalicyanat im molaren Überschuss, vorzugsweise in vierfacher molarer Menge, im Vergleich zum Metalf-halogenid, und

c) ein organisches Kation A in Form seines Halogenidsalzes (AX, X=Halogenid) im molaren Überschuss, vorzugsweise in zweifacher molarer Menge, im Vergleich zum Metall' -halogenid umgesetzt werden.

Das Metall(ll) und das Kation A haben die eingangs genannte Bedeutung. Die Halogenide sind sowohl beim Metall"-halogenid als auch beim Halogenidsalz des Kations A ausgewählt aus Chlorid, Bromid und lodid. Die Alkali des Alkalicyanats sind vorzugsweise Kalium oder Natrium.

Die Umsetzung erfolgt in Wasser (bei Raumtemperatur) oder in Aceton (bei Temperaturen oberhalb von 50°C, vorzugsweise bei Sieden unter Rückfluss bei Normaldruck, 10.1325 Pa) für mindestens 30 min (vorzugsweise vier Stunden).

Bei der Umsetzung in Wasser können, insbesondere bei Verwendung von Dikationen A (d= 2, 1 = 1 ), Mischungen aus Wasser und Aceton eingesetzt werden. Bevorzugt ist ein Verhältnis Wasser : Aceton zwischen 1 : 10 und 10: 1 , besonders bevorzugt zwischen 1 :5 und 5: 1 , höchst bevorzugt 1 : 1 .

Bei Einsatz von Aceton als Lösungsmittel werden diesem vorzugsweise 1 -25 Volumenprozent, mehr bevorzugt 10-20 Volumenprozent, höchst bevorzugt 15 Volumenprozent, DMSO zugefügt. Dies ist aufgrund einer besseren Löslichkeit der Edukte bei der Herstellung derjenigen ionischen Flüssigkeiten bevorzugt, welche Dikationen A enthalten (d= 2, 1 = 1 ).

Im Falle der Verwendung von Wasser als Lösungsmittel wird die Schwefel-freie ionische Flüssigkeit durch mehrfache (vorzugsweise vier-fache) Extraktion mit Nitromethan, anschließende Trocknung der vereinigten Extraktionsflüssigkeit, z. B. mit Magnesiumsulfat, und Entfernung des Lösungsmittels unter vermindertem Druck (im Vergleich zu Normaldruck) gewonnen. Im Falle der Verwendung von Aceton als Lösungsmittel wird das ausgefallene Alka- lihalogenid durch Filtration abgetrennt und die Schwefel-freie ionische Flüssigkeit dadurch isoliert, dass das Lösungsmittel unter vermindertem Druck (im Vergleich zu Normaldruck) entfernt wird.

Eine weitere Reinigung der Schwefel-freien ionischen Flüssigkeit kann durch Auflösen in Dichlormethan, Filtration und Abtrennung des Lösungsmittels unter vermindertem Druck (im Vergleich zu Normaldruck) sowie Erwärmen auf Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur (bevorzugt auf Temperaturen zwischen 60 °C und 100 °C) im Hochvakuum erfolgen.

Da das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Verwendung von Silberverbindungen auskommt, sind entsprechend auch keine nachteiligen Silberrückstände im Reaktionsprodukt zu finden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Ausführungsbeispiele

Die Herstellung der Schwefel-freien ionischen Flüssigkeiten kann in zwei Varianten, einer Wasser basierten und einer Wasser-freien erfolgen.

Das molare Verhältnis Metall' -halogenid : Alkalicyanat : organisches Kation A (Halogenid- salz) liegt bei beiden Varianten vorzugsweise zwischen 1 : 1 , 1 : 1 , 1 und 1 :20: 10. Besonders bevorzugt ist ein molares Verhältnis Metall' -halogenid : Alkalicyanat : organisches Kation A (Halogenidsalz) von 1 :4:2.

Variante I / H^O- Variante: Das Halogenid des organischen Kations AX (X = Cl, Br oder I), Alkalicyanat (z. B. KOCN oder NaOCN) und das zweiwertige Metallhalogenid (MCI 2 , MBr 2 oder Ml 2 ) werden in Wasser aufgelöst, für mindestens 30 min gerührt und dann die ionische Flüssigkeit mit Nitromethan mehrfach extrahiert. Das Extrakt wird über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Zur weiteren Reinigung kann das Produkt in Dichlormethan aufgelöst, filtriert und das Lösungsmittel wieder im Vakuum entfernt werden. Eine weitere Reinigung von anhaftendem Wasser kann durch Erwärmen im Hochvakuum erfolgen. Im Fall von Dikationen, A 2+ (I = 1) wird die Reaktion in einer 1 : 1-Mischung aus Wasser und Aceton durchgeführt.

Variante II / Aceton-Variante: Eine abgewogene Menge Metall(ll)-halogenid (MCI 2 oder MBr 2 oder Ml 2 ), ein molarer Überschuss Alkalicyanat (KOCN, NaOCN) und ein molarer Über- schuss des Halogenids des organischen Kations AX werden mit Aceton als Lösungsmittel für mindestens 30 min (vorzugsweise vier Stunden) unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen wird das ausgefallene Alkalihalogenid abfiltriert und im Vakuum das Lösungsmittel entfernt. Der Rückstand wird in wenig Dichlormethan gelöst, durch ein hartes Filter filtriert und anschließend im Vakuum das Lösungsmittel abgezogen. Eine weitere Trocknung kann im Diffusionspumpenvakuum bei 60 °C erfolgen.

Aufgrund einer besseren Löslichkeit der Edukte werden für die verfahrensmäßige Herstellung derjenigen ionischen Flüssigkeiten, welche Dikationen enthalten (d= 2, 1 = 1), dem Aceton 15 Volumenprozent DMSO zugefügt.

