JP2017200889A - Method for producing ionic liquid and method for producing intermediate body for production of ionic liquid - Google Patents
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Abstract
【課題】 所望のイオン液体を高純度で合成するためのイオン液体の製造方法とこのイオン液体を合成するための中間体の製造方法を提供する。【解決手段】 本発明のイオン液体の製造方法は、カチオンQ+とアニオンZ-からなる所望のイオン液体Q+Z-を製造する方法であって、カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、前記精製後の高融点中間体Q+Y-から直接又は間接にイオン液体Q+Z-を得る工程とを含む。本発明の強塩基型中間体や超親水型中間体の製造方法は、精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により強塩基型中間体又は超親水型中間体を得る工程を含み、或いは、精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により強塩基型中間体を得る工程と、前記強塩基型中間体から中和法により超親水型中間体を得る工程とを含む。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an ionic liquid for synthesizing a desired ionic liquid with high purity and a method for producing an intermediate for synthesizing the ionic liquid. A method for producing an ionic liquid according to the present invention is a method for producing a desired ionic liquid Q + Z− comprising a cation Q + and an anion Z−, which comprises recrystallization from a cation Q + and an anion Y−. A step of purifying a high melting point intermediate Q + Y− having a possible melting point by recrystallization, and a step of obtaining an ionic liquid Q + Z− directly or indirectly from the high melting point intermediate Q + Y− after the purification. Including. The method for producing a strong base intermediate or superhydrophilic intermediate of the present invention comprises a step of obtaining a strong base intermediate or superhydrophilic intermediate from the high-melting intermediate Q + Y- after purification by metathesis precipitation. Or a step of obtaining a strongly basic intermediate from the purified high melting point intermediate Q + Y- by metathesis precipitation, and a step of obtaining a superhydrophilic intermediate from the strong base intermediate by a neutralization method, including. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、イオン液体の製造方法及びイオン液体製造のための中間体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an ionic liquid and a method for producing an intermediate for producing an ionic liquid.
イオン液体は、イオンのみをその構成要素とする物質のうち、常温近く(一般的には100℃以下あるいは150℃以下)で液体状態をとる物質群をさす。
イオン液体は、広い温度域で液体状を維持する、耐熱性が高い、蒸気圧が低く、一般に不揮発性である、電気伝導度が高い、電位窓が広いなど、ユニークな特性を有し、水とも有機溶媒とも異なる第3の液体として、様々な分野での利用が期待されている。
具体的には、電気化学的特性から電気化学デバイスへの利用や、環境負荷が低く、高い耐熱性を有することから溶媒としての利用が検討されているほか、摩擦特性を利用した潤滑油としての利用、吸着性を利用して二酸化炭素吸収液としての利用(例えば、特許文献1参照。)なども検討されている。
The ionic liquid refers to a group of substances that take a liquid state near room temperature (generally, 100 ° C. or lower or 150 ° C. or lower) among substances whose components are only ions.
Ionic liquids have unique properties such as maintaining a liquid state over a wide temperature range, high heat resistance, low vapor pressure, generally non-volatile, high electrical conductivity, and a wide potential window. It is expected to be used in various fields as a third liquid that is different from both organic solvents.
Specifically, it has been studied for use as an electrochemical device due to its electrochemical characteristics, and as a solvent because it has low environmental impact and high heat resistance, and as a lubricating oil using friction characteristics. Utilization and utilization as a carbon dioxide-absorbing liquid using the adsorptive properties (for example, see Patent Document 1) have been studied.
ところで、所望のカチオンとアニオンを有するイオン液体を一度の操作で合成することは通常困難である。ホスホニウム、アンモニウムなどのカチオン部位は、通常、有機合成の手法を用いて合成するが、実際には、用いた合成原料に応じて特定のアニオン(通常は塩化物、臭化物、ヨウ化物イオン、アルキル炭酸イオン、アルキル硫酸イオン)も付随して塩の形で得られる。このような塩を前駆体として、この前駆体の不要なアニオンを所望のアニオンに変換する操作を行うことで、所望のカチオンとアニオンを有するイオン液体を製造することが一般的である。 By the way, it is usually difficult to synthesize an ionic liquid having a desired cation and anion in one operation. Cationic sites such as phosphonium and ammonium are usually synthesized using organic synthesis techniques. In practice, however, specific anions (usually chloride, bromide, iodide ion, alkyl carbonate, etc.) are used depending on the synthesis raw material used. Ions, alkyl sulfate ions) are also obtained in the form of salts. In general, an ionic liquid having a desired cation and an anion is produced by performing an operation of converting an unnecessary anion of the precursor into a desired anion using such a salt as a precursor.
