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WO2007068822A2 - Sels de sulfonyl-1, 2, 4-triazole - Google Patents

Sels de sulfonyl-1, 2, 4-triazole Download PDF

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Publication number
WO2007068822A2
WO2007068822A2 PCT/FR2006/002712 FR2006002712W WO2007068822A2 WO 2007068822 A2 WO2007068822 A2 WO 2007068822A2 FR 2006002712 W FR2006002712 W FR 2006002712W WO 2007068822 A2 WO2007068822 A2 WO 2007068822A2
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WO
WIPO (PCT)
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compound
cation
group
carbon atoms
trm
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/002712
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English (en)
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WO2007068822A3 (fr
WO2007068822A8 (fr
Inventor
Michel Gauthier
Christophe Michot
Original Assignee
Phostech Lithium Inc.
Universite De Montreal
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from CA 2527802 external-priority patent/CA2527802A1/fr
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Priority to US12/097,148 priority Critical patent/US7919629B2/en
Publication of WO2007068822A2 publication Critical patent/WO2007068822A2/fr
Publication of WO2007068822A3 publication Critical patent/WO2007068822A3/fr
Publication of WO2007068822A8 publication Critical patent/WO2007068822A8/fr
Priority to US13/079,476 priority patent/US20110178306A1/en
Priority to US13/478,728 priority patent/US20120232285A1/en

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D249/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having three nitrogen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D249/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having three nitrogen atoms as the only ring hetero atoms not condensed with other rings
    • C07D249/08—1,2,4-Triazoles; Hydrogenated 1,2,4-triazoles
    • C07D249/10—1,2,4-Triazoles; Hydrogenated 1,2,4-triazoles with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D249/12—Oxygen or sulfur atoms

Definitions

  • the present invention relates to 1, 2, 4-triazole sulfonyl salts, their preparation, and uses thereof.
  • Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (FSO 2 ) WLi + LiFSI
  • FSO 2 ) WLi + LiFSI
  • bis (fluorosulfonyl) is also known.
  • imides of various onium cations in particular WO99 / 40025.
  • Bis (fluorosulfonyl) imides have interesting properties in terms of ionic conductivity, useful for use as a salt of the electrolyte of a battery, in particular a lithium battery.
  • a bis (fluorosulfonyl) imide is prepared from bis (chlorosulfonyl) imide (HClSI) by a chlorine / fluorine exchange with KF or HF.
  • HCSI chlorosulfonyl imide
  • This method has many disadvantages.
  • bis (chlorosulfonyl) imide is a product that breaks down violently in water.
  • its synthesis is relatively complex.
  • KF is used for Cl / F exchange, the exchange strongly depends on the solvent in which the reaction is carried out.
  • nitromethane implementation tests made by an industrialist specializing in fluorine chemistry have been abandoned because nitromethane causes the formation of dangerous nitrous vapors in the reactor. Attempts to find an alternative solvent have been unsuccessful.
  • a bis (fluorosulfonyl) imide may also be prepared by the reaction of fluorosulfonic acid with urea. This synthesis gives a non-reproducible reaction yield (typically between 20 and 40%), it is highly exothermic and the reaction medium is very corrosive.
  • the process for separating bis (fluorosulfonyl) imide formed from the starting fluorosulfonic acid is complex and makes this synthesis impractical on an industrial scale. Attempts to improve the process by carrying out the synthesis in a solvent have been unsuccessful. The implementation of this synthetic route has also been abandoned by industrialists specializing in fluorine chemistry.
  • EP-0 850 920 discloses ionic compounds in which the anion is a pentacycle, especially of the triazole type, and the cation is a metal cation, an organometallic cation or an onium ion.
  • the anion is a pentacycle, especially of the triazole type
  • the cation is a metal cation, an organometallic cation or an onium ion.
  • some include a nitrile substituent on the pentacycle, for example
  • the compounds (A), (B) and (C) are obtained from the corresponding diazonium.
  • diazonium compounds are potentially dangerous.
  • that which is derived from 3-trifluoromethyl-5-amino-1,2,4-triazole is a strong explosive in the dry state, despite the presence of the -CF3 group.
  • Compounds I, II and III are obtained by reacting the sodium azide with the corresponding alkynes in an organic solvent.
  • the alkynes used are uncommon and difficult to access compounds, and on the other hand sodium azide is a dangerous, potentially explosive and very toxic compound. It is therefore particularly complex to develop such chemical processes on an industrial scale.
  • EP-0 850 920 comprise a substituent -SO 2 R F in which R F is a perfluoroalkyl group, for example the compounds
  • the 3,5-ditrifluoromethyl-1,2,4-triazole compound is obtained from trifluoroacetic acid and hydrazine by a process described in particular by Abdul-Ghani & Tipping, [J. Fluorine Chem. 72 (1995) 95] according to the following reaction scheme:
  • the object of the present invention is to provide ionic compounds which do not have the disadvantages of the compounds of the aforementioned prior art, namely, which are easier to prepare, from less dangerous reagents, which have good properties of conductivity, thermal stability and electrochemical stability, which can be used on an industrial scale.
  • Significant research has enabled the inventors to determine anions derived from 1,2,4-triazole and which do not contain any N substituC- or CF 3 SO 2 - substituents, thereby improving performance, costs and efficiencies. opportunities for industrialization.
  • the present invention relates to chlorosulfonyl ionic compounds, their use for the preparation of fluorinated ionic compounds, as well as various uses of fluorinated ionic compounds.
  • a chlorosulfonyl ionic compound according to the present invention comprises at least one anionic part associated with at least one cationic part M in sufficient number to ensure the electronic neutrality of the assembly, and is characterized in that M is H + or a cation having the valence m (l ⁇ m ⁇ 4), and in that the anionic part corresponds to the formula
  • R 1 represents: a ClSO 2 group; an R F group chosen from the groups HCF 2 -, HCF 2 CF 2 -, and linear or branched perfluoroalkyl groups having from 1 to 12 carbon atoms and the chain is optionally interrupted by at least one divalent oxygen atom bonded to two carbon atoms - a group corresponding to the formula
  • TrM 1,2,4-triazole group
  • M is H or a cationic group.
  • Tr " represents the anionic group A compound I can therefore be written as ClSO 2 -TrM-R 1 .
  • R F groups that may be mentioned are the groups HCF 2 -, HCF 2 -CF 2 -, CF 3 -CF 2 -CF 2 -O-CF (CF 3 ) -, CF 3 -CF 2 -CF 2 - O-CF (CF 3 ) -CF 2 -CF (CF 3 ) -, C 2 F 5 -, C 4 F 9 -.
  • M is a cationic group of valency m
  • it may be chosen from oxonium, nitrosonium, ammonium cations, metal cations having the valency m, organic cations having the valence m and organometallic cations having the valency m.
  • Organic compounds which may be mentioned in particular are hydroxiumium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulphonium, phosphonium, phospholium, phosphorolum, iodonium, carbonium and pyridazinium cations.
  • a compound I having one or two CISO 2 - groups can be obtained from the corresponding thiol compound having one or two -SH groups, by oxidative chlorination of the thiol in water.
  • 3,5-Dimercapto-1,2,4-triazole is a particularly useful dithiol for the preparation of symmetrical compounds. It can be obtained from 2,5-dithioburea by cyclization in the presence of a base such as LiOH, NaOH or triethylamine (according to the process described in GB-1049053), according to the reaction scheme:
  • the compound MBCST can be obtained by oxidative chlorination of 3,5-dimercapto-1,2,4-triazole in water (Cl 2 / H 2 O), in the presence of NaCl, according to the following reaction scheme:
  • a dianionic compound HS-TrM-R 2 -TrM-SH can be obtained in the same way by reaction of a compound R 2 (COF) 2 or
  • the HTCST compound can be obtained by oxidative chlorination of the thiol (product marketed in particular by Toronto Research Chemicals Inc), according to the following reaction scheme:
  • a compound I of formula Cl-SO 2 -TrH- (CF 2 ) Z -TrH-SO 2 Cl (preferably l ⁇ z ⁇ ) can be obtained by oxidative chlorination of the corresponding thiol HS-TrH- ( CF 2 ) s -TrH-SH.
  • a thiol or a dithiol is preferably used in which the cation associated with the triazole anionic group is the proton and a compound I is obtained in which M is H.
  • the corresponding compounds I comprising a different cation can be obtained by conventional cation exchange reactions.
  • Compound I is a precursor for the preparation of an ionic fluorosulfonyl compound II which is another object of the present invention.
  • a fluorosulfonyl compound comprises at least one anionic part associated with at least one cationic part M 'in sufficient number to ensure the electronic neutrality of the assembly, and it is characterized in that M' is H + , or a cation having the valence m (l ⁇ m ⁇ 4), and in that the anionic part corresponds to the formula
  • R 3 represents: an FSO 2 - group; a group R F selected from the groups HCF 2 -, HCF 2 CF 2 -, and perfluoroalkyl groups linear or branched having 1 to 12 carbon atoms and in the chain is optionally interrupted by at least one divalent oxygen atom bound to two carbon atoms; a group corresponding to the formula
  • Z ' is F and R 2 is a linear or branched perfluoroalkylene group having from 2 to 12 carbon atoms and the chain of which is optionally interrupted by at least one oxygen atom bound to two carbon atoms. carbon.
  • Z ' is F and R 2 is a linear or branched perfluoroalkylene group having from 2 to 12 carbon atoms and the chain of which is optionally interrupted by at least one oxygen atom bound to two carbon atoms. carbon.
  • FSO 2 -TrM '-SO 2 F M'BFST
  • FSO 2 -TrM' -CF 3 M'TFSTF
  • FSO 2 -TrM '-R 2 - TrM '-SO 2 F in which TrM' represents a 1,2,4-triazole anionic group associated with the cation M '.
  • M ' is a cationic group of valence m
  • it may be chosen from oxonium, nitrosonium, ammonium cations, metal cations having the valence m, organic cations having the valence m and organometallic cations having the valence m.
  • organic cations mention may in particular be made of the hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulphonium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium and carbonium cations.
  • pyridazinium pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium and morpholinium.
  • a fluorosulfonyl compound II can be obtained from the corresponding chlorosulfonyl compound I by a Cl / F exchange reaction.
  • the process comprises reacting a compound I with a fluorine precursor capable of replacing the chlorine atom of the SO 2 Cl group (s) of the compound I with a fluorine atom.
  • the chlorosulfonyl compound I is reacted with an alkali metal fluoride, for example KF.
  • This reaction can be carried out in an organic solvent (for example MeNO 2 , DMSO, CH 3 CN, dioxane, sulfolane, glymes, etc.) in a water / organic solvent mixture (for example in a water / dioxane mixture), or in water.
  • an organic solvent for example MeNO 2 , DMSO, CH 3 CN, dioxane, sulfolane, glymes, etc.
  • a water / organic solvent mixture for example in a water / dioxane mixture
  • compound I is reacted with ZnF 2 in pyridine.
  • the compound I is reacted with an onium of hydrofluoric acid, for example with the complex HF-pyridine CsHsNMHF) x .
  • compound I is reacted with anhydrous HF.
  • This embodiment has the advantage of not generating undesirable by-products such as KCl. It is particularly advantageous on an industrial scale.
  • the implementation of this process in the presence of LiF or LiCl makes it possible to obtain the anhydrous lithium salt.
  • Conventional ion exchange reactions are implemented to modify the cation of the compound II obtained if necessary. They are carried out for example with a halide, an acetate or a sulphamate of an organic cation M 'intended to replace the initial cation M, with a halide, a nitrate, a carbonate or a carboxylate of a metal cation M' intended to replace the initial M cation, or with HF.
  • the compound KBFST represented by the formula F-SO 2 -TrK-SO 2 F, can be obtained from the corresponding chlorinated compound HBCST by exchange with KF in a water / dioxane mixture, according to the following reaction scheme:
  • the HBFST compound in the acid form is obtained from the HBCST compound by Cl / F exchange using HF.
  • a LiBFST compound in the lithium salt form can be obtained by exchange between LiNO 3 and the compound KBFST in acetonitrile ACN, elimination of insoluble KNO 3 and recovery of the LiBFST compound.
  • a LiBFST compound in the lithium salt form may be further obtained by reacting the HBCST compound with LiF in HF, according to the following reaction scheme:
  • a LiBFST compound in the lithium salt form can be further obtained by reacting the HBFST compound with Li 2 CO 3 in water, or by reacting the HBFST compound with lithium disalt of oxalic acid in acetonitrile.
  • MBFST compounds in which M is another cation eg Na, K or Ag
  • M is another cation eg Na, K or Ag
  • a compound II in which M 'is an alkali metal cation, in particular H + , Li + , Na + or K + , more particularly Na + or K + , or a metal cation Ag + may be used for preparation of a compound II in which the cation M 'is different, by a metathesis reaction.
  • the reaction in water of NaCl with an H-Ag compound makes it possible to prepare the H-Na compound in solution, the equilibrium being displaced by the precipitation of AgCl.
  • the reaction in water of an H-Li compound with KF makes it possible to prepare the compound HK, LiF being more insoluble than KF.
  • the reaction of a compound HK with the complex (ScCl 3 ) (THF) 3 also makes it possible to prepare an H-Sc compound, for example Sc (BFST) 3 from KBFST.
  • Such a process can be implemented in many solvents, in particular in ionic liquids, by reaction of LiBF 4 , LiClO 4 or LiNO 3 with an HK compound of the invention, to form the corresponding H-Li compound induced by the precipitation of insoluble KBF 4 , KClO 4 or KNO 3 .
  • the metathesis reaction also makes it possible to prepare II-onium compounds, in particular by reacting a HK compound with an onium ion chloride, acetate or sulfamate which can be obtained by conventional synthesis methods.
  • the metathesis reaction can also be carried out from tetrafluoroborates, perchlo- rates, and nitrates, many derivatives being commercially available.
  • the replacement of the cation K + with an onium cation makes the compound HM 'insoluble, in particular in water.
  • the same II-onium compound can also be obtained by reacting the hydrochloride with two equivalents of KTFST potassium salt in an organic solvent such as acetonitrile, and then removing the precipitate of KCl formed by filtration or centrifugation.
  • a compound I or a compound II is a precursor for the preparation of an ionic fluoroalkoxysulfonyl compound III which is another object of the present invention.
  • a fluoroalkoxysulfonyl compound III comprises at least one anionic part associated with at least one cationic part M "in sufficient number to ensure the electronic neutrality of the assembly, and it is characterized in that M" is H + , or a cation having the valence m (l ⁇ m ⁇ 4), and in that the anionic part corresponds to one of the formulas
  • R 4 represents: a group R 5 - O - SO 2 -; a group R F chosen from the groups HCF 2 -, HCF 2 CF 2 -, and linear or branched perfluoroalkyl groups having from 1 to 12 carbon atoms and in the chain is optionally interrupted by at least one divalent oxygen atom; bound to two carbon atoms; - a group corresponding to the formula
  • R 5 is R 6 CH 2 -, R 6 R 7 CH- or R 6 R 7 R 8 CH- and R 9 is fluoroalkylene-R 6 CH- or -R 6 R 7 C- , the groups R 6 , R 7 and R 8 representing a perfluorinated alkyl group, linear or branched, preferably having 1 to 12 carbon atoms, and whose chain is optionally interrupted by at least one divalent oxygen atom bound to two carbon atoms.
  • R 5 may especially be a group chosen from CF 3 -CH 2 -, C 2 F 5 -CH 2 -, C 4 F 9 -CH 2 - and CH (CF 3 ) 2 -.
  • Specific examples of compounds III include compounds R 5 -O-SO 2 -TrM "-SO 2 -OR 5 r R 5 -O-SO 2 -TrM” -R 2 -TrM "-SO 2 -OR 5 and R 5 -O-SO 2 -TrM '-CF 3 wherein TrM "represents an anionic group associated with the 1,2,4-triazole cation M".
  • M is a cationic group of valence m
  • it may be chosen from the hydroxonium, oxonium, nitrosonium, ammonium cations, the metal cations having the valence m, the organic cations having the valence m and the organometallic cations having the valence m.
  • organic cations mention may in particular be made of the hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulfonium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium, carbonium and pyridazinium cations.
  • a fluoroalkoxysulfonyl compound III may be obtained by reacting an alcohol R 5 -OH or a diol HO-R 8 -OH or the corresponding alkoxide with the chlorosulfonyl compound I or the corresponding fluorosulfonyl compound II, preferably with the compound I.
  • the compound III thus obtained can then be converted by ion exchange or metathesis reactions, by methods similar to those described above for the compounds II.
  • a ClSO 2 -TrM-R 1 compound having one or two SO 2 Cl or SO 2 F groups is reacted with an alcoholate, for example a sodium alkoxide R 5 -O-Na in THF.
  • an alcoholate for example a sodium alkoxide R 5 -O-Na in THF.
  • R 5 is CF 3 .
  • a compound having a single FSO 2 or ClSO 2 group for example the compound HTCST, is reacted with a diol HO-R 9 -OH, according to the following reaction scheme given by way of example:
  • a compound I which carries two ClSO 2 groups or a compound II which bear either two FSO 2 groups, one FOS 2 group and one ClSO 2 group constitute precursors for the preparation of a polyionic compound IV which constitutes another object of the invention.
  • a compound IV is a polymer consisting of recurring units corresponding to one of the formulas
  • TrM * has the meaning given for TrM and R 9 represents a linear fluoroalkylene group or branched, preferably having from 2 to 12 carbon atoms, and the chain of which is optionally interrupted by at least one divalent oxygen atom bonded to two carbon atoms.
  • M * is a cationic group of valence m
  • it may be chosen from nitrosonium, ammonium cations, metal cations having the valence m, organic cations having the valence m and organometallic cations having the valence m.
  • organic cations mention may in particular be made of the hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium and quinolinium cations.
  • a compound IV is obtained by reaction of a compound I or a compound II which carry two --SO 2 Cl or --SO 2 F groups, preferably two --SO 2 Cl groups, with a difunctional fluoroalcohol OH - R 9 - OH .
  • Lithium 3,5-difluorosulphonyl-1,2,3,4-triazole is certainly less conductive than LiFSI whose industrialization could not be made, but it is as conductive as LiTFSI [LiN (SO 2 CFa) 2 ] to lower cost, and the corrosion it causes on an aluminum collector is less than that caused by LiTFSI.
  • 3-Trifluoromethyl-5-fluorosulfonyl-1,2,4-triazole (CF 3 -TrM-SO 2 F) is more conductive and more thermally stable than the homologous 3-trifluoromethyl-5-cyano-1,2,4-triazole (CF 3 -TrM-CN). Therefore, the compounds of the invention are limited to those having at least one -SO 2 F group and at least one fluoroalkyl or fluoroalkylene group. Their synthesis from the corresponding thiols can be carried out without major difficulty, for example by carrying out an oxidative chlorination in water which converts a group -SH into a group -SO2CI
  • a compound bearing a -SO 2 Cl group is easily obtained from the corresponding compound bearing a -SH group and it further has the advantage that, the group -SO 2 CI being carried by a heterocycle, the compound is clearly more stable than ClSO 2 NLiSO 2 Cl and therefore less sensitive to synthesis conditions.
  • the coordinating anions such as BF 4 "or QFP ⁇ r fluorosulphonated anions of the present invention does not release hydrofluoric acid in the presence of water.
  • the cation may be H + , oxonium, hydroxonium, nitrosonium, ammonium, a metal cation having the valence m, an organic cation having the valence m or an organometallic cation having the valence m.
  • Compounds II, III and IV in which the cation is a metal cation of valence m, are respectively designated compounds IIa, IIIa and IVa.
  • the cation may be an alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, trivalent metal or rare earth metal cation.
  • the compounds IIa, IIIa and IVa in which the cation is an alkali metal cation, in particular a Li + cation, are of particular interest for the preparation of ionically conductive materials, these compounds making it possible to induce ionic conduction properties. in most liquid or polymeric organic media with even low polarity. Applications are important in the field of electrochemistry, in particular in primary and secondary generators, in supercapacitors, in fuel cells, in light emitting diodes, in electrochromic systems and in sensors. These compounds also make it possible to induce antistatic properties in polymers, organic liquids or gels having even low polarity, even at low concentrations.
  • the compounds Ha, IHa and IVa in which the cation is Eu 3+ are useful for the production of luminescent products.
  • a compound Ha, IHa and IVa may be dissolved in a polymer, especially in an inorganic / organic hybrid polymer obtained by a sol-gel process.
  • the compounds IIa, IIIa and IVa in which the cation is Cu 2+ are of interest for the polymerization / doping of electronically conductive polymers (for example polythiophene, polypyrrole, Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) ( PEDOT) in organic solvents such as, for example, propylene carbonate.
  • electronically conductive polymers for example polythiophene, polypyrrole, Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) (PEDOT) in organic solvents such as, for example, propylene carbonate.
  • Compounds II, III and IV in which the cation is an organometallic cation of valence m are designated respectively by compounds Hb, HIb and IVb. They are useful especially as catalysts of various reactions.
  • a compound whose cation is tetrakis (acetonitrile) palladium (II) is useful as a catalyst for a vinyl polymerization reaction.
  • ligands mention may be made of 2,2'-bis-1,1'-phosphanorbornadienyl (BIPNOR) and 2,2'-bis (diphenylphosphino) -1,1'-b-naphthyl. (BINAP).
  • BIPNOR 2,2'-bis-1,1'-phosphanorbornadienyl
  • BINAP 2,2'-bis (diphenylphosphino) -1,1'-b-naphthyl.
  • organometallic cations are cations which have one or more alkyl or aryl groups covalently attached to a metal atom or a group of metal atoms, for example the methylzinc, phenylmercury, trialkyltin or trialkyl lead cations.
  • the organometallic cation can be part of a polymer chain and / or carry substituents, for example ionic groups which increase its solubility in organic or aqueous media, especially -SO 3 " , -CO 2 " , -PO 3 groups. 2 " or -SO 2 N ⁇ SO 2 CF 3.
  • the compounds Hc, IHc and IVc are oxidizing agents. They are particularly interesting for the doping of conjugated polymers (polythiophene, polypyrrole, PEDOT, ...) to which they confer an appreciable electronic conductivity. They can also be used to carry out chemical reactions such as nitrosylation (for example the nitrosylation of aniline CH 3 OC 6 H 5 to CH 3 OC 6 H 4 -4-NO), or for the formation of NO such as for example: (C 6 and 6 ) Cr (CO) 3 + NO'BFST - ⁇ [(C 6 and 6 ) Cr (CO) 2 (NO)] BFST + CO
  • the compounds II, IH and IV in which the cation is H + or a hydroxonium cation, are designated by compounds Hd, IHd and IVd respectively.
  • the compounds Hd, HId and IVd have acidic properties and they can be used for the preparation of compounds having other cations, for example by reaction with a potassium carbonate in water, or lithium phosphate Li 3 PO 4 in an organic solvent.
  • the reaction of a compound Hd, HId or IVd with lithium disal of oxalic acid, in an organic solvent such as dimethylarbonate, makes it possible to prepare the lithium salt respectively of a compound II, III or IV, the monoacid of lithium insoluble oxalic acid can be removed by filtration.
  • the compounds Hd, IHd and IVd are further useful for initiating cationic polymerization reactions, for example for the preparation of polysiloxanes, and as catalysts for example for Friedel & Crafts reactions.
  • Compounds II, III and IV in which the cation is an onium cation having at least one heteroatom such that N, O, S, I or P carrying a positive charge are designated respectively compounds Ie, He and Ie.
  • oxazolium uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium and morpholinium
  • a compound He, HIe or IVe may be used in particular:
  • a salt dissolved in a liquid solvent a polymer or a gel, for example for the production of electrolytes of supercapacities or of electrostatic compositions. It may also be used in the form of an ionic liquid (in general, the term "ionic liquid” means a salt whose melting point is less than 100 ° C., preferably less than 50 ° C. and more preferably, which is therefore liquid at temperature. ambient), as a non-volatile solvent useful for the preparation of ionically conductive materials and in which it is possible to dissolve salts, for example lithium salts, as well as polymers for the production of liquid electrolytes, plasticized or gels . These compositions are useful for generators electrochemical, and electrochromic devices. Said compound may also be used to dissolve redox couples, in particular for the production of organic photovoltaic cells, or to dissolve salts of various metals in order to effect their electrodeposition.
  • MEMS micro-electromechanical lubrication
  • a compound II, III and IV which carries polymerizable or condensable groups can be used to form a polymer or it can be incorporated in a polymer matrix, in particular by grafting reactions or by copolymerization. This possibility is particularly useful for the production of antistatic compositions or for the production of gelled membranes.
  • onium salts consists of cationic dyes such as cyanines, for example 3,3'-diethylthiatricarbocyanine having the formula
  • onium cations mention may be made of the cations R 3 O + (oxonium), NR 4 + (ammonium), RC (NR 2 ) 2 + (amidinium), C (NR 2 ) 3 +
  • the radicals R are identical or different, and they may be chosen from H, F and the following groups: alkyl, alkenyl, oxa-alkyl, oxa-alkenyl, azaalkyl, azaalkenyl, thiaalkyl, thia-alkenyl groups; silaalkyl, silaalkenyl, aryl, arylalkyl, alkylaryl, alkenylaryl, dialkylamino and dialkylazo; cyclic or heterocyclic groups optionally comprising at least one side chain comprising heteroatoms such as nitrogen, oxygen, sulfur; cyclic or heterocyclic radicals optionally comprising heteroatoms in the aromatic ring; groups comprising a plurality of aromatic or heterocyclic rings, condensed or not, optionally containing at least one nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus atom; groups carrying an ionic function such as -OH, -SH, -COOH, -PO 3 H 2
  • the onium cation may be in the form of an independent cationic group which is only bonded to the anionic part by the ionic bond between the positive charge of the cation and the negative charge of the anionic part, said cationic part possibly forming part of of a repeating unit of a polymer.
  • the compounds II, III or IV which have an ammonium cation are useful in particular as ionic liquid, as a solvent, as salts for producing ionically conductive materials, as a lubricant and as a catalyst.
  • ammonium cations mention may be made in particular of the following cations: tetrabutylammonium, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxymethyl) ammonium, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-hydroxyethyl) ammonium, N-methyl-N, N, N-triethylammonium, N, N-diethyl-N-methyl- N- (2-methacryloxyethyl) ammonium, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-acryloxyethyl) ammonium, N, N, N,
  • imidazolium cations that may be mentioned include the following cations: 1-ethyl-3-methyl-imidazolium, 1-butyl-3-methyl-iitidazolium, 1-hexyl-3-methyl-imidazolium, 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium, 1-methyl-3- (2- hydroethyl) imidazolium, 1-ethyl-3- (12-mercaptododecyl) imidazolium, 1-allyl-3-methylimidazolium, and the following cations:
  • Compounds II, III or IV which have a phosphonium or sulfonium cation are useful as ionic liquid, as a solvent, as salts for the production of ionically conductive materials, as a lubricant, as a catalyst.
  • Suitable iodonium and sulfonium compounds are useful as photoinitiators for polymerization reactions.
  • phosphonium, iodonium or sulphonium cations By way of examples of phosphonium, iodonium or sulphonium cations, mention may be made in particular of the following cations: diphenyliodonium, butoxyphenylphenyliodonium, tetra (n-butyl) phosphonium, tetra (i-butyl) phosphonium, diethylmethylsulphonium, methoxymethylethylsulfonium, ethyl-di (methylamino) sulfonium.
  • the compounds II, III or IV which have a pyridinium cation are useful in particular as ionic liquid, as a solvent, as salts for the production of ionically conductive materials, as a lubricant, as a catalyst.
  • pyridinium cations mention may be made of in particular: 1-hexylpyridinium, 1-butyl-4-methylpyridinium, 1-butyl-3-methylpyridinium, 1-butyronitrile-pyridinium, 1-methoxyethylpyridinium, 1-3-hydroxypropylpyridinium and 1-allylpyridinium.
  • Compounds II, III or IV which have an imidazolinium cation are useful especially as ionic liquid, as a solvent, as salts for producing ionically conductive materials, as a lubricant, as a catalyst, and as a polymerization initiator.
  • imidazolinium cations there may be mentioned 2, 2'-azobis [2- (2-imidazolinium-2-yl) propane compounds II, III or IV which have a pyrrolidinium cation are especially useful as ionic liquid, as a solvent, as salts for producing ionically conductive materials, as a lubricant, as a catalyst.
  • N-ethylpyrrolidinium N-methyl-N-propylpyrrolidinium, N-ethyl-N-propylpyrrolidinium, N-methyl-N-trifluoroethylpyrrolidinium, N-methyl-N -allylpyrrolidinium, N-methyl-N-ethylpyrrolidinium, N-methyl-N-propylpyrrolidinium, IV-methyl- ⁇ H-ethyl-2-methylpyrrolidinium, N-methyl-N-methoxy-2-ethylpyrrolidinium, N-methyl-N-trifluoroethylmethylpyrrolidinium N-ethyl-N- (2-methacryloxyethyl) pyrrolidinium, N-methyl-N- (2-methacryloxyethyl) pyrrolidinium, N-methyl-N- (2-methacryloxyethyl) pyrrolidinium, N-methacryloxyeth
  • Compounds II, III and IV of the present invention wherein the cation is an onium are particularly useful for the preparation of electrolytic solvents, which is another object of the present application.
  • These compounds in the molten state also commonly referred to as ionic liquid, have both properties specific to organic solvents but also ionic conduction properties, because they consist of dissociated anions and cations. They can thus be used directly as electrolyte in supercapacities without it being necessary to add another salt.
  • ionic liquids are excellent solvents or plasticizers for a large number of polymers, especially those carrying polar or ionic functions.
  • Both the liquid compounds and the polymers plasticized by the ionic mixtures behaving as solid electrolytes can be used in electrochemistry for primary or secondary generators, supercapacitors, electrochromic systems, antistatic coatings, or light emitting diodes.
  • the non-volatility of the ionic liquids of the invention, their thermal and electrochemical stability, and their increased conductivity are important parameters for the production of systems operating at low temperature and not having the usual flammability risks associated with the use. of usual organic solvents.
  • the ionic liquids of the invention are polar medium of low volatility, and by this property, they can serve as a solvent for carrying out a large number of reactions of organic chemistry, such as nucleophilic and electrophilic substitutions, or polymerizations anionic, cationic or radical. It is furthermore possible to dissolve in these ionic liquids catalysts, in particular transition metal salts or rare earths optionally coordinated by ligands, for exhaling the catalytic properties. Examples of such catalysts include bipyridines, porphyrins, phosphines, arsines. Organometallics such as metallocenes are also solutes which may have catalytic properties.
  • the non-volatility of the ionic liquids of the invention are particularly advantageous for separating the products of chemical reactions. It is also possible to work in systems two phases, the molten salt containing the catalyst and the reactive substrates being in solution in a hydrocarbon or in an immiscible aliphatic ether. After the reaction, a simple decantation makes it possible to separate the organic phase containing the product of the reaction and the molten salt which is purified by washing with a non-solvent such as water or a hydrocarbon, and dried by simple evacuation.
  • a non-solvent such as water or a hydrocarbon
  • ammonium, phosphonium and sulfonium cations may exhibit optical isomerism, and the ionic liquids containing them are chiral solvents capable of promoting the formation of enantiomeric excesses in the reactions carried out in these media. They can thus be used as a solvent for carrying out chemical, electrochemical, photochemical reactions, catalysts, distillations and electrodeposition. Many other salts can be dissolved and their properties controlled by the choice of substituents such as chirality.
  • onium salts whose cationic center does not carry a potentially labile proton. It is the same in electrochemistry to avoid the reduction of this proton.
  • quaternary ammonium compounds such as [CsHi 7 ] 3 NH have been considered.
  • Ionic liquids incorporating silica or carbon particles are another object of the invention.
  • An ionically conductive material of the present invention comprises an ionic compound of the invention in solution in a solvent, when the solvent is an electrolytic solvent, it may be an ionically conductive material in itself, for example for supercapacities or antistatic agents, but it can also serve as a solvent for dissolving an ionic compound, in particular a lithium salt in lithium generators.
  • the solvent may be an aprotic liquid solvent, an electrolyte solvent, a polar polymer or a mixture thereof.
  • the aprotic liquid solvent is chosen for example from ionic liquids, linear ethers, cyclic ethers, esters, nitriles, nitro derivatives, amides, sulfones, sulfolanes, alkylsulphonamides and partially halogenated hydrocarbons.