Beispiel 1 : (EMIm) 7 rCo(NCO

Bis(1-ethyl-3-methylimidazolium)-tetra(isocyanato)cobaltat(l l)

0,85 g (6,55 mmol) Cobalt(ll)-chlorid, 2, 18 g (26,84 mmol) Kaliumcyanat und 1 ,49 g (13,42 mmol) 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMImCI) werden in 100 mL Aceton 4 h unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen wird vom Kaliumchlorid filtriert und bis zur Trockene im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Der Rückstand wird in wenig Dichlormethan gelöst, durch ein hartes Filter filtriert und anschließend im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Nach dem Trocknen im Diffusionspumpenvakuum bei ca. 60 °C erhält man eine dunkelblaue, leicht bewegliche Flüssigkeit, Ausbeute 1 ,82 g (54 %). Glasübergang: -78 °C.

Beispiel 2: (DBMDIm)rCo(NCO) £ l

3,3'-Methylenbis(1-butylimidazolium)-tetra(isocyanato)cobalt at(ll)

0,85 g (6,55 mmol) Cobalt(ll)-chlorid, 2, 18 g (26,84 mmol) Kaliumcyanat und 1 ,76 g (6,70 mmol) DBMDImCI, 3,3'-Methylenbis(1-butyl-imidazolium)chlorid, werden in einer Mischung aus 100 ml_ Aceton und 15 mL DMSO 4 h unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen wird vom Kaliumchlorid abfiltriert und bis zur Trockene im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Der Rückstand wird in wenig Dichlormethan gelöst, filtriert und anschließend im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Nach dem Trocknen im Diffusionspumpenvakuum bei ca. 60 °C erhält man einen blauen Feststoff, Ausbeute: 96 %. Schmp. 91 °C.

Beispiel 3: (BuUM NKNCO^l

Bis(tetrabutylammonium)-tetra(isocyanato)nickelat(ll)

0,65 g (5 mmol) Nickel(ll)-chlorid, 2,92 g (21 mmol) Kaliumcyanat und 1 ,70 g (10,5 mmol) But 4 NCI, Tetrabutylammonium-chlorid, werden in 100 mL Aceton 4 h unter Rückfluss erhitzt. Nach dem Abkühlen wird vom Kaliumchlorid abfiltriert und bis zur Trockene im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Der Rückstand wird in wenig Dichlormethan gelöst, filtriert und anschließend im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Nach dem Trocknen im Diffusionspumpenvakuum bei ca. 80 °C erhält man eine blaue Flüssigkeit, Ausbeute: 97 %. Schmp. -21 °C.

Nach dem gleichen Verfahren wurden insgesamt die nachfolgend genannten Verbindungen hergestellt, wobei auf die Angabe der Details aufgrund der Übereinstimmung zu den Beispielen 1-3 verzichtet wird:

1) A 2 [Co"(NCO) 4 ]

d = 1 , 1 = 2 A = Mim, 1-Methylimidazolium

DMIm, 1 ,3-Dimethylimidazolium

EMIm, 1-Ethyl-3-methylimidazolium

DEIm, 1 ,3-Diethylimidazolium

PMIm, 1-Methyl-3-n-propylimidazolium

i-PMIm, 1-Methyl-3-i-propylimidazolium

BMIm, 1-n-Butyl-3-methylimidazolium

i-BMIm, 1-i-Butyl-3-methylimidazolium

PentMIm, 1-Methyl-3-pentylimidazolium

HexMIm, 1-Hexyl-3-methylimidazolium

HeptMIm, 1-Heptyl-3-methylimidazolium

OctMIm, 1-Methyl-3-octylimidazolium

NonMIm, 1-Methyl-3-nonylimidazolium

AllylMIm, 1-Allyl-3-methylimidazolium

PropargylMIm, 1-Methyl-3-propagylimidazolium

PhPrMIm, 1-Methyl-3-phenylpropylimidazolium

PeMIm, 1 ,2,3,4,5-Pentamethylimidazolium DML, Dimethyllophin, 1 ,3-Dimethyl-2,4,5-triphenylimidazolium

DBTMIm, 1 ,3-Dibutyl-1 ,4,5-trimethylimidazolium

EPy, Ethylpyridinium

BPy, Butylpyridinium

(Ph 3 P) 2 N, Bis(triphenylphosphin)iminium

2) A[Co"(NCO) 4 ]

d = 2, I = 1 A = DMDIm, 3,3'-Dimethyl-1 , 1'-methylenediinnidazolium

EMDIm, 3,3'-(Ethan-1 ,2-diyl)bis(1-methylimidazolium

PMDIm, 3,3'-(Propan-1 ,3-diyl)bis(1-methylimidazolium BMDIm, 3,3'-(Butan-1 ,4-diyl)bis(1-methylimidazolium

DBMDIm, 3,3'-Methylenbis(1-butyl-imidazolium)

3) A 2 [Ni"(NCO) 4 ]

EMIm, 1-Ethyl-3-methylimidazolium

But t N, Tetra-n-butylammonium

4) A 2 [Mn"(NCO) 4 ]

d= 1 , 1 = 2 A = Me 4 N, Tetramethylammonium

But t N, Tetra-n-butylammonium

Et 3 BnN, Triethyl-benzylammonium

Bu 3 BnN, Tri-n-butyl-benzylammonium

Ph 3 EtP, Triphenylethylphosphonium

EMIm, 1-Ethyl-3-methylimidazolium

(Ph 3 P) 2 N, Bis(triphenylphosphin)iminium