DE60124411T2

DE60124411T2 - Ionische flüssigkeiten und ihre verwendung als lösungsmittel

Info

Publication number: DE60124411T2
Application number: DE60124411T
Authority: DE
Inventors: Peter Andrew ABBOTT; Lloyd David Oadby DAVIES; Glen Exmouth CAPPER; Kelvin Raymond Brampton RASHEED; Vasuki Tambyrajah
Original assignee: Scionix Ltd
Current assignee: Scionix Ltd
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2007-10-11
Also published as: DE60124411T8; ZA200303270B; EP1324979B1; WO2002026701A3; ES2275728T3; US7183433B2; EP1324979A2; AU9011301A; ATE344793T1; JP5166668B2; WO2002026701A2; DE60124411D1; CA2423803C; JP2004509945A; GB0023706D0; AU2001290113B2; CA2423803A1; US20040097755A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ionische Verbindungen und Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ionische Verbindungen, welche bei relativ niedrigen Temperaturen flüssig sind, d. h. im allgemeinen unterhalb von etwa 100°C, vorzugsweise unterhalb von etwa 60°C und am meisten bevorzugt solche Stoffe, die in der Nähe der oder bei Umgebungstemperatur flüssig sind.
Es besteht derzeit ein großes aktuelles Interesse auf dem Gebiet der ionischen Flüssigkeiten. Derartige Systeme, welche Beispiele für geschmolzene Salze sind, weisen eine Anzahl von interessanten und nützlichen chemischen Eigenschaften auf; so zum Beispiel besitzen sie einen Nutzen als höchst polare Lösungsmittel zum Einsatz in der präparativen Chemie sowie als Katalysatoren. Sie besitzen auch noch eine besondere Nutzanwendung in der Elektrochemie, wie zum Beispiel in Batterien, Brennstoffzellen, Photovoltaikvorrichtungen und Verfahren zur elektrischen Abscheidung, zum Beispiel in Bädern zum Elektroplattieren (Galvanotechnische Behandlung/Galvanisieren) von Metallen.
Ganz allgemein gesprochen, weisen die ionischen Flüssigkeiten einen äußerst niedrigen Dampfdruck auf und sind somit im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Lösungsmitteln in der Weise von Vorteil, dass sie in der Tat keine risikoreichen Dämpfe entwickeln. Sie sind daher vom Standpunkt der Gesundheit, Sicherheit und Umwelt aus betrachtet von Vorteil.
Ein derartiges System, das schon seit vielen Jahren bekannt ist, ist jenes, welches aus 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid-Aluminiumchlorid (EMIC-AlCl₃) gebildet wird. Dieses System stellt zwischen –100°C bis zu etwa 200°C eine thermisch stabile Flüssigkeit dar, je nach dem molaren Verhältnis des jeweils eingesetzten EMIC zu dem verwendeten AlCl₃.
Derartige Systeme aus EMIC-AlCl₃ werden bislang in ausgedehntem Maße als Lösungsmittel für verschiedene ionische Reaktionen und als Elektrolyten eingesetzt, wie zum Beispiel in der US-A-5 525 567, der FR-A-2 611 700, FR-A-2 626 572, WO 95/21 872 und der EP-A-838 447 beschrieben ist. Es gibt dabei eine Reihe von Schwierigkeiten beim Einsatz derartiger Verbindungen. Jene rühren grundsätzlich von deren Kosten und ihrer Empfindlichkeit gegenüber Wasser her.
In den letzten Jahren wurden andere ionische Verbindungen synthetisiert, welche bei relativ niedrigen Temperaturen flüssig sind. So zum Beispiel sind in der US-A-4 764 440 bei niedrigen Temperaturen geschmolzene Zusammensetzungen offenbart, die beispielsweise durch die Reaktion von Triphenyl-Ammoniumchlorid zusammen mit Aluminiumtrichlorid gebildet werden. Die daraus resultierende ionische Verbindung weist einen niedrigen Erstarrungspunkt (um –75°C herum) auf, krankt aber auf Grund der Anwesenheit von Aluminiumtrichlorid an der gleichen Empfindlichkeit gegenüber Wasser wie EMIC-AlCl₃.
Es liegen daher Vorschläge vor, andere Metallhalogenide an Stelle von Aluminiumtrichlorid zu verwenden. Beispielsweise wird in der US-A-5 731 101 die Verwendung von Eisen- und Zinkhalogen lden als jeweils anionischer Anteil einer ionischen Zusammensetzung offenbart. Der kationische Anteil wird durch ein Amin-Hydrohalogenidsalz gemäß der Formel R₃N·HX (X = Halogenid) gebildet.
In der PCT/GB 00/01 090 sind ionische Flüssigkeiten offenbart, welche durch die Reaktion von quaternären Ammoniumverbindungen, wie zum Beispiel Cholinchlorid zusammen mit Halogeniden von Zink, Zinn oder Eisen gebildet werden.
In Saito, Shuji et al.: "Complexes Of Urea And Symmetrical Tetraalkylammonium-Halides", J. Am. Chem. Soc., (1996), 88, (22), S. 5107–12 werden Komplexe aus Harnstoff und symmetrischen Tetraalkylammonium-Halogeniden offenbart. Die Komplexe sind kristallin, wobei keinerlei Offenbarung weder über den Einsatz der asymmetrischen Ammoniumverbindungen noch über die Verwendung von Flüssigkeiten, die aus derartigen Komplexen in Form von Lösungsmitteln gebildet wurden, gegeben ist.
In Koichi Tanaka et al.: "Molecular Aggregation Of Alkyltrimethylammoniumbromid And Alcohol In The Solid State", Mol. Cryst. Liqu. Cryst., Bd. 277, (1996), Seiten 139–143 ist die Rede von der Abtrennung von primären Alkoholen aus Gemischen aus primären und sekundären Alkoholen durch Komplexierung mit quaternären Ammoniumbromiden mit einer Kettenlänge des Alkylrests von mindestens 10.
In O. Kristiansson et al.: "Interaction Between Methanol And Cl-, Br-, I-, NO₃, ClO₄-, SO₃CF₃ And PF₆- Anions Studied By FTIR-Spectroscopy", Acta Chemica Scandinavica, Bd. 51, (1997), Seiten 270-273 sind Verbindungen offenbart, die aus quaternären Ammonium-Kationen und Methanol gebildet werden.
Keiju Sawada et al.: "X-Ray Analyses Of Complexes Formed Between Surfactants And Aromatic Compounds. I. A Common Structural Pattern Of Complexes" in Bulletin of the Chemical Society of Japan, Bd. 71, (1998), Seiten 2109–2118 offenbart die Herstellung von verschiedenen festen Materialien aus quaternären Aminen und einer Vielzahl aromatischer Verbindungen.
Negita et al.: "¹⁴N Nuclear Quadropole Resonance Of the Molecular Complexes Of Urea" in Bulletin of the Chemical Society of Japan, Bd. 54, (1981), Seiten 391–393 offenbart feste Komplexe aus Harnstoff mit quaternären Aminen.