前駆体から所望のアニオンを得るための手順としては、例えば、以下のようなものが知られている。
すなわち、アルキル炭酸水素塩型の前駆体を合成し、所望のアニオンの共役酸で中和するか、所望のアニオンを有するアルカリ土類金属塩と反応させることで、所望のイオン液体を得る方法が知られている(特許文献2など参照)。
As a procedure for obtaining a desired anion from a precursor, for example, the following is known.
That is, a method of obtaining a desired ionic liquid by synthesizing an alkyl hydrogencarbonate type precursor and neutralizing with a conjugate acid of a desired anion or reacting with an alkaline earth metal salt having the desired anion. It is known (see Patent Document 2).
また、イオン交換樹脂を用いて、前駆体をOH型中間体に変換し、このOH型中間体を所望のアニオンの共役酸で中和することで、所望のイオン液体を得る方法が知られている(非特許文献1参照)。 Also, a method for obtaining a desired ionic liquid by converting a precursor into an OH type intermediate using an ion exchange resin and neutralizing the OH type intermediate with a conjugate acid of a desired anion is known. (See Non-Patent Document 1).
また、アルキル硫酸型の前駆体を合成し、これを加水分解して硫酸水素型中間体としたあと、強アルカリと反応させることによりOH型中間体を得て、そのあとに所望のアニオンの共役酸で中和することで、所望のイオン液体を得る方法が知られている(非特許文献2参照)。 Also, an alkyl sulfate type precursor is synthesized, hydrolyzed to form a hydrogen sulfate type intermediate, and then reacted with a strong alkali to obtain an OH type intermediate, followed by conjugation of a desired anion. A method of obtaining a desired ionic liquid by neutralization with an acid is known (see Non-Patent Document 2).
また、ハロゲン型の前駆体にパラ−t−ブチルフェノールのアルカリ金属塩を作用させることにより、パラ−t−ブチルフェノキシド型中間体を合成し、これを所望のアニオンの共役酸で中和し、副生するアルキルフェノールを有機溶媒に抽出、除去することで、所望のイオン液体を得る方法が知られている(非特許文献3参照)。 Further, by reacting an alkali metal salt of para-t-butylphenol with a halogen-type precursor, a para-t-butylphenoxide type intermediate is synthesized, neutralized with a conjugate acid of a desired anion, A method is known in which a desired ionic liquid is obtained by extracting and removing a produced alkylphenol in an organic solvent (see Non-Patent Document 3).
イオン液体は、上述したユニークな特性を有するために、種々の用途への展開が期待されているが、他方、そのユニークな特性のために、蒸留や再結晶など、一般的な精製手法を適用することが困難である。
しかし、上述したいずれの合成技術においても、得られるイオン液体の純度を高める方法については検討されていない。そして、いずれにおいても、そもそもの前駆体の純度が悪ければ、高純度なイオン液体を得ることはできない。
したがって、従来の合成方法によって、高純度(例えば99%超)のイオン液体を合成することは困難であった。
このように、従来の合成方法では精製が不十分なため、不純物の存在によりイオン液体が着色したり、不快臭を発する他、電位窓が狭くなったり、耐熱性が減少するなどの弊害があった。
Since ionic liquids have the above-mentioned unique characteristics, they are expected to be used in various applications. On the other hand, general purification techniques such as distillation and recrystallization are applied because of their unique characteristics. Difficult to do.
However, none of the above-described synthesis techniques has studied a method for increasing the purity of the obtained ionic liquid. In any case, if the purity of the precursor is poor, a high-purity ionic liquid cannot be obtained.
Therefore, it has been difficult to synthesize high purity (for example, more than 99%) ionic liquids by conventional synthesis methods.