  • liquid solvents are diethyl ether, dimethoxyethane, glyme, tetrahydrofuran, dioxane, dimethyltetrahydrofuran, methyl or ethyl formate, propylene or ethylene carbonate, vinylidene carbonate, fluoroethylene carbonate, alkyl carbonates (especially dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methylpropyl carbonate), butyrolactones, acetonitrile, benzonitrile, nitromethane, nitrobenzene, dimethylformamide, diethylformamide, N methylpyrrolidone, dimethylsulfone, tetramethylene sulfone and tetraalkylsulfonamides having 5 to 10 carbon atoms.
  • the electrolytic solvent may be chosen from the compounds II, III or IV of the invention which have an ammonium, imidazolium, sulphonium, pyrrolidinium, phosphonium or pyridinium cation, particularly those which are liquid at ambient temperature and whose cationic center does not bear of proton.
  • the imidazolium compounds it may be preferable to use an imidazolium whose carbon between the two nitrogens is alkylated, in particular to improve its stability vis-à-vis a carbon electrode.
  • Groups R may carry groupings polymerization active agents such as double bonds (eg acrylate, methacrylate, allyl, vinyl, vinylether, styrene, vinylester), epoxides, aziridines, or reactive functions in polycondensations (such as -NCO, -OH, -NH 2 and COOH).
  • polymerization active agents such as double bonds (eg acrylate, methacrylate, allyl, vinyl, vinylether, styrene, vinylester), epoxides, aziridines, or reactive functions in polycondensations (such as -NCO, -OH, -NH 2 and COOH).
  • the cations may be homopolymerized or copolymerized, for example with vinylidene fluoride, acrylate, maleimide, acrylonitrile, vinyl ether, styrene, etc.
  • the epoxide groups may be polycondensed or copolymerized with other
  • lithium batteries which have an anode of lithium or a cathode inserting low-potential lithium such as titanium spinels or carbonaceous materials.
  • the polar polymer may be chosen from solvating polymers, crosslinked or otherwise, with or without grafted ionic groups.
  • a solvating polymer is a polymer which has solvating units containing at least one heteroatom selected from sulfur, oxygen, nitrogen and fluorine.
  • solvating polymers mention may be made in a nonlimiting manner: polyethers of linear structure, comb or block, forming or not a network, based on poly (ethylene oxide); copolymers containing the ethylene oxide or propylene oxide or allylglycidyl ether unit; polyphosphazenes; crosslinked networks based on polyethylene glycol crosslinked with isocyanates, and networks obtained by polycondensation and bearing groups that allow the incorporation of crosslinkable groups.
  • Block copolymers in which certain blocks carry functions which have redox properties can also be mentioned.
  • the use of a crosslinkable polymer makes it possible to improve the mechanical strength after crosslinking, and to make gels.
  • the polymer can incorporate onium groups carrying a reactive function during the crosslinking step.
  • a polar polymer When a polar polymer is not solvating, it is used as a solvent mixed with an aprotic liquid as defined above.
  • a non-solvating polar polymer mention may be made of polymers which mainly contain units derived from acrylonitrile, vinylidene fluoride, N-vinylpyrrolidone or methyl methacrylate.
  • the proportion of aprotic liquid in the solvent can vary from 2% (corresponding to a plasticized solvent) to 98% (corresponding to a gelled solvent).
  • An ionically conductive material of the present invention may further contain at least one salt conventionally used in the prior art for producing an ionically conductive material, said salt being preferably selected from perfluoroalkanesulfonates, bis (perfluoroalkylsulfonyl) imides, bis (perfluoroalkylsulfonyl) methanes, tris (perfluoroalkylsulfonyl) methanes, bis (fluorosulfonyl) imides, tetrafluoroborates, hexafluorophosphates, bis-oxalato borates, difluoro-oxalato borates, and LiBi 2 H x F ⁇ - X (0 ⁇ x ⁇ 2).
  • an ionically conductive material of the invention may furthermore contain the additives conventionally used in this type of material, and in particular inorganic or organic fillers in the form of powder or fibers.
  • An ionically conductive material of the invention may be used as an electrolyte in an electrochemical generator.
  • Another object of the present invention is an electrochemical generator comprising a negative electrode and a positive electrode separated by an electrolyte, characterized in that the electrolyte is an ionically conductive material as defined above.
  • such a generator comprises a negative electrode constituted by metallic lithium, or by one of its alloys, optionally in the form of a nanometric dispersion in lithium oxide, or a double nitride of lithium and a transition metal, or a low potential oxide having the general formula Li 4 - X + Sy Ti 5 Oi 2 (O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l)
  • a low potential oxide having the general formula Li 4 - X + Sy Ti 5 Oi 2 (O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l)
  • Optionally doped, in particular Li 4 Ti 5 Oi 2 or by an amorphous or crystalline tin oxide, or by carbon and carbon products resulting from the pyrolysis of materials organic.
  • M represents one or more transition metals, chosen in particular from iron, manganese, vanadium and titanium
  • M ' represents one or more metals other than a transition metal, chosen in particular from molybdenum, nickel, magnesium, chromium, cobalt, zirconium, tantalum, copper, silver, niobium , scandium, zinc and tungsten, the weight ratio of metals M to metals M 'being greater than 1.
  • the PO 4 polyanions can be substituted with SiO 4 and / or SO 4 , and also substituted at a rate lower than
  • the olivines are preferably chosen from LiFePO 4 materials.
  • the positive electrode and / or negative electrode material is covered with a carbon deposit, preferably obtained by the pyrolysis of an organic precursor, particularly the titanates.
  • the collector of the positive electrode is preferably aluminum.
  • a compound II, III or IV in which the cation is Li + may be used advantageously in an ionically conductive material constituting the electrolyte and / or in an electrode material of a lithium battery.
  • the electrolyte of the lithium generator can be optimized, for example to give good performance at low temperature, for example by the use of solvent compositions containing methylbutyrate, methylpropionate, ethylpropionate, ethylbutyrate and ethyl-valerate (see Nasa Tech Briefs, December 2005), or to improve safety through the use of fluorinated solvents such as methyltrifluoroethylcarbonate (see Nasa Tech Briefs, May 2002).
  • Another subject of the invention is therefore an electrolyte containing at least one compound II, III or IV and at least one another salt selected from LiPFg and LiBF0 the compound of the invention being present at a weight fraction of 2 to 98%, preferably 5 to 95% and more particularly 10 to 90%.
  • a compound II, III or IV in which the cation is an organic cation, for example an N-propane-N-methylpyrrolidinium cation, or an N-methyl-N-methoxymethylpyrrolidinium cation is useful as a solvent for the electrolyte. a lithium battery.
  • An ionically conductive material of the present invention may also be used as an electrolyte in a supercapacitor type electrical energy storage system.
  • Another object of the present invention is therefore a supercapacity using at least one high surface area carbon electrode, including carbon in the form of nanotubes, or an electrode containing a redox polymer or a conjugated polymer.
  • the conjugated polymer contains 3 degrees of oxidation, and it is present in the 2 electrodes.
  • An example of such a polymer is a phenyl-3-thiophene derivative.
  • a hybrid supercapacity using a high surface area carbon electrode and an electrode capable of inserting alkaline cations, especially lithium.
  • An advantageous configuration is to use a high surface area carbon electrode, including that incorporating nanotubes as a positive electrode, and an electrode using Li4Ti 5 O12 lithium titanate as the electroactive material.
  • ammonium N, N, N, N-alkylated
  • pyrrolidinium N, N-alkylated cations
  • polar organic material and more particularly a carbonate (methylethylcarbonate, propylenecarbonate, diethyl carbonate).
  • these onium compounds contain at least one N-alkyloxyalkyl group, for example CH 3 OCH 2 -, which makes it possible to improve the solubility of these compounds.
  • the choice of onium compounds in the form of ionic liquids is also particularly sensible.
  • An ionically conductive material of the present invention may also be used as an electrolyte in an electrochromic light modulation system comprising at least one electrochromic material.
  • the electrochromic material is advantageously deposited on a layer of a semiconductor transparent in the visible, preferably a derivative of tin oxide or indium oxide, on a glass substrate or of a polymer.
  • a semiconductor transparent in the visible preferably a derivative of tin oxide or indium oxide
  • Examples of preferred electrochromic materials include molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, cerium oxide, tin oxide, and mixtures thereof.
  • the electrochromic material may optionally be dissolved in the electrolyte.
  • Such compounds include those wherein the cation is a diaryliodonium cation, a dialkylaryliodonium cation, a triarylsulfonium cation, a trialkylaryl sulfonium cation, or a substituted or unsubstituted phenacyl-dialkylsulphonium cation.
  • the aforementioned cations may be part of a polymer chain.
  • the cation may incorporate a group 2, 2 '[Azobis (2-
  • the compound of the invention is then capable of releasing, under the action of heat or ionizing radiation, radicals which make it possible to initiate polymerization, crosslinking or, in general, reactions. chemicals involving free radicals.
  • these compounds are readily soluble in organic solvents, polymers and even monomers of low polarity, unlike the derivatives of the Cl type anion "typically associated with this type of compounds. They also exhibit negligible vapor pressure contrary to other initiators radicals of the peroxide or azo type, which is a considerable advantage for the implementation of thin film polymers, the volatility of the initiator resulting in poor polymerization or crosslinking of the film surface.
  • the present invention therefore also relates to the use of ionic compounds as source photoinitiators of Brnnsted acid catalyst for the polymerization or crosslinking of monomers or prepolymers capable of cationic reaction, or as catalysts for the modification of polymers. .
  • the process for the polymerization or crosslinking of monomers or prepolymers capable of cationic reaction is characterized in that a compound of the invention is used as the acid source photoinitiator catalyzing the polymerization reaction.
  • a compound of the invention is used as the acid source photoinitiator catalyzing the polymerization reaction.
  • Monomers and prepolymers that can be polymerized or crosslinked with the photoinitiators of the present invention are those that can undergo cationic polymerization.
  • monomers which comprise a cyclic ether function, a cyclic thioether function or a cyclic amine function, vinyl compounds, (more particularly vinyl ethers), oxazolines, lactones and lactams.
  • ethylene oxide propylene oxide, oxetane, epichlorohydrin, tetrahydrofuran, styrene oxide and cyclohexene oxide.
  • ethers and glycidyl esters for example methacrylate or glycidyl acrylate, phenyl glycidyl ether, glycidyl ether, bisphenol A or its fluorinated derivatives
  • cyclic acetals having from 4 to 15 carbon atoms for example dioxolane, 1,3-dioxane,
  • vinyl ethers constitute a very important family of monomers sensitive to cationic polymerization.
  • vinyl compounds that may be mentioned include, for example, 1,1-dialkylethylenes (for example isobutene), vinylaromatic monomers (for example styrene, ⁇ -alkylstyrene, especially ⁇ -methylstyrene, 4-vinylanisole, acenaphthene), N-vinyl compounds (for example N-vinylpyrrolidone or N-vinyl sulfonamides).
  • 1,1-dialkylethylenes for example isobutene
  • vinylaromatic monomers for example styrene, ⁇ -alkylstyrene, especially ⁇ -methylstyrene, 4-vinylanisole, acenaphthene
  • N-vinyl compounds for example N-vinylpyrrolidone or N-vinyl sulfonamides.
  • epoxy groups are carried by an aliphatic chain, an aromatic chain, or a heterocyclic chain
  • glycidyl ethers of bisphenol A ethoxylated with 3 to 15 ethylene siloxanes having epoxycyclohexene-ethyl side groups obtained by hydrosilylation copolymers of dialkyl, alkylaryl or diaryl siloxane with methyl hydrogen siloxane in the presence of vinylcyclohexene oxide, the sol-gel type condensation products obtained from triethoxy or trimethoxy silapropylcyclohexene oxide, the urethanes incorporating the reaction products of butanediol monovinyl ether and an alcohol of functionality greater than or equal to 2 on an aliphatic or aromatic di or tri isocyanate.
  • the polymerization process according to the invention comprises mixing at least one monomer or prepolymer capable of cationically polymerizing and at least one ionic compound of the invention, and subjecting the mixture obtained to actinic radiation or ⁇ -radiation.
  • the reaction mixture is irradiated after being formed into a thin layer having a thickness of less than 5 mm, preferably in the form of a thin film having a thickness of less than or equal to 500 ⁇ m.
  • the duration of the reaction depends on the thickness of the sample and the power of the source at the active wavelength ⁇ . It is defined by the speed of travel in front of the source, which is between 300 m / min and 1 cm / min. Layers of final material having a thickness greater than 5 mm can be obtained by repeatedly repeating the operation of spreading a layer and treating it with radiation.
  • the amount of photoinitiator used is between 0.01 and 15% by weight relative to the weight of monomer or prepolymer, preferably between 0.1 and 5% by weight.
  • An ionic compound of the present invention can be used as a photoinitiator in the absence of a solvent, especially when it is desired to polymerize liquid monomers in which the ionic compound used as photoinitiator is soluble or easily dispersible. This form of use is particularly interesting because it eliminates problems related to solvents (toxicity, flammability).
  • An ionic compound of the present invention can also be used as a photoinitiator in the form of a homogeneous solution in a polymer-inert, ready-to-use and readily dispersible solvent, particularly in the case where the medium to be polymerized or crosslinked has a high viscosity.
  • inert solvents are volatile solvents, such as acetone, methyl ethyl ketone and acetonitrile. These solvents will simply be used to dilute the products to be polymerized or crosslinked (to make them less viscous, especially when it is a prepolymer). They will be removed after polymerization or crosslinking by drying. Non-volatile solvents may also be mentioned.
  • a non-volatile solvent also serves to dilute the products which are intended to be polymerized or crosslinked, and to dissolve the salt A + X "of the invention used as pho- toinitiateur, but will remain in the formed material and will thus act as By way of example, mention may be made of propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone and mono-, di-, triethylene or propylene ether esters. glycols, mono-, di-, triethylene or propylene glycol ether alcohols, plasticizers such as esters of phthalic acid or citric acid, and ionic liquids.
  • a polymer-reactive compound which is a low-molecular-weight, low-viscosity compound which will act both as a solvent and a diluent is used as the solvent or diluent.
  • these monomers having served as a solvent are part of the macromolecular network finally obtained, their integration being greater when it comes to bi-functional monomers.
  • the material obtained after irradiation no longer contains products having a low molecular weight and an appreciable vapor pressure, or likely to contaminate the objects with which the polymer is in contact.
  • a reactive solvent may be chosen from the mono and di vinyl ethers of mono-, di-, tri-, tetraethylene and propylene glycols, N-methylpyrrolidone, 2-propenyl ether of propylene carbonate marketed for example, under the name PEPC by the company ISP, New Jersey, United States, oniums bearing a polymerizable group.
  • the radiation may be chosen from ultraviolet radiation, visible radiation, X-rays, ⁇ -rays and ⁇ -radiation.
  • photoinitiators of the invention When ultraviolet light is used as actinic radiation, it may be advantageous to add to the photoinitiators of the invention photosensitizers intended to allow efficient photolysis with wavelengths of lower energy than those corresponding to the maximum absorption of photoinitiator, such as those emitted by industrial devices, ( ⁇ ⁇ 300 nm for mercury vapor lamps in particular).
  • Such additives are known and, by way of non-limiting examples, mention may be made of anthracene, 9-diphenyl-10-anthracene, perylene, phenothiazine, tetracene, xanthone, thioxanthone, acetophenone, benzophenone, 1,3,5-triaryl-2-pyrazolides and their derivatives, in particular substitution derivatives on aromatic rings with alkyl, oxa- or azo radicals; alkyls allowing, among other things, to change the wavelength of absorption.
  • Isopropylthioxantone is an example of a preferred photosensitizer when using an iodonium salt according to the invention as a photoinitiator.
  • ultraviolet radiation is particularly preferred.
  • the photoinitiators are in general directly sensitive to UV rays and the photosensitizers are all the more effective as the difference in energy ( ⁇ ) is lower.
  • the ionic compounds of the invention may also be used in combination with thermally generated type initiators or by action of actinic radiation. It is thus possible to polymerize or crosslink mixtures of monomers or prepolymers containing functions whose polymerization modes are different, for example monomers or prepolymers which polymerize radically and monomers or prepolymers which polymerize by cationic pathway. This possibility is particularly advantageous for creating interpenetrating networks having physical properties different from those which would be obtained by simple mixing of the polymers resulting from the corresponding monomers.
  • the vinyl ethers are not or are not very active by radical initiation.
  • a radical initiator at least one monomer of the vinyl ether type and at least one monomer comprising nonactivated double bonds such as those of the allyl groups, to carry out a separate polymerization of each type of monomer.
  • electron-deficient monomers such as the esters or amides of fumaric acid, maleic acid, acrylic or methacrylic acid, itaconic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, maleimide and its derivatives, form in the presence of electron-rich vinyl ethers, charge transfer complexes giving alternating polymers 1: 1 by priming radical.
  • initiators of the following commercial products: Irgacure 184 ® , Irgacure 651 ® , Irgacure 261 ®, Quantacure DMB ® , Quantacure ITX ®.
  • thermodissociable radical initiator and a cationic photoinitiator makes it possible to perform sequential polymerizations or crosslinking, first under the action of heat, then under the action of actinic radiation.
  • Radical initiators can be for example Irgacure® 651 for initiating radical polymerizations at wavelengths of 365 nm.
  • the subject of the invention is also the use of the ionic compounds of the invention for amplification reactions. chemical fuction of photoresists for microlithography.
  • a film of a material comprising a polymer and an ionic compound of the invention is subjected to irradiation. Irradiation causes the formation of the acid by replacement of the M cation with a proton, which catalyzes the decomposition or transformation of the polymer. After decomposition or transformation of the polymer on the portions of the film which have been irradiated, the monomers formed or the converted polymer are removed and an image of the unexposed parts remains.
  • polymers containing ester units or tertiaryalkyl aryl ether units for example poly (phthalaldehydes), polymers and the like.
  • bisphenol A and a diacid polytertiobutoxycarbonyl oxystyrene, polytertiobutoxy- ⁇ -methyl styrene, polyditertiobutylfumarate-co-allyltrimethylsilane and polyacrylates of a tertiary alcohol, particularly tert-butyl polyacrylate.
  • Other polymers are described in JV Crivello et al., Chemistry of Materials 8, 376-381, (1996).
  • Example 1 Preparation of HTCST 16.81 g (100 mmol), 3-trifluoromethyl-5-mercapto-1,2,4-triazole (supplied by Toronto Research Chemicals Inc.) was added with stirring in 170 ml of aqueous solution of 10% NaCl, then chlorine gas was added under the liquid surface through a tube. The temperature was maintained between 0 and -5 0 C with a salty ice bath. At the end of the absorption of the chlorine, evidenced by a balance of the incoming and outgoing gas flows, the insoluble 3-trifluoromethyl-5-chlorosulfonyl-1,2,4-triazole was isolated and partially dried.
  • Example 1 The procedure of Example 1 was repeated using each of the dithiols obtained in this example. The following compounds were obtained.
  • Example 1 The procedure of Example 1 was then repeated, substituting 3-trifluoromethyl-5-mercapto-1,2,4-tri- azole in succession by each of the thiols R F TrH-SH above and the following compounds were obtained:
  • Example 1 The procedure of Example 1 was then repeated, replacing 3-trifluoromethyl-5-mercapto-1,2,4-triazole successively with each of the two thiols above, and the following compounds were obtained:
  • LiTFST replacing 10 mmol of LiBF 4 with 10 mmol of 1-methyl-3-ethyl-imidazolium chloride (Aldrich), and 1-methyl-3-ethyl-imidazolium, TFST, was obtained after filtration, evaporation. acetonitrile and drying.
  • Example 8 K-3,5-dichlorosulphonyl-1,2,4-triazole (KBFST)
  • Example 23 The procedure of Example 23 was repeated substituting 3-trifluoromethyl-5-fluorosulfonyl-1,2,4-triazole for 3,5-dichlorosulfonyl-1,2,4-triazole prepared according to US Pat.
  • Example 2 using 100 mmol of the compound of 2 and 600 mmol KF ⁇ H 2 O and 23.06 g of the potassium salt of 3,5-difluorosulfonyl-1,2,4-triazole were obtained.
  • Example 23 In the same manner as in the 2 nd to 5 th operating modes of Example 23 was obtained in the form HBFST acid, lithium salt LiBFST dry or in solution in water, ⁇ -butyrolactone, 1 acetonitrile or EC: DMC 3: 7.
  • 1-Methyl-3-ethyl-imidazolium BFST was obtained by reacting 10 mmol of 1-methyl-3-ethylimidazolium chloride (Aldrich) with 10 mmol of KBFST in 10 ml of anhydrous acetontrile, removing by filtration the KCl formed, evaporating acetonitrile and drying.
  • Example 23 The procedure of Example 23 was repeated for each of the triazole compounds bearing at least one fluorosulfonyl group obtained in Examples 3 and 5 to obtain the corresponding potassium salt. Then, 10 mmol of potassium salt were mixed with 30 mmol of ammonium hydrogen sulphate (Aldrich) and the product was sublimed at 70 ° C. under vacuum in a sublimator equipped with a cold finger. The corresponding acid form was thus obtained, that is to say the following compounds:
  • the bis (chlorosulfonyl) imide HClSI was prepared by reaction at reflux of 100 mmol of CISO 3 H (Aldrich) with 100 mmol of ClSO 2 NCO (Aldrich) until the end of the evolution of CO 2 , then distillation under empty. In an autoclave, 1 g of bis (chlorosulfonyl) imide HClSI was reacted with 4 g of anhydrous HF at various temperatures and reaction times. The particular conditions of each test and the yield of HN (SC 2 F) 2 obtained are summarized in the following table:
  • the potassium salt was obtained by replacing CF 3 CHaONa with 150 mmol of CF 3 CH 2 OK, prepared in anhydrous THF by reaction of trifluoroethanol with potassium trimethylsilanoate.
  • the products obtained correspond to the formulas below:
  • Example 12 polysels In an argon glovebox, 26.61 g (100 mmol) of HBCST were reacted with 26.21 g (100 mmol) of 2.2, 3, 3.4, 4, 5, 5-octafluoro-1,6-hexanediol (SynQuest Labs.) In 200 ml of equivolumic triethylamine / THF mixture. After 24 hours, the solution was filtered to remove the formed TEAHCl precipitate, and 200 mmol of Li 2 CO 3 was added with stirring. After 4 hours, the solvent The product was evaporated and taken up in acetonitrile and filtered. After evaporation of the solvent, LiPOOST lithium polysalt was obtained.
  • EXAMPLE 13 TPST of 2,2'-azobis [2- (2-imidazolinium-2-yl) propane] 5.14 g (20 mmol) of KTFST (prepared according to Example 7) in solution in 20 ml of water. 3.23 g (10 mmol) of 2,2'-azobis [2- (2-imidazolinium-2-yl) propane] hydrochloride (Wako Pure Chemical) in solution in 20 ml of water were added with stirring. 'water. A precipitate was immediately formed which was collected by filtration and then dried under vacuum. 2, 2'-Azobis [2- (2-imidazolinium-2-yl) propane] 3-trifluoromethyl-5-fluoro-sulfonyl-1,2,4-triazole was recovered.
  • This compound can be used as a catalyst, particularly for Friedel-Crafts acylation, a Diels-Alder reaction and other C-C bond formation reactions. It can also catalyze the stereochemical polymerization of acrylates.
  • Example 17 Salts of BPST and TFST of organic cations
  • the liquid was then dehydrated by bubbling dry argon for 24 hours at 60 ° C. and finally with alumina to a water content ⁇ 50 ppm.
  • MMOPyr * Cl 100 mmol of DEMMOA chloride per 100 mmol of MMOPyr chloride.
  • the MMOPyr chloride (MMOPyr * Cl) was obtained by reacting 100 mmol of 1-methylpyrrolidone (Aldrich) in solution in 100 ml of toluene with 100 mmol of chloromethyl methyl ether (Aldrich) added slowly at 0 ° C., with stirring. for 24 hours at room temperature, evaporating the solvent, washing the product with toluene and acetone, and then drying.
  • the MMOPyr-BFST compound obtained corresponds to the formula
  • the DEMMOA'BFST and MMOPyr-BFST liquids obtained after dehydration have a conductivity greater than 1 mS.cnf 1 .
  • Their wide range of redox stability makes them particularly interesting electrolytes for electrochemical generators such as lithium batteries, supercapacitors, light modulation systems and photovoltaic cells. They can also be used as solvents for carrying out chemical reactions or as antistatic agents.
  • EXAMPLE 21 Compounds of Polymerizable Onium To a solution at 0 ° C. of 100 mmol of N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (Ciba Specialty Chemicals) and 5 mmol of anthraquinone (Aldrich) in 50 ml of isopropanol, was added 50 mmol of 1,4-dichloro-2-butene are slowly added, the mixture is stirred for 48 hours at room temperature, and then the reaction medium is precipitated in 1 l of a 1: 1 acetone / hexane mixture and is recovered by filtration. 1,4-bis- (N, N-dimethyl-N-methaloxyethyl ammonium chloride (designated BDMAEMA * (Cl) 2 ] according to:
  • the compounds of the present example which each have a crosslinkable cation, are particularly useful for making antistatic coatings, in the formulations coating compositions including volatile solvent-free formulations, in adhesive formulations including volatile solvent-free formulations, for producing polymer membranes or gels for electrochemical systems (batteries, supercapacitors, electrochromics, or sensors), and for the production of resins for catalyzing chemical and / or electrochemical reactions.
  • onium-2 forms bis (3,5-methyl) dimethylpyrrolidinium units by radical initiated cyclopolymerization. It gives, in addition to the homopolymers, copolymers with styrene, maleic anhydride, N-maleimides, vinylidene fluroride, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl methacrylate, with ⁇ -methoxyoligo ethylene acrylates or methacrylates glycols with a mass of between 200 and 2000 daltons, optionally crosslinked with a diacrylate or methacrylate of ⁇ , ⁇ -oligoethylene glycol.
  • the two diphenyliodonium compounds obtained have the following formulas:
  • the iodonium salt of 3- (C 3 F 7 OCF (CF 3 ) -) -5-fluorosulfonyl-1,2,4-triazole was prepared by replacing 5 mmol of KBFST with 5 mmoles. of its potassium salt.
  • Polyvinylphenyl- (4-butoxyphenyl) -4-iodonium methanesulphonate was prepared beforehand according to the method of Example 1 of EP-0834502 8, by iodination of polystyrene, oxidation of the iodinated compound to iodosoacetate by the CH mixture. 3 CO 2 H 2 (CH 3 CO) 2 OZH 2 O 2 , and reaction with butoxybenzene in methanesulfonic acid.
  • the iodonium salts make it possible to initiate the cationic crosslinking reaction of electron-rich monomers (vinyl ethers, alkyl vinyl ethers) under the effect of actinic radiation (light, gamma rays, electron beams).
  • the possibility of modifying the substituents of the anions is an important element making it possible to optimize photoinitiator formulations, in particular by acting on the acidity of the acid generated (for example HBFST is more acidic than HTFST, the group -SO 2 F being more electroattractant than CF 3 ), the solubility of the acid in the reaction medium, its volatility, its vapor pressure, the diffusion length and the catalytic activity.
  • HBFST is more acidic than HTFST
  • the group -SO 2 F being more electroattractant than CF 3
  • ethylmethyl sulfide (Aldrich) was quaternized with bromopropane and then the BFST salt of diethylmethylpropylsulfonium was prepared. This salt was split into two optically active isomers and it can be used to induce an enantiomeric excess in the reactions for which it is used as a solvent.
  • the 2,2'-azobis [2- (2-imidazolinium-2-yl) propane] TFST and BFST compounds prepared in Example 13 are free-radical polymerization initiators soluble in most common organic solvents (tetrahydrofuran, acetonitrile). , dimethylformamide, ethyl acetate, glymes) and in aprotic solvating polymers, in contrast to 2, 2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] hydrochloride.
  • Example 13 For each of the compounds of Example 13, a solution in acetonitrile of 1 part of this initiator and of 100 parts of a polymer containing ethylenic unsaturations and obtained by polycondensation of polyethylene glycol of mass 1000 with the 3 was prepared. chloro- 2-chloromethyl-1-propene according to the procedure described by Alloin et al. (Solid States Ionics, (1993), 60, 3). The viscous solution obtained was cast on a polypropylene (PP) film. After evaporation of the solvent, the polymer film with a thickness of 110 ⁇ m on PP was stored for one week in a glove box under argon to dry. The crosslinking was then initiated by raising the temperature of the film to 60 ° C.
  • PP polypropylene
  • the solubility of the initiator used in the polymer matrix thus makes it possible to obtain an effective and homogeneous crosslinking.
  • this initiator is not volatile, unlike, for example, 2,2'-azobisisobutyronitrile, and the added amount can be optimally optimized for each type of polymerization.
  • nitrosonium compounds prepared in Example 8 are particularly useful for doping conjugated polymers (polythiophene, polypyrrole, etc.) to which they confer an appreciable electronic conductivity.
  • conjugated polymers polythiophene, polypyrrole, etc.
  • stereoregular poly (3-hexylthiophene) commercially available from Aldrich
  • the deposit was doped with one of the compounds in solution in nitromethane.
  • the poly (3-hexylthiophene) film obtained for each of the compounds had an electronic conductivity greater than 1 cm.sup.- 1 .
  • An electrochemical photovoltaic cell of the type described in EP-718288-7 was made by assembling a system composed of two electrodes separated by a void space with a thickness of 20 ⁇ m.
  • the first electrode was coated with a 0.28 ⁇ m thick titanium dioxide TiO 2 nanoparticulate layer on which cis-dithiocyanato-bis (2, 2 '- bipyridil-4) was adsorbed as a sensitizer. 4'-dicarboxylate ruthenium I).
  • the space between the electrodes was filled with an electrolyte consisting of N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium BFST obtained according to Example 17 in which it had been dissolved beforehand.
  • EXAMPLE 31 Supercapacity Two electrochemical supercapacities were made using as electrolyte the DEMMOA'BFST compound prepared according to Example 17 in one, and the DEMMOA TM TTOST compound of Example 17 in the other.
  • the electrodes, deposited on a stainless steel tablet, have a thickness of 100 ⁇ m and are composed of activated carbon (MSP-20, Kansai Netsukagaku KK), carbon (Denka Black HS100, Denki Kagaku Kogyo 16
  • the iodonium and sulphonium compounds prepared in Examples 15 and 16 make it possible to initiate, under the effect of actinic radiation (light, gamma rays, electron beams), the cationic crosslinking reaction of electron-rich monomers (ethers). vinylic, alkyl vinyl ethers).
  • the compound of Example 25 is useful as a catalyst for the vinylic polymerization of norbornene.
  • the polymerization at room temperature of norbornene in nitromethane was carried out in the presence of 300 ppm of this salt. After 2 hours, the reaction medium was reprecipitated in methanol. Polynorbornene with a mass average of 230,000 was obtained in 68% yield.
  • EXAMPLE 34 Catalysis in Ionic Liquid Medium 2 mmol of 1-butyronitrile-pyridinium # BFST, prepared according to the method of Example 12, was treated with 1 mmol of PdCl 2 in 5 ml of dichloromethane. After 4 days under stirring, the solid was recovered by centrifugation, washed twice with 2 ml of dichloromethane and then dried under vacuum to give the following compound:
  • This product was used as a catalyst to carry out a Suzuki DC coupling reaction according to the following procedure: 2.5 mmol of iodobenzene was added to a flask with 5 g of 1-butyronitrile-pyridinum BFST, then 2, 75 mmol of boronic acid, 5.28 mmol of Na 2 CO 3 , 2.5 ml of water, and finally 0.03 mmol of the previously prepared PdCl 2 complex. The mixture was heated at 110 ° C. with stirring for 12 hours, cooled and then extracted with 3 times 15 ml of diethyl ether. The extracts were washed with brine, then with water and finally dried with MgSO 4 .
  • the synthesized biphenyl was obtained with a yield of 86%, filtering the medium and then evaporating the solvent.
  • the compounds of the invention are therefore effective as catalysts in these chemical reactions and they are competitive with the anions already explored for this synthesis, especially the (CF 3 SO 2 ) ⁇ N " salts which are expensive.
  • This reaction can also be carried out with the zinc and tin salts.