Masood A. Kahn: "Hydrogen Bonding And Crystal Packing Trends In Tetraalkylammonium HalideCatechol Complexes: Synthesis, spectroscopic and crystal structure studies of Me₄NCl-Catechol, Et₄NCl-Catechol, Et₄NBr-Catechol and Pr₄NBr-Catechol Complexes".
Im Journal of Molecular Structure, Bd. 145, (1986), Seiten 203–218 sind kristalline Verbindungen offenbart, welche aus symmetrischen Aminen und Catechin dargestellt werden.
In der US-A-5 731 101 A (Lacroix Christine P. M. et al.), 24. März 1998 (1998-03-04) sowie Masood A. Kahn et al.: "Novel Hydrogen Bonding In Crystalline Tetra-n-butylammonium Salts Of Catechol Halides" und dem Canadian Journal of Chemistry, Bd. 63, (1985), Seiten 2119–2122 sind ionische Zusammensetzungen offenbart, die bei niedriger Temperatur flüssig sind und aus Aluminiumtrichlorid und Triethylamin hergestellt werden.
In Q. Li, T. C. W. Mak: "Novel Inclusion Compounds Consolidated By Host-Host And By Host-Guest Hydrogen Bonding: Complexes Of Thiourea with (2-Hydroxyethyl)-trimethyl·Ammonium carbonate And Oxalate" werden Einschlussverbindungen in fester Form offenbart, die aus Thioharnstoff und quaternären Ammoniumverbindungen dargestellt werden.
Es wurde nunmehr durch uns festgestellt, dass die Möglichkeit besteht, Verbindungen zu synthetisieren, welche bei Temperaturen von 100°C oder darunter flüssig sind, und zwar durch die Reaktion eines Aminsalzes, vorzugsweise eines quaternären Aminsalzes, zusammen mit einem organischen Material, vorzugsweise mit einem solchen, das bei 20°C in fester Form vorliegt, und welches dazu befähigt ist, eine Wasserstoffbindung mit dem Anion des Aminsalzes einzugehen. Verbindungen, welche für die Bildung derartiger Wasserstoffbindungen geeignet sind, schließen Amide, wie zum Beispiel Harnstoff, Thioharnstoff, sowie Acetamid, dann Carbonsäuren, wie zum Beispiel Oxalsäure, Benzoesäure und Zitronensäure, Alkohole, Phenol sowie substituierte Phenole ebenso wie Zucker, wie zum Beispiel Fruktose, mit ein. Obschon keine Absicht besteht, durch irgendeine Theorie eines Reaktionsablaufes gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, dass die Wasserstoffbindung der organischen Verbindung mit dem Anion der Ammoniumverbindung die Verschiebung der Ladung ermöglicht, welche die flüssige Form der Verbindung stabilisiert.
Gemäß der Erfindung wird eine ionische Verbindung geschaffen, die einen Erstarrungspunkt von bis zu 100°C, vorzugsweise bis zu 60°C aufweist und die durch die Reaktion von mindestens 1 Aminsalz gemäß der Formel R¹R²R³R⁴N⁺X^– (I)mit mindestens 1 organischen Verbindung (II), welche bevorzugt bei 20°C als Feststoff vorliegt, hergestellt wird, wobei dieser Stoff zur Bildung einer Wasserstoffbindung mit X^– befähigt ist,
worin R¹, R², R³ und R⁴ nicht identisch sind und jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff,
ggf. substituiertes C₁- bis C₅-Alkyl,
ggf. substituiertes C₆- bis C₁₀-Cycloalkyl,
ggf. substituiertes C₆- bis C₁₂-Aryl,
ggf. substituiertes C₇- bis C₁₂-Alkaryl bedeuten, oder worin
R¹ und R² zusammen genommen einen ggf. substituierten C₄- bis C₁₀-Alkylenrest darstellen, wodurch zusammen mit dem Stickstoffatom gemäß der Formel (I) ein 5- bis 11-gliedriger heterocyclischer Ring gebildet wird, wobei X^– die Gruppe NO₃ ^–, F^–, Cl^–, Br^–, I^–, BF₄ ^–, ClO₄ ^–, CN^–, SO₃CF₃ ^– oder COOCF₃ bedeutet und worin der Ausdruck "ggf. substituiert" die Bedeutung aufweist, dass der fragliche Rest substituiert oder nicht substituiert sein kann, und zwar mit 1 oder mehreren Resten (vorzugsweise von Null bis zu 6 Resten), die ausgewählt sind aus OH, SH, SR⁵, Cl, Br, F, I, NH₂, CN, NO₂, COOR⁵, CHO, COR⁵ sowie OR⁵, worin R⁵ einen ggf. substituierten Cl- bis C₁₀-Alkyl- oder Cycloalkylrest darstellt, und worin das molare Verhältnis von I zu II im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 2,5 liegt.
Die Verbindung gemäß der Formel II stellt einen Stoff gemäß der Formel R⁶COOH, R⁷R⁸NH, R⁹CZNH₂ oder R¹⁰OH dar, worin:
R⁶, R⁷, R⁸ und R¹⁰ jeweils Wasserstoff, einen C₁- bis C₈-Alkylrest, Arylrest oder einen C₇- bis C₁₂-Alkarylrest mit einer wahlweisen Substitution von Null bis zu 6 Resten bedeuten, die ausgewählt sind aus OH, SR⁵, Cl, Br, F, I, NH₂, CN, NO₂, COOR⁵, COR⁵ und OR⁵, worin R⁵ Wasserstoff oder einen C₁- bis C₁₀-Alkyl- oder Cycloalkylrest darstellt;
wobei R⁹ die für R⁶ angegebenen Bedeutungen aufweist oder NHR¹¹ bedeutet, worin R¹¹ Wasserstoff oder einen C₁- bis C₆-Alkylrest sowie Z Sauerstoff oder Schwefel bedeuten. Vorzugsweise liegt die Verbindung II in Form von Harnstoff, ggf. substituiertem Anilin, einer aliphatischen C₁- bis C₆-Säure, einem aliphatischen C₁- bis C₆-Amin, einer aliphatischen C₁- bis C₆-Hydroxysäure oder einer Dicarbonsäure gemäß der Formel HOOC(CH₂)_nCOOH vor, worin n die Zahl 0 oder 1 bedeutet, oder liegt in Form von Acetamid, ein ggf. substituiertes Phenol, Alkylenglykol oder Zitronensäure vor. Am meisten bevorzugt stellt die Verbindung II Harnstoff, Acetamid, Oxalsäure·Dihydrat, Phenol, Ethylenglykol oder Zitronensäure dar.
Die Verbindungen I und II werden in einem molaren Verhältnis von 1 : 1,5 bis zu 1 : 2,5, in bevorzugter Weise im Verhältnis von etwa 1 : 2 miteinander vermischt. Die bei der Darstellung der ionischen Verbindungen gemäß der Erfindung eingesetzten Aminsalze (I) sind asymmetrisch, das heisst, dass die Substituentenreste R¹, R², R³ und R⁴ nicht alle miteinander identisch sind.
