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DE4118704A1 - Verfahren zur herstellung von polyalkylendioxythiophenen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von polyalkylendioxythiophenen

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Publication number
DE4118704A1
DE4118704A1 DE19914118704 DE4118704A DE4118704A1 DE 4118704 A1 DE4118704 A1 DE 4118704A1 DE 19914118704 DE19914118704 DE 19914118704 DE 4118704 A DE4118704 A DE 4118704A DE 4118704 A1 DE4118704 A1 DE 4118704A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thiophene
ethylene
alkylene
oxy
dioxy
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19914118704
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Dipl Chem Dr Heywang
Friedrich Dipl Chem Dr Jonas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
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Publication of DE4118704A1 publication Critical patent/DE4118704A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/02Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D495/04Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/126Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyalkylen­ dioxythiophenen durch Elektropolymerisation.
In der europäischen Patentschrift EP 3 39 340 ist die Herstellung von Polalkylen­ dioxythiophenen beschrieben. Die nach den dort angegebenen Verfahren hergestell­ ten leitfähigen Polymere sind bei bestimmten Anwendungen noch nicht ganz voll befriedigend. Insbesondere bei Prozessen, bei denen die Nachdiffusion der Mono­ meren eine entscheidende Rolle spielt, sind die Leitfähigkeiten der erhaltenen Polymere noch nicht genügend hoch.
Es wurde gefunden, daß sich Ethylenglykol und bestimmte Derivate davon als Lö­ sungsmittel für die Elektropolymerisation von Alkylendioxythiophenen besonders gut eignen.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Polyalkylendioxy­ thiophenen aus Alkylendioxythiophenen der Formel (I)
in der
A einen gegebenenfalls substituierten C1-C4-Alkylenrest, vorzugsweise einen gegebenenfalls durch Alkylgruppen substituierten Methylen-, einen gege­ benenfalls durch C1-C12-Alkyl- oder Phenylgruppen substituierten Ethy­ len-1,2-Rest oder einen Cycloalkylen-1,2-Rest mit 5 bis 7 C-Atomen be­ deutet,
in Gegenwart von Lösungsmitteln der Formel (II)
in welcher
n für eine ganze Zahl von 1 bis 5,
R1 für H, CH3 sowie
R2 und R3 gleich oder verschieden sein können und für Wasserstoff, Alkyl und Acyl stehen,
durch an sich bekannte elektrochemische Polymerisation.
Gegebenenfalls substituierte C1-C4-Alkylenreste A sind vorzugsweise Alkylen- 1,2-Reste, die sich von den 1,2-Dihalogen-alkanen ableiten, wie sie beim Halogenieren von Olefinen wie Ethen, Propen-1, Hexen-1, Octen-1, Decen-1, Dodecen-1 und Styrol erhältlich sind; außerdem seien genannt der Cyclo­ pentylen-1,2-, Cyclohexylen-1,2-, Cycloheptylen-1,2-, Butylen-2,3-, 2,3-Di­ methylen-butylen-2,3- und Pentylen-2,3-Rest. Bevorzugte Reste A sind der Methylen-, Ethylen-1,2- und der Propylen-1,2-, sowie der Propylen-1,3-Rest.
Bevorzugte Alkylendioxythiophene sind 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen, 3,4-(Pro­ pylen-1,2-dioxy)-thiophen, 3,4-(Propylen-1,3-dioxy)-thiophen.
In bevorzugten Lösungsmitteln der Formel (II) steht n für 1 und 3, R1 für Wasserstoff und Methyl, R2 und R3 sind gleich oder verschieden und bedeuten Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Acetyl.
Bevorzugte Lösungsmittel sind Glykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Glykolmonomethylether, Diethylenglykolmonomethylether, Glykoldimethylether, Diethylenglykoldimethylether, Glykolmonoethylether, Diethylenglykolmonoethyl­ ether, Glykolmonoacetat, Diethylenglykolmonoacetat, Glykoldiacetat, Diethylen­ glykoldiacetat.
Die elektrochemische Polymerisation kann bei -30°C bis 120°C, bevorzugt bei 0°C bis 60°C, vorgenommen werden.
Dem Lösungsmittel der Formel (II) können 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-% Wasser zugefügt werden.