  • a chiral cation of BFST was prepared from a tetrafluoroborate imidazolium bearing an L-proline derivative as described in "Angew Chem Int.Ed. 2005, 45, 3093-3097", by reaction of 1 imidazolium "BF 4 in acetonitrile in the presence of KBFST. The following compound was obtained:
  • This compound has a syn / anti ratio of 99: 1 and an enantiomeric excess of 99%.
  • BMIM "BFST prepared according to the method of Example 18 in a chemical reactor, then 0.2 mmol of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (O) (Johnson Matthey Catalysts) was added, and the medium was stirred for 15 min at 30 ° C. The medium was then heated to 75 0 C and hydrogen at 4 bar was introduced into the reactor. After stirring for 2 hours, a suspension of nanopartic Pt particles with a size of the order of 3 nr ⁇ was obtained. These particles can be used to carry out catalysis reactions, such as, for example, the hydrogenation of cyclohexane or as a catalyst in fuel cell electrodes.
  • catalysis reactions such as, for example, the hydrogenation of cyclohexane or as a catalyst in fuel cell electrodes.
  • Example 39 Ionic liquid as lubricant
  • the tribological characteristics of the ionic liquids prepared according to this example were determined using Optimol SRV (Schwingung, Reibung, Verschleiss) to evaluate their friction and wear properties.
  • the friction coefficients of steel / aluminum contacts (SRV tester: load 50 N, frequency 25 Hz, amplitude of 1 mm) are between 0.05 and 0.77.
  • the wear coefficients of steel / steel contacts are between 0.05 and 0.066 10 -4 mm 3.
  • the coefficients of wear are between 0 , 43 and 0.52
  • Similar tests on steel / steel, steel / aluminum, steel / copper, steel / SiO 2 contacts confirmed the interest of the products of the invention tested as a lubricant.
  • the salts of BFST and TFST have a significantly improved conductivity compared to that of 3-trifluoromethyl-5-cyano-1,2,4-triazole and even more so than that of the triflate salts CF 3 SO 3 . It is thus possible to combine chemistry simpler and cheaper than TFSI without loss of performance.
  • An electrolyte was prepared by dissolving LiBFST in BFST of N-methyl-N-methoxymethyl-pyrrolidinium (MMOPyr-BFST) at 1 molar concentration.
  • MMOPyr-BFST N-methyl-N-methoxymethyl-pyrrolidinium
  • acetonitrile a solution containing 60 wt% of the electrolyte and 40% by weight of poly (BFST "diallyl dimethylammonium) (* PDADMA BFST).
  • the amount of solvent is adjusted so as to allow thin film spreading of the solution to give after drying a thickness of 30 microns on a polypropylene film.
  • the film thus obtained was dried with a stream of dry air and then under a primary vacuum at 80 ° C. for 24 hours.
  • a film of a ternary mixture LiTFSI (3M) / MMOPyr "BFST / PDADMA" BFST.
  • a binary gel electrolyte was also prepared by not using LiBFST lithium salt in the electrolyte composition.
  • This type of film can be used for example for the realization of supercapacities.
  • the lithium salt can be introduced later for example by bonding this film on a composite cathode containing a lithium salt.
  • ternary electrolyte films are particularly interesting for the production of electrochemical systems in thin films. They can easily be transferred to other media by known film transfer technologies.
  • These films can also be produced by a solvent-free route by an extrusion process.
  • the performances of these films can be easily optimized by those skilled in the art (conductivity, Tg, mechanical properties, etc.) for example by modifying the ratio of the various constituents, by changing the nature of the ionic liquid (anions, substituents , ...), or by performing mixtures of different salts, ionic or polymeric liquids, in particular for decreasing the starting ionic liquid eutectic melting point by mixing different ionic liquids.
  • Example 42 Gel electrolyte A solution was prepared in 1-ethyl-3-methylimidazolium * BFST (EMI'BFST), LiBFST acetonitrile and a copolymer of ethylene oxide and allyl glycidyl ether (5 mol%) and 1% by weight Irgacure 651® (Ciba Specialty Chemicals) was added. The respective amounts of the three constituents are such that the following proportions are respected: LiBFST 1M in EMI'BFST (40% by weight) and copolymer (60% by weight).
  • the acetonitrile solution is cast on a polypropylene film to obtain a 20 ⁇ m thick film after drying. Under argon scavenging, the film is subjected to UV radiation produced by a Hanovia® type lamp having its maximum emission at 254 nm so as to initiate the polymerization of the allyl functions of the copolymer and to induce its crosslinking.
  • the crosslinked film constitutes an electrolyte which has excellent mechanical properties of the elastomer type.
  • Ternary mixtures of onium salt / lithium salts / polymer were obtained in a similar manner with polyacrylonitrile, homopolymer of vinylidene fluoride, copolymers of vinylidene fluoride with hexafluoropropene, fluorine terpolymers as macromolecular material. vinylidene / tetrafluoroethylene / propylene, or polymethylmethacrylate.
  • a film of a ternary mixture was prepared by replacing LiBFST with LiTFSI.
  • the polypropylene film is naturally detached from the
  • This membrane is conductive of lithium cations by the salt of LiBFST and of an optical transparency greater than 80 ° C.
  • This membrane can be used for electrochemical systems in thin films, generators, electrochromic glazings, sensors, supercapacitors.
  • antistatic agents particularly for polymers. They can induce hydrophobic, water-repellent and stain-resistant properties in the media in which they are dispersed (fibers, films, coatings, molded parts, extruded parts, etc.). Thus, antistatic and hydrophobic properties were found on a cotton fabric which was soaked in a dilute solution of BMImCsFuOT in dichloromethane and dried.
  • the 3-perfluorobutyl-5-fluorosulfonyl-1,2,4-triazole salt of TEHPA was obtained by reacting TEHPA'Br in water with the potassium salt of 3-perfluorobutyl-5-fluorosulfonyl-1,2 , 4-triazole, followed by extraction with dichloromethane.
  • the following product was thus obtained:
  • This compound is an antistatic agent, including for non-polar solvents. At a concentration of 5 mmol in hexane, it induces a conductivity greater than 10 "3 ⁇ S / cm.
  • a mixture was prepared in acetonitrile containing N- (2-acryloylethyl) -N, N, N-trimethylammonium »BFST (40% by weight), LiBFST (17% by weight), poly (ethylene glycol) dimethacrylate having a molar mass of 600 g / mol (42% by weight, Aldrich), and silica particles having a specific surface area of 300 m 2 / g (1% by weight, Aerosil, Degussa AG) and xanthone .
  • This mixture was spread on a glass plate covered with a layer of tungsten trioxide WO 3 and a conductive undercoat of tin oxide, to give a film with a thickness of 25 ⁇ m after drying under vacuum at 80 ° C. This gave an optically transparent in the visible and adherent on the support, by a photopolymerization triggered by irradiation with a UV lamp for 10 min at 35 ° C.
  • An electrochromic system was then produced by assembling in a glove box a counter-electrode constituted by the deposition on a glass plate of a layer of hydrogenated iridium oxide H x IrO 2 and an undercoat of aluminum oxide. 'tin.
  • This electrochrome gave a variation of the optical absorption of 80% (discolored state) at 30% (colored state) and good performance in cycling. It has thus been possible to achieve a number of coloring / discoloration cycles greater than 20,000.
  • Button cells were assembled using lithium foil as anode, aluminum foil as the cathode and electrolytes of LiBFST, LiTFST and LiTFSI, prepared according to the method of Example 40, in ⁇ -butyrolactone. These cells were tested by applying a 100 mV potential increment at regular intervals between 2 and 5 V, and recording the resulting current. The evolution of the current as a function of time and for the various potentials makes it possible to compare the corrosion phenomenon of aluminum for LiTFST, LiBFST and LiTFSI. Surprisingly, a significantly lower corrosion current was observed for LiTFST and LiBFST relative to LiTFSI despite close ionic conductivities.
  • the lithium salt of 3,5-difluorosulfonyl-1,2,4-triazole LiBFST as prepared according to Example 16 was tested in a primary lithium generator.
  • the battery has been developed by superimposing the following layers: a stainless steel current collector having a thickness of 2 mm;
  • a cathode constituted by a deposit on an aluminum foil of composite material having a thickness of 100 ⁇ m and consisting of FeS 2 of battery quality (92% by weight, READE), of acetylene black (1.4% in weight,
  • Degussa an electrolyte consisting of a pellet of a porous film of Celgard 2500 impregnated with a 0.8 M LiBFST solution in 1,3-dioxolane / 1,2-dimethoxyethane (65% / 35% by volume); an anode constituted by a metal lithium film having a thickness of 50 microns; a stainless steel current collector.
  • pellets constituting the electrodes and the electrolyte were cut into a glove box and stacked in the order indicated above, and then impregnated with
  • Example 50 Battery Li / POE / V 2 O 5
  • the lithium salt of 3,5-difluorosulfonyl-1,2,4-triazole (LiBFST) prepared according to Example 8 was tested in an electrochemical generator according to lithium-polymer technology.
  • Example 51 Battery The compound PYR 13 BFST
  • Example 27 prepared according to Example 27 was tested in an electrochemical generator of lithium-polymer gel technology.
  • the pellets constituting the electrodes and the electrolyte were cut into a glove box and stacked in the order indicated above.
  • the collectors were then deposited on either side of the stack obtained.
  • the whole was sealed in a button cell battery, which allows both to protect the generator from the atmosphere and to exert a mechanical stress on the films, then the battery was raised to 80 ° C. for 30 minutes for ensure a good interface between the layers.
  • the battery was then placed in an argon chamber installed in an oven at a temperature of 40 ° C. It was then cycled between 2.5 and 3.6 V at a C / 10 charge and discharge regime ( rated capacity loaded or unloaded in 10 hours).
  • the first charge made it possible to determine that the specific capacitance of the cathode is 157 mAh / g. This capacity has remained more than 90% after 100 cycles.
  • Another generator developed under the same conditions, but replacing the compound of Example 27 with the compound
  • Example 52 Li Battery / Liquid Electrolyte / Natural Graphite
  • a generator which has a lithium anode and a graphite cathode has been assembled to evaluate the performance of this salt with respect to graphite.
  • the generator was developed by superimposing the following layers: a stainless steel current collector having a thickness of 2 mm;
  • a cathode constituted by a pellet of a film, deposited on a copper foil, of composite material having a thickness of 80 ⁇ m and consisting of natural graphite GN SL20 (90% by weight, Superior Graphite), and a binder of polyvinylidene fluoride (10% by weight, Kureha); an electrolyte constituted by a pellet of a porous film of Celgard 2500 impregnated with an IM solution LiBFST in ethylene carbonate / diethyl carbonate EC / DEC (1/1 by weight); an anode constituted by a metal lithium film having a thickness of 50 microns; - a stainless steel current collector.
  • the assembly was sealed in a button cell housing, which both protects the generator from the atmosphere and exerts mechanical stress on the films.
  • the battery then ran two cycles between 1 V and 0.01 V at a charging / discharging rate of C / 25 (nominal capacity charged or discharged in 10 hours).
  • This battery has an impedance equivalent to a battery using a reference electrolyte IM LiPF 6 in EC / DEC (1/1).
  • the reversible capacitance is 363 mAh / g confirming the compatibility of LiBFST with the graphite anode of a Li-Ion battery, in particular with respect to the formation of the passivation layer on graphite which is a key element.
  • a generator was then constructed by superimposing: a stainless steel current collector having a thickness of 2 mm;
  • the assembly was sealed in a button cell case.
  • the battery then performed two cycles between 2.5 V and
  • LiFePO 4 LiFePO 4 .
  • the battery was then cycled at a charging / discharging rate of C / 10. This capacity was maintained at over 90% after 300 cycles.
  • a similar battery was also tested by cycling at a C / 4 rate at a temperature of 60 ° C. The loss of capacity over 100 cycles was less than 2%.
  • a similar battery was also tested by replacing the solvent of the EC / DEC electrolyte with N-methyl-N-methoxymethyl-pyrrolidinium BFST containing 3% by weight of vinylidene carbonate. At 25 0 C and a system of load / discharge of C / 10, the initial specific capacity (151 mAh / g) remained more than 90% after 50 cycles.
  • a generator using the 'BFST N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium instead of pyrrolidinium gave similar results.
  • a similar battery was also tested by replacing the electrolyte EC / DEC LiBFST IM with the. BFST of 1-ethyl-3-methylimidazolium containing 1M LiTFSI. At 25 ° C. and a charge / discharge regime of C / 10, the initial specific capacity (153 mAh / g) was maintained at more than 90% after 20 cycles.
  • a battery similar to gel electrolyte formed in situ was also tested by adding to the composition of the electrolyte 1M LiBFST EC / DEC + 3% VC, 5% by weight of a 1/1 (molar) poly blend.
  • This cell was then heated for 1 hour at 80O 0 C, and there was thus obtained a gel electrolyte battery prepared in situ. After cycling at 60 ° C. at a C / 2 rate, this battery has a capacity loss of less than 3% after 100 cycles.
  • a Li-Ion generator similar to that of Example 52 was assembled by replacing C-LiFePO 4 with battery grade LiMn 2 O 4 (LiCo Technology Corp.) deposited on a carbon coated aluminum foil (Intellicoat). . There was thus obtained a generator GN / EC: DEC (1/1 by weight) LiBFST IM + VC 3% / LiMn 2 O 4 (Gen-A). A generator was similarly assembled using LiPF 6 instead of LiBFST (Gen-B).
  • a Li-Ion generator similar to that of Example 52 was assembled in a Swagelok assembly by replacing C-LiFePO 4 with LiCoO 2 (LiCo Technology Corp.) of battery quality, and the solvent with ⁇ -butyrolactone containing 3% of VC.
  • LiCoO 2 LiCo Technology Corp.
  • a GN / GBL generator LiBFST IM + VC 3% / LiCo0 2 (Gen-A) was obtained.
  • a generator was similarly assembled using LiPF 6 instead of LiBFST (Gen-B).
  • the batteries then ran two cycles between 2.5 V and 4.2 V at a C / 25 charge and discharge rate, with the battery ending in the charged state.
  • the two electrodes were then insulated in a glove box and the anode placed in a DSC apparatus with a heating set point of 10 ° C / min.
  • An exothermic peak with LiPF 6 was observed around 140 ° C.
  • the peak with LiBFST was shifted towards 170 ° C., ie a gain of 30 ° C.

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Abstract

L'invention concerne des sels de triazole, leur préparation et leurs applications. Les sels ont au moins un groupe anionique triazolium qui porte au moins un groupe chlorosulfonyle, fluorosulfonyle ou alcoxyfluorosulfonyle, chacun des groupes anioniques étant associé à un proton ou un cation ayant une valence inférieure ou égale à 4. Les sels sont utiles notamment comme réactifs de synthèse, comme catalyseurs de réaction chimique ou de polymérisation, comme matériaux à conduction ionique pour les générateurs électrochimiques, les supercapacités et les dispositifs électrochrome.

Description

Sels de sulfonyl-1 ,2 ,4-triazole
La présente invention concerne des sels de sulfonyl- 1, 2, 4-triazole, leur préparation, et leurs utilisations.
On connaît le bis (fluorosulfonyl) imidure de lithium (FSO2^WLi+ (LiFSI), ainsi qu'un procédé pour sa préparation et son utilisation dans les dispositifs électrochimiques, notamment par WO95/26056. On connaît également des bis (fluorosulfonyl) imidures de divers cations onium, notamment par WO99/40025.
Les bis (fluorosulfonyl) imidures présentent des propriétés intéressantes en matière de conductivité ionique, utiles pour une utilisation comme sel de 1 ' électrolyte d'une batterie, notamment d'une batterie au lithium.
Un bis (fluorosulfonyl) imidure est préparé à partir du bis (chlorosulfonyl) imidure (HClSI), par un échange chlore/ fluor avec KF ou HF. Ce procédé présente de nombreux inconvénients. D'une part, le bis (chlorosulfonyl) imidure est un produit qui se décompose violemment dans l'eau. D'autre part, sa synthèse est relativement complexe. Lorsque KF est utilisé pour l'échange Cl/F, l'échange dépend fortement du solvant dans lequel se fait la réaction. Ainsi des essais de mise en œuvre dans le nitrométhane faits par un industriel spécialiste de la chimie du fluor, ont été abandonnés, du fait que le nitrométhane provoque la formation de vapeurs nitreuses dangereuses dans le réacteur. Les tentatives pour trouver un solvant alternatif se sont révélées infructueuses. Le rendement de la réaction et surtout la formation d'impuretés comme le sel de FSO3 ~, probablement issu de la décomposition du bis (chlorosulfonyl) imidure, rendent ce type de synthèse sans intérêt à l'échelle industrielle. Lorsque l'échange Cl/F est effectué avec HF, il est nécessaire d'opérer à des températures élevées (1000C et plus) , et le rendement de la réaction est au mieux de l'ordre de 60%, le produit contenant une quantité importante d'acide fluorosulfonique, probablement issu de la décomposition du bis (chlorosulfonyl) imidure. Cette variante du procédé est donc aussi sans intérêt à l'échelle industrielle. La synthèse du bis (fluorosulfonyl) imidure a ainsi été abandonnée par deux importants industriels spécialistes de la chimie du fluor, d'autant plus que le produit de départ, HClSI, est difficile d'accès à l'échelle industrielle.
Un bis (fluorosulfonyl) imidure peut également être préparé par la réaction de l'acide fluorosulfonique avec l'urée. Cette synthèse donne un rendement de réaction non reproductible (typiquement entre 20 et 40%) , elle est très exothermique et le milieu réactionnel est très corrosif. Le procédé visant à séparer le bis (fluorosulfonyl) imidure formé de l'acide fluorosulfonique de départ est complexe et rend cette synthèse impraticable à l'échelle industrielle. Les tentatives pour améliorer le procédé en effectuant la synthèse dans un solvant se sont révélées infructueuses. La mise en oeuvre de cette voie de synthèse a également été abandonnée par des industriels spécialistes de la chimie du fluor.
Il apparaît ainsi que l'utilisation des bis(fluoro- sulfonyl) imidures est particulièrement complexe à mettre en œuvre. Malgré des efforts intensifs depuis près de dix ans en collaboration avec des spécialistes reconnus, académiques et industriels, de la chimie du fluor, la production à l'échelle industrielle des bis (fluorosulfonyl) imidures n'a pu être mise en oeuvre.
EP-O 850 920 décrit des composés ioniques dans lesquels l'anion est un pentacycle, notamment du type triazole, et le cation est un cation de métal, un cation organométallique ou un ion onium. Parmi ces composés, certains comprennent un substituant nitrile sur le pentacycle, par exemple
Figure imgf000003_0001
Figure imgf000004_0001
Les composés de ce type ont une stabilité thermique réduite du fait de la possible polymérisation des -CN. Il est connu que des dérivés nitriles peuvent, sous l'effet de la chaleur, former des liaisons triazine par une réaction d'addition. Il est de ce fait difficile de sécher efficacement les sels de lithium hygroscopiques et l'on obtient rapidement des produits fortement colorés lorsque le séchage est effectué à une température de l'ordre de 100°C et plus. De plus, à cause de la présence du groupement -CN, les performances de ces sels, lors du cyclage d'une batterie dans laquelle ils sont utilisés, sont insuffisantes face à une électrode de lithium en technologie polymère, et encore davantage avec un électrolyte liquide ou gel. Les performances sont également mauvaises dans les batteries Lithium-Ion qui comprennent une anode de carbone. La stabilité thermique limitée peut également être un inconvénient lorsque les composés sont destinés à êtres utilisés comme liquide ionique.
Les composés (A) , (B) et (C) sont obtenus à partir du diazonium correspondant. Cependant, les composés du type diazonium sont potentiellement dangereux. En particulier, celui qui dérive du 3-trifluoromethyl-5-amino-l, 2, 4-triazole est un puissant explosif à l'état sec, malgré la présence du groupement -CF3.
Figure imgf000004_0002
Les composés I, II et III sont obtenus par réaction de l'azidure de sodium avec les alcynes correspondants dans un solvant organique. D'une part, les alcynes utilisés sont des composés peu courants et difficiles d'accès, et d'autre part l'azidure de sodium est un composé dangereux, potentiellement explosif et très toxique. Il est donc particulièrement complexe de développer de telles procédés chimiques à l'échelle industrielle.
D'autres composés décrits dans EP-O 850 920 comprennent un substituant -SO2RF dans lequel RF est un groupe perfluoroalkyle, par exemple les composés
Figure imgf000005_0001
Ces composés sont obtenus à partir d'un réactif per- fluoroalkylsulfonique et soit d'un diazonium du triazole ou d'un alcyne. D'une part, les réactifs perfluoroalkylsulfoni- ques sont obtenus par électrofluorination et ils sont coûteux. D'autre part, le diazonium du triazole et les alcynes présentent les inconvénients mentionnés précédemment. De plus, la synthèse du composé particulier 3-trifluorométhyl- 5-trifluorométhanesulfonyl-l,2, 4-triazole est réalisée dans un solvant organique inflammable et non dans l'eau comme précédemment, ce qui augmente encore le risque à l'échelle industrielle. Considérant la synthèse et les précurseurs, une importante société spécialiste de la chimie du fluor a renoncé à explorer la synthèse du produit. EP-O 850 920 décrit en outre des composés qui portent deux substituants perfluoroalkyles, par exemple les composés
Figure imgf000005_0002
Le composé 4, 5-ditrifluorométhyl-lr 2, 3-triazole est obtenu par réaction de l 'hexafluorobutyne avec NaN3, qui est un composé dangereux, potentiellement explosif et très toxique .
Le composé 3, 5-ditrifluorométhyl-l, 2, 4-triazole est obtenu à partir d'acide trifluoroacétique et d'hydrazine par un procédé décrit notamment par Abdul-Ghani & Tipping, [J. Fluorine Chem. , 72 (1995) 95], selon le schéma réactionnel suivant :
Figure imgf000006_0001
Ces produits donnent des résultats décevants en particulier en terme de stabilité électrochimique et de conductivité, les groupes CF3 seuls n'étant pas assez électroattracteurs .
Le but de la présente invention est de fournir des composés ioniques qui ne présentent pas les inconvénients des composés de l'art antérieur précité, à savoir, qui sont plus aisés à préparer, à partir de réactifs moins dangereux, qui ont de bonnes propriétés de conductivité, de stabilité thermique et de stabilité électrochimique, et qui peuvent être utilisés à l'échelle industrielle. Des travaux de recherches importants ont permis aux inventeurs de déterminer des anions qui dérivent du 1, 2, 4-triazole et qui ne contiennent aucun substituant N≡C- ou CF3SO2-, ce qui améliore les performances, les coûts et les possibilités d'industrialisation. Ces produits peuvent être obtenus à partir de précurseurs industriels de la chimie organique tels que la dithio- semicarbazide H2NC (≈S) NHNH2, la dithiobiurée H2NC (=S) NHNHC (=S) NH2, l'acide trifluorométhanecarboxylique CF3CO2H ou le trifluoroéthanol CF3CH2OH.
En conséquence, la présente invention a pour objet des composés ioniques chlorosulfonyle, leur utilisation pour la préparation de composés ioniques fluorés, ainsi que diverses utilisations des composés ioniques fluorés.
Un composé ionique chlorosulfonyle selon la présente invention comprend au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, et il est caractérisé en ce que M est H+ ou un cation ayant la valence m ( l≤m≤4 ) , et en ce que la partie anionique répond à la formule
N-N CISO2- i ® %- R1
(D dans laquelle R1 représente : - un groupement ClSO2-; un groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone - un groupement répondant à la formule
Figure imgf000007_0001
(Ia) dans laquelle Z est Cl et R2 représente un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone.
Dans ce qui suit, un groupe 1, 2, 4-triazole est désigné par TrM, M représente H ou un groupe cationique. Tr" représente le groupe anionique. Un composé I peut donc s'écrire ClSO2-TrM-R1.
Parmi les composés I, on peut citer en particulier les composés ClSO2-TrM-SO2Cl (MBCST), ClSO2-TrM-CF3 (MTCST) et ClSO2-TrM-R2-TrM-SO2Cl . Comme exemples de groupements RF, on peut citer les groupements HCF2-, HCF2-CF2-, CF3-CF2-CF2-O-CF(CF3)-, CF3-CF2-CF2-O-CF (CF3) -CF2-CF (CF3)-, C2F5-, C4F9-.
Lorsque M est un groupe cationique de valence m, il peut être choisi parmi les cations oxonium, nitrosonium, ammonium, les cations métalliques ayant la valence m, les cations organiques ayant la valence m et les cations organo- métalliques ayant la valence m. Parmi les cations organiques, on peut citer en particulier les cations hydrox- onium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridi- nium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulfonium, phosphonium, phospholium, phosphoro- lium, iodonium, carbonium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium et morpholinium.
Les composés I dans lesquels M est H, NH4 ou un cation de métal alcalin sont particulièrement utiles pour la préparation des composés ioniques correspondants fluorés.
De manière générale, un composé I ayant un ou deux groupes CISO2- peut être obtenu à partir du composé thiol correspondant ayant un ou deux groupes -SH, par chloration oxydative du thiol dans l'eau.
Le 3, 5-dimercapto-l, 2, 4-triazole est un dithiol particulièrement intéressant pour la préparation de composés I symétriques. Il peut être obtenu à partir de la 2,5-dithio- biurée par cyclisation en présence d'une base telle que LiOH, NaOH ou la triéthylamine (selon le procédé décrit dans GB-1049053) , selon le schéma réactionnel :
H
Figure imgf000008_0001
Le composé MBCST peut être obtenu par chloration oxydative du 3, 5-dimercapto-l, 2, 4-triazole dans l'eau (CI2/H2O) , en présence de NaCl, selon le schéma réactionnel suivant :
Figure imgf000008_0002
(MBFST)
Un composé HS-TrH-R1 dans lequel R1 est du type RF peut être obtenu par réaction du fluorure d'acide R1COF ou du chlorure d'acide R1COCl avec la thiosemicarbazide H2NC (=S) NHNH2 en présence d'une base, puis cyclisation en présence d'une base (selon le procédé décrit dans ϋS-4226873 et dans Vershilov, S. V., Popova, L. M., Mungalov, V. E., and Ryabinin, N.A., Zh. Prikl. Khim. , 1994, vol. 67, N°7, p. 1124), selon le schéma réactionnel suivant :
RiCOCI +
Figure imgf000009_0001
Un composé dianionique HS-TrM-R2-TrM-SH peut être obtenu de la même manière par réaction d'un composé R2 (COF) 2 ou
R2 (COCl) 2 avec le thiosemicarbazide H2NC (=S) NHNH2 en présence d'une base, puis cyclisation en présence d'une base selon le schéma réactionnel suivant :
FCOR2COF + 2 H 2
Figure imgf000009_0002
H
Figure imgf000009_0003
Le composé HTCST peut être obtenu par chloration oxydative du thiol (produit commercialisé notamment par Toronto Research Chemicals Inc) correspondant, selon le schéma réactionnel suivant :
Figure imgf000009_0004
De même, un composé I dans lequel R1 est - (CF2) 2-TrM-Sθ2Cl, peut être obtenu par chloration oxydative du thiol suivant
Figure imgf000010_0001
De manière générale, un composé I de formule Cl-SO2-TrH-(CF2)Z-TrH-SO2Cl (de préférence l≤z≤β) peut être obtenu par chloration oxydative du thiol correspondant HS-TrH-(CF2)s-TrH-SH.
Un thiol HS-TrH-(CF2)z-TrH-SH peut être obtenu par réaction du thiosemicarbazide avec un composé ClC (=0) - (CF2) z-C (=0) Cl, qui est commercialisé notamment par SynQuest Labs, notamment pour z = 2, 3 et 4) . Dans les divers procédés de préparation des composés I, on utilise de préférence un thiol ou un dithiol dans lequel le cation associé au groupe anionique triazole est le proton et l'on obtient un composé I dans lequel M est H. Les composés I correspondants comprenant un cation différent peuvent être obtenus par des réactions classiques d'échange de cation.
Un composé I est un précurseur pour la préparation d'un composé ionique fluorosulfonyle II qui constitue un autre objet de la présente invention. Un composé fluorosulfonyle comprend au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M' en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, et il est caractérisé en ce que M' est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), et en ce que la partie anionique répond à la formule
Figure imgf000010_0002
(II) dans laquelle R3 représente : un groupement FSO2-; un groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ; un groupement répondant à la formule
Figure imgf000011_0001
(lia) dans laquelle Z' est F et R2 est un groupe perfluoro- alkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone . Comme exemples particuliers de composés II, on peut citer les composés FSO2-TrM' -SO2F (M'BFST), FSO2-TrM' -CF3 (M'TFSTF) et FSO2-TrM' -R2-TrM' -SO2F dans lesquelles TrM' représente un groupe anionique 1, 2, 4-triazole associé au cation M' . Lorsque M' est un groupe cationique de valence m, il peut être choisi parmi les cations oxonium, nitrosonium, ammonium, les cations métalliques ayant la valence m, les cations organiques ayant la valence m et les cations organo- métalliques ayant la valence m. Parmi les cations organi- ques, on peut citer en particulier les cations hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, tria- zolium, sulfonium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium, carbonium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrro- lidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyra- zinium, piperazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium et morpholinium.
De manière générale, un composé fluorosulfonyle II peut être obtenu à partir du composé chlorosulfonyle I correspondant, par une réaction d'échange Cl/F. Le procédé consiste à faire réagir un composé I avec un précurseur de fluor capable de remplacer l'atome de chlore du ou des groupes SO2CI du composé I par un atome de fluor. Dans un premier mode de réalisation, on fait réagir le composé chlorosulfonyle I avec un fluorure de métal alcalin, par exemple KF. Cette réaction peut être mise en œuvre dans un solvant organique (par exemple MeNO2, DMSO, CH3CN, dioxane, sulfolane, glymes ...) , dans un mélange eau/solvant organique (par exemple dans un mélange eau/dioxane) , ou dans l'eau.
Dans un deuxième mode de réalisation, on fait réagir le composé I avec ZnF2 dans la pyridine. Dans un troisième mode de réalisation, on fait réagir le composé I avec un onium d'acide fluorhydrique, par exemple avec le complexe HF-pyridine CsHsNMHF)x.
Dans un quatrième mode de réalisation, on fait réagir le composé I avec HF anhydre. Ce mode de réalisation présente l'avantage de ne pas générer des sous-produits indésirables tels que KCl. Il est particulièrement avantageux à l'échelle industrielle. La mise en œuvre de ce procédé en présence de LiF ou de LiCl permet d'obtenir le sel de lithium anhydre. Des réactions classiques d'échange d'ions sont mises en œuvre pour modifier le cation du composé II obtenu si nécessaire. Elles sont effectuées par exemple avec un halogénure, un acétate ou un sulfamate d'un cation organique M' destiné à remplacer le cation M initial, avec un halogénure, un nitrate, un carbonate ou un carboxylate d'un cation M' métallique destiné à remplacer le cation M initial, ou avec HF.
Quelques exemples, dont la généralisation est à la portée de l'homme de métier, sont donnés ci-après. Le composé KBFST, représenté par la formule F-SO2-TrK-SO2F, peut être obtenu à partir du composé chloré HBCST correspondant par échange à l'aide de KF dans un mélange eau/dioxane, selon le schéma réactionnel suivant :
Figure imgf000012_0001
(KBFST) Le composé HBFST sous la forme acide est obtenu à partir du composé HBCST par échange Cl/F à l'aide de HF.
Un composé LiBFST sous la forme sel de lithium peut être obtenu par échange entre LiNO3 et le composé KBFST dans l'acétonitrile ACN, élimination de KNO3 insoluble et récupération du composé LiBFST.
Un composé LiBFST sous la forme sel de lithium peut en outre être obtenu par réaction du composé HBCST avec LiF dans HF, selon le schéma réactionnel suivant :
Figure imgf000013_0001
Un composé LiBFST sous la forme sel de lithium peut en outre être obtenu par réaction du composé HBFST avec Li2CO3 dans l'eau, ou par réaction du composé HBFST avec le disel de lithium de l'acide oxalique dans l'acétonitrile. Des composés MBFST dans lesquels M est un autre cation (par exemple Na, K ou Ag) peuvent être obtenu à partir du carbonate approprié .