Die bevorzugten Aminsalze gemäß der Formel I sind dieselben Salze wie jene, die gemäß der PCT/GB 00/01 090 bevorzugt sind, nämlich die Salze, bei denen R₄ einen C₁- bis C₁₀-Alkyl- oder Cycloalkylrest darstellt, der seinerseits mit mindestens 1 Rest substituiert ist, der aus OH, SR⁵, Cl, Br, F, I, NH₃, CN, NO₂, OR⁵, COOR⁵, CHO und COR⁵ ausgewählt ist. Eine besondere Bevorzugung besteht darin, dass R⁴ eine Ethylgruppe darstellt, die mit einer oder mehrerer der Gruppen Hydroxyl, Chlor oder einem Ester substituiert ist (das heisst, dass der Substituent R⁴ von Cholin, Chlorcholin oder einem Cholinester abgeleitet ist). Spezielle Beispiele für R⁴ Reste, die sich als geeignet erwiesen haben, sind das 2-Hydroxyethyl, 2-Bromethyl, 2-Chlorethyl, 2-Acetoethyl, N-Decyl, Cyclohexyl, 2-Hydroxy-3-Chlorpropyl, sowie das 3-Brompropyl. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Amin-Kation chiral.
Das Gegenion X^– der Verbindung I stellt vorzugsweise ein Halogenid dar, zum Beispiel ein Bromid oder Chlorid.
Die ionischen Verbindungen gemäß der Erfindung lassen sich einfach durch Vermischen des Aminsalzes (I) zusammen mit dem Lieferanten der Wasserstoffbindung (II) darstellen. Die Reaktion ist im allgemeinen endotherm; sie wird für gewöhnlich durch Erhitzen ausgeführt, beispielsweise auf eine Temperatur von 100°C oder höher.
Die ionischen Verbindungen gemäß der Erfindung lassen sich für einen breiten Bereich von Anwendungszwecken einsetzen, zum Beispiel als Elektrolyten in elektrochemischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Batterien oder Brennstoffzellen, in Photovoltaik- oder elektrochromen Anlagen, sowie bei der elektrochemischen Abscheidung (Galvanisieren), beim elektrischen Polieren oder bei der elektrolytischen Raffination. Die Verbindungen finden eine besondere Anwendung für die Durchführung von Applikationen, bei denen ein polares, jedoch nichtwässriges Lösungsmittel erforderlich ist. Sie lassen sich auch als inertes Milieu zum Auflösen von speziellen ionischen Verbindungen, wie zum Beispiel Komplexen mit einem Übergangsmetall, einsetzen, oder sie lassen sich entweder alleine oder nach dem Komplexieren mit anderen Metallionen als Katalysatoren oder als chemische Reagenzien verwenden. Sie können auch zum Extrahieren eines gelösten Stoffes aus einem nicht mischbaren Lösungsmittel verwendet werden.
Die ionischen Verbindungen gemäß der Erfindung können auch als Alternative zu den traditionellen Gemischen starker Säuren als Lösungsmittel für das Elektrolytische Polieren von Metallen, zum Beispiel Edelstahl und Aluminium eingesetzt werden. Zumindest die bevorzugten Verbindungen gemäß der Erfindung sind umweltfreundlicher als die traditionellen Säuregemische, welche für das Elektropolieren von Edelstahl verwendet werden; sie sind auch billig und wieder verwendbar. Darüber hinaus können sie zu einem niedrigeren Energieverbrauch und verminderten Umweltrisiken am Arbeitsplatz führen, zum Beispiel im Hinblick auf solche Risiken, welche durch die Entwicklung von Gas, wie zum Beispiel "Rauchen" herkömmlicher Säuregemische hervorgerufen werden.
Eine Anzahl von bevorzugten Ausgestaltungen gemäß der Erfindung werden in den folgenden Beispielen erläutert. Die Zusammensetzung all dieser Produkte wurde durch die Verwendung der ¹H NMR-Spektroskopie charakterisiert, wobei deren ionischer Charakter durch Messungen der Leitfähigkeit charakterisiert wurde, und zwar durch Einsatz des Leitfähigkeitmessgerätes Jenway 4071 und einer Temperaturmeßsonde. Sämtliche Verbindungen wiesen eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 10 μS cm^–1 bei 10°C oberhalb ihres Erstarrungspunktes auf. Die in den Beispielen benutzten Ausgangsmaterialien waren alle wasserfreie Substanzen; sie wurden vor dem Gebrauch 2 Stunden lang unter Vakuum getrocknet.
Beispiel 1
Zu 1,40 g (0,01 Mol) Cholinchlorid (quaternäre Ammoniumverbindung gemäß der oben stehenden allgemeinen Formel I, worin R¹, R² und R³ Methyl, R⁴ die Gruppe C₂H₄OH und X^–Cl^– bedeuten) wurden 1,2 g Harnstoff (0,02 Mol) in einem Teströhrchen aus dem Labor hinzugegeben. Das Gemisch wurde auf eine Temperatur von 70°C für eine Dauer von 20 Minuten erhitzt, wobei eine klare, farblose Flüssigkeit gewonnen wurde. Der Schmelze wurde in einer Geschwindigkeitsrate von annäherungsweise 1°C pro Minute abkühlen gelassen, wobei die Temperatur aufgezeichnet wurde, bei welcher das Einsetzen der Kristallbildung zu beobachten war; dies wurde als Erstarrungspunkt registriert. (Bei allen eutektischen Mischungen tritt das vollständige Erstarren der Zusammensetzung bei einer Temperatur ein, die wesentlich niedriger ist als jene beim Einsetzen der Kristallbildung; allerdings ist das Verfestigen langsam, wobei in einigen Fällen die Materialien mehrere Tage vor dem Verfestigen in Form eines Gels verbleiben können). Die Leitfähigkeit der ionischen Flüssigkeit Harnstoff : Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 bei 19°C betrug 338 μS cm^–1. Der Erstarrungspunkt des Gemisches betrug 12°C.
Beispiele 2 bis 15
Die Vorgehensweise gemäß dem Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei 0,02 Mol der Verbindung "II" gemäß den Bedeutungen der Tabelle 1 verwendet wurden, und zwar anstelle von Harnstoff. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt. In jedem Falle wurde das Erhitzen so lange ausgeführt, bis eine klare Schmelze gebildet wurde, wobei danach der Erstarrungspunkt anhand des ersten Erscheinens der Kristallbildung bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 1°C pro Minute bestimmt wurde.
Um aufzuzeigen, dass die Bildung der flüssigen ionischen Verbindung das Ergebnis der Wasserstoffbindung zwischen der Verbindung II und dem Chlorid-Anion ist, wurden Versuche unternommen, ähnliche Substanzen unter Einsatz von verschiedenen anderen Ausgangsmaterialien zu synthetisieren, und zwar unter Anwendung derselben Vorgehensweise wie in Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 in Form der Beispiele 1 bis 8 dargestellt,
In derselben Art und Weise wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden Verbindungen aus 0,01 Mol Cholinchlorid und alle jeweiligen Verbindungen, wie in der Tabelle 1A aufgezeigt (0,02 Mol), dargestellt. Der Erstarrungspunkt einer so erhaltenen Verbindung ist in der Tabelle 1A gezeigt.
Im Gegensatz dazu lieferten die in der Tabelle 2A angegebenen Substanzen bei einer Substitution in der gleichen molaren Menge bezüglich des Harnstoffes keine ionische Flüssigkeit mit einem Erstarrungspunkt von 100°C oder niedriger.
Die Ergebnisse gemäß der Tabellen 1, 2, 1A und 2A zeigen auf, dass viele, aber nicht alle Verbindungen, die im Grundsatz dazu befähigt sind, ein Wasserstoffatom für eine Wasserstoffbindung zu lie fern, auch dazu in der Lage sind, mit Cholinchlorid ionische Flüssigkeiten zu bilden, und zwar vermittels des Verfahrens nach dem Beispiel 1. Im allgemeinen stellen die Verbindungen, welche die nützlichsten ionische Verbindungen bilden (das heisst solche mit dem jeweils niedrigsten Erstarrungspunkt), solche dar, bei denen die eingesetzte "Verbindung II" einen relativ niedrigen Erstarrungspunkt aufweist, zum Beispiel niedriger als 150°C, vorzugsweise niedriger als 100°C und in bevorzugterer Weise niedriger als 50°C sowie noch mehr bevorzugt niedriger als 20°C oder noch niedriger (das heisst, welche bei Umgebungstemperatur fest sind).
Einen zusätzlichen Faktor, der ein bedeutendes Gewicht auf die Frage ausübt, ob eine besondere Verbindung (II) als Wasserstoffbindungslieferant dazu in der Lage ist, eine ionische Flüssigkeit mit einem Erstarrungspunkt von niedriger als 100°C oder noch niedriger zu bilden, stellt der Unterschied hinsichtlich der Ordnung der Verbindungsstruktur in jeweils festem und flüssigem Zustand dar. Verbindungen, die im Grundsatz dazu befähigt sind, eine Wasserstoffbindung zur Verfügung zu stellen, bei denen jedoch der Unterschied zwischen der Ordnung der Struktur in jeweils festem oder flüssigem Zustand gering ist, werden im allgemeinen nicht bevorzugt. So zum Beispiel sind langkettige aliphatische Säuren mit einem niedrigen Erstarrungspunkt, die jedoch einen niedrigen Grad an Struktur in festem Zustand besitzen, generell unbefriedigend. In gleicher Weise werden im allgemeinen Verbindungen favorisiert, die in flüssigem Zustande höchst geordnet vorliegen (wie zum Beispiel Trifluoressigsäure).
Ferner gibt es noch einen weiteren Faktor von bedeutendem Gewicht auf der Frage, ob eine besondere Verbindung (II) als Wasserstoffbindungslieferant dazu in der Lage ist, eine ionische Flüssigkeit mit einem Erstarrungspunkt von niedriger als 100°C oder noch niedriger zu bilden; dieser stellt die Anwesenheit verschiedener Typen an funktionellen Gruppen dar, welche dazu befähigt sind, als Wasserstoffbindungslieferanten zu fungieren. Es ist höchst bevorzugt, dass nur 1 Typ an funktioneller Gruppe, der in der Lage ist, als Wasserstoffbindungslieferant zu fungieren, in der jeweiligen Verbindung II vorhanden ist. Zum Beispiel werden Verbindungen, die sowohl eine COOH-Gruppe als auch eine NH₂-Gruppe enthalten (Aminosäuren) trotz der möglichen Anwesenheit von 2 Carbonsäuregruppen im allgemeinen nicht bevorzugt.
Fachleute werden im allgemeinen dazu in der Lage sein, einen passenden Wasserstoffbindungslieferant für die Zwecke der Erfindung auszuwählen, und zwar auf der Grundlage der vorstehenden Kriterien und den speziellen vorliegenden Beispielen.
Beispiel 16
Es wurde der Einfluss auf die Veränderung der Natur des Anions X^– anhand der Wiederholung des Beispiels 1 unter Einsatz von Cholinnitrat und Cholintetrafluorborat (0,01 Mol) an Stelle von Cholinchlorid untersucht, und zwar bei der Vorgehensweise nach Beispiel 1. Die Erstarrungspunkte der so entstandenen Verbindungen sind in der Tabelle 3 aufgezeigt.
Beispiele 23 bis 41
Es wurde der Einfluss auf die Substitution verschiedener anderer Aminsalze gemäß der Formel I an Stelle von Cholinchlorid gemäß dem Beispiel 1 untersucht. In jedem Falle wurden, wie in der Tabelle 4 dargestellt, 0,01 Mol Aminsalz zusammen mit 0,02 Mol Harnstoff so lange erhitzt, bis eine klare Schmelze gebildet wurde. Der jeweilige Erstarrungspunkt wurde wie oben stehend durch Abkühlen gemessen. Die Erstarrungspunkte sind in der Tabelle 4 aufgezeigt.
Tabelle 4
Vergleichsbeispiele 9 bis 15
Auf dieselbe Art und Weise wurden sowohl Salze von symmetrischen Aminen als auch andere Amine mit relativ hohem Molekulargewicht untersucht, wobei die Ergebnisse in Form der Vergleichsbeispiele 9 bis 12 in der Tabelle 5 aufgezeigt sind. Diese Ergebnisse demonstrieren die Bevorzugung der unsymmetrischen Aminsalze (R¹, R², R³ und R⁴ sind nicht alle miteinander identisch) mit relativ niedrigem Molekulargewicht.
Tabelle 5
Beispiele 42 bis 44
Es wurde der Einfluss auf die Veränderung des Anions X^– untersucht, und zwar unter Einsatz von Tetraethylammoniumsalzen verschiedener Anionen in Kombination mit Harnstoff, und zwar beim Verfahren gemäß dem Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 aufgezeigt.
Tabelle 6
Ein Vergleich des Beispiels 21 mit dem Vergleichsbeispiel 25 erläutert in breitem Umfang die Bevorzugung asymmetrischer Amine.
Mischbarkeitsversuche
Die Mischbarkeit des gemäß dem Beispiel 1 hergestellten Materials mit einer Anzahl von gewöhnlichen Lösungsmitteln wurde untersucht. Es hat sich eine Mischbarkeit mit Methanol, DMSO und Wasser herausgestellt, wobei mit Aceton, Acetonitril, Acetophenon, Brombenzol, Dichlorethan, Diethylether, Ethylacetat, Hexan, Propylencarbonat und Toluol 2 Schichten gebildet wurden. Zusammen mit THF wurde ein weißes Präzipitat gebildet.