As described above, since the conventional synthesis method is not sufficiently purified, the ionic liquid is colored due to the presence of impurities, an unpleasant odor is generated, the potential window is narrowed, and the heat resistance is reduced. It was.
そこで、本発明は、所望のイオン液体を高純度で合成するためのイオン液体の製造方法とそのようなイオン液体を合成するための中間体の製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing an ionic liquid for synthesizing a desired ionic liquid with high purity and a method for producing an intermediate for synthesizing such an ionic liquid.
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を行い、カチオンQ+とアニオンZ-からなる所望のイオン液体Q+Z-を製造するに当たり、その製造プロセスにおいて、高融点中間体の再結晶による精製工程を経由させることで高純度化し、精製工程後の高純度の高融点中間体から目的のイオン液体Q+Z-に変換することとすれば、従来達成できなかった高純度のイオン液体Q+Z-を得ることが可能となることを見出した。
また、高純度の高融点中間体から目的のイオン液体Q+Z-に変換する際、強塩基型中間体や超親水型中間体を経由しても、一定以上に高純度化されたイオン液体Q+Z-を得ることが可能であることも分かった。
本発明は、上記知見と、実験に基づく確認を経て、完成されるに至ったものである。
The present inventor has intensively studied to solve the above-mentioned problems, and in producing a desired ionic liquid Q + Z − comprising a cation Q + and an anion Z −, highly purified by causing through the purification process by, a high-purity refractory intermediates after purification steps object of the ionic liquid Q + Z - if it is converted into a high purity ionic liquids which can not be conventionally achieved It has been found that Q + Z − can be obtained.
Also, a refractory intermediate high purity objective ionic liquid Q + Z - can be converted to the, even through a strong base-type intermediate and superhydrophilic type intermediates, ionic liquids are highly purified above a certain It has also been found that Q + Z − can be obtained.
The present invention has been completed through the above knowledge and confirmation based on experiments.
すなわち、本発明にかかるイオン液体の製造方法は、カチオンQ+とアニオンZ-からなる所望のイオン液体Q+Z-を製造する方法であって、カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、前記精製後の高融点中間体Q+Y-から直接又は間接にイオン液体Q+Z-を得る工程とを含む。 That is, the method for producing an ionic liquid according to the present invention is a method for producing a desired ionic liquid Q + Z − comprising a cation Q + and an anion Z − , which can be recrystallized comprising a cation Q + and an anion Y −. A step of purifying a high melting point intermediate Q + Y − having a high melting point by recrystallization, and a step of obtaining an ionic liquid Q + Z − directly or indirectly from the high melting point intermediate Q + Y − after the purification. .
本発明にかかるイオン液体の中間体の製造方法は、上記イオン液体Q+Z-の製造のための中間体の製造方法に関するものであり、強塩基型中間体の製造方法と超親水型中間体の製造方法の2つの製造方法が含まれる。
すなわち、本発明にかかるイオン液体の中間体の製造方法のうち、強塩基型中間体の製造方法は、カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、前記精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により強塩基型中間体Q+A-を得る工程とを含む。
また、本発明にかかるイオン液体の中間体の製造方法のうち、超親水型中間体の製造方法は、カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、前記精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により強塩基型中間体Q+A-を得る工程と、前記強塩基型中間体Q+A-から中和法により超親水型中間体Q+B-を得る工程とを含むか、カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、前記精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により超親水型中間体Q+B-を得る工程とを含む。
A method for producing an ionic liquid intermediate according to the present invention relates to a method for producing an intermediate for producing the ionic liquid Q + Z − , and a method for producing a strong base intermediate and a superhydrophilic intermediate. Two manufacturing methods are included.
That is, among the processes for producing an ionic liquid intermediate according to the present invention, a strong base intermediate is produced by a high-melting intermediate Q + Y comprising a cation Q + and an anion Y − and having a recrystallizable melting point. And a step of obtaining a strongly basic intermediate Q + A − from the high-melting intermediate Q + Y − after the purification by a metathetical precipitation method.