Un composé II dans lequel M' est un cation de métal alcalin, en particulier H+, Li+, Na+ ou K+, plus particuliè- rement Na+ ou K+, ou un cation métallique Ag+, peut être utilisé pour la préparation d'un composé II dans lequel le cation M' est différent, par une réaction de métathèse. Par exemple la réaction dans l'eau de NaCl avec un composé H-Ag permet de préparer le composé H-Na en solution, l'équilibre étant déplacé par la précipitation de AgCl. La réaction dans l'eau d'un composé H-Li avec KF permet de préparer le composé H-K, LiF étant plus insoluble que KF. La réaction dans le THF d'un composé H-K avec LiCl, relativement soluble dans ce solvant, permet de préparer le composé II- Li, avec précipitation du KCl formé. La réaction d'un composé H-K avec le complexe (ScCl3) (THF)3 permet également de préparer un un composé H-Sc, par exemple Sc(BFST)3 à partir de KBFST. Un tel procédé peut être mis en œuvre dans de nombreux solvants, notamment dans les liquides ioniques, par réaction de LiBF4, LiClO4 ou LiNO3 avec un composé H-K de l'invention, pour former le composé H-Li correspondant induit par la précipitation de KBF4, KClO4 ou KNO3 insoluble. La réaction de métathèse permet aussi de préparer des composés II-onium, en particulier par réaction d'un composé H-K avec un chlorure, un acétate ou un sulfamate de l'ion onium qui peuvent être obtenus par des procédés de synthèse classiques. La réaction de métathèse peut également être mise en œuvre à partir des tétrafluoroborates, des perchlo- rates, et des nitrates, de nombreux dérivés étant disponibles commercialement. Le remplacement du cation K+ par un cation onium rend le composé H-M' insoluble, en particulier dans l'eau. On peut citer par exemple la préparation dans l'eau du 3-trifluorométhyl-5-fluorosulfonyl-1, 2, 4-triazole de 2, 2'-azobis [2- (2-imidazolinium-2-yl) propane] peu soluble dans l'eau et qui répond à la formule
Figure imgf000014_0001
à partir de l 'hydrochlorure de 2, 2' -azobis [2- (2-imidazoline- 2-yl) propane] et de deux équivalents du sel de potassium du 3-trifluoronαéthyl-5-fluorosulfonyl-l,2,4-triazole (KTFST), tous deux solubles dans l'eau.
On peut également obtenir le même composé II-onium en faisant réagir l 'hydrochlorure avec deux équivalents du sel de potassium KTFST dans un solvant organique tel que l'acétonitrile, puis en éliminant le précipité de KCl formé par filtration ou centrifugation.
Par un procédé analogue, on peut préparer un composé H-M' dans lequel M' est un cation diphényl iodonium, par réaction du chlorure C1»I(C6H5)2 avec un composé H-K, en solution dans le carbonate de propylène.
Dans tous les cas, on peut soit isoler le composé H-M' obtenu en vue de son utilisation ultérieure, soit utiliser le composé H-M' sous forme de la solution dans laquelle il est obtenu. Un composé I ou un composé II est un précurseur pour la préparation d'un composé ionique fluoroalcoxysulfonyle III qui constitue un autre objet de la présente invention. Un composé fluoroalcoxysulfonyle III comprend au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M" en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, et il est caractérisé en ce que M" est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), et en ce que la partie anionique répond à l'une des formules
Figure imgf000015_0001
(III) ou RF-TrM-SO2-O-R9-O-SO2-TrM-RF (III')
dans laquelle R4 représente : un groupement R5- 0-SO2- ; - un groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ; - un groupement répondant à la formule
Figure imgf000015_0002
- (IHa) dans laquelle Z" est R5- 0- et R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone ;
R5 représente un groupe R6CH2-, un groupe R6R7CH- ou un groupe R6R7R8CH- et R9 représente un groupe fluoroalkylène -R6CH- ou -R6R7C-, les groupes R6, R7 et R8 représentant un groupe alkyle perfluoré, linéaire ou ramifié, ayant de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone.
R5 peut être notamment un groupement choisi parmi CF3-CH2-, C2F5-CH2-, C4F9- CH2- et CH (CF3) 2- . Comme exemples particuliers de composés III, on peut citer les composés R5-O-SO2-TrM"-SO2-O-R5 r R5-O-SO2-TrM"-R2-TrM"-SO2-O-R5 et R5-O-SO2-TrM"-CF3, dans lesquelles TrM" représente un groupe anionique 1,2,4- triazole associé au cation M". Lorsque M" est un groupe cationique de valence m, il peut être choisi parmi les cations hydroxonium, oxonium, nitrosonium, ammonium, les cations métalliques ayant la valence m, les cations organiques ayant la valence m et les cations organométalliques ayant la valence m. Parmi les cations organiques, on peut citer en particulier les cations hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazo- linium, triazolium, sulfonium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium, carbonium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium et morpholinium.
De manière générale, un composé fluoroalcoxysulfonyle III peut être obtenu par réaction d'un alcool R5-OH ou d'un diol HO-R8-OH ou de l'alcoolate correspondant avec le composé chlorosulfonyle I ou le composé fluorosulfonyle II correspondant, de préférence avec le composé I. Le composé III ainsi obtenu peut ensuite être transformé par des réactions d'échange d'ion ou de métathèse, par des procédés similaires à ceux décrits ci-dessus pour les composés II.
Dans un premier mode de réalisation, on fait réagir un composé ClSO2-TrM-R1 ayant un ou deux groupes SO2Cl ou SO2F avec un alcoolate, par exemple un alcoolate de sodium R5-O-Na dans le THF. Deux exemples de schémas réactionnels sont donnés ci-dessous, pour un composé HBCST et un composé HTCST, R5 étant CF3.
Figure imgf000017_0001
Dans un autre mode de réalisation, on fait réagir un composé ayant un seul groupe FSO2 ou ClSO2, par exemple le composé HTCST, avec un diol HO-R9-OH, selon le schéma réactionnel suivant donné à titre d'exemple :
2 CF3-Tr-SO2Cl + HO-R9_OH → CF3-Tr-SO2O-R9-SO2O-Tr-CF3.
L'extrapolation des modes de réalisation indiqués ci- dessus pour des cas particuliers.
Un composé I qui portent deux groupes ClSO2 ou un composé II qui portent soit deux groupes FSO2, soit un groupe FOS2 et un groupe ClSO2 constituent des précurseurs pour la préparation d'un composé polyionique IV qui constitue un autre objet de la présente invention. Un composé IV est un polymère constitué par des unités récurrentes répondant à l'une des formules
[-O2S-TrM*-SO2OCH2-R9-CH2O-] ou [-O2S-TrM*-R2-TrM*- SO2OCH2-R9-CH2O-] dans lesquelles R2 a la signification donnée précédemment, M* est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), TrM* a la signification donnée pour TrM et R9 représente un groupe fluoroalkylène, linéaire ou ramifié, ayant de préférence de 2 à 12 atomes de carbone, et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone. Lorsque M* est un groupe cationique de valence m, il peut être choisi parmi les cations nitrosonium, ammonium, les cations métalliques ayant la valence m, les cations organiques ayant la valence m et les cations organométalliques ayant la valence m. Parmi les cations organiques, on peut citer en particulier les cations hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, suif- onium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium, carbonium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyrazinium, pipérazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium et morpholinium.
Un composé IV est obtenu par réaction d ' un composé I ou d' un composé II qui portent deux groupements -SO2Cl ou -SO2F, de préférence deux groupements -SO2Cl , avec un fluoroalcool difonctionnel OH-R9-OH .
Le schéma réactionnel suivant est donné à titre d ' exemple , R9 étant un groupe - (CF2) 3- :
CISO
Figure imgf000018_0001
La présence de groupements électroattracteurs tels que par exemple CFaCH2OSO2- permet d'éviter l'utilisation de réactifs comprenant le groupe CFaSO2-, le coût à l'échelle industrielle de CFaCH2OH étant typiquement d'environ le
1/10 ème de celui de i>acide CF3SO3H.
Pour les composés IV également, les réactions d'échange d'ions et de métathèse permettent d'obtenir les composés de divers cations, à partir de composés dont le cation est un H ou un cation de métal alcalin.
Les composés II, III et IV de l'invention constituent un bon compromis entre les performances, le coût et la faci- lité de production à l'échelle industrielle, résultant d'un effort important de Recherche et Développement, parmi un très large choix de produits. Le 3, 5-difluorosulfonyl-l, 2, A- triazole de lithium est certes moins conducteur que LiFSI dont l'industrialisation n'a pu être faite, mais il est aussi conducteur que LiTFSI [LiN(SO2CFa)2] à moindre coût, et la corrosion qu'il provoque sur un collecteur en aluminium est moindre que celle provoquée par LiTFSI. Le 3-trifluoro- méthyl-5-fluorosulfonyl-l,2,4-triazole (CF3-TrM-SO2F) est plus conducteur et plus stable thermiquement que l'homologue 3-trifluorométhyl-5-cyano-l,2,4-triazole (CF3-TrM-CN). C'est pourquoi les composés de l'invention sont limités à ceux qui ont au moins un groupe -SO2F et au moins un groupe fluoro- alkyle ou fluoroalkylène . Leur synthèse à partir des thiols correspondants peut être effectuée sans difficulté majeure, par exemple par mise en oeuvre d'une chloration oxydative dans l'eau qui transforme un groupe -SH en groupe -SO2CI
(alors que ClSO2NLiSO2Cl se décompose violemment dans l'eau) et d'un échange Cl/F. Un composé portant un groupe -SO2Cl est aisément obtenu à partir du composé correspondant portant un groupe -SH et il présente en outre l'avantage que, le groupe -SO2CI étant porté par un hétérocycle, le composé est nettement plus stable que ClSO2NLiSO2Cl et donc moins sensible aux conditions de synthèse. Contrairement aux anions de coordination tels que BF4 " ou PFQ~r les anions fluorosulfonés de la présente invention ne libèrent pas d'acide fluorhydrique en présence d'eau. Or il est connu que la génération de HF induit de nombreux problèmes, par exemple dans les batteries de technologie Li-Ion dans lesquelles la libération de HF peut entraîner une dissolution partielle des cathodes en LiMn2O4 ou LiFePO4 ainsi qu'une dégradation de l ' électrolyte . Il est également connu que dans certains procédés de catalyse, comme par exemple la catalyse de la réaction de Aza-Diels-Adler en milieu liquide ionique, l'anion F" détruit le diène de Danishefsky qui est un intermédiaire de la réaction.
Dans les composés I, II, III ou IV de la présente invention, le cation peut être H+, un oxonium, un hydrox- onium, un nitrosonium, un ammonium, un cation métallique ayant la valence m, un cation organique ayant la valence m ou un cation organométallique ayant la valence m.
Les composés II, III et IV dans lesquels le cation est un cation métallique de valence m, sont désignés respectivement par composés lia, IHa et IVa. Le cation peut être un cation de métal alcalin, de métal alcalino-terreux, de métal de transition, de métal trivalent, de terre rare. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer Li+, Na+, K
Cs+, Ag+, Cu+, Mg2+, Pt2+, Pd2+, Cd2+, Co2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+,
Sn2+, Rh2+, Gd3+, Sm3+, , Fe3+, Ti3+ , Bi3+, La3+, Ho3+, Sc3+, Al3+,
Y3+, Yb3+, Lu3+ , Ru 3+, Eu3+, Ce4+ , Ti4 . Pour une liste exhaustive des cations, on pourra consulter un tableau périodique ou "Basic Inorganic Chemistry, 3rd Edition, by Cotton, Wilkinson & Gaus, J. Willey & Sons (1994)".
Les composés lia, IHa et IVa dans lesquels le cation est un cation de métal alcalin, en particulier un cation Li+, présentent un intérêt particulier pour l'élaboration de matériaux à conduction ionique, ces composés permettant d'induire des propriétés de conduction ionique dans la plupart des milieux organiques liquides ou polymères possédant une polarité même faible. Les applications sont importantes dans le domaine de l' électrochimie, en particulier dans les générateurs primaires ou secondaires, dans les supercapacités, dans les piles à combustibles, dans les diodes électroluminescentes, dans les systèmes électrochromes et dans les capteurs. Ces composés permettent également d'induire des propriétés antistatiques dans les polymères, les liquides organiques ou les gels possédant une polarité même faible, même à de faibles concentrations .
Les composés Ha, IHa et IVa dans lesquels le cation est choisi par exemple parmi Li+, Cs+, Ag+, Cu+, Mg2+, Pt2+, Pd2+, Cd2+, Co2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+, Sn2+, Rh2+, Gd3+, Sm3+, Fe3+, Ti3+, Bi3+, La3+, Ho3+, Sc3+, Al3+, Y3+, Yb3+, Lu3+, Ru3+, Eu3+, Ce4+, Ti4 présentent un intérêt particulier comme catalyseurs de diverses réactions chimiques . Les sels de lithium peuvent être utilisés par exemple pour les réactions d'ouverture de fonctions époxyde .
Les composés Ha, IHa et IVa dans lesquels le cation est Eu3+ sont utiles pour l'élaboration de produits luminescents. Un composé Ha, IHa et IVa peut être dissous dans un polymère, notamment dans un polymère hybride inorga- nique/organique obtenu par un procédé sol-gel. Les composés lia, IHa et IVa ddans lesquels le cation est Cu2+ présentent un intérêt pour la polymérisation/dopage de polymères conducteurs électroniques (par exemple le poly- thiophène, polypyrrole, PoIy (3, 4-éthylènedioxythiophène) poly (styrènesulfonate) (PEDOT) dans les solvants organiques tel que par exemple le carbonate de propylène.
Les composés II, III et IV dans lesquels le cation est un cation organométallique de valence m sont désignés respectivement par composés Hb, HIb et IVb. Ils sont utiles notamment comme catalyseurs de diverses réactions. Par exemple un composé dont le cation est le tétrakis (acéto- nitrile)palladium(II) est utile comme catalyseur pour une réaction de polymérisation vinylique.
A titre d'exemple, on peut citer les cations dérivés du ferrocène, du titanocène, du zirconocène, d'un indénocénium ou d'un arène métallocénium, et les cations des métaux de transition complexés par des ligands de type phosphine possédant éventuellement une chiralité. A titre d'exemples de ligands, on peut citer le 2, 2 ' -bis-1, 1 ' -phosphanorborna- diényle (BIPNOR) et le 2, 2 '-bis (diphénylphosphino) -1, l ' -bi- naphthyle (BINAP) . De nombreuses autres phosphines sont décrites et disponibles, notamment auprès de la société Rhodia (Cf. www.rhodia-phosphines.com). D'autres cations organométalliques convenables sont des cations qui possèdent un ou plusieurs groupements alkyle ou aryle fixés de manière covalente à un atome de métal ou un groupe d'atomes de métal, par exemple les cations méthylzinc, phénylmercure, trialkylétain ou trialkylplomb. Le cation organométallique peut faire partie d'une chaîne polymère et/ou porter des substituants, par exemple des groupements ioniques qui en augmentent la solubilité dans les milieux organiques ou aqueux, notamment des groupements -SO3 ", -CO2 ", -PO32" ou -SO2N~SO2CF3. Une littérature abondante est disponible sur les organométalliques, en particulier pour les applications à la catalyse, y compris la catalyse asymétrique (Cf. "Fu, Pure Appl. Chem., Vol. 74, N0 1, pp. 33-36, (2002)", "Tang & Zhang, Chem. Rev., 103, 3029-3069, (2003)", "Crépy & Imamoto, Topics in Current Chemistry, 229, 1-40, (2003)", "Noyori, Angew. Chem. Int. Ed., 41, 2008-2022, (2002)", "The Organometallic Chemistry of the Transition Metals, by R. Crabtree, Willey-Interscience (2005)", "Aspinall & Docherty, Speciality Chemicals Magazine, January/February 2005, 34-35", "Advanced Inorganic Chemistry, βth Edition, by Cotton, Murillo & Bochmann, Willey-Interscience (1999)" et "Asymétrie Catalysis in Organic Synthesis, by Ryoji Yonori, J. Willey and Sons : New-York (1994)". Les cations arène- ferrocénium activables par une source d'énergie actinique, sont utiles en particulier pour les polymérisations cationiques photoamorcés .
Les composés II, III et IV dans lesquels le cation est un cation nitrosonium, sont désignés respectivement par composés Hc, IHc et IVc.
Les composés Hc, IHc et IVc sont des agents oxydants. Ils sont particulièrement intéressants pour le dopage de polymères conjugués (polythiophène, polypyrrole, PEDOT, ...) auxquels ils confèrent une conductivité électronique appré- ciable. Ils peuvent également être utilisés pour effectuer des réactions chimiques telle qu'une nitrosylation (par exemple la nitrosylation de l'aniline CH3OC6H5 en CH3OC6H4-4- NO) , ou pour la formation de complexes de NO tels que par exemple : (C6Et6)Cr(CO)3+ NO'BFST -→ [(C6Et6)Cr(CO)2(NO)]BFST + CO
Les composés II, IH et IV dans lesquels le cation est H+ ou un cation hydroxonium, sont désignés respectivement par composés Hd, IHd et IVd..
Les composés Hd, HId et IVd ont des propriétés acides et ils peuvent être utilisés pour la préparation de composés ayant d'autres cations, par exemple par réaction avec un carbonate de potassium dans l'eau, ou un phosphate de lithium Li3PO4 dans un solvant organique. La réaction d'un composé Hd, HId ou IVd avec le disel de lithium de l'acide oxalique, dans un solvant organique comme par exemple le diméthylearbonate, permet de préparer le sel de lithium respectivement d'un composé II, III ou IV, le monoacide de lithium de l'acide oxalique insoluble pouvant être éliminé par filtration.
Les composés Hd, IHd et IVd sont en outre utiles pour initier des réactions de polymérisation par voie cationique, par exemple pour la préparation de polysiloxanes, et comme catalyseurs par exemple pour des réactions Friedel & Crafts.
Les composés II, III et IV dans lesquels le cation est un cation onium possédant au moins un hétéroatome tel que N, 0, S, I ou P portant une charge positive, sont désignés respectivement par composés Ie, He et Ie. On peut citer notamment les ions hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulf- onium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium, carbonium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium et morpholinium Ces composés particuliers peuvent être utilisés dans de nombreuses applications.
Un composé He, HIe ou IVe peut être utilisé notamment :
• comme sel dissous dans un solvant liquide, polymère ou gel, par exemple pour la réalisation d' électrolytes de supercapacités ou de compositions électrostatiques. Il peut également être utilisé sous forme de liquide ionique (en général, on entend par liquide ionique un sel dont le point de fusion est inférieur à 1000C, de préférence inférieur à 500C et plus préférentiellement, qui est donc liquide à température ambiante) , comme solvant non- volatil utile pour la préparation de matériaux à conduction ionique et dans lequel il est possible de dissoudre des sels, par exemple des sels de lithium, ainsi que des polymères pour la réalisation d' électrolytes liquides, plastifiés ou gels. Ces compositions sont utiles pour les générateurs électrochimiques, et les dispositifs électrochromes. Ledit composé peut en outre être utilisé pour dissoudre des couples rédox en particulier pour la réalisation de cellules photovoltaïques organiques, ou pour dissoudre des sels de divers métaux en vue d'effectuer leur électrodéposition .
• comme solvant pour la réalisation de réactions chimiques, de polymérisations (pétrochimie) , de catalyses (chimie fine, composé pharmaceutique) y compris la préparation de produits chiraux, et la synthèse de nanomatériaux métalliques. Les vastes possibilités de modification de la structure chimique par le choix des substituants permettent de modifier leurs propriétés et ainsi de jouer sur leur polarité, leur viscosité, leur densité, leur miscibilité avec les solvants organiques (en particulier pour la réalisation de systèmes biphasiques) et leur chiralité.
• comme agent de nettoyage dans l'industrie chimique, pharmaceutique ou microélectronique, grâce à ses bonnes propriétés de solvatations .
• comme fluide caloporteur et comme lubrifiant sans tension de vapeurs, y compris la lubrification des micro-électromécaniques (MEMS), du fait de sa stabilité thermique.
Un composé II, III et IV qui porte des groupements polymérisables ou condensables peut être utilisé pour former un polymère ou il peut être incorporé dans une matrice polymère, en particulier par des réactions de greffage ou par copolymérisation. Cette possibilité est particulièrement utile pour la réalisation de compostions antistatiques ou pour la réalisation de membranes gélifiées.
Une importante famille de sels d'onium est constituée par les colorants cationiques tels que les cyanines, par exemple la 3, 3 ' -diéthylthiatricarbocyanine répondant à la formule
Figure imgf000025_0001
Une littérature abondante sur les liquides ioniques dérivants de sels d'onium est disponible. On peut citer en particulier Seddon & al [Clean Products and Processes 1, (1999), 223-226], ainsi que Chauhan & al [Tetrahedron, 61, (2005), 1015-1060], Shreeve & al [Eur. J. Inorg. Chem., (2005) , 2573-2580] .
Parmi les cations onium, on peut citer les cations R3θ+ (oxonium) , NR4 + (ammonium), RC (NR2) 2+ (amidinium) , C (NR2) 3+
(guanidinium) , C5R6N+ (pyridinium) , C3RsN2 + (imidazolium) ,
C3R7N2 + (imidazolinium) , C2R4N3 + (triazolium) , SR3 + (sulf- onium) , PR4 + (phosphonium) , IR2 + (iodonium) , (C6Rs)3C+ (carb- onium) , C4RioN+ (pyrrolidinium) , ROC (NR2) 2 + (uronium) , RSC(NR2J2 + (thiouronium) , C3ONR4 (oxazolium) , C3SNR4
(thiazolium) , C4RsN2 + (pyrimidinium) , C3RsN2 + (pyrazolium) ,
C4RsN2 + (pyridazinium) , C4R5N2 + (pyrazinium) , C4Ri0N2 2+
(piperazinium) , C5RnN+ (piperidinium) , C4R5N+ (pyrrolium) , l,4-Diazoniumbicyclo[2.2.2]Octane (C6Ri4N2 2+) et C4R9N+ (morpholinium) .
Dans un cation onium, les radicaux R sont identiques ou différents, et ils peuvent être choisis parmi H, F et les groupements suivants : les groupements alkyle, alkényle, oxa-alkyle, oxa- alkényle, azaalkyle, azaalkényle, thiaalkyle, thia- alkényle, silaalkyle, silaalkényle, aryle, arylalkyle, alkylaryle, alkénylaryle, dialkylamino et dialkylazo ; les groupements cycliques ou hétérocycliques comprenant éventuellement au moins une chaîne latérale comprenant des hétéroatomes tels que l'azote, l'oxygène, le soufre ; les radicaux cycliques ou hétérocycliques comprenant éventuellement des hétéroatomes dans le noyau aromatique ; les groupes comprenant plusieurs noyaux aromatiques ou hétérocycliques, condensés ou non, contenant éventuellement au moins un atome d'azote, d'oxygène, de soufre ou de phosphore ; - les groupements portant une fonction ionique tel que -OH, -SH, -COOH, -PO3H2, -NH2, -CONH2, -CONH-, -SO2H, -SO3H, -SO2NH2 ainsi que leurs sels ; les groupements comportant des -C(=0)-, -S(=0)-,
-s (=0)2- ; - les groupements portant des groupements polaires tel que -CN ou -NO2 ; les groupements portant des complexes organo- métalliques ; les groupements halogènes ; étant entendu que, lorsqu'un cation onium porte au moins deux radicaux R différents de H, ces radicaux peuvent former ensemble un cycle aromatique ou non, englobant éventuellement le centre portant la charge cationique.
Le cation onium peut se présenter sous la forme d'un groupe cationique indépendant qui n'est lié à la partie anionique que par la liaison ionique entre la charge positive du cation et la charge négative de la partie anionique, ladite partie cationique faisant éventuellement partie d'une unité récurrente d'un polymère.
Les composés II, III ou IV qui ont un cation ammonium sont utiles notamment comme liquide ionique, comme solvant, comme sels pour la réalisation de matériaux à conduction ionique, comme lubrifiant et comme catalyseur. A titre d'exemples de cations ammonium, on peut citer notamment les cations suivants : tétrabutylammonium, N,N-diéthyl-N-méthyl- N- (2-méthoxyéthyl) ammonium, N,N-diéthyl-N-méthyl-N- (2- méthoxyméthyl) ammonium, N,N-diéthyl-N-méthyl-N- (2-hydroxy- éthyl) ammonium, N-méthyl-N,N,N-triéthylammonium, N, N- diéthyl-N-méthyl-N- (2-méthacryloxyéthyl) ammonium, N, N- diéthyl-N-méthyl-N- (2-acryloxyéthyl) ammonium, N,N-diméthyl- N-éthyl-N- (2-méthoxyéthyl) ammonium, N,N-diméthyl-N-éthyl-N- (2-hydroxyéthyl) ammonium, N,N-diméthyl-N-éthyl-N- (2-méth- acryloxyéthyl) ammonium, N,N-diméthyl-N-éthyl-N- (2-acryloxy- éthyl) ammonium, N,N-diméthyl-N-octyl-N- (2-hydroxyéthyl) - ammonium, N,N-diéthyl-N-méthyl-N~ (2-méthacryloxyéthyl) ammonium, N, N-diéthyl-N-méthyl-N- (2-acryloxyéthyl) ammonium, N- méthyl-N-hexyl-N,N-diéthylammonium, N,N-méthyl-N-benzyl-N,N- tétradecylammonium, N,N-méthyl-N-octyl-N-2-hydroxyéthyl- ammonium, N,N,N-triméthyl-N-3-hydroxypropylainmonium, N, N, N- tris ( 2-hydroxyéthyl ) -N-méthylammonium, N-butyronitrile- N,N,N-triméthylammonium, N,N,N-tris (2-éthylhexylamine) -N- propylammonium, N,N-diallyl-N,N-diméthylammonium, N, N, N, N- tétraallylammonium, ainsi que les cations suivants
N, N, N-triméthyl-N-glyme- ammonium
N, N-diéthyl-N-méthyl-N- (acide butanesulfonique)
N- (2-acryloyloxyéthyl) -N, N, N- triméthylammonium
1, 4-bis- (N,N-diméthyl-N- methaloxyéthylammonium
lR,2S)-N-méthyléphédrine-N,N- méthyl-N-butylammonium
Figure imgf000027_0001
Les composés II, III ou IV qui ont un cation imidazo- lium sont utiles notamment comme liquide ionique, comme solvant, comme sels pour la réalisation de matériaux à conduction ionique, comme lubrifiant, comme catalyseur. Comme exemples de cations imidazolium, on peut citer notamment les cations suivants : l-éthyl-3-méthyl-imidazolium, 1- butyl-3-méthyl-iitιidazolium, l-hexyl-3-méthyl-imidazolium, 1- butyl-2,3-diméthyl-imidazolium, l-méthyl-3- (2- hydroéthyl ) imidazolium, l-éthyl-3- ( 12-mercaptododécyl ) - imidazolium, l-allyl-3-méthylimidazolium, ainsi que les cations suivants :
poly ( 1 , 3-hexyl- ) imidazolium
l-butyl-3- (acide butanesulfonique) -imidazolium
l-méthyl-3-
(3,3,4,4,5,5,β,β,7,7,8,8,8-tri-
Figure imgf000028_0001
décafluorooctyl) imidazolium
1- (L-2-éthylpyrolidine) -3- butylimidazolium
le complexe de Ruthénium suivant
Figure imgf000028_0002
Les composés II, III ou IV qui ont un cation phosphonium, ou sulfonium sont utiles comme liquide ionique, comme solvant, comme sels pour la réalisation de matériaux à conduction ionique, comme lubrifiant, comme catalyseur. Les composés iodonium et sulfonium appropriés sont utiles comme photoamorceurs pour des réactions de polymérisations. A titre d'exemples de cations phosphonium, iodonium ou sulfonium, on peut citer notamment les cations suivants : diphényliodonium, butoxyphénylphényliodonium, tétra (n- butyl) phosphonium, tétra (i-butyl) phosphonium, diéthylméthyl- sulfonium, méthoxyméthyléthylsulfonium, éthyl-di (méthyl- amino) sulfonium. Les composés II, III ou IV qui ont un cation pyridinium sont utiles notamment comme liquide ionique, comme solvant, comme sels pour la réalisation de matériaux à conduction ionique, comme lubrifiant, comme catalyseur. A titre d'exemples de cations pyridinium, on peut citer notamment : 1-hexylpyridinium, l-Butyl-4-méthylpyridinium, l-Butyl-3-méthylpyridinium, 1-butyronitrile-pyridinium, 1- méthoxyéthylpyridinium, 1-3-hydroxypropylpyridinium et 1- allylpyridinium.
Les composés II, III ou IV qui ont un cation imidazo- linium sont utiles notamment comme liquide ionique, comme solvant, comme sels pour la réalisation de matériaux à conduction ionique, comme lubrifiant, comme catalyseur, et comme amorceur de polymérisation. A titre d'exemples de cations imidazolinium, on peut citer le 2, 2 ' -azobis [2- (2- imidazolinium-2-yl) propaneLes composés II, III ou IV qui ont un cation pyrrolidinium sont utiles notamment comme liquide ionique, comme solvant, comme sels pour la réalisation de matériaux à conduction ionique, comme lubrifiant, comme catalyseur. A titre d'exemples de cations pyrrolidinium, on peut citer notamment les cations suivants : N- éthylpyrrolidinium, N-méthyl-N-propylpyrrolidinium, N-éthyl- N-propylpyrrolidinium, N-méthyl-N- trifluoroéthylpyrrolidinium, N-méthyl-N-allylpyrrolidinium, N-méthyl-N-éthylpyrrolidinium, N-méthyl-N- propylpyrrolidinium, IV-méthyl-ΛHτιéthσxy-2-méthylpyrrolidi- nium, JV-méthyl-N-méthoxy-2-éthylρyrrolidinium, N-méthyl-N- trifluoroéthylméthylpyrrolidinium, N-éthyl-N- (2-méthacryl- oxyéthyl) pyrrolidinium, N-méthyl-N- (2-méthacryloxyéthyl) - pyrrolidinium, N-méthoxyméthyl-N- (2-méthacryloxyéthyl) pyrrolidinium, et N- (2-acryloyléthyl) -N-méthoxyéthylammonium
Figure imgf000029_0001
D'autres cations peuvent être utilisés pour les composés II, III et IV de la présente invention. On peut citer notamment les composés répondant aux formules suivantes, dans lesquelles les groupes Ri à Rε ont la signification donnée ci-dessus pour R : Guanidinium
Amidinium
Thiouronium (X=S) ou Uronium (X=O)
Pyridazinium
Thiazolium
Oxazolium
Pyrimidinium
Pyrazinium
Triazolium
Figure imgf000030_0001
Pyrazolium
Imidazolinium
Benzoimidazolium
Isoquinolinium
Figure imgf000031_0001
Solvant électrolytique
Les composés II, III et IV de la présente invention dans lesquels le cation est un onium sont particulièrement utiles pour l'élaboration de solvants électrolytiques, qui constituent un autre objet de la présente demande. Ces composés à l'état fondu, communément désignés également par liquide ionique, ont à la fois les propriétés propres aux solvants organiques mais également des propriétés de conduction ionique, du fait qu'ils sont constitués d'anions et de cations dissociés. Ils peuvent ainsi être utilisés directement comme électrolyte dans des supercapacités sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un autre sel.
Un autre aspect particulièrement important est l'aptitude de ces liquides ioniques à dissoudre d'autres sels, en particulier des sels métalliques, notamment les sels de lithium, pour donner des solutions très conductrices. D'une manière similaire, les liquides ioniques ou leurs mélanges avec d'autres sels métalliques, sont d'excellents solvants ou plastifiants d'un grand nombre de polymères, en particulier ceux qui portent des fonctions polaires ou ioniques. Aussi bien les composés liquides que les polymères plastifiés par les mélanges ioniques se comportant comme des électrolytes solides sont utilisables en électrochimie pour des générateurs de type primaire ou secondaire, des supercapacités, des systèmes électrochromes, des revêtements antistatiques, ou des diodes électroluminescentes. La non-volatilité des liquides ioniques de l'invention, leur stabilité thermique et électrochimique, et leur conductivité accrue sont des paramètres importants pour la réalisation de systèmes fonctionnant à basse température et ne présentant pas les risques d' inflammabilité habituels liés à l'emploi de solvants organiques usuels.