Beispiel 45
Einsatz von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyten für Batterien:
Ionische Flüssigkeiten mit einem niedrigen Erstarrungspunkt, die aus der Verbindung II und Aminsalzen hergestellt wurden, lassen sich als Elektrolyten für Batterien verwenden. Unten stehend sind 2 derartige Beispiele beschrieben. Beim ersten wurden 7 ml des Materials gemäß dem Beispiel 1 (Harnstoff : Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1) hergestellt und in 2 separate Abteile einer kleinen Glaszelle eingegossen. Die Abteile wurden durch eine Glasfritte voneinander getrennt, wobei jedes von ihnen 3,5 ml ionische Flüssigkeit enthielt. Die Zelle wurde in einem Ölbad aufgehängt, so dass die Temperatur der Flüssigkeit bei 45°C konstant gehalten wurde. In dem einem Abteil wurden 0,06 g FeCl₃ aufgelöst und eine Elektrode aus Kohlenstoff eingesetzt. In die im anderen Abteil enthaltene Flüssigkeit wurde eine Zinkelektrode eingetaucht. Zur Messung der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden wurde der Potentiostat Ecochemie PGstat 10 verwendet, wobei der maximal aufgezeichnete Wert 1,45 V betrug. Die Halbzellreaktionen für diese Batterie sind wie folgt: Zn → Zn²⁺ + 2e^– (negative Elektrode) sowie Fe³⁺ + e^– → Fe²⁺ (positive Elektrode)
Bei dem zweiten Beispiel wurden 7 ml Harnstoff und Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 hergestellt und zwischen 2 Abteilen einer Glaszelle wie zuvor aufgeteilt. In dem einem Abteil wurden 0,05 ml Br₂ hinzugefügt und sodann eine Kohlenstoffelektrode eingesetzt. In die Flüssigkeit, die in dem anderen Abteil enthalten war, wurde eine Zinkelektrode eingetaucht. Der maximale Wert betrug 2,14 V bei 22°C. Die "Halb"reaktionen für diese Batterie waren wie folgt: Zn → Zn²⁺ + 2e^– (negative Elektrode) sowie ½Br₂ + e^– → Br^– (positive Elektrode)
Beispiel 46: Auflösen von Metalloxiden
Es wurde eine ionische Flüssigkeit durch Erhitzen von 2 molaren Äquivalenten Harnstoff mit 1 molarem Äquivalent Cholinchlorid in einem passenden Reaktionsgefäß bei annäherungsweise 70°C dargestellt. Sämtliche Oxide in Form von Rutheniumoxid, Kupfer(II)oxid, Chrom(VI)oxid, Vanadiumpentoxid, Blei(IV)oxid, Mangan(IV)oxid und Zinkoxid wurden für befähigt befunden, sich in der ionischen Flüssigkeit im Temperaturbereich von 60°C bis 120°C aufzulösen. Keines der Oxide von Eisen oder Aluminium zeigte bislang eine signifikante Löslichkeit in den ionischen Flüssigkeiten; diese ionischen Flüssigkeiten lassen sich deshalb bevorzugt zum Extrahieren von Metalloxiden aus deren Erzen einsetzen. Die Metalle können dann aus den ionischen Flüssigkeiten durch den Einsatz von elektrolytischen Gewinnungsverfahren extrahiert werden.
Die ionische Flüssigkeit in Form von Harnstoff zu Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 lässt sich auch dazu verwenden, komplexe Gemische aus Metalloxiden zu verarbeiten, wobei die Möglichkeit eröffnet wird, vermittels elektrolytischer Gewinnungsverfahren Metalle zurückzugewinnen. Diese Eigenschaft der ionischen Flüssigkeit und ihre relativ niedrigen Chargenkosten bietet das Potential für den Einsatz bei der Behandlung von Staub aus Lichtbogenöfen im industriellen Maßstab. Bei diesem Versuch wurde der Staub aus elektrischen Lichtbogenöfen mit einem Gehalt an Eisen(III)oxid (> 30%), Zinkoxid (> 30%), Aluminiumoxid (~ 10%), Siliziumdioxid (~ 5%), Calciumoxid (~ 5%) und Bleiverbindungen (~ 5%) verwendet. Normalerweise wird dies als Abfallprodukt behandelt und auf Flächen zum Landauffüllen (Müllgrube) verbrannt. Dies stellt jedoch ein teures Verfahren dar, wobei der Bleigehalt aufgrund seiner hohen Toxizität zu Komplikationen führt.
Das Zinkoxid und die Bleiverbindungen können im Gemisch Harnstoff zu Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 aufgelöst werden, wobei die jeweiligen Metalle danach auf einer geeigneten Kathode elektrisch abgeschieden werden. Es hat sich herausgestellt, dass die Oxide von Eisen, Aluminium, Silizium und Calcium in der obigen ionischen Flüssigkeit nahezu völlig unlöslich sind. Die ionische Flüssigkeit auf Basis von Harnstoff zu Cholinchlorid wurde so hergestellt, dass 0,02 Mol Harnstoff zusammen mit 0,01 Mol Cholinchlorid in einem Becherglas kombiniert und auf 80°C erhitzt wurde. Dann wurden 0,5 g Staub aus Lichtbogenöfen zu der so erhaltenen klaren, farblosen Flüssigkeit hinzugefügt und das Gemisch 1 Stunde lang auf 80°C erhitzt. Nach 1 Stunde wurde eine braune Suspension erhalten, welche in eine elektrochemische Zelle überführt wurde. Unter Einsatz einer Nickelkathode und einer Titananode (beide Elektroden waren 50 mm × 10 mm groß und 1 mm dick) wurde eine elektrolytische Abscheidung des Metalls erzielt, wobei 1 Stunde lang eine Potentialdifferenz von 3,5 Volt angelegt wurde. Vor der elektrischen Abscheidung wurden die Elektroden mit Sandpapier leicht abgeschmirgelt und mit Aceton gereinigt. Nach 1 Stunde elektrolytischen Abscheidens wurde die Nickelektrode aus der braunen Suspension entnommen, mit Aceton gewaschen und getrocknet. Es wurde dabei ein dicker, holzkohlenartiger Niederschlag erhalten. Das elektrolytisch abgeschiedene Material wurde unter Verwendung von Röntgenstrahlen auf Basis der analytischen Energiestreuung analysiert. Die Ergebnisse der Analyse erwies das Vorhandensein von Blei (77%), Zink (16%) sowie Kupfer (7%). Im Niederschlag war keine Spur von Eisen, womit gezeigt werden konnte, dass sich das Zinkoxid und das Eisen(III)oxid abtrennen und sich dabei schädliche Bleiverbindungen aus dem Staub aus Lichtbogenöfen entfernen lassen.