Für die Durchführung der Elektropolymerisation ist der Zusatz von Leitsalzen not­ wendig. Beispielhaft seien genannt: Salze mit den Anionen Alkylsulfonat, gegebe­ nenfalls substituiertes Arylsulfonat, gegebenenfalls substituiertes Aryldisulfonat, Tetrafluoroborat, Hexafluorophosphat, Perchlorat, Hexafluorantimonat, Hexafluoro­ arsenat, Hexachloroantimonat, teil- und perfluoriertes oder teil- und perchloriertes Alkyl- und Arylsulfonat. Als Kationen dieser Salze sind Alkaliionen, Erdalkali­ ionen, quaternäre Ammoniumionen, quaternäre Phosphoniumionen, ternäre Sulfo­ niumionen und Oxoniumionen geeignet.
Beispiele für geeignete Leitsalze sind
Natriummethansulfonat,
Natriumdodecylsulfonat,
Natriumbenzolsulfonat,
Triethylammoniumbenzolsulfonat,
Tributylammoniumbenzolsulfonat,
Triethylammoniumtosylat,
Tributylammoniumtosylat,
Natrium-1-naphthalinsulfonat,
Triethylammonium-1-naphthalinsulfonat,
Natrium-2-naphthalinsulfonat,
Triethylammonium-2naphthalinsulfonat,
Natriumdibutylnaphthalinsulfonat (Isomerengemisch),
Triethylammonium-dibutylnaphthalinsulfonat (Isomerengemisch),
Tributylammonium-dibutylnaphthalinsulfonat (Isomerengemisch),
Dinatrium-1,5-naphthalindisulfonat,
Bistriethylammonium-1,5-naphthalinsulfonat,
Bistributylammonium-1,5-naphthalinsulfonat,
Dinatrium-1,6-naphthalindisulfonat,
Bistriethylammonium-1,6-naphthalinsulfonat,
Bistributylammonium-1,6-naphthalinsulfonat,
Dinatrium-1,7-naphthalindisulfonat,
Bistriethylammonium-1,7-naphthalinsulfonat,
Bistributylammonium-1,7-naphthalinsulfonat,
Dinatrium-2,6-naphthalindisulfonat,
Bistriethylammonium-2,6-naphthalinsulfonat,
Bistributylammonium-2,6-naphthalinsulfonat,
Dinatrium-2,7-naphthalindisulfonat,
Bistrimethylammonium-2,7-naphthalindisulfonat,
Bistriethylammonium-2,7-naphthalinsulfonat,
Bistributylammonium-2,7-naphthalinsulfonat.
Die Leitsalzkonzentration kann beliebig gewählt werden. Vorteilhaft ist eine Konzentration, die eine Stromdichte von 0,0001 bis 100 mA/cm2 ermöglicht.
Die Konzentration des Monomeren unterliegt keinen Beschränkungen. Bevorzugt werden Konzentrationen von 20 bis 80 Gew.-% des Gesamtelektrolyten.
Die Elektropolymerisation kann sowohl potentiostatisch als auch galvanostatisch durchgeführt werden.
Die Reaktionsdauer hängt von der gewünschten Menge von der Stromdichte bei der Elektropolymerisation ab.
Die Elektropolymerisation kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Als Elektrodenmaterial sind die bekannten Materialien wie Edelmetall- Bleche, Stählbleche, Drahtnetze, rußgefüllte Polymere, metallbedampfte Isolator­ schichten, Kohlefilze usw. geeignet.
Die Stromdichte für die Elektropolymerisation kann in einem breiten Rahmen vari­ iert werden. Üblicherweise sind Stromdichten von 0,0001 bis 100 mA/cm2 sehr gün­ stig. Hierbei stellt sich eine Spannung von 0,1 bis 50 V ein.
Herstellungsbeispiele Beispiel 1
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,013 mol) Bistri­ ethylammonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 3,5 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 103 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2-dioxy)-thio­ phen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 8,4 S/cm (Vierelektroden­ methode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 2
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 10 g (0,015 mol) Bisbutylammonlum-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol ohne Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 5,8 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 112 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2-dioxy)-thio­ phen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 4,7 S/cm (Vierelektroden­ methode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 3
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,013 mol) Bistri­ ethylammonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm , die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 24 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2, es stellt sich eine mittlere Spannung von 3,6 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 976 mg Poly-3,4-(ethylen- 1,2-dioxy)-thiophen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 27 S/cm (Vierelektrodenmethode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 4
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 12 g (0,018 mol) Bistributylammonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 4,3 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 111 mg Poly-3,4-(ethylen- 1,2-dioxy)-thiophen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 6,7 S/cm (Vierelektrodenmethode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 5
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2dioxy)-thiophen und 10 g (0,020 mol) Bistri­ ethylammonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 3,4 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 116 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2-dioxy)-thio­ phen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 5,3 S/cm (Vierelektroden­ methode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 6
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,019 mol) Bismethylammonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 60 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 3,8 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 112 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2dioxy)-thio­ phen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 6,7 S/cm (Vierelektroden­ methode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 7
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,013 mol) Triethylammoniumdibutylnapthalinsulfonat (Isomerengemisch) werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 4,7 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Aceto­ nitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 109 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2-dioxy)-thiophen-dibutylnaphthalinsulfonat mit einer Leit­ fähigkeit von ca. 1,7 S/cm (Vierelektrodenmethode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 8
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,013 mol) Bisethylammonium-1,6-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 12,8 mA. Die Stromdichte beträgt 0,2 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 3,6 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 116 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2-dioxy)-thio­ phen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 3,3 S/cm (Vierelektroden­ methode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 9
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,013 mol) Bistri­ ethylammonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einen, Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 6 Stunden bei einer konstanten Stromstarke von 6,4 mA. Die Stromdichte beträgt 0,1 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 2,5 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 114 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2-dioxy)-thio­ phen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 5,4 S/cm (Vierelektroden­ methode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 10
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-l,2-dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,013 mol) Bistri­ ethylainmonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 25,6 mA. Die Stromdichte beträgt 0,4 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 5,3 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 237 mg Poly-3,4(ethylen-1,2-dioxy)-thio­ phennaphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 30,6 S/cm (Vier­ elektrodenmethode an einem Pulverpreßling).
Beispiel 11
50 ml (0,14 mol) 3,4-(Ethylen-1,2-dioxy)-thiophen und 6,5 g (0,013 mol) Bistri­ ethylammonium-2,7-naphthalindisulfonat werden in 50 ml Diethylenglykol mit 3 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wird in eine ungeteilte Elektrolysezelle mit zwei Platinelektroden zu je 4×8 cm2, die in einem Abstand von 1 cm zueinander stehen, eingefüllt. Man elektrolysiert während 3 Stunden bei einer konstanten Stromstärke von 51,6 mA. Die Stromdichte beträgt 0,8 mA/cm2; es stellt sich eine Spannung von 8,9 V ein. Der blauschwarze Belag wird mit Acetonitril gewaschen und bei 50°C im Hochvakuum getrocknet. Man erhält 530 mg Poly-3,4-(ethylen-1,2-dioxy)-thio­ phen-naphthalindisulfonat mit einer Leitfähigkeit von ca. 29,2 S/cm (Vier­ elektrodenmethode an einem Pulverpreßling).

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Polyalkylendioxythiophenen aus Alkylendioxythio­ phenen der Formel (I) in der
A einen gegebenenfalls substituierten C1-C4-Alkylenrest, vorzugsweise einen gegebenenfalls durch Alkylgruppen substituierten Methylen-, einen gege­ benenfalls durch C1-C12-Alkyl- oder Phenylgruppen substituierten Ethy­ len-1,2-Rest oder einen Cycloalkylen-1,2-Rest mit 5 bis 7 C-Atomen be­ deutet, in Gegenwart von Lösungsmitteln der Formel (II) in welcher
n für eine ganze Zahl von 1 bis 5,
R1 für H, CH3 sowie
R2 und R3 gleich oder verschieden sein können und für Wasserstoff, Alkyl und Acyl stehen, durch an sich bekannte elektrochemische Polymerisation.
DE19914118704 1991-06-07 1991-06-07 Verfahren zur herstellung von polyalkylendioxythiophenen Withdrawn DE4118704A1 (de)

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8130 Withdrawal