Les liquides ioniques de l'invention sont des milieux polaires de faible volatilité, et par cette propriété, ils peuvent servir de solvant permettant d'effectuer un grand nombre de réactions de la chimie organique, telles que les substitutions nucléophiles et électrophiles, ou les polymérisations anioniques, cationiques ou radicalaires . Il est de plus possible de dissoudre dans ces liquides ionique des catalyseurs, en particulier des sels de métaux de transition ou des terres rares éventuellement cordonnés par des ligands, permettant d'exhalter les propriétés catalytiques . Des exemples de ces catalyseurs comprennent les bipyridines, les porphyrines, les phosphines, les arsines . Les organométalliques tels que les métallocènes sont aussi des solutés pouvant présenter des propriétés catalytiques .
La non-volatilité des liquides ioniques de l'invention, leur stabilité thermique ainsi que leur non miscibilité avec les solvants non polaires comme les hydrocarbures, de même que leur caractère hydrophobe, sont particulièrement avantageux pour séparer les produits de réactions chimiques. Il est de même possible de travailler en systèmes diphasiques, le sel fondu contenant le catalyseur et les substrats réactifs étant en solution dans un hydrocarbure ou dans un éther aliphatique non miscible. Après la réaction, une simple décantation permet de séparer la phase organique contenant le produit de la réaction et le sel fondu qui est purifié par lavage avec un non solvant tel que l'eau ou un hydrocarbure, et séché par simple mise sous vide.
Par ailleurs, les cations ammonium, phosphonium et sulfonium peuvent présenter une isomérie optique, et les liquides ioniques qui les contiennent sont des solvants chiraux susceptibles de favoriser la formation d'excès énantiomériques dans les réactions effectuées dans ces milieux. Ils peuvent ainsi être utilisés comme solvant pour réaliser des réactions chimiques, électrochimiques, photochimiques, des catalyses, des distillations, des électrodépositions. On peut y dissoudre de nombreux autres sels et contrôler leurs propriétés par le choix des substituants comme par exemple la chiralité.
Par ailleurs, ils peuvent servir de lubrifiant grâce à leur faible tension de vapeur, leur propriété de friction et d'usure et leur stabilité thermique.
Pour la réalisation de catalyse chimique, on préfère en général les sels d'onium dont le centre cationique ne porte pas de proton potentiellement labile. Il en est de même en électrochimie pour éviter la réduction de ce proton. Pour d'autres applications comme par exemple les lubrifiants, des composés d'ammnonium quaternaire comme la [CsHi7] 3NH ont été considérés. Pour cette application spécifique, il peut être intéressant de mélanger le liquide ionique avec des particules de silice et de carbone. Les liquides ioniques incorportant des particules de silice ou de carbone sont un autre objet de l'invention.
Les composés II, III et IV de la présente invention sont particulièrement utiles pour l'élaboration de matériaux à conduction ionique, qui constituent un autre objet de la présente demande. Un matériau à conduction ionique de la présente invention comprend un composé ionique de l'invention en solution dans un solvant, lorsque le solvant est un solvant électrolytique, il peut être un matériau à conduction ionique en lui-même, par exemple pour les supercapacités ou les antistatiques, mais il peut aussi servir de solvant pour dissoudre un composé ionique, en particulier un sel de lithium dans les générateurs au lithium.
Le solvant peut être un solvant liquide aprotique, un solvant électrolytique, un polymère polaire ou un de leurs mélanges.
Le solvant liquide aprotique est choisi par exemple parmi les liquides ioniques, les éthers linéaires, les éthers cycliques, les esters, les nitriles, les dérivés nitrés, les amides, les sulfones, les sulfolanes, les alkyl- sulfamides et les hydrocarbures partiellement halogènes. Les solvants liquides particulièrement préférés sont le diéthyl- éther, le diméthoxyéthane, le glyme, le tétrahydrofurane, le dioxane, le diméthyltétrahydrofurane, le formiate de méthyle ou d'éthyle, le carbonate de propylène ou d'éthylène, le carbonate de vinylidène, le fluoroéthylène carbonate, les carbonates d'alkyles (notamment le carbonate de diméthyle, le carbonate de diéthyle et le carbonate de méthylpropyle) , les butyrolactones, l ' acétonitrile, le benzonitrile, le nitrométhane, le nitrobenzène, la diméthylformamide, la diéthylformamide, la N-méthylpyrrolidone, la diméthylsul- fone, la tétraméthylène sulfone et les tétraalkylsulfon- amides ayant de 5 à 10 atomes de carbone.
Le solvant électrolytique peut être choisi parmi les composés II, III ou IV de l'invention qui ont un cation ammonium, imidazolium, sulfonium, pyrrolidinium, phosphonium ou pyridinium, particulièrement ceux qui sont liquides à température ambiante et dont le centre cationique ne porte pas de proton. Dans le cas des composé d' imidazolium, il peut être préférable d'utiliser un imidazolium dont le carbone entre les deux azotes est alkylé, en particulier pour améliorer sa stabilité vis-à-vis d'une électrode de carbone. Les groupements R peuvent porter des groupements actifs en polymérisation tels que des doubles liaisons (par exemple acrylate, méthacrylate, allyle, vinyle, vinyléther, styrène, vinylester) , des époxydes, des aziridines, ou des fonctions réactives dans les polycondensations (telles que -NCO, -OH, -NH2 et COOH) . Dans le cas où les cations portent des doubles liaisons, ils peuvent être homopolymérisés ou copolymérisés, par exemple avec du fluorure de vinylidène, un acrylate, une maléimide, de 1 'acrylonitrile, un vinyléther, un styrène, etc. Les groupements époxydes peuvent être polycondensés ou copolymérisés avec d'autres époxydes. Ces polycations sont particulièrement utiles
(seuls ou en mélange avec un solvant, y compris un liquide ionique de la présente invention et/ou un ou plusieurs sels de lithium ou un mélange de sels de lithium et de potassium) comme électrolyte dans les batteries au lithium qui ont une anode de lithium ou une cathode insérant le lithium à bas potentiel comme les spinelles de titane ou des matériaux carbonés .
Le polymère polaire peut être choisi parmi les polymè- res solvatants, réticulés ou non, portant ou non des groupes ioniques greffés. Un polymère solvatant est un polymère qui comporte des unités solvatantes contenant au moins un hété- roatome choisi parmi le soufre, l'oxygène, l'azote et le fluor. A titre d'exemple de polymères solvatants, on peut citer de manière non limitative : les polyéthers de structure linéaire, peigne ou à blocs, formant ou non un réseau, à base de poly (oxyde d'éthylène) ; les copolymères contenant le motif oxyde d'éthylène ou oxyde de propylène ou allylglycidyléther ; les polyphosphazènes ; les réseaux réticulés à base de polyéthylène glycol réticulé par des isocyanates, et les réseaux obtenus par polycondensation et portant des groupements qui permettent l'incorporation de groupements réticulables . On peut également citer les copolymères à blocs dans lesquels certains blocs portent des fonctions qui ont des propriétés rédox. L'utilisation d'un polymère réticulable permet d'améliorer la tenue mécanique après réticulation, et de réaliser des gels. Le polymère peut incorporer des groupes onium portant une fonction réactive lors de l'étape de réticulation.
Lorsqu'un polymère polaire n'est pas solvatant, il est utilisé comme solvant en mélange avec un liquide aprotique tel que défini ci-dessus. A titre d'exemple d'un tel polymère polaire non solvatant, on peut citer les polymères qui contiennent principalement de unités dérivées de l'acrylo- nitrile, du fluorure de vinylidène, de la N-vinylpyrrolidone ou du méthacrylate de méthyle. La proportion de liquide aprotique dans le solvant peut varier de 2% (correspondant à un solvant plastifié) à 98% (correspondant à un solvant gélifié) .
Un matériau à conduction ionique de la présente invention peut contenir en outre au moins un sel utilisé classi- quement dans l'art antérieur pour l'élaboration d'un matériau à conduction ionique, ledit sel étant choisi de préférence parmi les perfluoroalcanesulfonates, les bis (perfluo- roalkylsulfonyl) imidures, les bis (perfluoroalkylsulfonyl) méthanes, les tris (perfluoroalkylsulfonyl) méthanes, les bis (fluorosulfonyl) imidures, les tétrafluoroborates, les hexafluorophosphates, les bis-oxalato-borates, les difluoro- oxalato-borates, et LiBi2HxF^-X (0 < x < 2) .
Bien entendu, un matériau à conduction ionique de l'invention peut contenir en outre les additifs utilisés de ma- nière classique dans ce type de matériau, et notamment des charges minérales ou organiques sous forme de poudre ou de fibres.
Un matériau à conduction ionique de l'invention peut être utilisé comme électrolyte dans un générateur électro- chimique. La présente invention a ainsi pour autre objet un générateur électrochimique comprenant une électrode négative et une électrode positive séparées par un électrolyte, caractérisé en ce que l 'électrolyte est un matériau à conduction ionique tel que défini ci-dessus. Selon un mode de réalisation particulier, un tel générateur comprend une électrode négative constituée par du lithium métallique, ou par l'un de ses alliages, éventuelle- ment sous forme de dispersion nanométrique dans de l'oxyde de lithium, ou par un nitrure double de lithium et d'un métal de transition, ou par un oxyde à bas potentiel ayant pour formule générale Li4-X+SyTi5Oi2 (O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l) optionellement dopé, en particulier Li4Ti5Oi2, ou par un oxyde d'étain amorphe ou cristallin, ou par le carbone et les produit carbonés issus de la pyrolyse de matières organiques .
Selon un autre mode de réalisation, le générateur comprend une électrode positive choisie parmi les oxydes de vanadium VOx (2 ≤ x ≤ 2,5), LiV3O8, LiyNii_xCox02 optionnelle- ment dopé, (O ≤ x ≤ l ; O ≤ y ≤ l), LiyNii-x-zCoxMnz02 option- nellement dopé, (0 ≤ x,y,z ≤ 1 ) ; les spinelles de manganèse LiyMni-xMxO2 (M = Cr, Al, V, Ni, 0 ≤ x ≤ 0,5 ; 0 < y ≤ 2), les polydisulfures organiques, FeS, FeS2, le sulfate de fer Fe2 (SO4) 3, les oxydes complexes phosphate de structure olivine de formule générale LiMM1PO4 et de structure nasicon de formule générale Li3+X (MM' ) 2 (PO4) 3, dans lesquels :
• M représente un ou plusieurs métaux de transitions, choisis en particulier parmi le fer, le manganèse, le vanadium et le titane
• M' représente un ou plusieurs métaux autres qu'un métal de transition, choisis en particulier parmi le molybdène, le nickel, le magnésium, le chrome, le cobalt, le zirconium, le tantale, le cuivre, l'argent, le niobium, le scandium, le zinc et le tungstène, le rapport en poids des métaux M aux métaux M' étant supérieur à 1.
• les polyanions PO4 peuvent être substitués par SiO4 et/ou SO4, et également substitué à un taux inférieur à
5% par des polyanions molybdénate, niobate, tungstate, zirconate ou tantalate.
Les olivines sont choisis préférentiellement parmi les matériaux LiFePO4. Selon un autre mode de réalisation, le matériau d'électrode positive et/ou d'électrode négative est recouvert d'un dépôt de carbone, préférentiellement obtenu par la pyrolyse d'un précurseur organique, particulièrement les titanates Li4Ti5θi2 pur les électrodes négatives, et les olivines LiMM1PO4 et plus particulièrement LiFePO4 pour les électrodes positives .
Le collecteur de l'électrode positive est de préférence en aluminium.
Un composé II, III ou IV dans lequel le cation est Li+, peut être utilisé avantageusement dans un matériau à conduction ionique constituant 1 ' électrolyte et/ou dans un matérieau d'électrode d'une batterie au lithium. L 'électrolyte du générateur au lithium peut être optimisé, par exemple pour donner de bonnes performances à basse température, par exemple par l'utilisation de compositions de solvants contenant du méthylbutyrate, du méthylpropionate, de l 'éthylpropionate, de l ' éthylbutyrate et de l ' éthyl-valérate (Cf. Nasa Tech Briefs, december 2005), ou pour améliorer la sécurité par l'utilisation de solvants fluorés comme le méthyltrifluoroéthylcarbonate (Cf. Nasa Tech Briefs, may 2002) . Il peut aussi contenir des additifs permettant par exemple d'améliorer la qualité de la couche de passivation des anodes de carbone des batteries Li-Ion (carbonate de vinylidène, ...) , la surcharge, la stabilité de sels (Cf. S. S. Zhang [Journal of Power Sources 162 (2006) 1379-1394]).
On a constaté l'intérêt de préparer des électrolytes en utilisant un des sels de l'invention, particulièrement le LiBFST, mélangés avec LiPFg et/ou LiBF4. L'utilisation des sels de l'invention comme additifs aux électrolytes à base de LiPFε permet d'améliorer la formation de la couche de passivation sur l'anode de carbone, l'utilisation de LiPFô et/ou LiBF4, particulièrement les deux, comme additifs au composition d' électrolyte contenant les sels de l'invention peuvent permettrent d'améliorer les performances, en particulier vis-à-vis des collecteurs de courant en aluminium. Ce point peut être important dans les batteries du fait des surtensions pouvant apparaître dans la cathode au cours du cyclage.
Un autre objet de l'invention est donc un électrolyte contenant au moins un composé II, III ou IV et au moins un autre sel choisi parmi LiPFg et LiBFo le composé de l'invention étant présent à une fraction en poids de 2 à 98%, de préférence de 5 à 95% et plus particulièrement de 10 à 90%. Un composé II, III ou IV dans lequel le cation est un cation organique, par exemple un cation N-propane-N- méthylpyrrolidinium, ou un cation N-méthyl-N-méthoxyméthyl- pyrrolidinium est utile comme solvant de 1 'électrolyte d'une batterie au lithium.
Un matériau à conduction ionique de la présente invention peut également être utilisé comme électrolyte dans un système de stockage de l'énergie électrique de type supercapacité. Un autre objet de la présente invention est par conséquent une supercapacité utilisant au moins une électrode de carbone à haute surface spécifique, y compris le carbone sous la forme de nanotubes, ou une électrode contenant un polymère rédox ou un polymère conjugué. De façon avantageuse, le polymère conjugué contient 3 degrés d'oxydation, et il est présent dans les 2 électrodes. Un exemple d'un tel polymère est un dérivé du phényl-3- thiophène.
En plus des systèmes utilisant deux électrodes de carbone à haute surface spécifique, il est possible de préparer une supercapacité hybride utilisant une électrode carbone à haute surface spécifique et une électrode capable d'insérer des cations alcalins, en particulier le lithium. Une configuration avantageuse est d'utiliser une électrode de carbone à haute surface spécifique, incluant celle incorporant des nanotubes comme électrode positive, et une électrode utilisant comme matériau électroactif le titanate de lithium Li4Ti5Oi2.
Dans les supercapacités qui ont deux électrodes de carbone à haute surface spécifique, il est particulièrement avantageux d'utiliser des cations ammonium (N,N,N,N-alkylés) ou pyrrolidinium (N,N-alkylés) , en solution dans un solvant organique polaire et plus particulièrement un carbonate (méthyléthylcarbonate, propylènecarbonate, diéthyl- carbonate) . Il est également particulièrement avantageux que ces composés d'onium contiennent au moins un groupement N- alkyloxyalkyle, par exemple CH3OCH2-, permettant d'améliorer la solubilité de ces composés. Le choix des composés d'onium sous la forme de liquides ioniques est aussi particulièrement judicieux.
Un matériau à conduction ionique de la présente invention peut également être utilisé comme électrolyte dans un système de modulation de la lumière de type électrochrome comprenant au moins un matériau électrochrome. Dans un tel système, le matériau électrochrome est avantageusement déposé sur une couche d'un semi-conducteur transparent dans le visible, préférentiellement un dérivé de l'oxyde d'étain ou de l'oxyde d'indium, sur un substrat de verre ou d'un polymère. Des exemples de matériaux électrochromes préférentiels incluent l'oxyde de molybdène, de tungstène, de titane, de vanadium, de niobium, de cérium, d'étain, ainsi que leurs mélanges. Le matériau électrochrome peut être optionnellement dissous dans l 'électrolyte .
Les composés II, III et IV dans lesquels le cation est un groupement cationique possédant une liaison -N=N-, -N=N+, un groupement sulfonium, un groupement iodonium, ou un cation arène-ferrocénium, substitué ou non, éventuellement incorporé dans une trame polymérique, sont intéressants dans la mesure où ils sont activables thermiquement ou par une source d'énergie actinique de longueur d'onde appropriée. Comme exemples particuliers de tels composés, on peut citer ceux dans lesquels le cation est un cation diaryliodonium, un cation dialkylaryliodonium, un cation triarylsulfonium, un cation trialkylaryle sulfonium, ou un cation phénacyl-dialkyl sulfonium substitué ou non. Les cations précités peuvent faire partie d'une chaîne polymère.
Le cation peut incorporer un groupement 2, 2 ' [Azobis (2-
2 '-imidazolinium-2-yl) propane] 2+, 2,2 '-Azobis [2- (5-méthyl-2- imidazolinium-2-yl ) propane] 2"1", 2 , 2 ' -Azobis ( 2-méthylpropiona- midium) 2+, 2 , 2 ' -Azobis [ 2- ( 3 , 4 , 5 , 6-tétrahydropyrimidinium-2- yl) propane] 2+, 2,2 ' -Azobis{2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazo- linium-2-yl] propane }2+ ou 2,2 '-Azobis (2-amidiniumpropane) 2+. Le composé de l'invention est alors capable de libérer, sous l'action de la chaleur ou d'un rayonnement ionisant, des radicaux qui permettent d'initier des réactions de polymérisation, de réticulation ou, d'une manière générale, des réactions chimiques mettant en jeu des radicaux libres. De plus, ces composés sont aisément solubles dans les solvants organiques polymères et monomères même de faible polarité, contrairement aux dérivés des anions de type Cl" habituellement associés à ce type de composés. Ils présentent par ailleurs une pression de vapeur négligeable contrairement aux autres amorceurs radicalaires de type peroxyde ou azo, ce qui est un avantage considérable pour la mise en œuvre de polymères en films minces, la volatilité de 1 ' amorceur ayant pour conséquence une mauvaise polymérisation ou réticulation de la surface du film.
Il a été observé que la forte dissociation des espèces ioniques des composés de l'invention se traduisait par une stabilisation des carbocations, en particulier ceux dans lesquels il existe une conjugaison avec l'oxygène ou l'azote et, d'une manière surprenante, par une forte activité de la forme protonée des composés l'invention sur certains monomères. La présente invention a donc également pour objet l'utilisation des composés ioniques comme photoinitiateurs sources d'acide de Br0nsted catalyseur de la polymérisation ou de la réticulation de monomères ou de prépolymères capables de réagir par voie cationique, ou comme catalyseurs pour la modification de polymères. Le procédé de polymérisation ou de réticulation de monomères ou de prépolymères capables de réagir par voie cationique est caractérisé en ce que l'on utilise un composé de l'invention comme photoinitiateur source d'acide catalysant la réaction de polymérisation. Les composés selon l'invention dans lesquels le cation est un groupement possédant une liaison -N=N+, -N=N-, un groupement sulfonium, un groupement iodonium, ou un cation arène-ferrocénium substitué ou non, éventuellement incorporé dans une trame polymérique, sont particulièrement préférés (Cf. Crivello [J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem., Vol 37, 1999], US6008267, et US6008265) . Le choix des substituants est effectué de manière à augmenter la solubilité dudit composé dans les solvants utilisés pour la réaction des monomères ou des prépolymères, et en fonction des propriétés souhaitées pour le polymère final. Les monomères et les prépolymères qui peuvent être polymérisés ou réticulés à l'aide des photoinitiateurs de la présente invention sont ceux qui peuvent subir une polymérisation cationique.
Parmi les monomères, on peut citer les monomères qui comportent une fonction éther cyclique, une fonction thioéther cyclique ou une fonction aminé cyclique les composés vinyliques, (plus particulièrement les éthers vinyliques), les oxazolines, les lactones et les lactames.
Parmi les monomères du type éther ou thioéther cyclique, on peut citer l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, l'oxétane, l 'épichlorhydrine, le tétrahydro- furane, l'oxyde de styrène, l'oxyde de cyclohexène, l'oxyde de vinylcyclohexène, le glycidol, l'oxyde de butylène, l'oxyde d'octylène, les éthers et les esters de glycidyle (par exemple le méthacrylate ou l'acrylate de glycidyle, le phényl glycidyl éther, le diglycidyléther de bisphénol A ou ses dérivés fluorés) , les acétals cycliques ayant de 4 à 15 atomes de carbone (par exemple le dioxolane, le 1,3-dioxane, le 1, 3-dioxépane) et les spiro-bicyclo dioxolanes.
Parmi les composés vinyliques, les éthers vinyliques constituent une famille très importante de monomères sensibles en polymérisation cationique. A titre d'exemple, on peut citer 1 ' éthyl vinyl éther, le propyl vinyl éther, l'isobutyl vinyl éther, l'octadécyl vinyl éther, l'éthylène- glycol monovinyl éther, le diéthylèneglycol divinyl éther, le butanediol monovinyl éther, le butanediol divinyl éther, l'hexanediol divinyl éther, 1 'éthylèneglycol butyl vinyl éther, le triéthylèneglycol ruéthyl vinyl éther, le cyclo- hexanediméthano monovinyl éther, le cyclohexanediméthanol divinyl éther, le 2-éthylhexyl vinyl éther, le poly-THF- divinyl éther ayant une masse comprise entre 150 et 5000, le diéthylèneglycol monovinyl éther, le triméthylolpropane trivinyl éther, l ' aminopropyl vinyl éther, le 2- diéthylaminoéthyl vinyl éther.
Comme autres composés vinyliques, on peut citer à titre d'exemple les 1, 1-dialkyléthylènes (par exemple l' isobutène) , les monomères aromatiques vinyliques (par exemple le styrène, les α-alkylstyrène, notamment l 'α-méthylstyrène, le 4-vinylanisole, l ' acénaphtène) , les composés N-vinyliques (par exemple la N-vinylpyrolidone ou les N-vinyl sulfonamides) .
Parmi les prépolymères, on peut citer les composés dans lesquels des groupements époxy sont portés par une chaîne aliphatique, une chaîne aromatique, ou une chaîne hétéro- cyclique, par exemple les éthers glycidiques du bisphénol A éthoxylés par 3 à 15 unités d'oxyde d'éthylène, les siloxanes possédant des groupements latéraux du type époxycyclohexène-éthyle obtenus par hydrosilylation des copolymères de dialkyl, d'alkylaryle ou de diaryl siloxane avec le méthyl hydrogénosiloxane en présence d'oxyde de vinylcyclohexène, les produits de condensation du type sol- gel obtenus à partir du triéthoxy ou du triméthoxy silapropylcyclohexène oxyde, les uréthanes incorporant les produits de réaction du butanediol monovinyléther et d'un alcool de fonctionnalité supérieure ou égale à 2 sur un di ou un tri isocyanate aliphatique ou aromatique.
Le procédé de polymérisation selon l'invention consiste à mélanger au moins un monomère ou prépolymère capable de polymériser par voie cationique et au moins un composé ionique de l'invention, et à soumettre le mélange obtenu à un rayonnement actinique ou un rayonnement β. De préférence, le mélange réactionnel est soumis au rayonnement après avoir été mis sous forme d'une couche mince ayant une épaisseur inférieure à 5 mm, de préférence sous forme d'un film mince ayant une épaisseur inférieure ou égale à 500 μm. La durée de la réaction dépend de l'épaisseur de l'échantillon et de la puissance de la source à la longueur d'onde λ active. Elle est définie par la vitesse de défilement devant la source, qui est comprise entre 300 m/min et 1 cm/min. Des couches de matériau final ayant une épaisseur supérieure à 5 mm peuvent être obtenues en répétant plusieurs fois l'opération consistant à épandre une couche et à la traiter par le rayonnement.
Généralement, la quantité de photoinitiateur utilisé est comprise entre 0,01 et 15 % en poids par rapport au poids de monomère ou de prépolymère, de préférence entre 0,1 et 5 % en poids .
Un composé ionique de la présente invention peut être utilisé comme photoinitiateur en l'absence de solvant, notamment lorsque l'on souhaite polymériser des monomères liquides dans lesquels le composé ionique utilisé comme photoinitiateur est soluble ou aisément dispersable. Cette forme d'utilisation est particulièrement intéressante, car elle permet de supprimer les problèmes liés aux solvants (toxicité, inflammabilité) .
Un composé ionique de la présente invention peut également être utilisé en tant que photoinitiateur sous forme d'une solution homogène dans un solvant inerte vis-à- vis de la polymérisation, prête à l'emploi et aisément dispersable, en particulier dans le cas où le milieu à polymériser ou à réticuler présente une viscosité élevée. Comme exemple de solvant inerte, on peut citer les solvants volatils, tels que l'acétone, la méthyl-éthyl cétone et 1 ' acétonitrile . Ces solvants serviront simplement à diluer les produits à polymériser ou à réticuler (pour les rendre moins visqueux, surtout lorsqu'il s'agit d'un prépo- lymère) . Ils seront éliminés après la polymérisation ou la réticulation par séchage. On peut également citer les solvants non volatils. Un solvant non volatil sert également à diluer les produits que l'on veut polymériser ou réticuler, et à dissoudre le sel A+X" de l'invention utilisé comme pho- toinitiateur, mais il restera dans le matériau formé et il agit ainsi comme plastifiant. A titre d'exemple, on peut citer le carbonate de propylène, la γ-butyrolactone, les éther-esters des mono-, di-, tri- éthylène ou propylène glycols, les éther-alcools des mono-, di-, tri- éthylène ou propylène glycols, les plastifiants tels que les esters de l'acide phtalique ou de l'acide citrique, et les liquides ioniques . Dans un autre mode de mise en œuvre de l'invention, on utilise comme solvant ou diluant un composé réactif vis-à- vis de la polymérisation, qui est un composé de faible masse moléculaire et de faible viscosité qui va jouer à la fois le rôle de monomère polymérisable et le rôle de solvant ou de diluant pour des monomères plus visqueux ou des prépolymères utilisés conjointement. Après la réaction, ces monomères ayant servi de solvant font partie du réseau macromoléculaire finalement obtenu, leur intégration étant plus grande lorsqu'il s'agit de monomères bi-fonctionnels . Le matériau obtenu après irradiation ne contient plus de produits ayant un faible poids moléculaire et une tension de vapeur appréciable, ou susceptibles de contaminer les objets avec lesquels le polymère est en contact. A titre d'exemple, un solvant réactif peut être choisi parmi les mono et di éthers vinyliques des mono-, di-, tri-, tétra- éthylène et propylène glycols, la N-méthylpyrolidone, le 2-propényléther du carbonate de propylène commercialisé par exemple sous la dénomination PEPC par la société ISP, New Jersey, Etats- Unis, les oniums portant un groupe polymérisable. Pour irradier le mélange réactionnel, le rayonnement peut être choisi parmi le rayonnement ultraviolet, le rayonnement visible, les rayons X, les rayons γ et le rayonnement β. Lorsque l'on utilise la lumière ultraviolette comme rayonnement actinique, il peut être avantageux d'ajouter aux photoinitiateurs de l'invention des photosensibilisateurs destinés à permettre une photolyse efficace avec les longueurs d'ondes moins énergétiques que celles correspondant au maximum d'absorption du photoinitiateur, telles que celles émises par les dispositifs industriels, (λ ≈ 300 nm pour les lampes à vapeur de mercure en particulier) . De tels additifs sont connus, et à titre d'exemples non limitatifs, on peut citer l' anthracène, le diphényl-9, 10- anthracène, le pérylène, la phénothiazine, le tétracène, la xanthone, la thioxanthone, l ' acétophénone, la benzophénone, les 1,3, 5-triaryl-2-pyrazolir.es et leurs dérivés, en particulier les dérivés de substitution sur les noyaux aromatiques par des radicaux alkyles, oxa— ou aza—alkyles permet- tant entre autre de changer la longueur d'onde d'absorption. L'isopropylthioxantone est un exemple de photosensibilisateur préféré lorsque l'on utilise un sel d'iodoniurn selon l'invention comme photoinitiateur.
Parmi les différents types de rayonnement mentionnés, le rayonnement ultraviolet est particulièrement préféré. D'une part, il est plus commode d'emploi que les autres rayonnements mentionnés. D'autre part, les photoinitiateurs sont en général directement sensibles aux rayons UV et les photosensibilisateurs sont d'autant plus efficaces que la différence d'énergie (δλ) est plus faible.
Les composés ioniques de l'invention peuvent aussi être mis en œuvre en association avec des amorceurs de type radi- calaire générés thermiquement ou par action d'une radiation actinique. Il est ainsi possible de polymériser ou de réti- culer des mélanges de monomères ou de prépolymères contenant des fonctions dont les modes de polymérisation sont différents, par exemple des monomères ou des prépolymères polymé- risant par voie radicalaire et des monomères ou des prépolymères polymérisant par voie cationique. Cette possi- bilité est particulièrement avantageuse pour créer des réseaux interpénétrés ayant des propriétés physiques différentes de celles qui seraient obtenues par simple mélange des polymères issus des monomères correspondants. Les éthers vinyliques ne sont pas ou sont peu actifs par amorçage radicalaire. Il est donc possible, dans un mélange réactionnel contenant un photoinitiateur selon l'invention, un amorceur radicalaire, au moins un monomère du type éther vinylique et au moins un monomère comprenant des doubles liaisons non activées telles que celles des groupes allyliques, d'effectuer une polymérisation séparée de chaque type de monomère. Il est par contre connu que les monomères déficients en électrons, tels que les esters ou les amides de l'acide fumarique, de l'acide maléique, de l'acide acrylique ou méthacrylique, de l'acide itaconique, de l'acrylonitrile, du méthacrylonitrile, la maléimide et ses dérivés, forment en présence d'éthers vinyliques riches en électrons, des complexes de transfert de charge donnant des polymères alternés 1:1 par amorçage radicalaire. Un excès initial de monomères vinyliques par rapport à cette stœchio- métrie permet de préserver des fonctions polymérisables par initiation cationique pure. Le déclenchement de l'activité d'un mélange d'amorceur radicalaire et d'amorceur cationique selon l'invention peut être fait simultanément pour les deux réactifs dans le cas par exemple d'insolation par un rayonnement actinique d'une longueur d'onde pour laquelle les photoinitiateurs de l'invention et les amorceurs radicalaires choisis sont actifs, par exemple à λ = 250 nm. A titre d'exemple, on peut citer comme amorceurs les produits commerciaux suivants : Irgacure 184®, Irgacure 651®, Irgacure 261®, Quantacure DMB®, Quantacure ITX®.
Il peut aussi être avantageux d'utiliser les deux modes de polymérisation d'une manière séquentielle, pour former dans un premier temps des prépolymères dont la mise en forme est aisée et dont le durcissement, l'adhésion, la solubilité ainsi que le degré de réticulation peuvent être modifiés par le déclenchement de l'activité de l'amorceur cationique. Par exemple, un mélange d'un amorceur radicalaire thermodisso- ciable et d'un photoinitiateur cationique selon l'invention permet de réaliser des polymérisations ou des réticulations séquentielles, d'abord sous l'action de la chaleur, puis sous l'action d'un rayonnement actinique. D'une manière similaire, si l'on choisit un amorceur radicalaire et un photoinitiateur cationique selon l'invention, le premier étant photosensible à des longueurs d'ondes plus longues que celle déclenchant le photoinitiateur selon l'invention, on obtient une réticulation en deux étapes contrôlables. Des amorceurs radicalaires peuvent être par exemple Irgacure® 651 permettant d'amorcer des polymérisations radicalaires à des longueurs d'onde de 365 nm.
L'invention a également pour objet l'utilisation des composés ioniques de l'invention pour les réactions d'ampli- fication chimique de photoresists pour la microlithographie. Lors d'une telle utilisation, un film d'un matériau comprenant un polymère et un composé ionique de l'invention est soumis à une irradiation. L'irradiation provoque la formation de l'acide par remplacement du cation M par un proton, qui catalyse la décomposition ou la transformation du polymère. Après décomposition ou transformation du polymère sur les parties du film qui ont été irradiées, les monomères formés ou le polymère transformé sont éliminés et il reste une image des parties non exposées. Parmi les polymères qui peuvent ainsi être modifiés en présence d'un composé de l'invention, on peut citer notamment les polymères contenant des motifs ester ou des motifs aryléther de ter- tioalkyle, par exemple les poly (phtalaldéhydes) , les polymè- res de bisphénol A et d'un diacide, le polytertiobutoxycar- bonyl oxystyrène, le polytertiobutoxy-α-méthyl styrène, le polyditertiobutylfumarate-co-allyltriméthylsilane et les polyacrylates d'un alcool tertiaire, en particulier le poly- acrylate de tertiobutyle. D'autres polymères sont décrits dans J. V. Crivello et al, Chemistry of Materials 8, 376-381, (1996) .