Auflösung von wertvollen Metalloxiden:
Andere im Handel bedeutsame Oxide für die Wiederaufarbeitung schließen Verfahren für die Rückgewinnung von wertvollen Metallen, insbesondere Platin und Palladium, aus Materialien mit ein, in denen sie als Oxide vorhanden sind. Derartige Gemische kommen beispielsweise in verbrauchten Katalysatoren aus katalytischen Konvertern in Kraftwagen vor. Es wäre dabei höchst wünschenswert, über die Fähigkeit zu verfügen, solche Materialien in einem Verfahren zurückzugewinnen, das wirtschaftlich von vitaler Bedeutung sein würde. Im allgemeinen schließt die Rückgewinnung derartiger Metalle aus Oxidgemischen die Auflösung des Oxids in starken Säuren mit ein, wie zum Beispiel in Königswasser.
Es wurde nunmehr von uns entdeckt, dass ionische Flüssigkeiten gemäß der Erfindung, insbesondere solche, bei denen die Verbindung II eine Carbonsäure darstellt (vorzugsweise Oxalsäure), effizien te Lösungsmittel für die Auflösung von Platin und Palladium sind. Die aufgelösten Metalle lassen sich aus derartigen Lösungen durch elektrolytische Gewinnungsverfahren zurückholen. Beispielsweise kann das Palladiumoxid (in Form des verbrauchten Katalysators, der auf verschiedenen Substraten aufgetragen ist) in der ionischen Flüssigkeit auf Basis von Harnstoff zu Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 aufgelöst werden. Die Temperatur wird zum Bewirken der Auflösung vorzugsweise unterhalb von 60°C konstant gehalten. Das Palladium-Metall lässt sich im Anschluss daran durch das Abscheiden auf einer Vielzahl von Substraten zurückgewinnen.
Beispiel 47
Durch das Vermischen von 17,7 g Oxalsäure und 9,8 g Cholinchlorid wurde eine ionische Flüssigkeit gebildet. Zu dieser wurde eine Probe eines Katalysators für Kraftfahrzeuge (3,16 g) hinzugegeben, und zwar grundsätzlich PdO auf einem Aluminiumträger. Zu Anfang wurde eine graue Suspension gebildet, welche sich in eine grüne Lösung verwandelte, sobald sich das Palladium aufgelöst hatte; danach schlug sich der Feststoff auf dem Grund der Zelle nieder. Unter Einsatz einer Nickel-Kathode sowie einer Titan-Anode wurde die Lösung elektrolysiert, wobei 30 Minuten lang eine Spannung von 5 V bei einer Stromdichte von annähernd 1 mA cm^–2 angelegt wurde. Zum Ende dieses Zeitpunkts wurde an der Kathode ein schwarzer Niederschlag erhalten. Dieser wurde unter Anwendung von Röntgenstrahlen auf Basis der analytischen Energiestreuung analysiert; es wurde dabei im erster Linie Palladium in Metallform festgestellt.
Beispiel 48
Elektrolytische Abscheidung von Metall
Die ionischen Flüssigkeiten finden ihre Anwendung auch bei der elektrolytischen Abscheidung von Metallen. Unter Verwendung beispielsweise des Gemisches aus Harnstoff zu Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 lassen sich Kupfer, Nickel, Blei und Zink elektrolytisch aus deren Chloridsalzen abscheiden; dieses Verfahren wird bei der Wiedergewinnung der genannten Metalle aus industriellen Abfallprodukten angewendet.
Es wurden 4 Portionen aus dem Gemisch Harnstoff zu Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 (0,2 Mol Harnstoff und 0,1 Mol Cholinchlorid) zubereitet und bei 80°C erhitzt. Die Zubereitungen wurden in Probenröhrchen praktiziert. Sodann wurde eine winzige Menge von 0,001 Mol einer metallhaltigen Verbindung (jeweils CuSO₄·5H₂O, NiSO₄·6H₂O, PbCl₂ und ZnO) zu einer Probe der ionischen Flüssigkeit hinzugefügt und der Auflösung überlassen. Im Anschluss daran wurde die elektrolytische Abscheidung in jeder einzelnen ionischen Flüssigkeit durchgeführt, wobei abwechselnd Platinelektroden mit einem Durchmesser von 3 mm eingesetzt wurden, die mit einer Paste aus Al₂O₃ von 1 μm poliert waren.
Bei jedem Versuch wurde 10 Minuten lang eine Spannung von 3 V angelegt, wobei die Temperatur bei 80°C konstant gehalten wurde. Für jedes dieser Metalle wurden charakteristische Niederschläge an der negativen Platinelektrode erzielt.
In einem Becherglas wurden durch die Kombination der Reaktanten Harnstoff und Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 sowie Erhitzen auf 80°C 16 ml einer ionischen Flüssigkeit zubereitet. Zu der klaren farblosen ionischen Flüssigkeit wurden 1,5 Gew.% Kobalt(II)chlorid·Hexahydrat hinzugefügt und aufgelöst, wobei sich eine blaue Flüssigkeit ergab. Dann wurde die blaue Flüssigkeit in die elektrochemische Zelle aus PTFE mit den Innenabmessungen 41 mm lang, 16 mm breit und 32 mm tief gegossen. Anschließend wurden eine Weichstahlplatte und eine Edelstahlplatte, beide mit den Abmessungen 55 mm × 40 mm × 1 mm leicht mit Sandpapier abgeschmirgelt, mit Aceton gereinigt und in der Flamme ausgeglüht. Die Stahlplatten wurden sodann parallel zueinander entlang den inneren Längsseiten der elektrochemischen Zelle aus PTFE angeordnet. Die Abscheidung von Kobalt wurde dadurch erzielt, dass die Weichstahl- und die Edelstahlplatte mit dem negativen und positiven Pol der Energieversorgung Thurlby Thander verbunden wurden. Die Spannung wurde angelegt und so justiert, dass 30 Minuten lang eine Stromdichte von 2 mA cm^–2 konstant gehalten wurde. Ein in Reihe geschaltetes Voltmeter ISO-TECH IDM 66 Digital wurde dazu benutzt, den Stromverlauf ständig zu überwachen. Der Versuch wurde bei 60°C ausgeführt. Die Weichstahlplatte wurde nach 30 Minuten aus der Zelle entnommen, mit Aceton gespült und abgetrocknet. Bei einer Stromdichte von 2 mA cm^–2 wurde eine mattglänzende, blass graubraune und homogene Abscheidung erzielt.
Es wurde eine separate Portion einer ionischen Flüssigkeit aus Harnstoff und Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 (~ 5 ml) mit einem Gehalt an Kobalt(II)chlorid·Hexahydrat (1,5 Gew.%) hergestellt. Die Messung von Volt und Ampere wurde unter Verwendung einer Mikroelektrode aus Platin mit einem Durchmesser von 10 μm, einer Gegenelektrode aus Platin und einer Referenzelektrode aus Kobalt durchgeführt. Zur Durchführung der zyklischen Messung von Volt und Ampere wurde der Potentiostat Autolab PGSTAT 12, der vom Computerprogramm GPES gesteuert wurde, eingesetzt. Reaktionen in ionischen Flüssigkeiten: Heck-Reaktion:
wobei X = I, Br oder Cl.
Die Reaktion zwischen Styrol und 4-Iodanisol in Anwesenheit von Pd(Oac)₂ und NaOAc bei 130°C für die Dauer von 2 Tagen ergab eine 60%ige Umsetzung von 4-Iodanisol zu dem Produkt. Der Einsatz von 4-Bromanisol erbrachte eine 50%ige Umsetzung zu dem Produkt nach 2 Tagen unter denselben Reaktionsbedingungen. Das 4-Chloranisol reagierte mit dem Styrol unter ähnlichen Bedingungen nicht.
Bei der Verwendung von PdCl₂ als Katalysator läuft die Reaktion rascher ab, wobei eine 90%ige Ausbeute des gleichen Produkts innerhalb von 1,5 Tagen erzielt wird.
Im Falle des Einsatzes von Na₂CO₃ als Base an Stelle von NaOAc zusammen mit PdCl₂ als Katalysator nahm die Reaktionszeit ab und die Ausbeute verbesserte sich bei 4-Iodanisol, wobei das Produkt innerhalb von 16 Stunden in 96%iger Ausbeute erhalten wurde. Nach dem Entfernen des Produkts durch Abdestillieren wurde dieselbe Schmelze und der Katalysator PdCl₂ unter Zusatz von noch mehr Na₂CO₃ für die gleiche Reaktion wieder verwendet, wobei das Produkt in 90%iger Ausbeute erhalten wurde.
Polymerisationsreaktionen in polymeren Flüssigkeiten:
Diese Reaktion erbrachte ein Polymer mit einem zahlenmäßigen durchschnittlichen Molekulargewicht von 12 000 bei einem Polydispersitätsindex von 3,2.
Diese Reaktion erbrachte ein Polymer mit einem zahlenmäßigen durchschnittlichen Molekulargewicht von 12 800 bei einem Polydispersitätsindex von 3,2.
Elektrolytisches Polieren von Edelstahl unter Einsatz einer ionischen Flüssigkeit aus Harnstoff und Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1
In einem Becherglas wurden Harnstoff und Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 (insgesamt 160 ml) miteinander kombiniert und auf 80°C erhitzt, bis eine klare, farblose Flüssigkeit erhalten wurde. Die ionische Flüssigkeit wurde im Anschluss daran in eine zylinderförmige elektrochemische Zelle mit einem Innendurchmesser von 80 mm gegossen, welche in einem Ölbad bei 60°C aufgehängt wurde. Dann wurde eine Tafel aus Zink unter Verwendung von Sandpapier leicht abgeschmirgelt, mit Aceton entfettet, zu einem Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 78 mm gedreht und in die elektrochemische (galvanische) Zelle geschoben. Anschließend wurde die Zinkelektrode mit dem negativen Pol der Stromversorgung Thurlby Thander verbunden. Ein flacher Ring aus Edelstahl mit einem Durchmesser von annäherungsweise 40 mm wurde im Zentrum der ionischen Flüssigkeit aus Harnstoff und Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1 mit Hilfe von Blei aufgehängt, das mit dem positiven Pol der Stromversorgung Thurlby Thander verbunden war. Für die Dauer von 6 Minuten wurde eine Spannungsdifferenz von 12 V angelegt, wonach der Ring aus Edelstahl aus der ionischen Flüssigkeit entnommen, mit Aceton abgespült und getrocknet wurde. Der kragenförmige Edelstahlring stellte sich als glänzend heraus; seine gesamte Oberfläche war spiegelnd. Diese Vorgehensweise wurde unter Einsatz von anderen Edelstahlringen wiederholt, und zwar beim Einsatz von Befestigungselementen aus Edelstahl von ähnlicher Dimension, wobei und ein zu jeder Zeit glänzend spiegelndes Finish erzielt wurde.
Elektrolytisches Polieren von Edelstahl unter Einsatz einer ionischen Flüssigkeit aus Ethandiol und Cholinchlorid im Verhältnis 2 : 1
In einem Becherglas wurden Ethandiol und Cholinchlorid in einem molaren Verhältnis von 2 : 1 (20 ml) miteinander kombiniert und auf 80°C erhitzt, bis eine klare, farblose Flüssigkeit erhalten wurde. Die ionische Flüssigkeit wurde im Anschluss daran in eine elektrochemische Zelle aus Aluminium mit einer Innenlänge von 60 mm, einer Innenbreite von 10 mm und einer Innentiefe von 40 mm gegossen; sodann wurde die Zelle in einem Ölbad aufgehängt. Die Außenwand der Aluminiumzelle wurde mit dem negativen Pol der Stromversorgung Thurlby Thander verbunden. Eine Edelstahlplatte der Größe 50 mm × 10 mm × 1 mm wurde entfettet und im Zentrum der Aluminiumzelle mit Hilfe von Blei mit dem positiven Pol der Stromversorgung Thurlby Thander verbunden. Dann wurde eine Spannungsdifferenz angelegt und so justiert, dass an der Edelstahlplatte 6 Minuten lang eine Stromdichte zwischen 60 und 70 mA cm^–2 konstant gehalten wurde. Nach 6 Minuten wurde die Edelstahlplatte aus der ionischen Flüssigkeit aus Ethandiol und Cholinchlorid im Verhältnis von 2 : 1 entnommen, mit Aceton abgespült und getrocknet. Der Edelstahlplatte stellte sich auf ihrer gesamten Oberfläche als glänzend und spiegelnd heraus. Die ionische Flüssigkeit aus Ethandiol und Cholinchlorid lässt sich durch den Zusatz von Lithiumchlorid (5 Gew.%) modifizieren. Der erhöhte Chloridgehalt der ionischen Flüssigkeit erhöht die Leitfähigkeit, so dass der Energieverbrauch verringert wird. Ein Edelstahl, der in Ethandiol und Cholinchlorid im Verhältnis von 2 : 1 mit einem Gehalt an Lithiumchlorid poliert wurde, ist ebenfalls äußerst glänzend und spiegelnd.

Claims

Ionische Verbindung mit einem Erstarrungs(Gefrier)punkt von bis zu 100°C, welche durch die Reaktion von mindestens 1 Aminsalz gemäß der Formel R¹R²R³R⁴N⁺X^– (I)zusammen mit mindestens 1 organischen Verbindung (II) synthetisiert wird, die zur Bildung einer Wasserstoffbindung mit X^– befähigt ist, worin R¹, R², R³ und R⁴ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, ggf. substituiertes C₁- bis C₅-Alkyl, ggf. substituiertes C₆- bis C₁₀-Cycloalkyl, ggf. substituiertes C₆ bis C₁₂-Aryl, ggf. substituiertes C₇- bis C₁₂-Alkaryl bedeuten, oder worin R¹ und R² zusammen genommen einen ggf. substituierten C₄- bis C₁₀-Alkylenrest darstellen, wodurch zusammen mit dem Stickstoffatom gemäß der Formel (I) ein 5- bis 11-gliedriger heterocyclischer Ring gebildet wird, wobei X^– NO₃ ^–, F, Cl^–, Br^–, I^–, BF₄ ^–, ClO₄ ^–, CN^–, SO₃CF₃ ^– oder COOCF₃ ^– bedeutet und worin der Ausdruck "ggf. substituiert" die Bedeutung hat, dass der fragliche Rest substituiert oder nicht substituiert sein kann, und zwar mit 1 oder mehreren Resten, die ausgewählt sind aus OH, SH, SR⁵, Cl, Br, F, I, NH₂, CN, NO₂, COOR⁵, CHO, COR⁵ sowie OR⁵, worin R⁵ einen ggf. substituierten C₁- bis C₁₀-Alkyl- oder Cycloalkylrest darstellt, und worin sämtliche Reste R¹, R², R³ und R⁴ nicht miteinander identisch sind: worin die Verbindung gemäß der Formel eine Verbindung gemäß der Formel II einen Stoff gemäß der Formel R⁶COOH, R⁷R⁸NH, R⁹CZNH₂ oder R¹⁰OH darstellt, worin: R⁶, R⁷, R⁸ und R¹⁰ jeweils Wasserstoff, einen C₁- bis C₈-Alkylrest, Arylrest oder einen C₇- bis C₁₂-Alkarylrest mit einer wahlweisen Substitution von Null bis zu 6 Resten bedeuten, die ausgewählt sind aus OH, SR⁵, Cl, Br, F, I, NH₂, CN, NO₂, COOR⁵, COR⁵ und OR⁵, worin R⁵ Wasserstoff oder einen C₁- bis C₁₀-Alkyl- oder Cycloalkylrest darstellt; R⁹ einen C₁- bis C₈-Alkylrest, einen C₁- bis C₁₂-Arylrest oder einen C₇- bis C₁₂-Alkarylrest mit einer wahlweisen Substitution von Null bis zu 6 Resten bedeutet, die ausgewählt sind aus OH, SR⁵, Cl, Br, F, I, NH₂, CN, NO₂, COOR⁵, COR⁵ und OR⁵, worin R⁵ Wasserstoff oder einen C₁- bis C₁₀-Alkyl- oder Cycloalkylrest oder worin R⁹ NHR¹¹ darstellt, wobei R¹¹ Wasserstoff oder einen C₁- bis C₆-Alkylrest bedeutet und Z Sauerstoff oder Schwefel darstellt und worin das molare Verhältnis von I zu II im Bereich von 1 : 1,5 bis 1 : 2,5 liegt.
Ionische Verbindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Verbindung II eine organische Verbindung darstellt, die bei 20°C in fester Form vorliegt.
Ionische Verbindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Verbindung II als Harnstoff, Acetamid, Thioharnstoff, Glyoxylsäure, Malonsäure, Oxalsäure·Dihydrat, Trifluoressigsäure, Benzoesäure, Benzylalkohol, Phenol-p-methylphenol, o-Methylphenol, m-Methylphenol, p-Chlorphenol, D-Fruktose oder Vanillin vorliegt.
Ionische Verbindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Verbindung II als Harnstoff, Anilin, substituiertes Anilin, eine C₁- bis C₆-aliphatische Säure, eine C₁- bis C₆-hydroxyaliphatische Säure, oder als Dicarbonsäure gemäß der Formel HOOC(CH₂)_nCOOH vorliegt, worin n die Bedeutung 0 oder 1 aufweist, oder Acetamid, Phenol oder ein substituiertes Phenol, ein Alkylenglykol oder Zitronensäure ist.
Ionische Verbindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Verbindung II als Harnstoff, Acetamid, Thioharnstoff, Oxalsäure·Dihydrat, Phenol, Ethylenglykol oder Zitronensäure vorliegt.
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Verbindung II einen Erstarrungspunkt von niedriger als 160°C aufweist.
Ionische Verbindung nach Anspruch 6, worin die Verbindung II einen Erstarrungspunkt von 20°C oder niedriger aufweist.
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Verbindung II nur 1 Typ von funktionellen Gruppen aufweist, der zur Funktion als Wasserstoffbindungslieferant befähigt ist.
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das molare Verhältnis von I zu II etwa 1 : 2 beträgt.
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin R⁴ einen C₁- bis C₁₀-Alkyl- oder Cycloalkylrest bedeutet, der mit mindestens einem Rest substituiert ist, der ausgewählt ist aus OH, Cl, Br, F, I, NH₂, CN, NO₂, COOR⁵, COR⁵, CHO und OR⁵, worin R⁵ die in Anspruch 1 angegebenen Definitionen aufweist.
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin sämtliche Reste R¹, R² und R³ unabhängig voneinander einen C₁- bis C₅-Alkyl- oder Cycloalkylrest bedeuten, wobei R⁴ ein Hydroxyalkyl darstellt.
Ionische Verbindung nach Anspruch 9, worin sämtliche Reste R¹, R² und R³ Methyl bedeuten, wobei R⁴ ein Hydroxyalkyl darstellt.
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin X^– Chlorid bedeutet.
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin R¹, R², R³ und R⁴ die folgenden Bedeutungen aufweisen:
Ionische Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das kationische Amin in chiraler Form vorliegt.
Verfahren zur Synthese einer ionischen Verbindung mit einem Erstarrungs(Gefrier)punkt von bis zu 100°C, wobei dieses Syntheseverfahren die Reaktion von mindestens 1 Aminsalz gemäß der Formel R¹R²R³R⁴N⁺X^– (I)umfasst, worin R¹, R², R³ und R⁴ jeweils den im Anspruch 1 angegebenen Definitionen entsprechen, und zwar zusammen mit mindestens 1 organischen Verbindung (II), die zur Bildung einer Wasserstoffbindung mit X^– befähigt ist, wobei dieser Stoff eine Verbindung der Formel R⁶COOH, R⁷R⁸NH, R⁹CZNH₂ oder R¹⁰OH darstellt, worin R⁶, R⁷, R⁸ und R¹⁰ jeweils den im Anspruch 1 angegebenen Definitionen entsprechen, wobei das molare Verhältnis von I zu II 1 : 1,5 bis 1 : 2,5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Reaktion durch Erhitzen der Verbindung gemäß der Formel I zusammen mit der Verbindung gemäß der Formel II ausgeführt wird.
Verwendung einer ionischen Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 als Lösungsmittel, als Elektrolyt oder Katalysator.
Verfahren zur Rückgewinnung eines Metalls aus einem Metalloxid, wobei dieses Verfahren die Bildung einer Lösung des Metalloxids in einer ionischen Flüssigkeit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 und die Elektrolyse der Lösung zum Rückgewinnen des Metalls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Metall als Platin oder Palladium vorliegt.
Verfahren zum Elektrolytischen Polieren eines metallischen Gegenstandes, wobei das Verfahren das Eintauchen des Gegenstandes aus Metall in eine ionische Flüssigkeit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 und das Anlegen einer Spannung an den Gegenstand zum Elektrolytischen Polieren des Metalls umfasst.
Verfahren zur Bildung einer Lösung aus dem aufzulösenden Stoff, wobei das Verfahren das Auflösen des zu lösenden Stoffes in einer ionischen Flüssigkeit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 mit umfasst.