Among the methods for producing an ionic liquid intermediate according to the present invention, a superhydrophilic intermediate is produced by a high-melting intermediate Q + Y comprising a cation Q + and an anion Y − and having a recrystallization melting point. - a step of purification by recrystallization, the refractory intermediate Q + Y after purification - strong base-type intermediate Q + a by a double decomposition precipitation method - obtaining a, the strong base type intermediate Q + a - superhydrophilic type intermediate Q + B by neutralization from - or so as to obtain a, cation Q + and an anion Y - refractory intermediates having a re-crystallizable melting point consists Q + Y - recrystallization And a step of obtaining a superhydrophilic intermediate Q + B − from the high-melting intermediate Q + Y − after the purification by a metathetical precipitation method.
本発明のイオン液体の製造方法によれば、所望のイオン液体を高純度で合成することができる。 According to the method for producing an ionic liquid of the present invention, a desired ionic liquid can be synthesized with high purity.
本発明のイオン液体の中間体の製造方法によれば、高純度のイオン液体Q+Z-に容易に変換し得る強塩基型中間体Q+A-や超親水型中間体Q+B-を製造することができる。イオン液体Q+Z-が保存や運搬に適しない場合などには、強塩基型中間体Q+A-や超親水型中間体Q+B-として保存や運搬を行うことも可能となる。 According to the method for producing an ionic liquid intermediate of the present invention, a strongly basic intermediate Q + A − or a superhydrophilic intermediate Q + B − that can be easily converted into a high purity ionic liquid Q + Z − is obtained. Can be manufactured. When the ionic liquid Q + Z − is not suitable for storage or transportation, it can be stored or transported as a strong base intermediate Q + A − or a superhydrophilic intermediate Q + B − .
以下、本発明にかかるイオン液体の製造方法及びイオン液体製造のための中間体の製造方法の好ましい実施形態について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。 Hereinafter, preferred embodiments of a method for producing an ionic liquid and a method for producing an intermediate for producing an ionic liquid according to the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to these descriptions, and Other than the above examples, modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
以下では、まず、本発明にかかるイオン液体の製造方法及びイオン液体製造のための中間体の製造方法におけるカチオンQ+並びにアニオンZ-、Y-、X-、A-及びB-の意義等を明らかにした上で、各工程に関し、詳述する。 In the following, first, the significance of the cation Q + and the anions Z − , Y − , X − , A − and B − in the method for producing an ionic liquid and the method for producing an intermediate for producing the ionic liquid according to the present invention will be described. After clarifying, each step will be described in detail.
〔カチオンQ+並びにアニオンZ-、Y-、X-、A-及びB-の意義〕
本発明は、後述するように、カチオンQ+とアニオンZ-からなるイオン液体Q+Z-の製造に適用されるものであり、再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を精製する精製工程を経由することを必須とする。
また、高融点中間体Q+Y-は、例えば、カチオンQ+とアニオンX-からなるイオン液体前駆体Q+X-から得ることができる。
また、高融点中間体Q+Y-から、イオン液体Q+Z-の製造のための強塩基型中間体Q+A-や超親水型中間体Q+B-を得ることができる。
[Significance of Cation Q + and Anions Z − , Y − , X − , A − and B − ]
As described later, the present invention is applied to the production of an ionic liquid Q + Z − comprising a cation Q + and an anion Z − , and a high melting intermediate Q + Y − having a recrystallization melting point is obtained. It is essential to go through a purification step for purification.
The high melting point intermediate Q + Y − can be obtained, for example, from an ionic liquid precursor Q + X − composed of a cation Q + and an anion X − .
Further, from the high melting point intermediate Q + Y − , a strong base intermediate Q + A − and a superhydrophilic intermediate Q + B − for the production of the ionic liquid Q + Z − can be obtained.
ここで、これらのカチオン及びアニオン(Q+、Z-、Y-、X-、A-、B-)として如何なるイオンが本発明の対象となるかは、本発明におけるイオン液体Q+Z-の一連の製造プロセスとの関係で相対的に理解されるべきものである。 Here, what ions are the object of the present invention as these cations and anions (Q + , Z − , Y − , X − , A − , B − ) of the ionic liquid Q + Z − in the present invention. It should be relatively understood in relation to a series of manufacturing processes.
