Kompartimentierte ionische Systeme DOI: 10.1002/ange.201205130 Hyperverzweigte polymere ionische Flüssigkeiten mit zwiebelartiger Topologie als Transporter und kompartimentierte Systeme** Fabian Schüler, Benjamin Kerscher, Fabian Beckert, Ralf Thomann und Rolf Mülhaupt* Innerhalb der rasch expandierenden Familie der ionischen Flüssigkeiten (ILs) [1] bieten amphiphile polymere Elektrolyte mit IL-Strukturelementen in Rückgrat oder Seitenkette at- traktive Mçglichkeiten für molekulares Design von neuen Nano- und Mesophasenmaterialien sowie von komparti- mentierten ionischen Systemen. Polymere ionische Flüssig- keiten (PolyILs) vereinen die Eigenschaften von ILs wie vernachlässigbaren Dampfdruck, geringe Brennbarkeit und Ionenleitfähigkeit mit den für Polymere typischen Merkma- len, insbesondere hohe Beständigkeit, geringe Toxizität sowie die Mçglichkeit zum einfachen Aufbau hoch multifunktio- neller Systeme durch vielseitige Formgebungsverfahren. Dis- persionen, Filme und Formmassen kçnnen hergestellt werden, ohne die bei der Verarbeitung von niederviskosen ILs mit kleineren Molmassen bekannten Leckageprobleme in Kauf nehmen zu müssen. [2] Potenzielle Anwendungen reichen von Elektrolyten bis hin zu Lçsungsmitteln, Sorbentien, flüssigen Trennmedien, Trägern für Katalysatoren, Dispergi- ermitteln und kompartimentierten Fluiden als Nano- oder Mikroreaktoren zur Partikelherstellung und als Transporter zum Transfer verschiedenster funktioneller Materialien. Ein wichtiges Forschungsziel ist die Entwicklung von vielseitigen und hochskalierbaren Synthesewegen für das Maßschneidern von molekularen Architekturen und das Einstellen von Po- laritäten von PolyILs, ohne eine aufwändige Mehrstufensyn- these und Reinigung erforderlich zu machen. Um sich als Additive für die Schmelzverarbeitung von Kunststoffen zu eignen, müssen PolyILs äußerst robust sein und thermische Stabilität oberhalb von 200 8C sowie hohe Beständigkeit gegen Schereinwirkungen aufweisen. Die jüngsten Entwicklungen im Bereich der PolyILs konzentrierten sich zunehmend auf die Bildung von Nano- strukturen. Heute ist eine Vielzahl nanostrukturierter Poly- elektrolyte, mesoporçser Polymere und Nanopartikel durch Polymerisation von IL-Monomeren zugänglich. Hoch geord- nete PolyIL-Nanopartikel mit multilamellaren oder unila- mellaren vesikulären, Liposom-ähnlichen Strukturen wurden durch Fällungspolymerisation in Wasser hergestellt. [3] Dar- über hinaus wurde die Selbstorganisation ionischer Blockco- polymere [4] und ionischer flüssigkristalliner Polymere [5] zur Herstellung von PolyIL-Nanostrukturen für Elektronik-An- wendungen genutzt. Der Einbau von dreidimensional ge- ordneten Makroporen in PolyILs führte zu einer neuen Ge- neration „intelligenter“ Materialien („Smart Materials“) als schaltbare photonische Kristalle, elektrooptische Schalter und funktionelle Oberflächen. [6] PolyILs sind als äußerst ef- fektive Phasentransfermedien für den Transport von Koh- lenstoffnanorçhren (CNTs) aus der wässrigen in organische Phasen bekannt. [7] PolyIL/CNT-Nanohybride wurden als elektroaktive Materialien eingesetzt. [8] Über hochverzweigte PolyILs als Kaskadenmoleküle mit micellartiger Architektur ist hingegen weitaus weniger bekannt. Diese bieten dank ihrer deutlich geringeren Viskosität sowie von Scherung und pH-Wert unabhängigen Konformation, verbunden mit ihrer Multifunktionalität, eine vielversprechende Alternative zu linearen PolyILs. Komplexe dendritische PolyILs wurden in aufwändigen Mehrstufenreaktionen hergestellt [9] und zu zy- lindrischen Nanoobjekten organisiert. [10] Im Hinblick auf ihre industriellen Anwendungsmçglichkeiten erçffnet die Syn- these hyperverzweigter PolyILs („HyperILs“) einen deutlich einfacheren Zugang zu hochverzweigten PolyILs. Ein pro- minentes Beispiel ist das kommerziell erhältliche, durch kat- ionische Aziridin-Polymerisation leicht verfügbare, hyper- verzweigte Polyethylenimin. Durch Funktionalisierung ent- stehen multifunktionelle Nanopartikel, maßgeschneidert für verschiedenartige Anwendungen, z.B. als Mikrobiozide. [11] Ein anderer Weg zu HyperILs führt über Ionene, wie die Poly(N-Alkyierung) von Lutidinderivaten. [12] Obschon diese hyperverzweigten Ionene als Kern für micellartige HyperILs fungieren kçnnten, ist es besser, die inversen Strukturen mit IL-Gruppen als Schale aufzubauen. Durch Anbringen von IL- Substituenten an einen flexiblen nichtionischen hochver- zweigten Polymerkern sind die funktionellen Gruppen besser zugänglich. Die Erweichungstemperaturen und Viskositäten kçnnen so erheblich abgesenkt werden und nähern sich denen konventioneller ILs an. Die ersten HyperILs dieser Art wurden durch die Veresterung von Polyglycidol mit w- Bromacylchlorid und die Alkylierung tertiärer Amine erhal- ten. Die entstandenen HyperILs mit Pyridinium- oder Imid- azolium-Resten in der Schale wurden als Träger für wieder- verwendbare Katalysatoren verwendet. [13] ¾hnliche Hyper- ILs wurden durch die Tosylierung von Polyglycidol und an- [*] Dr. F. Schüler, B. Kerscher, F. Beckert, Dr. R. Thomann, Prof. Dr. R. Mülhaupt Freiburger Materialforschungszentrum und Institut für Makromolekulare Chemie der Universität Freiburg Stefan-Meier-Straße 31, 79104 Freiburg (Deutschland) E-Mail: rolfmuelhaupt@web.de Homepage: http://www.fmf.uni-freiburg.de [**] Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, SFB 428, während der sehr frühen Phase dieses Projekts sowie durch das Freiburger Material- forschungszentrum. Die Arbeiten an funktionalisierten Graphen- dispersionen wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung als ein Teil des „FUNgraphen“-Projekts unterstützt (Fkz: 03X0111A). Hintergrundinformationen zu diesem Beitrag (experimentelle Details inklusive der analytischen Daten) sind im WWW unter http://dx.doi.org/10.1002/ange.201205130 zu finden. 473 Angew. Chem. 2013, 125, 473 –476  2013 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim