Гіперрозгалужений олігоетер з сульфонат піридинієвими групами як протонпровідна сполука

Реферат: Гіперрозгалужений олігоетер з сульфонат піридинієвими групами загальної формули: ЯК UA 117548 U (12) UA 117548 U як протонпровідна сполука для паливних елементів. UA 117548 U Корисна модель належить до полімерних продуктів на основі складних поліетерів, а саме гіперрозгалужених олігоетерів з сульфонат піридинієвими групами загальної формули: 5 10 15 20 та призначена як протонпровідна сполука для паливних елементів. Відомі протонпровідні сполуки з температурою плавлення нижче 100 °C, що складаються з органічних катіонів (наприклад, імідазолій, піридиній, тетраалкілфосфоній, тетраалкіламоній) і неорганічних або органічних аніонів (Сl-, PF6-, BF4-, CF3SO3-, (CF3SO2)2N-, CF3CO2- і т.п.) як сполуки для паливних елементів з високою іонною провідністю, що використовуються для хімічної сепарації, сенсорів, пристроїв акумулювання енергії, в електрохромних дисплеях, процесах електролізу води [1-5]. Найближчим аналогом є гіперрозгалужений олігоетер з сульфатними та імідазольними -4 -3 групами з рівнем провідності 10 См/см за 50 °C та 10 См/см за 100 °C. Останній був отриманий за реакцією гіперрозгалуженого олігоетерполіолу, який містить в оболонці 32 гідроксильні групи з циклічним ангідридом 2-сульфобензойної кислоти за співвідношення ОН: ангідрид=1:1 з подальшою їх нейтралізацією N-метилімідазолом /6/. В основу корисної моделі поставлена задача створення нової протонпровідної олігомерної сполуки для паливних елементів, що забезпечує широкий температурний інтервал ії експлуатації та високий рівень провідності. Поставлена задача вирішується синтезом гіперрозгалуженого олігоетеру з сульфонат піридинієвиими групами як протонпровідної сполуки для паливних елементів загальної формули: 1 UA 117548 U 5 . Синтез гіперрозгалуженого олігоетеру з сульфонат піридинієвиими групами як протонпровідної сполуки здійснювали у дві стадії. На першій стадії синтезували сульфопохідну гіперрозгалуженого аліфатичного олігоестерполіолу Синтез гіперрозгалуженого олігоестеру з сульфонат піридинієвими групами як протонпровідної сполуки здійснювали за схемою: 2 UA 117548 U 5 10 15 20 . В основу синтезу гіперрозгалуженого олігоестеру з сульфонат піридинієвими групами покладено введення в оболонку гіперрозгалуженого олігоестерполіолу сульфонатних груп з подальшою їх нейтралізацією піридином (pyr). Як вихідні сполуки використовували гіперрозгалужений олігоестерполіол третьої генерації, отриманий взаємодією етоксіетильованого пентаеритриту з 2,2-диметилолпропіоновою кислотою та містить в оболонці 32 гідроксильні групи. Введення сульфокислотних груп здійснювалось його реакцією з циклічним ангідридом 2-сульфобензойної кислоти за співвідношення ОН: ангідрид=1:1, а для їх нейтралізації використовували нітрогеновмісну основу - піридин. Сульфопохідну гіперрозгалуженого аліфатичного олігоестерполіолу отримано взаємодією 4,15 г (0,0372 г-екв) гіперрозгалуженого олігоестерполіолу Boltorn*H30 з 6,85 г (0,0372 г-екв) ангідриду 2-сульфобензойної кислоти в 14 мл диметилформаміду за 80-90 °C в струмені азоту. Вихід продукту 87 %, вміст карбокислотних груп визначено методом зворотного кислотноосновного титрування 16,85 % (розраховано - 17,6 %). Отримана сполука являє собою прозору коричневу в'язку речовину. Синтез гіперрозгалуженого олігоестеру з сульфонат піридинієвими групами як протонпровідну сполуку здійснювали взаємодією 2,31 г (0,0087 г-екв) сульфопохідного гіперрозгалуженого олігоестерполіолу з 0,69 г (0,0087 г-екв) піридину в 14 мл диметилформаміду за кімнатної температури протягом доби. Розчинник видаляли при зниженому тиску, отриманий продукт промивали діетиловим етером. Синтезований продукт висушували у вакуумі за 65-70 °C до постійної маси. Вихід продукту - 71 %. Отримана сполука розчинна у спиртах, ацетоні, диметилформаміді, диметилсульфоксиді і нерозчинна в діетиловому етері та гексані. Температура термоокислювальної деструкції - (237 °C) 3 UA 117548 U 5 Іонну провідність (σdc) синтезованих речовин визначали методом діелектричної релаксаційної спектроскопії в температурному інтервалі 50-120 °C з використанням діелектричного спектрометра на основі моста змінного струму Р5083 з двоелектродним вічком з нержавіючої сталі. Частотний діапазон вимірів складав 0,1-100 кГц. Перед початком дослідження зразки прогрівали до 100 °C протягом 30 хв в струмі сухого азоту для видалення вологи, сорбованої з повітря. Виміри проводилися в струмі сухого азоту. Таблиця Склад та фізико-хімічні властивості олігоестерсечовин з імідазольними та сульфонатними групами № 1 3 10 15 20 MM г/моль Зразок гіперрозгалужений олігоестер з сульфонат піридинієвими іоннорідинними групами прототип Td, °C 11036 237 2,2·10 12951 6.15·10 Ode, См /CM 100 °C 50 °C -4 -4 -4 7,6·10 -4 8.83·10 120 °C -3 5,2·10 -3 3,22·10 З таблиці видно, що запропонований гіперрозгалужений олігоетер з карбоксилат триазолієвими та піридинієвими групами для паливних елементів, характеризується порядком -3 -4 протонної провідності 10 -·10 См/см за температури 50-120 °C. Джерела інформації: 1. Hallett J.P., Welton T. Room-temperature ionic liquids: solvents for synthesis and catalysis. 2 //Chem. Rev. 2011. V. 111. № 5. P. 3508. 2. Bideau J.L., Viau L., Viowc A. Ionogels, ionic liquid based hybrid materials //Chem. Soc. Rev. 2011. - V. 40. - № 2. - P. 907. 3. Greaves T.L., Drummond C.J. Protic ionic liquids: properties and applications. //Chem. Rev. 032008. - V. 108. - № 1. - P. 206. 4. Mecerreyes D. Polymeric ionic liquids: broadening the properties and applications of polyelectrolytes //Progr. Polymer Sci. 2011. - V. 36. - № 12. - P. 1629. 5. Yuan J., Meccerreyes D., Antonietti M. Poly(ionic liquid)s: an update //Progr. Polymer Sci. 2013. - V. 38. - № 7. - P. 1009. 6 Патент на корисну модель № 91176 від 25.06.2014 Бюл. № 12. Гіперрозгалужений олігоетер з сульфатними групами як протонпровідна сполука – найближчий аналог. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Гіперрозгалужений олігоетер з сульфонат піридинієвими групами загальної формули: 4 UA 117548 U як протонпровідна сполука для паливних елементів. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5