例えば、本発明における精製工程では、再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を精製する。したがって、再結晶可能な融点を有しないものは、本発明にいう高融点中間体Q+Y-には当たらない。しかし、再結晶可能な融点を有するか否かは、カチオン又はアニオンの一方のみによって決せられるものではなく、カチオンとアニオンの組み合わせによっても異なる。このように、あるカチオンが本発明にいうカチオンQ+に当たるか否かを、当該カチオンのみに着目して一律に論ずることはできない。あるアニオンが本発明にいうアニオンY-に当たるか否かについても同様である。 For example, in the purification step of the present invention, a high melting intermediate Q + Y − having a recrystallizable melting point is purified. Accordingly, those having no recrystallization melting point do not correspond to the high melting point intermediate Q + Y − in the present invention. However, whether or not it has a recrystallization melting point is determined not only by one of the cation and the anion but also by the combination of the cation and the anion. Thus, it cannot be uniformly discussed whether or not a certain cation hits the cation Q + according to the present invention, focusing only on the cation. The same applies to whether an anion hits the anion Y − in the present invention.
また、アニオンX-は、カチオンQ+を得るための有機合成の際に用いる合成原料に由来するものであり、その限度において、アニオンの種類は特定される。
さらに、アニオンZ-は、如何なるイオン液体Q+Z-を目的物とするか否かによって異なるものであり、精製後の高融点中間体Q+Y-から直接又は間接に所望の純度のイオン液体Q+Z-が得られるものであれば、その限度において、任意のアニオンである。
The anion X − is derived from a synthetic raw material used in organic synthesis for obtaining the cation Q + , and the type of anion is specified within the limits.
Further, the anion Z − differs depending on whether or not the ionic liquid Q + Z − is used as a target, and the ionic liquid having a desired purity is directly or indirectly derived from the purified high melting point intermediate Q + Y −. Any anion can be used as long as Q + Z − can be obtained.
また、アニオンA-は、強塩基性であり、中和反応によって容易に他のアニオンZ-に交換できるものを選択すれば良く、その限度において、任意のアニオンである。
さらに、アニオンB-は、親水性が高く、油水抽出をした際に水層に移行しやすい性質をもつ超親水型中間体Q+B-を与えるものであって、複分解抽出法によって容易に他のアニオンZ-に交換できるものを選択すれば良く、その限度において、任意のアニオンである。
Further, the anion A − may be selected from those that are strongly basic and can be easily exchanged for other anions Z − by a neutralization reaction.
Furthermore, the anion B − gives a superhydrophilic intermediate Q + B − which has a high hydrophilicity and easily migrates to an aqueous layer upon oil-water extraction. anion Z - may be selected those which can be exchanged, in the limit, is any anion.
このように、本発明にいうカチオン又はアニオン(Q+、Z-、Y-、X-、A-、B-)は、上記のような観点からイオン液体Q+Z-の一連の製造プロセスとの関係で本発明に適用可能と理解される限度において、任意のカチオン又はアニオンを指すものである。
なお、これらのカチオン、アニオンの表記において、上付き記号「+」又は「−」は、電荷の正又は負を意味するにとどまり、一価のカチオン又はアニオンへの限定まで含意するものではない。すなわち、本発明において、Q+、Z-、Y-、X-、A-、B-等と表記するときは、多価のカチオン又はアニオンも概念的に含まれる。
Thus, the cation or anion (Q + , Z − , Y − , X − , A − , B − ) according to the present invention is a series of processes for producing the ionic liquid Q + Z − from the above viewpoint. Insofar as it is understood that the present invention is applicable to the present invention, it refers to any cation or anion.
In addition, in the description of these cations and anions, the superscript “+” or “−” merely means positive or negative charge, and does not imply any limitation to a monovalent cation or anion. That is, in the present invention, when expressed as Q + , Z − , Y − , X − , A − , B − or the like, a polyvalent cation or anion is also conceptually included.