La présente invention est décrite plus en détails par les exemples suivants, qui sont donnés uniquement à titre d'illustration et auxquels elle n'est pas limitée.
Exemple 1 Préparation de HTCST On a ajouté 16,81 g (100 mmoles) , de 3-trifluorométhyl- 5-mercapto-l,2, 4-triazole (fourni par Toronto Research Chemicals Inc.) sous agitation dans 170 ml d'une solution aqueuse de NaCl à 10%, puis on a ajouté du chlore gazeux sous la surface du liquide à travers un tube. La température a été maintenue entre 0 et -50C avec un bain de glace salé. A la fin de l'absorption du chlore, mise en évidence par un équilibre des flux de gaz entrant et sortant, le 3-tri- fluorométhyl-5-chlorosulfonyl-l,2, 4-triazole insoluble a été isolé et partiellement séché.
Figure imgf000049_0001
Exemple 2 Préparation de HBCST
On a synthétisé 50 g du 3, 5-dimercapto-l, 2, 4-triazole à partir de la 2, 5-dithiobiurée portée au reflux 24 heures dans l'eau en présence de deux équivalents de NaOH (selon le procédé décrit dans GB-104'9053) . La solution est ensuite acidifiée par HCl, le précipité filtré, redissous dans l'eau en présence de NaHCO3, la solution est filtrée, puis acidifiée par HCl sous atmosphère inerte. On a ainsi récupéré un précipité de 3, 5-dimercapto-l, 2, 4-triazole.
Figure imgf000049_0002
On a ensuite reproduit le mode opératoire de l'exemple
1, en remplaçant le 3-trifluorométhyl-5-mercapto-l, 2, 4-tri- azole par le 3, 5-dimercapto-l, 2, 4-triazole, et on a obtenu le 3, 5-dichlorosulfonyl-1, 2, 4-triazole .
Figure imgf000049_0003
Exemple 3 Préparation de composés Cl-SO2-TrH-(CFa)2-TrH-SOaCl.
Préparation du dithiol HS-TrH-(CFp)2-TrH-SH, z ≈ 2, 3, 4)
A une suspension de 18,23 g (200 mmoles) de thiosemi- carbazide (fourni par Aldrich) dans 100 ml de dioxane contenant 15,82 g (200 mmoles) de pyridine, on a ajouté lentement 22,69 g (100 mmoles) de chlorure de tétra- flurosuccinyle Cl (0=) CCF2CF2C (=0) Cl (fourni par SynQuest Labs.)- Après 24 heures sous agitation, le solvant a été évaporé, le produit obtenu a été lavé à l'eau, puis porté au reflux dans 150 ml d'une solution aqueuse à 10% de NaOH. Après refroidissement, le milieu réactionnel a été acidifié par HCl, le produit récupéré par décantation, puis purifié deux fois par sublimation sous vide. On a ainsi obtenu le composé suivant :
Figure imgf000050_0001
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant le chlorure de tétraflurosuccinyle par 100 mmoles de chlorure d'hexafluoroglutaryle Cl (0=) CCF2CF2CF2C (=0) Cl et par 100 moles de chlorure d( octafluoroadipoyle (tous deux fournis par SynQuest Labs.) pour obtenir respectivement les dithiols
Figure imgf000050_0002
Préparation de composés Cl-SO2-TrH- (CF2) z-TrH-SQ2Cl
On a reproduit le mode opératoire de l'exemple 1, en utilisant chacun des dithiols obtenus dans le présent exemple. On a obtenu les composés suivants.
Figure imgf000050_0003
Exemple 4 Préparation de composés RF-TrH-Sθ2Cl.
Préparation de thiols RgTrH-SH
On a ajouté lentement 23,25 g (100 mmoles) de chlorure de heptafluorobutyryle CF3 (CF2) 2C (=0) Cl (fourni par SynQuest Labs.) à une suspension de 9,11 g (100 mmoles) de thiosemi- carbazide (fourni par Aldrich) dans 100 ml de dioxane contenant 7,91 g (100 mmoles) de pyridine . Après 24 heures sous agitation, le solvant a été évaporé, le produit obtenu a été lavé à l'eau, puis porté au reflux dans 150 ml d'une solution aqueuse à 10% de NaOH. Après- refroidissement, le milieu réactionnel a été acidifié par HCl, le produit a été récupéré par décantation, puis purifié par sublimation sous vide. On a ainsi obtenu le composé suivant :
Figure imgf000051_0001
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant successivement le chlorure de heptafluorobutyryle par 100 mmoles de chlorure de nonafluoropentanoyle, 100 mmoles de chlorure de tétrafluoropropionyle, 100 mmoles de chlorure de 2,2-difluoroacétyle et 100 moles de chlorure de pentafluoropropionyle, tous les chlorures provenant de SynQuest Labs. Pour l'essai avec les deux derniers chlorures cités, on a effectué la réaction dans un réacteur Parr refroidi à -200C lors de l'addition de HCF2COCl et C2F5COCl, puis on a laissé remonter à la température ambiante.
On a obtenu les thiols suivants :
H
Figure imgf000051_0002
Préparation de composés RF-TrH-SO2Cl
On a ensuite reproduit le mode opératoire de l'exemple 1, en remplaçant le 3-trifluorométhyl-5-mercapto-l, 2, 4-tri- azole successivement par chacun des thiols RFTrH-SH ci- dessus et on a obtenu les composés suivants :
Figure imgf000052_0001
Exemple 5 Préparation de composés perfluoro-oxa
5 Préparation de thiols
A une suspension de 9,11 g (100 mmoles) de thiosemi- carbazide dans 100 ml de Freon®-113 (fourni par J. T. Baker), on a ajouté 33,21 g (100 mmoles) de fluorure de undéca- fluoro- (2-méthyl-3-oxahexanoyle) (fourni par SynQuest Labs.)
10 à température ambiante pendant 1 heure. Le mélange a ensuite été porté au reflux pendant 4 heures, puis le solvant a été évaporé. Le produit obtenu a été traité par une solution aqueuse d'ammoniaque jusqu'à obtenir un pH neutre, puis le produit a été extrait par de l'éther, puis par du Freon®-
15 113. Ensuite, le produit été séparé par filtration et séché, puis le solvant a été évaporé. On a ainsi obtenu le undéca- fluoro- (2-méthyl-3-oxahexanoyl) thiosemicarbazide . A 0,1 mole de ce composé, on a ajouté 0,3 mole de KOH en solution dans 100 ml d'eau et on a agité 30 minutes à température
20 ambiante, puis on a porté le milieu au reflux pendant 3 heures. Après refroidissement, le milieu a été traité par une solution aqueuse de HCl à 10% jusqu'à un pH de 4, le produit a été extrait par l'éther, puis par le Freon®-113. Ensuite, le produit a été séparé par filtration et séché,
25 puis le solvant a été évaporé.
On reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant le fluorure de undécafluoro- (2-méthyl-3-oxahexa- noyle) par 100 mmoles de fluorure de perfluoro-2, 5-diméthyl- 3, β-dioxanonaoyle (fourni par SynQuest Labs.). On a ainsi obtenu les thiols suivants :
Figure imgf000053_0001
Préparation de composés perfluoro-oxa
On a ensuite reproduit le mode opératoire de l'exemple 1, en remplaçant le 3-trifluorométhyl-5-mercapto-l, 2, 4-tri- azole successivement par chacun des deux thiols ci-dessus et on a obtenu les composés suivants :
Figure imgf000053_0002
Exemple 6 Préparation de MBCST
On a porté 24 heures au reflux sous agitation, 5,32 g
(20 mmoles) de HBCST (préparé selon le mode opératoire de l'exemple 2) dans 20 ml de dichlorométhane anhydre en présence de 1,17 g (20 mmoles) de NaCl anhydre, préalable- ment finement broyé en boîte à gants. Après filtration, on a obtenu le sel de sodium du 3, 5-dichlorosulfonyl-l, 2, 4-tri- azole NaBCST.
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant NaCl par 4,85 g (20 mmoles) de chlorure de tétra- buty1ammonium. On a ainsi obtenu les produits suivants :
Figure imgf000053_0003
Na+ +N(C4H9)4 Exemple 23 composés du 3-tri£luorométhyl-5-£luorosulfonyl-l,2,4- triazole (MTFST)
Sel de potassium KTFST
Le 3-trifluorométhyl-5-chlorosulfonyl-1, 2, 4-triazole obtenu à l'exemple 1 a été dissous dans 85 g de dioxane et
28,24 g (300 mmoles) de KF»H2O ont été ajoutés. Le milieu a été porté au reflux durant 1 heure, puis le solvant a été évaporé. Le résidu solide a été extrait dans l'acétone, puis la solution organique a été évaporée pour donner 24,18 g,
(rendement de 94% par rapport à CF3-TrH-SH) du sel de potassium du 3-trifluorométhyl-5-fluorosulfonyl-l, 2, 4-tri- azole.
- Point de fusion 154-1570C (du dioxane) .
- 19F RMN (acétone) : δ = -62,4 (s, 3F, CF3) , δ = 62,5 (s, IF, SO2F) ppm.
- C3F4KN3O2S (257,21) : cale. C 14,01, H 0,0, N 16,34, S 12,47, K 15,20; mesuré C 14,15, H trace, N 16,55, S 12,47,
K 16,99.
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, mais en effectuant l'échange dans l'eau au lieu du dioxane, et on a également obtenu le sel de potassium du 3-trifluorométhyl-5- fluorosulfonyl-1, 2, 4-triazole .
Figure imgf000054_0001
Composé HTFST
On a mélangé par par broyage 10 mmoles de KTFST avec
30 mmoles d'hydrogénosulfate d'ammonium (Aldrich) , puis on a sublimé le produit à 7O0C sous vide dans un sublimateur équipé d'un doigt froid. On a ainsi obtenu le composé
CF3-TrH-SO2F. Sel de lithium LiTFST
Selon un 1er mode opératoire, on a obtenu une solution anhydre du sel de lithium LiTFST dans 10 ml de δ-butyro- lactone (Tomiyama Pure Chemical Industries) en traitant une solution de 10 mmoles de KTFST (préalablement séché sous vide à 13O0C pendant 24 heures) par 10 mmoles de LiBF4 anhydre (Tomiyama Pure Chemical Industries), puis en éliminant par filtration en boîte à gants sous argon le KBF4 formé. Dans un 2ème mode opératoire, on a reproduit le 1er mode opératoire, en remplaçant la δ-butyrolactone par 1 ' acétonitrile . Après évaporation et séchage à 1400C sous vide pendant 24 heures, on a obtenu le sel sec de LiTFST.
Dans un 3eme mode opératoire, on a reproduit le 1er mode opératoire, mais en remplaçant 10 mmoles de LiBF4 par 10 mmoles de LiN03 anhydre.
Dans un 4ème mode opératoire, on a obtenu une solution aqueuse du sel de lithium LiTFST dans 5 ml d'eau en traitant une solution de 10 mmoles de HTFST obtenu par sublimation, par 5 mmoles de Li2CÛ3.
Dans un 5ème mode opératoire, on a obtenu, en boîte à gants sous argon, une solution anhydre du sel de lithium LiTFST dans 10 ml d'une solution carbonate d'éthy- lène (EC) :diméthyl carbonate (DMC) 3:7 (Ube Industries) en ajoutant, par portions à O0C et sous agitation, 10 mmoles de HTFST obtenu préalablement par sublimation, à la solution EC: DMC contenant 20 mmoles du disel de lithium de l'acide oxalique anhydre. Après filtration, on a obtenu la solution de LiTFST dans EC: DMC.
Sel d'imidazolium
On a reproduit le 2ème mode opératoire décrit pour
LiTFST en remplaçant 10 mmoles de LiBF4 par 10 mmoles du chlorure de l-méthyl-3-éthyl-imidazolium (Aldrich) , et on a obtenu le l-méthyl-3-éthyl-imidazolium»TFST, après filtra- tiσn, évaporation de 1 ' acétonitrile et séchage. Exemple 8 3,5-di£luorosulfonγl-l,2,4-triazole de K (KBFST)
On a reproduit le mode opératoire de l'exemple 23 en remplaçant le 3-trifluorométhyl-5-fluorosulfonyl-l, 2, 4-tri- azole par le 3, 5-dichlorosulfonyl-l, 2, 4-triazole préparé selon l'exemple 2, en utilisant 100 mmoles du composé de 2 et 600 mmoles de KF»H2O et on a obtenu 23,06 g du sel de potassium du 3, 5-difluorosulfonyl-l, 2, 4-triazole.
Figure imgf000056_0001
- Rendement 85 % par rapport à HS-TrH-SH.
- Point de fusion 169-1710C (de i-PrOH) . - 19F RMN (acétone): δ ≈ 62,3 (s, IF, SO2F) ppm.
- C7F2KN3O4S2 (271,27): cale. C 8,86, H 0,0, N 15,49, S 23,64, K 14,41; mesuré C 8,61, H 0,55, N 15,33, S 23,60, K 16,71.
De la même manière que dans les 2ème à 5eme modes opératoires de l'exemple 23, on a obtenu la forme acide HBFST, le sel de lithium LiBFST sec ou en solution dans l'eau, la δ-butyrolactone, 1 'acétonitrile ou EC: DMC 3:7.
Sels d'imidazolium
On a obtenu le l-méthyl-3-éthyl-imidazolium»BFST en faisant réagir 10 mmoles du chlorure de l-méthyl-3-éthyl- imidazolium (Aldrich) par 10 mmoles de KBFST dans 10 ml d' acétontrile anhydre, en éliminant par filtration le KCl formé, en évaporant l 'acétonitrile et en séchant.
On a obtenu le l-hexyl-3-méthyl-imidazolium«BFST, en traitant 10 mmoles du chlorure de l-hexyl-3-méthyl-imidazo- lium par 10 mmoles de HBFST dans 50 ml d'eau. Après deux heures sous agitation, le milieu a été décanté, 50 ml d'eau ajouté puis le milieu extrait par 2 fois 20 ml de dichloro- méthane. Après évaporation et séchage, on a obtenu le sel de l-hexyl-3-méthyl-imidazolium»BFST Exemple 9
On a reproduit le mode opératoire de l'exemple 23 pour chacun des composés triazole portant au moins un groupe fluorosulfonyle obtenus dans les exemples 3 et 5 pour obtenir le sel de potassium correspondant. Ensuite, on a mélangé par broyage 10 mmoles de sel de potassium avec 30 mmoles d'hydrogénosulfate d'ammonium (Aldrich) , puis on a sublimé le produit à 70°C sous vide dans un sublimâteur équipé d'un doigt froid. On a ainsi obtenu la forme acide correspondante, c'est-à-dire les composés suivants :
Figure imgf000057_0001
Exemple 10 Synthèse comparée de HBFST et de HFSI dans HF À titre de comparaison, on a réalisé la synthèse du bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) et de HBFST dans l'acide fluorhydrique anhydre .
On a préparé le bis (chlorosulfonyl) imide HClSI par réaction au reflux de 100 mmoles de CISO3H (Aldrich) avec 100 mmoles de ClSO2NCO (Aldrich) jusqu'à la fin de l'évolution de CO2, puis distillation sous vide. Dans un autoclave, on a fait réagir I g de bis (chlorosulfonyl) imide HClSI avec 4 g de HF anhydre, à différentes températures et temps de réaction. Les conditions particulières de chaque essai et le rendement en HN(SC^F)2 obtenu sont résumés dans le tableau suivant :
Figure imgf000058_0001
Ces résultats montrent que, même à des températures de 1300C, le rendement de la réaction ne dépasse pas 55%. Le produit de la réaction contient notamment de l'acide fluoro- sulfonique qui provient de la décomposition de HClSI et qui est difficile à séparer à l'échelle industrielle car il est nécessaire d'utiliser une colonne de distillation à nombre de plateaux élevés. Dans tous les cas, la synthèse de HFSI par HF n'est pas satisfaisante.
La réaction a été répétée en remplaçant 1 g de HClSI par 1 g de HBCST préparé selon le mode opératoire de l'exemple 2. Après 3 heures de réaction à 12O0C, on a obtenu HBFST avec un rendement de 91% avec une bonne pureté, la purification étant effectuée par une simple distillation.
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus en ajoutant LiF au milieu réactionnel, et on a obtenu le composé LiBFST anhydre avec une bonne pureté.
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en utilisant directement HBFST, préparé selon le mode opératoire de l'exemple 8, au lieu de HCST, en ajoutant LiF au milieu réactionnel, et on a obtenu le composé LiBFST anhydre avec une bonne pureté . Exemple 11 Synthèse de composés III
Dans une boîte à gants sous argon, on a ajouté par portions 18,3 g (150 mmoles) de CF3CH2ONa, préalablement préparé dans le THF anhydre par la réaction du trifluoro- éthanol avec le triméthylsilanoate de sodium, à 200 ml de THF anhydre contenant 13,3 g (50 mmoles) de HBCST, préparé selon le procédé de l'exemple 2. Après une heure, la solution a été filtrée pour éliminer le précipité de NaCl formé, puis le solvant évaporé, on a ainsi obtenu le sel de sodium du 3, 5-di (1, 1, l-trifluoro-2-éthanoxysulfonyl) -1, 2, 4- triazole (NaBTOST) .
Par un procédé similaire, on a obtenu le sel de potassium en remplaçant CF3CHaONa par 150 mmoles de CF3CH2OK, préparé dans le THF anhydre par réaction du trifluoroéthanol avec le triméthylsilanoate de potassium. Les produits obtenus répondent aux formules ci- dessous :
Figure imgf000059_0001
Par un procédé similaire, on a préparé les sels de sodium et de potassium du 3, 5-di (nonafluoropentanoxysulfo- nyl)-l,2,4-triazole (NaBNOST et KBNOST), en remplaçant 150 mmoles de CF3CH2ONa et CF3CH2OK respectivement par 150 mmoles de C4F9CH2ONa et C4F9CH2OK. On ainsi obtenu les produits suivants :
Figure imgf000059_0002
Par un procédé similaire , on a également préparé les sels de sodium et de potassium du 3 , 5-di ( 1 , 1 , 1 , 3 , 3 , 3-hexa- fluoro-2-propanoxysulfonyl ) -1 , 2 , 4-triazole (NaBHOST et
KBHOST ) , en remplaçant 150 mmoles de CF3CH2ONa et CF3CH2OK respectivement par 150 mmoles de (CF3) 2CHONa et (CF3) 2CHOK. On ainsi obtenu les produits suivants :
Figure imgf000060_0001
Par un procédé similaire, on a préparé les sels de sodium et de potassium du 3-trifluorométhyl-5- ( 1 , 1 , 1- trifluoro-2-ethanoxysulfonyl ) -l , 2 , 4-triazole (NaTHOST et KTHOST) , en traitant 1 équivalent de HTCST par 2 équivalents respectivement de (CF3) 2CHONa et de (CF3) 2CHOK . On a ainsi obtenu les produits suivants :
Figure imgf000060_0002
Par un procédé similaire, on a préparé les sels de sodium et de potassium du 3-trifluorométhyl-5- (1, 1, 1-tri- fluoro-2-ethanoxysulfonyl)-l,2,4-triazole (NaTTOST et KTTOST) , en traitant 1 équivalent de HBCST par 2 équivalents respectivement de CF3CH2ONa et de CF3CH2OK. On a ainsi obtenu les produits suivants :
Figure imgf000060_0003
Exemple 12 polysels Dans une boîte à gants sous argon, on a fait réagir 26,61 g (100 mmoles) de HBCST, avec 26,21 g (100 mmoles) de 2,2, 3, 3,4, 4, 5, 5-octafluoro-1, 6-hexanediol (SynQuest Labs.)/- dans 200 ml d'un mélange équivolumique triéthylamine/THF. Après 24 heures, la solution a été filtrée pour éliminer le précipité de TEA»HC1 formé, puis l'on a ajouté sous agitation 200 mmoles de Li2CO3. Après 4 heures, le solvant a été évaporé, le produit a été repris dans l ' acétonitrile, puis filtré. Après évaporation du solvant, on a obtenu le polysel de lithium LiPOOST.
En procédant de la même manière, mais en utilisation le carbonate de potassium à la place du carbonate de lithium, on a obtenu le polysel de potassium KPOOST.
Les deux polysels répondent aux formules
Figure imgf000061_0001
On a répété le mode opératoire de la synthèse du LiPOOST, mais en utilisant 50 mmoles de 2,2,3,3,4,4,5,5- octafluoro-1, β-hexanediol et 50 mmoles de 2, 2, 3, 3, 4, 4-hexa- fluoro-1, 5-pentanediol, au lieu de 100 mmoles d'hexandiol.
On a ainsi obtenu le copolymère statistique suivant :
Figure imgf000061_0002
Exemple 13 TPST de 2,2' -azobis [2- (2-imidazolinium-2-γl)propane] On a mis 5,14 g (20 mmoles) de KTFST (préparé selon l'exemple 7) en solution dans 20 ml d'eau. On a ajouté, sous agitation, 3,23 g (10 mmoles) d' hydrochlorure de 2,2'- azobis [2- (2-imidazolinium-2-yl) propane] (Wako Pure Chemical) en solution dans 20 ml d'eau. Il s'est formé immédiatement un précipité qui a été recueilli par filtration, puis séché sous vide. On a récupéré le 3-trifluorométhyl-5-fluoro- sulfonyl-l,2,4-triazole de 2, 2' -azobis [2- (2-imidazolinium-2- yl) propane] .
Figure imgf000061_0003
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant KTFST par 20 mmoles de KBFST préparé selon l'exemple 8, et 1 'on a obtenu le composé suivant :
Exemple 14 BFST•nitrosonium
On a mis 2,71 g (10 mmoles) de KBFST (préparé selon le mode opératoire de l'exemple 8), en solution dans 10 ml de nitrométhane anhydre, et on a ajouté en boîte à gants 1,17 g de tétrafluoroborate de nitrosonium NOBF4 (10 mmoles, commercialisé par Aldrich) . Après une heure, le milieu réactionnel a été filtré pour éliminer le tétrafluoroborate de potassium insoluble, et on a ainsi obtenu une solution 1 M de BFST «NO dans le nitrométhane.
Figure imgf000062_0002
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant KBFST par 10 mmoles de KTFST préparé selon l'exemple 7 pour obtenir une solution 1 M dans le nitrométhane du sel de nitrosonium du 3,5-di(l,l,l- trifluoro-2-éthanoxysulfonyl) -1, 2, 4-triazole.
Figure imgf000062_0003
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus, en remplaçant KBFST par 10 mmoles du sel de potassium du 3,5- di (l,l,l-trifluoro-2-éthanoxysulfonyl) -1, 2, 4-triazole KBTOST préparé selon l'exemple 11, pour obtenir le sel de nitrosonium
Figure imgf000063_0001
Exemple 15 Se» (BFST)3
On a introduit 1 ramole de ScCl3 anhydre (Aldrich) dans 10 ml de THF anhydre, pour obtenir 1 mmole du complexe ScCl3(THF)3. Après 3 heures sous agitation, on ajouté 3 mmoles de KBFST, préparé selon le procédé de l'exemple 8, puis on a agité 24 heures. Après élimination par filtration du KCl formé, évaporation et séchage, on a obtenu le sel Sc(BFST)3.
Ce composé peut être utilisé comme catalyseur, en par- ticulier pour une acylation Friedel-Crafts, une réaction Diels-Alder et d'autres réactions de formation de liaisons C-C. Il peut aussi catalyser la polymérisation stéréo- chimique des acrylates.
Exemple 16 M2+* (BFST) 2/M2+» (BTOST)2 M = Zn, Sn, Cu
Dans 100 ml de THF anhydre, on a fait réagir pendant 48 heures sous agitation, 10 mmoles de Zn (BF4) 2 hydrate (Aldrich) , préalablement séché sous vide, avec 20 mmoles de KBFST, préparé selon le procédé de l'exemple 8. Après filtration pour éliminer le KCl formé, évaporation et séchage, on a obtenu le sel Zn(BFST)2. Suivant le même procédé, on a préparé les sels d'étain Sn(BFST)2 et de cuivre Cu(BFST)2.
Suivant le même procédé, on a obtenu les sels de Zn(BTOST)2, Sn(BTOST)2, et de Cu (BTOST) t, en remplaçant 20 mmoles de KBFST par 20 mmoles de KBTOST, préparé à l'exemple 11.
Ces sel sont des catalyseurs de diverses réactions chimiques . Exemple 17 Sels de BPST et de TFST de cations organiques
Dans 100 ml d'acétonitrile anhydre, on a ajouté 23,31 g
(100 immoles) du tétrafluoroborate de N,N-diéthyl-N-méthyl-N-
( 2-méthoxyéthyl) ammonium (DEMMOA, Kanto Chemical Co.) et
27,13 g (100 mmoles) de KBFST préparé selon l'exemple 8. Après 30 mn sous agitation, le milieu réactionnel a été filtré et le solvant évaporé. On a obtenu le composé suivant
(DEMMOA»BFST) sous forme d'un liquide :
Figure imgf000064_0001
Le liquide a ensuite été déshydraté par un bullage d'argon sec pendant 24 heures à 600C, puis finalement avec de l'alumine jusqu'à une teneur en eau < 50 ppm.
Par un procédé similaire, on a obtenu le sel BFST du N- méthyl-N-méthoxy-méthyl-pyrrolidinium (MMOPyr) en remplaçant
100 mmoles du chlorure de DEMMOA par 100 mmoles du chlorure de MMOPyr. Le chlorure de MMOPyr (MMOPyr*Cl) a été obtenu en faisant réagir 100 mmoles de 1-méthylpyrrolidone (Aldrich) en solution dans 100 ml de toluène avec 100 mmoles de chlorométhyl méthyl ëther (Aldrich) ajouté lentement à 00C, sous agitation pendant 24 heures à température ambiante, en évaporant le solvant, en lavant le produit avec du toluène et de l'acétone, puis en séchant.
Le composé MMOPyr-BFST obtenu répond à la formule
Figure imgf000064_0002
Les liquides DEMMOA'BFST et MMOPyr-BFST obtenus après déshydratation présentent une conductivité supérieure à 1 mS.cnf1. Leur large domaine de stabilité rédox en fait des électrolytes particulièrement intéressants pour les générateurs électrochimiques comme les batteries au lithium, les supercapacités, les systèmes de modulation de la lumière et les cellules photovoltaïques . Ils peuvent également être utilisés comme solvants pour effectuer des réactions chimiques ou comme agents antistatiques .
On a reproduit les modes opératoires ci-dessus en remplaçant 100 mmoles de KBFST par 100 mmoles de KTFST avec respectivement le DEMMOA»C1 et le MMOPyr ' Cl . On a ainsi obtenu les produits suivants :
Figure imgf000065_0001
On a reproduit les modes opératoires ci-dessus en remplaçant 100 mmoles de KBFST par 100 mmoles de KTTOST, préparé selon le procédé de l'exemple 11, avec respectivement le DEMMOA'Cl et le MMOPyr»Cl. On a ainsi obtenu les DEMMOA-TTOST et le MMOPyr «TTOST .
Exemple 18 composés II avec cation onium
Dans 50 ml d'eau, on a fait réagir 100 mmoles d'un chlorure A-Cl avec 100 mmoles de dérivé triazole, puis on a extrait la phase aqueuse avec du dichlorométhane, on a séché la phase aqueuse, puis on a évaporé le dichlorométhane. On a ainsi obtenu un sel sous la forme d'un liquide.
Les synthèses ont été effectuées avec divers chlorures et divers dérivés triazole, et elles sont résumées dans le tableau suivant :
Figure imgf000065_0002
Exemple 19 composés II avec cation onium
Dans 50 ml d'eau, on a fait réagir 100 mmoles d'un précurseur du cation onium (PO) avec 100 mmoles de HBFST.
Après évaporation, on a obtenu un composé de type II. Les différentes synthèses sont résumées dans le tableau ci-
Figure imgf000066_0001
Exemple 20 composés II avec cation onium
Dans 50 ml de THF, on a fait réagir 100 mmoles de chlorure de choline (Aldrich) avec 100 mmoles de KBFST. Après 2 heures sous agitation, filtration, évaporation du solvant, et séchage, on a obtenu le composé suivant :
Figure imgf000066_0002
Un mélange de pyridine (100 mmoles, Aldrich) et de 4- chloro-ibutyronitrile Cl (CH2) 3CN (120 mmoles, Aldrich) ont été agité à 8O0C pendant 20 heures. Après refroidissement, on a ajouté 500 ml d' acétonitrile et 20 g de charbon actif, ona porté le milieu à 8O0C, puis on l'a filtré. On a précipité un produit en portant le milieu à 00C, on a lavé avec trois fractions d'éther éthylique, puis séché 24 heures. On a obtenu le chlorure de 1-butyronitrile-pyridinium suivant :
Figure imgf000067_0001
Dans 50 ml de THF, on a alors fait réagir 50 mmoles de ce chlorure avec 50 mmoles de KBFST. Après 2 heures sous agitation, filtration, évaporation du solvant, et séchage, on a obtenu le composé suivant :
Figure imgf000067_0002
Exemple 21 composés d' onium polymérisable A une solution à 00C de 100 mmoles de méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle (Ciba Speciality Chemicals) et de 5 mmoles d' anthraquinone (Aldrich) dans 50 ml d' isopropanol, on a ajouté lentement 50 mmoles de 1, 4-dichloro-2-butène, on a agité pendant 48 heures à température ambiante, puis on a précipité le milieu réactionnel dans 1 1 d'un mélange 1:1 acétone/hexane, et on récupéré par filtration le chlorure de 1, 4-bis- (N,N-diméthyl-N-methaloxyéthyl ammonium (désigné par BDMAEMA* (Cl)2] suivant :
Figure imgf000067_0003
Dans 200 ml d'un mélange 1:1 THF/acéto-initrile anhydre, on a ajouté 50 mmoles du composé BDMAEMA* (Cl) 2 et 100 mmoles 61
de KBFST. Après 2 heures sous agitation, le milieu réactionnel a été filtré pour éliminer le précipité de KCl formé et le solvant a été évaporé. On a obtenu le composé suivant de BDMAEMA• (BFST) 2 :
Figure imgf000068_0001
On a reproduit le procédé ci-dessus en faisant réagir divers halogénures d'onium (100 mmoles) avec le composé KBFST, pour obtenir des composés II ayant un cation onium polymérisable. Les différentes synthèses sont résumées dans le tableau suivant.
Figure imgf000068_0002
(a) élimination du KBr formé
Par un procédé analogue, on a fait réagir le composé BDMAEMA* (Cl) 2 et chacun des halogénures d'onium-1 à 4 respectivement avec les composés KTFST, KBTOST et KTTOST, en utilisant les mêmes proportions molaires.
Les composés du présent exemple, qui ont chacun un cation réticulable, sont particulièrement intéressants pour la réalisation de revêtements antistatiques, dans les formu- lations pour revêtements y compris les formulations sans solvants volatils , dans les formulations d'adhésifs y compris les formulations sans solvants volatils, pour la réalisation de membranes polymères ou de gels pour les systèmes électrochimiques (batteries, supercapacités, électrochromes, ou capteurs), et pour l'élaboration de résines permettant de catalyser des réactions chimiques et/ou électrochimiques.
Par exemple, l'onium-2 forme des motifs bis (3, 5-méthy- lène) diméthylpyrrolidinium par cyclopolymérisation initiée par voie radicalaire. Il donne, outre les homopolymères, des copolymères avec le styrène, l'anhydride maléique, les N- maléimides, le flurorure de vinylidène, 1 ' acrylonitrile, le méthacrylonitrile, le méthacrylate de méthyle, avec les acrylates ou méthacrylates de ω-méthoxyoligo éthylène glycols de masse comprise entre 200 et 2000 daltons, éventuellement réticulés par un diacrylate ou méthacrylate de α,ω-oligo éthylène glycol.
Exemple 22 Préparation de polyon±uxns
20 g d'une solution aqueuse à 25% de poly (chlorure de diallyldiméthylammonium) de Mw 2.105 (Aldrich) ont été dilués dans 100 ml d'eau. On a alors ajouté sous agitation 10 g de KBFST dans 100 ml d'eau. Le précipité de poly (BFST'diallyl- diméthylammonium) a ensuite été lavé à l'eau puis séché. On a obtenu le composé suivant :
Figure imgf000069_0001
Exemple 23 Composés de diphényliodonium
1,58 g (5 mmoles) de chlorure de diphényliodonium (C6H5) 2IC1 et 1,36 g KBFST (5 mmoles) ont été agités ensemble durant 24 heures dans l ' acétonitrile. Après élimination de KCl formé par filtration, évaporation de l ' acétonitrile et séchage, on a récupéré le sel de 3, 5-difluorosulfonyl-l, 2, 4- triazole du diphényliodonium.
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus en remplaçant les 5 mmoles de KBFST par 5 mmoles de KTTOST.
Les deux composés de diphényliodonium obtenus répondent aux formules suivantes :
Figure imgf000070_0001
Suivant le même procédé, on a préparé le sel de iodo- nium du 3- (C3F7OCF(CF3) -) -5-fluorosulfonyl-l, 2, 4-triazole en remplaçant 5 mmoles de KBFST par 5 mmoles de son sel de potassium.
On a reproduit le mode opératoire ci-dessus en faisant réagir 5 mmoles de KBFST ou 5 moles de KTTOST avec 5 mmoles du méthanesulfonate de polyvinylphényl- (4-butoxyphényl) -4- iodonium, puis en éliminant le précipité CH3SO3K formé, pour obtenir respectivement le sel de BFST et le sel de TTOST du polyvinylphényl- (4-butoxyphényl) -4-iodonium, qui répondent aux formules suivantes :
Figure imgf000071_0001
Le méthanesulfonate de polyvinylphényl- (4-butoxy- phényl) -4-iodonium a été préparé au préalable selon le procédé de l'exemple 1 de EP-0834502 8, par iodation du polystyrène, oxydation du composé iodé en iodosoacétate par le mélange CH3CO2HZ(CH3CO)2OZH2O2, et réaction avec le butoxy- benzène dans l'acide méthanesulfonique.
Les sels d'iodonium permettent d'amorcer la réaction de réticulation cationique de monomères riches en électrons (éthers vinyliques, alkyl vinyl éthers) , sous l'effet d'un rayonnement actinique (lumière, rayons γ, faisceaux d'électrons) .
Ils sont solubles dans la plupart des solvants organiques usuels (tétrahydrofurane, acétonitrile, diméthyl- formamide, acétate d'éthyle, glymes) et dans les polymères solvatants aprotiques comme le poly(oxyde d'éthylène) . Ils sont aussi solubles à plus de 5% en poids dans les solvants réactifs comme le triéthylèneglycol divinyl éther.
La possibilité de modifier les substituants des anions est un élément important permettant d'optimiser des formulations de photoamorceurs, en particulier en jouant sur l'acidité de l'acide généré (par exemple HBFST est plus acide que HTFST, le groupement -SO2F étant plus électroattracteur que CF3), la solubilité de l'acide dans le milieu réactionnel, sa volatilité, sa tension de vapeur, la longueur de diffusion et l'activité catalytique.
On a testé les propriétés de photo-amorçage de ces composés d'iodonium. Pour chacun des composés, on a préparé une solution contenant du triéthylèneglycol divinyl éther et 1% en poids de composé d'iodonium, et on a irradié la solution par un rayonnement ϋ.V. à 254 nm, d'une puissance de 1900 mW/cm2. Après quelques secondes sous irradiation, le solvant réactif a pris en masse, cette réaction étant très exothermique.
Exemple 24 Composés de dialkylphénacylsulfonium
Dans un ballon de 50 ml équipé d'un agitateur magnétique et d'un condenseur à reflux, on a introduit 1,99 g (10 mmol) de 2-bromoacétophénone (Aldrich) , 1,6 g (10 mmol) de sulfure de méthyl 1-octyle (TCI America) et 2,55 g de NaBFST (10 mmoles) dans 20 ml d'acétone. Après avoir porté le mélange réactionnel au reflux pendant 20 mn, le précipité de NaBr formé pendant la réaction a été éliminé par filtration, puis le solvant a été évaporé. On a ainsi obtenu le S-méthyl-S-1-octyl phénacylsulfonium de BFST qui a ensuite été recristallisé dans le 2-propanol.
Suivant le même procédé, on a obtenu le phénacylsulfonium de 3-1, 111, 3, 3, 3-hexafluoro-2-propanoxysulfonyl) -5-per- fluorobutane-1,2, 4-triazole. Les sels de sulfonium ainsi obtenus répondent aux formules suivantes :
Figure imgf000072_0001
Ces composés permettent d'initier des photopolymérisations par voie cationique. Ils sont solubles dans des nombreux solvants comme l'acétone, la 2-butanone, le chloroforme et le dichlorométhane .
Suivant le même procédé, on a préparé le sel de S- méthyl S-1-octyl phénacylsulfonium du 3- (C3F7OCF(CF3) -) -5- fluorosulfonyl-l,2,4-triazole en remplaçant 5 mmoles de KBFST par 5 mmoles de son sel de potassium.
Exemple 25 BFST de Tétrakis(acétonitrile)palladium(II)
On a traité 2,22 g (5 mmoles) de tétra-fluoroborate de tétrakis(acétonitrile) palladium (II) (CH3CN) 4Pd (BF4) 2, dans 30 ml de tétrahydrofurane, par 2,71 g de KBFST (10 mmoles). Après 24 heures sous agitation, le milieu réactionnel a été filtré pour éliminer le précipité de tétrafluoroborate de potassium KBF4, puis le solvant évaporé. On a obtenu quantitativement le sel de 3, 5-difluorosulfonyl-l, 2, 4-triazole de tétrakis (acétonitrile) palladium(II) .
[(CH3CN)4PdI |2+
Figure imgf000073_0001
Exemple 26 BFST d'anilinium chiral
On a quaternisé 100 mmoles de N-méthyl-N-éthyl-aniline (Aldrich) par 100 mmoles de bromopropane (Aldrich) au reflux dans 100 ml d' acétonitrile pendant 48 heures. Après évaporation du solvant, le bromure de N-propyl-N-méthyl-N- éthyl-anilinium (PMEA'Br) obtenu a été purifié par lavage à l'éther. A 50 mmoles de PMEA»Br dans 100 ml d'eau, on a ajouté 50 mmoles de KBFST, puis on a extrait la solution par 2 fois 50 ml de dichlorométhane. Après évaporation du solvant et séchage sous vide, on a obtenu le PMEA'BFST. Les deux formes isomères optiques de ce sel ont été séparées sur une colonne chirale. Les deux isomères optiques isolés servent de milieu réactionnel chiral.
Par un procédé similaire, on a quaternisé le sulfure d'éthylméthyle (Aldrich) par le bromopropane, puis on a préparé le sel de BFST du diéthylméthylpropylsulfonium. Ce sel a été dédoublé en deux isomères optiquement actifs et il peut servir à induire un excès énantiomérique dans les réactions pour lesquelles il est utilisé comme solvant.
Exemple 27 PYRi3BFST
On a effectué la quaternisation de 200 mmoles de 1- méthylpyrrolidone (Aldrich) en solution dans 100 ml de toluène, par 100 mmoles de sulfite de diéthyle (Aldrich) , ajouté lentement à O0C, sous agitation durant 24 heures à température ambiante. Après évaporation du solvant et séchage, on a obtenu 1 'éthylsulfamate de N-méthyl-N- propylpyrrolidinium. On a mis 50 mmoles d' éthylsulfamate en solution dans 50 ml d1 acétonitrile, et on a fait réagir avec 50 mmoles de KBFST. Après 2 heures sous agitation, puis filtration, évaporation du solvant et séchage, on a obtenu le JV-propane-iV-méthylpyrrolidinium du 3, 5-difluorosulfonyl- 1, 2, 4-triazole (PYR13BFST) répondant à la formule suivante :
Figure imgf000074_0001
Exemple 28 Amorceurs de polymérisation
Les composés TFST et BFST de 2, 2 ' -azobis [2- (2- imidazolinium-2-yl) propane] préparés dans l'exemple 13 sont des amorceurs de polymérisation radicalaire solubles dans la plupart des solvants organiques usuels (tétrahydrofurane, acétonitrile, diméthylformamide, acétate d'éthyle, glymes) et dans les polymères solvatants aprotiques, contrairement à 1' hydrochlorure de 2, 2' -azobis [2- (2-imidazoline-2-yl) - propane] .
Pour chacun des composés de l'exemple 13, on a préparé une solution dans l' acétonitrile de 1 partie de cet initiateur et de 100 parties d'un polymère contenant des insaturations éthyléniques et obtenu par polycondensation de polyéthylène glycol de masse 1000 avec le 3-chloro- 2-chlorométhyl-l-propène selon la procédure décrite par Alloin & al. (Solid States Ionics, (1993), 60, 3). On a coulé la solution visqueuse obtenue sur un film de poly- propylène (PP) . Après évaporation du solvant, le film de polymère d'une épaisseur de 110 μm sur PP a été stocké une semaine en boîte à gants sous argon pour le sécher. La réti- culation a alors été initiée en portant la température du film à 6O0C. Après une nuit, on a obtenu un film présentant de bonnes propriétés mécaniques et un faible taux d'extrac- tibles (inférieur à 1%). La solubilité de l'initiateur utilisé dans la matrice polymère permet donc d'obtenir une réticulation efficace et homogène. De plus, cet initiateur n'est pas volatil, contrairement par exemple au 2,2'-azobis- isobutyronitrile, et la quantité ajoutée peut-être optimisée au mieux pour chaque type de polymérisation.
Le greffage sur les doubles liaisons insaturées du sel d'imidazoline»TFST, résultant de la réaction de l'espèce radicalaire formée lors de la décomposition du groupement - -N=N-, induit des propriétés tensioactives au polymère.
Exemple 29 Dopage de polymère Les composés de nitrosonium préparés dans l'exemple 8 sont particulièrement intéressants pour le dopage de polymères conjugués (polythiophène, polypyrrole, ... ) auxquels ils confèrent une conductivité électronique appréciable . Pour chacun des composés, on a réalisé un dépôt de poly (3-hexylthiophène) stéréorégulier (commercialisé par Aldrich) sur une plaque de verre à partir d'une solution dans le chloroforme. Après séchage, le dépôt a été dopé par l'un des composés en solution dans le nitrométhane. Après dopage, le film de poly (3-hexylthiophène) obtenu pour chacun des composés présentait une conductivité électronique supérieure à 1 S. cm"1. Ces dépôts sont utiles pour la réalisation de masques pour l'industrie des semi-conducteurs.
On a constaté une meilleure stabilité de la conductivi- té lors du vieillissement à l'atmosphère ambiante des films avec le sel de nitrosonium du 3- (C3F7OCF (CF3) -) -5- fluorosulfonyl-1,2, 4-triazole, probablement à cause de la présence de chaînes fluorés hydrophobes.
Exemple 30 Cellule photovoltaïque
On a réalisé une cellule photovoltaïque électrochimique du type de celle décrite dans EP-718288-7 en assemblant un système composé de deux électrodes séparées par un espace vide d'une épaisseur de 20 μm. La première électrode a été revêtue d'une couche nanoparticulaire de dioxyde de titane TiO2 de 0,28 μm d'épaisseur sur laquelle a été adsorbé à titre de sensibilisateur le cis-dithiocyanato-bis (2, 2 ' - bipyridil-4, 4 '-dicarboxylate ruthénium I). L'espace entre les électrodes a été rempli avec un électrolyte constitué par le BFST de N,N-diéthyl-N-méthyl-N- (2-méthoxyéthyl) - ammonium obtenu selon l'exemple 17 dans lequel on avait dissous au préalable 10% en poids d'iodure de méthylhexyl imidazolium et 10 mmoles d'iode. Sous une illumination correspondant à 1/100 de l'illumination solaire standard, on a obtenu une tension en circuit ouvert de 540 nαV et un courant de court-circuit de 26 μA.citf2. Une cellule photovoltaïque identique dans laquelle le composé BFST de N, N-diéthyl-N-méthyl-N- (2-méthoxyéthyl) - ammonium de l'exemple 17 a été remplacé par le composé DEMMOA'TTOST de l'exemple 17 a donné des résultats similaires .
Exemple 31 Supercapacité On a réalisé deux supercapacités électrochimiques en utilisant comme électrolyte le composé DEMMOA'BFST préparé selon l'exemple 17 dans l'une, et le composé DEMMOA»TTOST de l'exemple 17 dans l'autre. Les électrodes, déposés sur une pastille d'acier inoxydable, ont une épaisseur de 100 μm et sont composés de carbone activé (MSP-20, Kansai Netsukagaku K.K.), de carbone (Denka Black HSlOO, Denki Kagaku Kogyo 16
K. K.) et d'un liant PVdF (PVdF900, Kureha) dans un rapport en poids de 100:3:5. Les électrodes ont été placées de part et d'autre d'un séparateur en cellulose de 30 μm d'épaisseur et le tout a été imprégné par l'un des composés DEMMOA«BFST ou DEMMOA"TTC)ST, puis le système complet a été scellé en boîte à gants dans un boîtier de pile bouton. On a obtenu de bonnes performances avec ces supercapacités (plus de 3000 cycles de charge / décharge entre 0 et 2,7 V pour une densité d'énergie supérieure à 5 Wh/kg et une puissance délivrée maximum supérieure à 3 kW/kg) .
Une supercapacité identique dans laquelle le composé DEMMOA'TTOST de l'exemple 17 a été remplacé par une solution à 50% en poids du sel de BFST de N-méthyl-N-méthoxy-méthyl- pyrrolidinium (MMOPyr*BFST) dans un mélange équivolumique de diméthylcarbonate/éthylméthylcarbonate DMC/ EMC, a donné plus de 3000 cycles de charge/décharge entre 0 et 2,7 V pour une densité d'énergie supérieure à 5 Wh/kg et une puissance délivrée maximum supérieure à 5 kW/kg) .
Exemple 32 photoamorσeurs
Les composés de iodonium et de sulfonium préparés dans les exemples 15 et 16 permettent d'amorcer sous l'effet d'un rayonnement actinique (lumière, rayons γ, faisceaux d'électrons) la réaction de réticulation cationique de monomères riches en électrons (éthers vinyliques, alkyl vinyl éthers) .
Ils sont solubles dans la plupart des solvants organiques usuels (tétrahydrofurane, acétonitrile, diméthyl- formamide, acétate d'éthyle, glymes) et dans les polymères solvatants aprotiques comme le poly(oxyde d'éthylène). Ils sont aussi solubles à plus de 5% en poids dans les solvants réactifs comme le triéthylèneglycol divinyl éther. On a testé les propriétés de photo-amorçage de ces composés des exemples 23 et 24 en irradiant par un rayonnement U.V. à 254 nm, d'une puissance de 1900 mW/cm2, une solution de triéthylèneglycol divinyl éther les contenant à 1% en poids. Après quelques secondes sous irradiation, le solvant réactif a pris en masse, cette réaction étant très exothermique.
Exemple 33 Catalyse
Le composé de l'exemple 25 est utile comme catalyseur de la polymérisation vinylique du norbornène . On a réalisé la polymérisation à température ambiante du norbornène dans le nitrométhane en présence de 300 ppm de ce sel. Après 2 heures, on a reprécipité le milieu réactionnel dans le méthanol. On a obtenu le polynorbornène d'une masse moyenne en nombre de 230 000 avec un rendement de 68%.
Exemple 34 Catalyse en milieu liquide ionique On a traité 2 mmoles du 1-butyronitrile-pyridi- nium#BFST, préparé selon le procédé de l'exemple 12, par 1 mmole de PdCl2 dans 5 ml de dichlorométhane. Après 4 jours sous agitatio le solide a été récupéré par centrifugation, lavé 2 fois avec 2ml de dichlorométhane, puis séché sous vide pour donner le composé suivant :
Figure imgf000078_0001
On a utilisé ce produit comme catalyseur pour effectuer une réaction de couplage C-C de type Suzuki selon le mode opératoire suivant : On a ajouté dans un ballon 2,5 mmoles de iodobenzene à 5 g de l-butyronitrile-pyridinum»BFST, puis 2,75 mmole d'acide boronique, 5,28 mmole de Na2CO3, 2,5 ml d'eau, et enfin 0,03 mmole du complexe de PdCl2 préalablement préparé. Le mélange a été chauffé à 1100C sous agitation pédant 12 heures, refroidi, puis extrait avec 3 fois 15 ml d'éther diéthylique. Les extraits ont été lavés avec de l'eau salée, puis de l'eau et enfin séchés par MgSO4. Le biphényle synthétisé a été obtenu avec un rendement de 86%, en filtrant le milieu puis en évaporant le solvant. Les composés de l'invention sont donc efficaces comme catalyseurs dans ces réactions chimiques et ils sont compétitifs avec les anions déjà explorés pour cette synthèse, en particulier les sels de (CF3SO2) ∑N" qui sont coûteux.
Exemple 35 Catalyse réaction Diels-Alder
Dans 10 ml de l-butyl-3-méthyl-imidazolium»BFST, on a ajouté 1 mmole du bis-trifluorométhanesulfonimidure d'yttrium (Aldrich) . Ce milieu a été utilisé pour la catalyse de la réaction de Diels-Alder du cyclopentadiène sur l'acrylate de méthyle. Ainsi, on a ajouté 10 mmoles de cyclopentadiène et 10 mmoles d'acrylate de méthyle au milieu réactionnel, puis on a laissé pendant deux heures sous agitation à température ambiante. Les produits de la réaction sont extraits avec de l'hexane, le rapport endo/exo est de 9:1. Le catalyseur peut être réutilisé sans perte de son activité .
Exemple 36 Catalyse acylation Friedel-Craft
En boîte à gants sous argon, on a introduit dans un ballon 1 mmole du sel de cuivre Cu» (BFST)2 obtenu selon le procédé de l'exemple 16, et 20 ml de BMIm»BFST, préparé selon le procédé de l'exemple 18, puis on a porté le milieu à 800C pendant 10 mn pour le rendre homogène. Après refroidissement, on a introduit 10 mmoles de chlorure de benzoyle (Aldrich) et 50 mmoles d'anisole. Le milieu réactionnel a alors été porté à 8O0C pendant .8 heures, puis extrait plusieurs fois à l'éther après refroidissement. La phase organique a été lavée à l'eau, avec NaHCO3 aqueux et une solution aqueuse saturée en sel. Après évaporation du solvant, le produit a été purifié par séparation chromatographique flash (éluant éther de pétrole/acétate d'éthyle 10/1) . On a ainsi obtenu le produit suivant principalement substitué en para :
Figure imgf000080_0001
Cette réaction peut également être effectuée avec les sels de zinc et d'étain.
Exemple 37 Catalyse d'une addition de Michael asymétrique
On a préparé un cation chiral de BFST à partir d'un imidazolium de tétrafluoroborate portant un dérivé de la L- proline tel que décrit dans "Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 45, 3093-3097", par réaction de 1 'imidazolium»BF4 dans l'acétonitrile en présence de KBFST. On a obtenu le composé suivant :
Figure imgf000080_0002
Puis on a fait réagir dans 5 ml de cyclohexanone, 2,5 mmoles de trans-β-nitrostyrène en présence de 15% en mole du sel de BFST précédemment obtenu et de 5% en mole d'acide tri-ifluoro-iacétique . Après 8 heures sous agitation à tempé- rature ambiante, le milieu réactionnel a été dilué avec de 1 ' éther pour précipiter le catalyseur. La phase organique a été séparée et purifiée sur une colonne de silica gel pour donner le produit suivant avec un rendement de 98% :
Figure imgf000080_0003
Ce composé présente un rapport syn/anti de 99:1 et un excès énantiomérique ee de 99%.
Exemple 38 Préparation d'une suspension de nanoparticules
Dans une boîte à gants sous argon, on a introduit 10 ml de BMIm»BFST, préparé selon le procédé de l'exemple 18 dans un réacteur chimique, puis on a ajouté 0,2 mmole de tris(di- benzylidèneacétone) dipalladium(O) (Johnson Matthey Cata- lysts) , et on a agité le milieu pendant 15 mn à 300C. Le milieu a alors été porté à 750C et de l'hydrogène à 4 bars a été introduit dans le réacteur. Après 2 heures sous agitation, on a obtenu une suspension de particules de Pt nanomé- trique d'une taille de l'ordre de 3 nrα. Ces particules peuvent être utilisées pour effectuer des réactions de catalyse, comme par exemple l'hydrogénation de cyclohexane ou comme catalyseur dans des électrodes de piles à combustible.
Exemple 39 Liquide ionique comme lubrifiant
Dans 200 ml de THF, on a fait réagir 100 mmoles du tétrafluoroborate de l-hexyl-3-méthyl-imidazolium et 100 mmoles respectivement de KBFST (3-SO2F), KTFST (3-CF3), KPFST
(3-C2F5) , et KHFST (3-C3F7) , préparés selon les procédés décrits dans les exemples précédents. Après 2 heures, on a éliminé le précipité de KBF4, on a évaporé le solvant, puis séché sous vide à 8O0C pendant 48 heures pour obtenir les produits suivants :
Figure imgf000081_0001
Les caractéristiques tribologiques des liquides ioniques préparés selon le présent exemple ont été déterminées en utilisant un Optimol SRV ( Schwingung, Reibung, Verschleiss ) , pour évaluer leurs propriétés de friction et d ' usure . Les coefficients de friction de contacts acier/aluminium (testeur SRV : charge 50 N, fréquence de 25 Hz , amplitude de 1 mm) sont compris entre 0 , 05 et 0 , 07 .
Les coefficients d ' usure de contacts acier/acier (déterminés à l ' aide d ' un testeur SRV : charge 50 N, fréquence de 25 Hz, amplitude de 1 mm) avec une charge de 200 N pendant 30 mn, sont compris entre 0,05 et 0,066 10"4 mm3. Pour une charge de 400 N, les coefficients d'usure sont compris entre 0,43 et 0,52. Des essais similaires sur des contacts acier/acier, acier/aluminium, acier/cuivre, acier/Siθ2, ont confirmé l'intérêt des produits de l'invention testés comme lubrifiant .
Des essais complémentaires avec les onium dérivés de l'aminé [C8Hi7]3N (O3N), O3N+H-BFST, O3N+H-TFST, O3N+H-PFST, O3N+H«HFST ont confirmé l'intérêt des anions de l'invention pour cette application.
Exemple 40 Électrolyte liquide
On a préparé des solutions 1 M de KBFST et KTFST, ainsi que leurs de lithium LiBFST et LiTFST, à partir de leurs sels de potassium par échange avec LiBFή, tel que décrit dans l'exemple 7 et 8, dans la δ-butyrolactone (Tomiyama Pure Chemicals) et dans le mélange 1:1 en poids de EC/DMC.
On a utilisé ces solutions comme électrolyte et on a déterminé leur conductivité dans une cellule de conductivité liquide couplée à un spectrométre d'impédance entre 60 et - 2O0C. Par comparaison, on a également déterminé la conductivité de solutions de sels de triflate, (CF3SO2J2N, de PF6 et de 3-trifluorométhyl-5-cyano-l, 2, 4-triazole (préparé selon le procédé décrit dans EP-O 850 920 par cyanation du diazonium du 3-trifluorométhyl-5-amino-l, 2, 4-triazole) . Ces électrolytes sont préparés directement à partir de leurs sels dissous dans le solvant. Les résultats montrent en particulier que :
• les sels de BFST présentent une conductivité équivalente aux sels de TFSI,
• les sels de BFST et TFST présentent une conductivité nettement améliorée par rapport à celle du 3-trifluoro- méthyl-5-cyano-l, 2 , 4-triazole et encore plus par rapport à celle des sels de triflate CF3SO3. II est ainsi possible de combiner une chimie plus simple et moins coûteuse que le TFSI sans perte de performances.
Exemple 41 Électrolyte gel
On a préparé un électrolyte en dissolvant LiBFST dans le BFST de N-méthyl-N-méthoxy-méthyl-pyrrolidinium (MMOPyr»BFST) en concentration 1 molaire. On a alors préparé dans l'acétonitrile, une solution contenant 60% en poids de cet électrolyte et 40% en poids de poly (BFST»diallyl- diméthylammonium) (PDADMA*BFST) . La quantité de solvant est ajusté de manière à permettre l'épandage en film mince de la solution pour donner après séchage une épaisseur de 30 μm sur un film de polypropylène. Le film ainsi obtenu a été séché par un courant d'air sec, puis sous vide primaire à 800C pendant 24 heures. D'une manière similaire, on a préparé un film d'un mélange ternaire LiTFSI (3M)/ MMOPyr»BFST/PDADMA«BFST .
On a également préparé un électrolyte gel binaire en n'utilisant pas de sel de lithium LiBFST dans la composition de l' électrolyte. Ce type de film peut être utilisé par exemple pour la réalisation de supercapacités. Le sel de lithium peut être introduit par la suite par exemple en accolant ce film sur une cathode composite contenant un sel de lithium.
Ces films d' électrolytes ternaires sont particulièrement intéressants pour la réalisation de systèmes électrochimiques en films minces. Ils peuvent être aisément transférés sur d'autres supports par les technologies connues de transfert de films.
Ces films peuvent aussi être produit par une voie sans solvant par un procédé d'extrusion.
Les performances de ces films peuvent être optimisés aisément par l'homme de l'art (conductivité, Tg, propriétés mécaniques, ...) par exemple en modifiant les ratio des différents constituants, en changeant la nature du liquide ionique (anions, substituants,...), ou en effectuant des mélanges de différents sels, liquides ioniques ou polymères, en particulier pour diminuer le point de fusion eutectique de liquide ionique de départ par le mélange de différents liquides ioniques.
Exemple 42 Électrolyte gel On a préparé une solution dans l 'acétonitrile de 1- éthyl-3-méthylimidazolium*BFST (EMI'BFST) , LiBFST et d'un copolymère d'oxyde d'éthylène et d' allylglycidyléther (5% molaire) et on a ajouté 1% en poids d'Irgacure 651® (Ciba Speciality Chemicals) . Les quantités respectives des trois constituants sont telles que les proportions suivantes sont respectées : LiBFST 1 M dans EMI'BFST (40% en poids) et copolymère (60% en poids) .
La solution dans 1 ' acétonitrile est coulée sur un film de polypropylène, pour obtenir un film d'une épaisseur de 20 μm après séchage. Sous balayage d'argon, le film est soumis au rayonnement UV produit par une lampe de type Hanovia® ayant son maximum d'émission à 254 nm de façon à initier la polymérisation des fonctions allyle du copolymère et d'induire sa réticulation. Le film réticulé constitue un électrolyte qui présente d'excellentes propriétés mécaniques du type élastomère. Des mélanges ternaires sel d'onium/sels de lithium/polymère ont été obtenus d'une manière similaire avec comme matériau macromoléculaire le polyacrylonitrile, 1 ' homopolymère du fluorure de vinylidène, les copolymères de fluorure de vinylidène avec l 'hexafluoropropène, les terpolymères fluorure de vinylidène/tétrafluoroéthylène/propylène, ou le polyméthacrylate de méthyle. D'une manière similaire, on a préparé un film d'un mélange ternaire en remplaçant LiBFST par LiTFSI.
Les performances de ces films peuvent être optimisés aisément par l'homme de l'art (conductivité, Tg, propriétés mécaniques, ...) par exemple en modifiant les ratio des différentes composantes, en changeant la nature des oniums (anions, substituants,...)/ ou en effectuant des mélanges de différents sels, oniums ou polymères.
Exemple 43 Électrolyte gel
On a mélangé 15 g d'un polymère 4 branches (Elexcel®- A210, DKS) avec 4 g de LiBFST et 0,15 g d'un photoinitiateur
5 Perkadox® (Akzo-Nobel) , et le mélange a été coulé sur un support de polypropylène PP. Après passage pendant 5 secondes sous une lampe UV dégageant une énergie de 10 mW placée à 6 pouces de distance, on a obtenu un film de polymère réticulé de 25 μm. Ce film a été séché sous vide à
10 800C pendant 24 heures puis trempé, en boîte à gants sous argon, pendant 5 minutes, dans un récipient contenant un mélange de 20 g du mélange l-hexyl-3-méthyl-imidazolium#BFST et de carbonate de propylène (90%: 10% en poids).
Le film de polypropylène se détache naturellement de la
15 membrane polymère. Cette membrane est conductrice des cations lithium par le sel de LiBFST et d'une transparence optique supérieure à 8O0C. Cette membrane peut être utilisée pour les systèmes électrochimiques en films minces, générateurs, vitrages électrochromes, capteurs, supercapa-
20 cités. On a mis en évidence une amélioration des propriétés mécaniques et de la transparence en ajoutant une faible proportion de fumée de silice (Aérosil, Degussa) de l'ordre de 1% en poids de la membrane, préalablement au dépôt/réti- culation du film de polymère 4 branches sali-ifiés.
Exemple 44 Électrolyte gel
25 On a réalisé un mélange de diallyldiméthylammonium'BFST (40% en poids), de N,N-diéthyl-N-méthyl-N- (2-méthoxyéthyl) - ammonium'BFST (50% en poids), de triallyl-isocyanurate (9,5% en poids) et d'Esacure KT046 (Lamberti s.p. a, 0,5% en poids) . Ce mélange a alors été épandu sur un film de poly-
30 propylène avec une épaisseur de 300 μm, recouvert d'un film de polypropylène, puis irradié avec une lampe U. V. d'une puissance de 15 mW/cm2 durant 15 minutes. Un électrolyte gel a ainsi été obtenu.
Exemple 45 Composition antistatique
Dans 100 ml d'eau, on a mélangé 20 mmoles du sel de potassium du 3-C3F7OCF (CF3) -5-fluorosulfonyl-1, 2, 4-triazole (KC5F11OT) , préparé selon le procédé de l'exemple 9, et 20 mmoles de chlorure de l-butyl-3-méthyl-imidazolium (BMIm»Cl, Aldrich) . Après 1 heure sous agitation, on a extrait le milieu avec 5 fois 30 ml de dichlorométhane, on a séché les phases CH2CI2 puis on a évaporé le solvant. Suivant le même procédé, on a remplacé 20 mmoles de KC5FnOT par 20 mmoles de 3-C3F7OCF (CF3) CF2OCF (CF3) -5- fluorosulfonyl-1, 2, 4-triazole (KCsFi7O2T), préparé selon le procédé de l ' exemple 9.
On a ainsi obtenu les produits suivants :
Figure imgf000086_0001
Ces produits sont particulièrement intéressants comme agents antistatiques en particulier pour des polymères . Ils peuvent induirent des propriétés hydrophobes, hydrofuges et anti-taches dans les milieux dans lesquels ils sont dispersés (fibres, films, revêtements, pièces moulés, pièces extrudés,...) . Ainsi on a constaté la présence des propriétés antistatiques et hydrophobes sur un tissu de coton qui a été trempé dans une solution diluée de BMIm'CsFuOT dans le dichlorométhane, puis séché. Exemple 46 Composition antistatique
On a quaternisé 100 mmoles de tri-2-éthylhexylamine par 100 mmoles de bromopropane (Aldrich) au reflux dans 200 ml de toluène pendant 48 heures. Après évaporation du solvant, on a obtenu le bromure de N,N,N-tri-2-éthylhexylamine-N- propylammonium (TEHPA'Br) . Le sel de 3-perfluorobutyl-5- fluorosulfonyl-1,2, 4-triazole de TEHPA a été obtenu par réaction du TEHPA'Br dans l'eau avec le sel de potassium du 3-perfluorobutyl-5-fluorosulfonyl-1, 2, 4-triazole, suivi d'une extraction au dichlorométhane. On a ainsi obtenu le produit suivant :
Figure imgf000087_0001
Ce composé est un agent antistatique, y compris pour les solvants non polaires. A une concentration de 5 mmoles dans l'hexane, il induit une conductivité supérieure à 10"3 μS/cm.
Exemple 47 Vitrage Ξlectrochrome
On a réalisé un mélange dans l ' acétonitrile contenant le N- (2-acryloyléthyl)-N,N,N-triméthylammonium»BFST (40% en poids), du LiBFST (17% en poids), du poly (éthylène glycol)- diméthacrylate ayant une masse molaire de 600 g/mole (42% en poids, Aldrich) , et des particules de silice ayant une surface spécifique de 300 m2/g (1% en poids, Aérosil, Degussa AG) et de la xanthone .
Ce mélange a été épandu sur une plaque de verre recouverte d'une couche de trioxyde de tungstène WO3 et d'une sous-couche conductrice d'oxyde d'étain, pour donner un film d'une épaisseur de 25 μm après séchage sous vide à 8O0C. On a ainsi obtenu une membrane optiquement transparente dans le visible et adhérente sur le support, par une photopolymérisation déclenchée par irradiation à l'aide d'une lampe U.V. pendant 10 min à 35°C.
On a ensuite réalisé un système électrochrome en assemblant en boîte à gants une contre électrode constituée par le dépôt sur une plaque de verre d'une couche d'oxyde d'iridium hydrogéné HxIrO2 et d'une sous couche d'oxyde d'étain. Cet électrochrome a donné une variation de l'absorption optique de 80% (état décoloré) à 30% (état coloré) et de bonnes performances en cyclage. On a ainsi pu réaliser un nombre de cycles de coloration/décoloration supérieure à 20 000.
Exemple 48 Corrosion
On a assemblé des piles boutons en utilisant une feuille de lithium comme anode, un feuillard d'aluminium comme cathode et des électrolytes de LiBFST, LiTFST et LiTFSI, préparés selon le procédé de l'exemple 40, dans la δ-butyrolactone . Ces piles ont été testées en appliquant un incrément de potentiel de 100 mV à intervalles réguliers entre 2 et 5 V, et en enregistrant le courant résultant. L'évolution du courant en fonction du temps et pour les divers potentiels, permet de comparer le phénomène de corrosion de l'aluminium pour le LiTFST, le LiBFST et le LiTFSI. De façon surprenante, on a observé un courant de corrosion nettement plus faible pour LiTFST et LiBFST relativement au LiTFSI malgré des conductivités ioniques proches .
Exemple 49 Batterie primaire Li-FeS2 et Li-Mnθ2
Le sel de lithium du 3, 5-difluorosulfonyl-l, 2, 4- triazole LiBFST tel que préparé selon l'exemple 16, a été testé dans un générateur lithium primaire. La batterie a été élaborée en superposant les couches suivantes : un collecteur de courant en acier inoxydable ayant une épaisseur de 2 mm ;
- une cathode constituée par un dépôt sur un feuillard d'aluminium de matériau composite ayant une épaisseur de 100 μm et constitué par du FeS2 de qualité batterie (92% en poids, READE), du noir d'acétylène (1,4% en poids,
Soltex) , du graphite EBN1010 (4% en poids, Superior
Graphite), d'un liant de polyfluorure de vinylidène (2% en poids, Kureha) , de polytétrafluoroéthylène micronisé (0,3% en poids) et de fumée de silice (0,3% en poids,
Degussa) ; un électrolyte constitué par une pastille d'un film poreux de Celgard 2500 imprégné d'une solution 0,8 M LiBFST dans 1, 3-dioxolane/l, 2-diméthoxyéthane (65%/35% volumique) ; une anode constituée par une feuille de lithium métallique ayant une épaisseur de 50 μm ; un collecteur de courant en acier inoxydable.
Les pastilles constituant les électrodes et 1 ' électrolyte ont été découpées en boîte à gants et empilées dans l'ordre indiqué ci-dessus, puis imprégnées par
1 ' électrolyte . Les collecteurs ont ensuite été déposés de part et d'autre de l'empilement obtenu.
On a scellé l'ensemble dans un boîtier de pile bouton, qui permet à la fois de protéger le générateur de l'atmosphère et d'exercer une contrainte mécanique sur les films. La batterie a ensuite été déchargée jusqu'à 1 V à un régime de décharge de C/10 (capacité nominale chargée ou déchargée en 10 heures) . On a récupéré ainsi 97% de la capacité théorique de la cathode. Des générateurs similaires assemblés ont montré de bonnes propriétés de vieillissement, confirmant l'intérêt des produits de l'invention pour cette application. On a également réalisé des générateurs similaires en remplaçant LiBFST par le triflate de lithium, on a constaté des performances nettemement améliorées, en particulier lors d'appel de puissance et plus particulièrement à basse température (< 00C) . On a également assemblé des générateurs similaires en remplaçant FeS2 par Mnθ2 de qualité batterie. Ces essais ont confirmé l'intérêt des matériaux de l'invention pour les générateurs lithium primaire, et l'amélioration des performances en puissance et à basse température obtenus en utilisant LiBFST au lieu du triflate de lithium.
Exemple 50 Batterie Li/POE/V2O5
Le sel de lithium du 3, 5-difluorosulfonyl-l,2, 4- triazole (LiBFST) préparé selon l'exemple 8 a été testé dans un générateur électrochimique selon la technologie lithium-polymère. Le générateur a été réalisé en superposant les couches suivantes : un collecteur de courant en acier inoxydable ayant une épaisseur de 2 mm ; une cathode constituée par une pastille d'un film de matériau composite ayant une épaisseur de 100 μm et constitué par du dioxyde de vanadium (45% en volume) , du noir de Shawinigan (5% en volume) et un polyoxyde d'éthylène de masse Mw = 3.105 (50% en volume) ; un électrolyte constitué par une pastille d'un film ayant une épaisseur de 30 μm de polyoxyde d'éthylène de masse Mw = 5.106 contenant le sel LiBFST à une concentration O/Li = 15/1 ; une anode constituée par une feuille de lithium métallique ayant une épaisseur de 50 μm ; - un collecteur de courant analogue au collecteur précité.
Les pastilles constituant les électrodes et
1 ' électrolyte ont été découpées en boîte à gants et empilées dans l'ordre indiqué ci-dessus. Les collecteurs ont ensuite été déposés de part et d'autre de l'empilement obtenu. On a scellé le tout dans un boîtier de pile bouton, qui permet à la fois de protéger le générateur de l'atmosphère et d'exercer une contrainte mécanique sur les films. La batterie a alors été placée dans une enceinte sous argon installée dans une étuve à une température de 6O0C. Elle a ensuite été cyclée entre 1,8 et 3,3 V à un régime de charge et de décharge de C/10 (capacité nominale chargée ou déchargée en 10 heures) .
On a obtenu un résultat similaire en remplaçant LiBFST par le sel de lithium du 3-trifluorométhyl-5-fluorosulfonyl- 1,2, 4-triazole préparé selon l'exemple 7, par le sel de lithium du 3, 5-di (1, 1, l-trifluoro-2-ethanoxysulfonyl) -1, 2, 4- triazole préparé à partir de son sel de potassium obtenu à l'exemple 9 selon le procédé de l'exemple 7, et par le disel de lithium du FSO2-TrLi- (CF2) 2"TrLi-SO2F préparé par échange entre le sel de potassium correspondant et LiCl dans THF. Dans ce dernier cas, on a constaté une amélioration des performances lors d'appel de puissance, probablement liée au caractère dianioniques du sel augmentant le nombre de transport du lithium.
Exemple 51 Batterie Le composé PYR13BFST
Figure imgf000091_0001
préparé selon l'exemple 27 a été testé dans un générateur électrochimique de technologie lithium-polymère gel.
Le générateur a été réalisé en superposant les couches suivantes : un collecteur de courant en acier inoxydable ayant une épaisseur de 2 mm ; une cathode constituée par une pastille d'un film, déposé sur un feuillard en acier, de matériau composite ayant une épaisseur de 80 μm et constitué par du LiFePO4 carboné (43% en poids, Phostec Lithium Inc.), du noir de Shawinigan (7% en poids), un polyoxyde d' éthylène (POE) de masse Mw = 4.106 (18% en poids), le sel de lithium LiBFST (7% en poids) et PYRi3BFST (25% en poids) ; - un électrolyte ayant une épaisseur de 30 μm et constitué par une pastille d'un film de polyoxyde d' éthylène POE de masse Mw = 4.106 contenant un mélange de LiBFST et de PYRi3BFST, la concentration en LiBFST étant telle que O/Li = 15/1 pour Li apporté par LiBFST, le rapport molaire PYRi3BFST/ P (OE) I5LiBFST de 2:1 ; une anode constituée par une feuille de lithium métallique ayant une épaisseur de 50 μm ; un collecteur de courant en acier inoxydable ayant une épaisseur de 2 mm.
Les pastilles constituant les électrodes et 1 ' électrolyte ont été découpées en boîte à gants et empilées dans l'ordre indiqué ci-dessus. Les collecteurs ont ensuite été déposés de part et d'autre de l'empilement obtenu.
On a scellé le tout dans un boîtier de pile bouton, qui permet à la fois de protéger le générateur de l'atmosphère et d'exercer une contrainte mécanique sur les films, puis la batterie a été portée à 8O0C pendant 30 minutes pour assurer une bonne interface entre les couches . La batterie a alors été placée dans une enceinte sous argon installée dans une étuve à une température de 4O0C. Elle a ensuite été cyclée entre 2,5 et 3,6 V à un régime de charge et de décharge de C/10 (capacité nominale chargée ou déchargée en 10 heures) .
La première charge a permis de déterminer que la capacité spécifique de la cathode est de 157 mAh/g. Cette capacité s'est maintenue à plus de 90% après 100 cycles. Un autre générateur élaboré dans les mêmes conditions, mais en remplaçant le composé de l'exemple 27 par le composé
DEMMOA'BFST de l'exemple 17 a donné des résultats analogues
Exemple 52 Batterie Li/électrolyte liquide/Graphite Naturel
Le sel de lithium du 3, 5-difluorosulfonyl-l, 2, 4- triazole LiBFST tel que préparé selon l'exemple A2, a été testé dans un générateur électrochimique selon la technologie lithium-ion en utilisant une cathode de LiFeP04 carboné .
On a assemblé un générateur qui a une anode de lithium et une cathode de graphite pour évaluer les performances de ce sel vis-à-vis du graphite. Le générateur a été élaboré en superposant les couches suivantes : - un collecteur de courant en acier inoxydable ayant une épaisseur de 2 mm;
- une cathode constituée par une pastille d'un film, déposé sur un feuillard en cuivre, de matériau composite ayant une épaisseur de 80 μm et constitué par du graphite naturel GN SL20 (90% en poids, Superior Graphite), et un liant de polyfluorure de vinylidène (10% en poids, Kureha) ; un électrolyte constitué par une pastille d'un film poreux de Celgard 2500 imprégné d'une solution IM LiBFST dans carbonate d' éthylène/diéthylcarbonate EC/DEC (1/1 en poids) ; une anode constituée par une feuille de lithium métallique ayant une épaisseur de 50 μm ; - un collecteur de courant en acier inoxydable.
Les pastilles constituant les électrodes et
1 ' électrolyte ont été découpées en boîte à gants et empilées dans l'ordre indiqué ci-dessus, puis imprégnées par
1 ' électrolyte . Les collecteurs ont ensuite été déposés de part et d'autre de l'empilement obtenu.
On a scellé l'ensemble dans un boîtier de pile bouton, qui permet à la fois de protéger le générateur de l'atmosphère et d'exercer une contrainte mécanique sur les films . La batterie a ensuite effectuée deux cycles entre 1 V et 0,01 V à un régime de charge et de décharge de C/25 (capacité nominale chargée ou déchargée en 10 heures) .
Cette batterie présente une impédance équivalente à une batterie utilisant un électrolyte de référence IM LiPF6 dans EC/DEC (1/1) . La capacité réversible est de 363 mAh/g confirmant la compatibilité de LiBFST avec l'anode de graphite d'une batterie de technologie Li-Ion en particulier vis-à-vis de la formation de la couche de passivation sur le graphite qui est un élément clé.
Un générateur identique a été élaboré en remplaçant le sel LiBFST de l'exemple 8 par le sel LiTFST de l'exemple 7.
On a constaté une mauvaise passivation de l'électrode de graphite. Même si les difficultés liées à la formation de la couche de passivation peuvent être résolues par l'usage d'additifs comme le carbonate de vinylidène, ce résultat montre l'intérêt particulier du LiBFST pour une batterie de technologie Li-Ion utilisant une anode de carbone.
On a ensuite construit un générateur en superposant : - un collecteur de courant en acier inoxydable ayant une épaisseur de 2 mm ;
- une anode constituée par une pastille d'un film, déposée sur un feuillard en cuivre, de matériau composite ayant une épaisseur de 110 μm et constitué par du graphite naturel SL20 (90% en poids, Superior Graphite), et un liant de polyfluorure de vinylidène (10% en poids, Kureha) ; un électrolyte constitué par une pastille d'un film poreux de Celgard 2500 imprégné d'une solution IM LiBFST dans EC/DEC (1/1 en poids) contenant en plus 3% en poids de carbonate de vinylidène (VC) connu pour améliorer les perfomances de la couche de passivation de l'anode ; une cathode constituée par une pastille d'un film, déposé sur un feuillard en aluminium, de matériau composite ayant une épaisseur de 110 μm et constitué par du C-LiFePO4 (90% en poids, Phostech Lithium), et un liant de polyfluorure de vinylidène (10% en poids, Kureha) ; un collecteur de courant en acier inoxydable.
On a scellé l'ensemble dans un boîtier de pile bouton. La batterie a ensuite effectuée deux cycles entre 2,5 V et
3,7 V en voltamétrie cyclique lente (20 mV/s) . On a ainsi peu déterminer une capacité spécifique de 154 mAh/g pour C-
LiFePO4. La batterie a ensuite été cyclée à un régime de charge et de décharge de C/10. Cette capacité s'est maintenue à plus de 90% après 300 cycles.
On a également testé une batterie similaire en effectuant le cyclage à un régime de C/4 à une température de 600C. La perte de capacité sur 100 cycles a été inférieure à 2%. On a également testé une batterie similaire en remplaçant le solvant de l ' électrolyte EC/DEC par le BFST du N-méthyl-N-méthoxy-méthyl-pyrrolidinium contenant 3% en poids de vinylidène carbonate. A 250C et un régime de charge/décharge de C/10, la capacité spécifique initiale (151 mAh/g) s'est maintenue à plus de 90% après 50 cycles. Un générateur utilisant le' BFST du N,N-diéthyl-N-méthyl-N- (2-méthoxyéthyl) ammonium au lieu du pyrrolidinium a donné des résultats similaires.
On a également testé une batterie similaire en remplaçant l'électrolyte EC/DEC LiBFST IM par le . BFST du 1- éthyl-3-méthyl-imidazolium contenant IM LiTFSI. A 250C et un régime de charge/décharge de C/10, la capacité spécifique initiale (153 mAh/g) s'est maintenue à plus de 90% après 20 cycles .
On a également testé une batterie similaire à électrolyte gel formé in-situ en ajoutant à la composition de l'électrolyte 1 M LiBFST EC/DEC + 3% VC, 5% en poids d'un mélange 1/1 (molaire) de poly (éthylène glycol) diméthacrylate ayant une masse molaire de 600 g/mole (Aldrich) et de tri (éthylène glycol) divinyl éther, ce mélange contenant 1% en poids de BFST de 2, 2 ' -azobis [2- (2-imidazolinium-2- yl) propane] préparé à l'exemple 13. Cette pile a ensuite été portée 1 heure à 8O0C, et on a ainsi obtenu une batterie à électrolyte gel préparé in-situ. Après cyclage à 600C à un régime de C/2, cette batterie présente une perte de capacité inférieure à 3% après 100 cycles.
Exemple 53 Batterie Graphite Naturel/électrolyte liquide/LiMr.204
On a assemblé un générateur Li-Ion similaire à celui de l'exemple 52 en remplaçant C-LiFePO4 par du LiMn2O4 de qualité batterie (LiCo Technology Corp.) déposé sur un feuillard d'aluminium recouvert de carbone (Intellicoat) . On a ainsi obtenu un générateur GN/EC:DEC (1/1 en poids) LiBFST IM + VC 3%/LiMn2O4 (Gen-A) . On a assemblé de la même façon un générateur en utilisant LiPF6 au lieu de LiBFST (Gen-B) .
Dans les deux cas, 250 ppm d'eau ont été ajoutés à l'électrolyte avant assemblage. Ces deux batteries ont été cyclées à un régime de C/4 (une capacité spécifique de 103 mAh/g a été déterminée préalablement par voltamétrie lente) entre 2,5 V et 3,9 V, à une température de 55°C. Après 50 cycles, Gen-A présentait encore 70% de la capacité au premier cycle, par contre Gen-B présentait seulement 30% de la capacité au premier cycle, illustrant la meilleure résistance à l'hydrolyse de LiBFST vis-à-vis de LiPF6.
Exemple 54 Batterie Carbone/électrolyte liquide/LiCoθ2
On a assemblé dans un montage Swagelok un générateur Li-Ion similaire à celui de l'exemple 52 en remplaçant C- LiFePO4 par du LiCoO2 (LiCo Technology Corp.) de qualité batterie, et le solvant par de la δ-butyrolactone contenant 3% de VC. On a ainsi obtenu un générateur GN/GBL LiBFST IM + VC 3%/LiCo02 (Gen-A) .
On a assemblé de la même façon un générateur en utilisant LiPF6 au lieu de LiBFST (Gen-B) .
Les batteries ont ensuite effectué deux cycles entre 2,5 V et 4,2 V à un régime de charge et de décharge de C/25, la batterie terminant à l'état chargé. Les deux électrodes ont alors été isolées en boîte à gants et l'anode placée dans un appareil de DSC avec une consigne de chauffage de 10°C/mn. On a observé un pic exothermique avec LiPF6 vers 14O0C. Par contre le pic avec LiBFST est décalé vers 17O0C, soit un gain de 300C.
On a assemblé des batteries similaires en utilisant comme électrolyte EC/EMC (3/7 en poids) contenant un mélange 1 M de LiBFST/LiPF6 (1/9 molaire) + VC 3% (Gen-C) et EC/EMC (3/7 en poids) LiPF6 IM + VC 3% (Gen-D) . Les batteries ont ensuite effectué deux cycles entre 4,2 V et 2,5 V à un régime de charge et de décharge de C/25. On a observé une génération de gaz réduite de 30% lors de la formation de la couche de passivation sur l'anode avec la batterie utilisant le mélange LiBFST/LiPF6.
On a assemblé des batteries similaires en utilisant C- LiFePO4 comme cathode et comme électrolyte EC/EMC (3/7 en poids) contenant un mélange I M de LiBFST/LiPFs (9/1 molaire) + VC 3% (Gen-C) et EC/EMC (3/7 en poids) contenant un mélange 1 M LiBFST/LiBF4/LiPF6 (8/1/1 molaire) + VC 3% (Gen-D) , ainsi qu'une batterie utilisant uniquement LiBFST (Gen-E) . Les batteries ont ensuite été cyclées entre 4.1 V et 2,5 V à un régime de charge et de décharge de C/2 et ce à une température de 6O0C. La perte de capacité sur 200 cycles a été inférieure à 3% de la capacité pour Gen-D, 5% pour Gen-C et 8% pour Gen-E. L'amélioration est probablement liée à un effet de protection du collecteur d' aluminium.
Ces résultats montrent l'intérêt des formulations d'électrolytes contenant les anions LiPF6 et/ou LiBF4, allant de fractions majoritaires en LiPF6 et/ou LiBF4 à des fractions majoritaires en LiBFST.

Claims

Revendications
1. Composé ionique comprenant au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, caractérisé en ce que M est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4) , et en ce que la partie anionique répond à la formule
Figure imgf000098_0001
(D dans laquelle R1 représente : - un groupement ClSO2-; un groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ; un groupement répondant à la formule
Figure imgf000098_0002
(Ia) dans laquelle Z est Cl et R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone.
2. Composé I selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il répond à l'une des formules ClSO2-TrM-SO2Cl, ClSO2-TrM-CF3 et ClSO2-TrM-R2-TrM-SO2Cl, dans lesquelles TrM représente un groupe anionique 1, 2, 4-triazole associé au cation M.
3. Composé I selon la revendication 1, caractérisé en ce que RF est choisi dans le groupe constitué par HCF2-, HCF2-CF2- , C2F5- , C4F9- , CF3-CF2-CF2-O-CF ( CF3 ) - et
CF3-CF2-CF2-O-CF ( CF3 ) -CF2-CF ( CF3 ) - .
4. Composé I selon la revendication 1, caractérisé en ce que M est choisi dans le groupe constitué par les cations hydroxonium, oxonium, nitrosonium, ammonium, les cations métalliques ayant la valence m, les cations organiques ayant la valence m et les cations organométalliques ayant la valence m.
5. Composé I selon la revendication 4, caractérisé en ce que M est choisi dans le groupe constitué par H, NH4 et les cations de métal alcalin.
6. Procédé d'utilisation d'un composé I selon la revendication 1 pour la préparation d'un composé II qui comprend au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M' en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, M' étant H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), la partie anionique répondant à la formule
Figure imgf000099_0001
(II) dans laquelle R3 représente : un groupement FSO2-; uun groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ; un groupement répondant à la formule
Figure imgf000099_0002
(lia) dans laquelle Z' est F et R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone ;
ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape au cours de laquelle on fait réagir un composé I avec un précurseur de fluor capable de remplacer l'atome de chlore du ou des groupes SO2CI du composé I par un atome de fluor.
7. Procédé selon la revendication β, caractérisé en ce qu'on fait réagir le composé I avec un fluorure de métal alcalin, dans un solvant organique, dans un mélange eau/solvant organique, ou dans l'eau.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait réagir le composé I avec ZnF2 dans la pyridine.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait réagir le composé I avec un complexe acide fluorhydrique onium.
10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait réagir le composé I avec HF anhydre.
11. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait réagir le composé I avec HF anhydre en présence de LiCl.
12. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'échange d'ions ou une étape de métathèse .
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'échange d'ions ou la métathèse est effectué à l'aide d'un halogénure, un acétate, un tétrafluoroborate, un perchlorate, un nitrate, un sulfonate, ou un sulfamate d'un cation M' organique destiné à remplacer le cation M, ou à l'aide de HF.
14. Composé fluorosulfonyle II comprenant au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M1 en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, caractérisé en ce que M' est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), et en ce que la partie anionique répond à la formule
Figure imgf000101_0001
(ii: dans laquelle R3 représente un groupement FSO2-; - un groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d Oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ; un groupement répondant à la formule
Figure imgf000101_0002
(lia) dans laquelle Z' est F et R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone.
15. Composé II selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il répond à l'une des formules FSO2-TrM' -SO2F, FSO2-TrM' -CF3 et FSO2-TrM' -R2-TrM' -SO2F dans lesquelles TrM' représente un groupe anionique 1, 2, 4-triazole associé au cation M' .
16. Composé II selon la revendication 14, caractérisé en ce que M' est un cation métallique, choisi parmi les cations de métal alcalin, de métal alcaline—terreux, de métal de transition, de métal trivalent, ou de terre rare.
17. Composé II selon la revendication 14, caractérisé en ce que M1 est un cation organo-métallique, choisi parmi les cations dérivés du ferrocène, du ruthénocène, du titano- cène, du zirconocène, d'un indénocénium ou d'un arène métallocénium, les cations des métaux de transition complexés par des ligands de type phosphine, les cations qui possèdent un ou plusieurs groupements alkyle ou aryle fixés de manière covalente à un atome de métal ou un groupe d'atomes de métal.
18. Composé II selon la revendication 17, caractérisé en ce que le cation organo-métallique fait partie d'une chaîne polymère et/ou porte des substituants.
19. Composé II selon la revendication 14, caractérisé en ce que M' est un cation nitrosonium.
20. Composé II selon la revendication 14, caractérisé en ce M' est un cation onium, choisi dans le groupe constitué par les cations cations hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulf- onium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium, carbonium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, piperidinium, pyrroliunα, pyrizinium, thiomorpholinium et morpholinium.
21. Procédé d'utilisation d'un composé I selon la revendication 1 ou d'un composé II selon la revendication 15 pour la préparation d'un composé III qui comprend au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M" en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, M" étant H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), la partie anionique répondant à l'une des formules
Figure imgf000103_0001
(III) ou RF-TrM-Sθ2-O-R9-O-SO2-TrM-RF (III1)
dans laquelle R4 représente : - un groupement R5-O-Sθ2- ; un groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ; un groupement répondant à la formule
Figure imgf000103_0002
(HIa) dans laquelle Z" est R5-0- et R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ;
R5 représente un groupe R6CH2-, un groupe R6R7CH- ou un groupe R6R7R8CH- dans lesquels les groupes R5, R7 et R8 représentent un groupe alkyle perfluoré, linéaire ou ramifié, ayant de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone et R9 représente un groupe alkylène perfluoré, linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone, et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ;
ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on fait réagir un alcool R5-OH ou l'alcoolate correspondant avec un composé I ou un composé II ou on fait réagir un diol HO-R9-OH ou le dialcoolate correspondant avec un composé I ou un composé II ayant un seul groupe FSO2 ou ClSO2.
22. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir un composé ClSO2-TrM-R1 ayant un ou deux groupes SO2Cl ou SO2F avec un alcoolate R5-O-Na dans le THF.
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir un composé 01302-TrM-R1 ayant un seul groupe ClSO2 avec un diol H0-R9-0H.
24. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'échange d'ions ou une étape de métathèse.
25. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'échange d'ions ou la métathèse est effectué à l'aide d'un halogénure, un acétate, un tétrafluoroborate, un perchlorate, un nitrate, un sulfonate, ou un sulfamate d'un cation M' organique destiné à remplacer le cation M, ou à l'aide de HF.
26. Composé fluoroalcoxysulfonyle III qui comprend au moins une partie anionique associée à au moins une partie cationique M" en nombre suffisant pour assurer la neutralité électronique de l'ensemble, caractérisé en ce que M" est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), et en ce que la partie anionique répond à l'une des formules
Figure imgf000104_0001
(III) ou RF-TrM-SO2-O-R9-O-SO2-TrM-RF (III1) dans laquelle R4 représente : un groupement R5-O-SO2- ; un groupement RF choisi parmi les groupements HCF2-, HCF2CF2-, et les groupes perfluoroalkyle linéaires ou ramifiés ayant de 1 à 12 atomes de carbone et dans la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone ; - un groupement répondant à la formule
Figure imgf000105_0001
(IUa) dans laquelle Z" est R5-0- et R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone ; R5 représente un groupe R5CH2-, un groupe R6R7CH- ou un groupe R6R7R8CH- dans lesquels les groupes R6, R7 et R8 représentent un groupe alkyle perfluoré, linéaire ou ramifié, ayant de préférence de 1 à 12 atomes de carbone, et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone et R9 représente un groupe alkylène perfluoré, linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone, et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent lié à deux atomes de carbone.
27. Composé III selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il répond à l'une des formules R5-O-SO2-TrM"-Sθ2-O-R5, R5-O-SO2-TrM"-R2-TrM"-SO2-O-R5 et R5-O-SO2-TrM"-CF3 dans lesquelles TrM" représente un groupe anionique 1, 2, 4-triazole associé au cation M".
28. Composé III selon la revendication 27, caractérisé en ce que M' est un cation métallique, choisi parmi les cations de métal alcalin, de métal alcalino-terreux, de métal de transition, de métal trivalent, ou de terre rare.
29. Composé III selon la revendication 27, caractérisé en ce que M1 est un cation organo-métallique, choisi parmi les cations dérivés du ferrocène, du ruthénocène, du titano- cène, du zirconocène, d'un indénocénium ou d'un arène métallocénium, les cations des métaux de transition complexés par des ligands de type phosphine, les cations qui possèdent un ou plusieurs groupements alkyle ou aryle fixés de manière covalente à un atome de métal ou un groupe d'atomes de métal.
30. Composé III selon la revendication 27, caractérisé en ce que le cation organo-métallique fait partie d'une chaîne polymère et/ou porte des substituants.
31. Composé III selon la revendication 27, caractérisé en ce que M' est un cation nitrosonium.
32. Composé III selon la revendication 27, caractérisé en ce M' est un cation onium, choisi dans le groupe constitué par les cations hydroxonium, oxonium, ammonium, amidinium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulf- onium, phosphonium, phospholium, phosphorolium, iodonium, carbonium, pyridazinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazolium, uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, piperidinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium et rnorpholinium.
33. Procédé d'utilisation d'un composé I selon la revendication 1 ou d'un composé II selon la revendication 15 pour la préparation d'un composé polymère IV constitué par des unités récurrentes répondant à l'une des formules
[-O2S-TrM*-SO2OCH2-R9-CH2O-] ou [-O2S-TrM*-R2-TrM*- SO2OCH2-R9-CH2O-] dans lesquelles :
R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone ; - R9 représente un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent ; - M* est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4), TrM* représente un groupe anionique triazole-1, 2, 4 associé au cation M*
ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à faire réagir un composé I ou un composé II qui portent deux groupements -SO2CI ou -SO2F avec un fluoroalcool di- fonctionnel OH-CH2~R9-CH2-OH.
34. Procédé selon la revendication 34, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'échange d'ions ou une étape de métathèse .
35. Procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que l'échange d'ions ou la métathèse est effectué à l'aide d'un halogénure, un acétate, un tétrafluoroborate, un perchlorate, un nitrate, un sulfonate, ou un sulfamate d'un cation M' organique destiné à remplacer le cation M, ou à l'aide de HF.
36. Polymère IV constitué par des unités récurrentes répondant à l'une des formules
[-O2S-TrM*-SO2OCH2-R9-CH2O-] ou [-O2S-TrM*-R2-TrM*- SO2OCH2-R9-CH2O-] dans lesquelles : - R2 est un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène lié à deux atomes de carbone ; M* est H+, ou un cation ayant la valence m (l≤m≤4)r - TrM* représente un groupe anionique triazole-1, 2, 4 associé au cation M* et
R9 représente un groupe perfluoroalkylène linéaire ou ramifié, ayant de 2 à 12 atomes de carbone et dont la chaîne est éventuellement interrompue par au moins un atome d'oxygène divalent.
37. Composé IV selon la revendication 36, caractérisé en ce que M* est un cation métallique, choisi parmi les cations de métal alcalin, de métal alcalino-terreux, de métal de transition, de métal trivalent, ou de terre rare.
38. Composé IV selon la revendication 36, caractérisé en ce que M* est un cation organo-métallique, choisi parmi les cations dérivés du ferrocène, du ruthénocène, du titano- cène, du zirconocène, d'un indénocénium ou d'un arène métallocénium, les cations des métaux de transition complexés par des ligands de type phosphine, les cations qui possèdent un ou plusieurs groupements alkyle ou aryle fixés de manière covalente à un atome de métal ou un groupe d'atomes de métal.
39. Composé IV selon la revendication 38, caractérisé en ce que le cation organo-métallique fait partie d'une chaîne polymère et/ou porte des substituants.
40. Composé IV selon la revendication 36, caractérisé en ce que M* est un cation nitrosonium.
41. Composé IV selon la revendication 36, caractérisé en ce M* est un cation onium, choisi dans le groupe constitué par les cations hydroxonium, oxonium, ammonium, amidi- nium, guanidinium, pyridinium, quinolinium, imidazolium, pyrazolium, imidazolinium, triazolium, sulfonium, phospho- nium, phospholium, phosphorylium, iodonium, carbonium, pyri- dazinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, thiazolium, oxazo- lium, uronium, thiouronium, pyrazinium, piperazinium, pipe- ridinium, pyrrolium, pyrizinium, thiomorpholinium et morpholinium.
42. Utilisation d'un composé selon l'une des revendications 16, 28 et 37 dans lequel le cation est un cation de métal alcalin, pour l'élaboration d'un matériau à conduction ionique.
43. Utilisation d'un composé selon l'une des revendications 16, 28 et 37 dans lequel le cation est choisi parmi Li+, Cs+, Ag+, Cu+, Mg2+, Pt2+, Pd2+, Cd2+, Co2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+, Sn2+, Rh2+, Gd3+, Sm3+, Fe3+, Ti3+, Bi3+, La3+, Ho3+, Sc3+, Al3+, Y3+, Yb3+, Lu3+, Ru3+, Eu3+, Ce4+, Ti4, comme catalyseur .
44. Utilisation d'un composé selon l'une des revendications 16, 28 et 37 dans lequel le cation est Eu3+ pour l'élaboration d'un matériau électroluminescent.
45. Utilisation d'un composé selon l'une des revendications 17, 29 et 38 dans lequel le cation est un cation organométallique, comme catalyseur.
46. Utilisation d'un composé selon l'une des revendications 19, 31 et 40 dans lequel le cation est un cation nitrosonium, pour le dopage de polymère ou comme agent de nitrosylation.
47. utilisation d'un composé selon l'une des revendications 14, 26 et 36 dans lequel le catin est H+ ou un cation hydroxonium, comme initiateur de polymérisation par voie cationique, ou comme catalyseur pour une réaction de Friedel et Crafts .
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