なお、本発明は、再結晶可能な融点を有する高融点中間体を得る点が重要な特徴の1つであるが、再結晶可能な融点を有する高融点中間体を与えるカチオン及びアニオンの組み合わせは、当業者であれば、本明細書における複数の実施形態の開示と、カチオン及びアニオンの構造、電子状態等から推測可能であり、融点を測定して容易に確認することもできるから、その選定について、過度の試行錯誤を要するものではない。 In the present invention, one of the important features is that a high melting point intermediate having a recrystallization melting point is obtained. However, the combination of a cation and an anion that gives a high melting point intermediate having a recrystallization melting point is as follows. Those skilled in the art can deduce from the disclosure of a plurality of embodiments in the present specification and the structures and electronic states of cations and anions, and can easily confirm the melting point by measuring the melting point. Does not require undue trial and error.
〔本発明の製造方法の目的物であるイオン液体Q+Z-〕
本発明において製造方法を提供するイオン液体Q+Z-は、例えば、炭素、窒素、リン、硫黄原子などに1つあるいは複数のアルキル基が付加した構造をもつ多原子陽イオンQ+と任意の陰イオンZ-からなる塩であり、特に、下記の一般式(1)〜(7)で表されるテトラアルキルホスホニウム塩系イオン液体(一般式(1))、テトラアルキルアンモニウム塩系イオン液体(一般式(2))、ピロリジニウム塩系イオン液体(一般式(3))、ピペリジニウム塩系イオン液体(一般式(4))、イミダゾリウム塩系イオン液体(一般式(5))の他、トロピリウム塩系イオン液体(一般式(6))、ピリジニウム塩系イオン液体(一般式(7))などが好ましく例示される。
なお、下記の各一般式(1)〜(7)において、R1〜R7、X1〜X3は、それぞれ独立して水素又はアルキル基である。
[Ionic liquid Q + Z − which is an object of the production method of the present invention]
The ionic liquid Q + Z − that provides the production method in the present invention includes, for example, a polyatomic cation Q + having a structure in which one or more alkyl groups are added to carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur atoms, etc. A salt composed of an anion Z − , in particular, a tetraalkylphosphonium salt ionic liquid (general formula (1)) represented by the following general formulas (1) to (7), a tetraalkylammonium salt ionic liquid ( In addition to general formula (2)), pyrrolidinium salt ionic liquid (general formula (3)), piperidinium salt ionic liquid (general formula (4)), imidazolium salt ionic liquid (general formula (5)), tropylium Preferred examples include salt-based ionic liquid (general formula (6)), pyridinium salt-based ionic liquid (general formula (7)), and the like.
In the following general formulas (1) to (7), R 1 to R 7 and X 1 to X 3 are each independently hydrogen or an alkyl group.
これらの塩は融点が100℃以下の物質が多いが、融点を持たない(固体状態であって加熱すると分解する)ものも本発明の対象に含まれる。 Many of these salts have a melting point of 100 ° C. or less, but those having no melting point (in the solid state and decompose when heated) are also included in the object of the present invention.
〔製造工程〕
本発明にかかるイオン液体の製造方法及びイオン液体製造のための中間体の製造方法については、いくつかのルートが考えられる。工程図を図1に示す。
〔Manufacturing process〕
Several routes can be considered for the method for producing an ionic liquid and the method for producing an intermediate for producing the ionic liquid according to the present invention. A process diagram is shown in FIG.
図1に示す例は、イオン液体前駆体Q+X-からアニオン交換法により高融点中間体Q+Y-を得る工程(以下、「工程A」と称する)、高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製して高純度化された高融点中間体Q+Y-を得る工程(以下、「工程B」と称する)を含む。 An example shown in FIG. 1 is a step of obtaining a high melting point intermediate Q + Y − from an ionic liquid precursor Q + X − by an anion exchange method (hereinafter referred to as “step A”), a high melting point intermediate Q + Y −. Is purified by recrystallization to obtain a highly purified high melting intermediate Q + Y − (hereinafter referred to as “Step B”).
そして、精製後の高融点中間体Q+Y-からは、直接又は間接に目的物のイオン液体Q+Z-を得ることができる。 From the high-melting-point intermediate Q + Y − after purification, the target ionic liquid Q + Z − can be obtained directly or indirectly.
1つの考え得るルートは、精製後の高融点中間体Q+Y-からアニオン交換法によりイオン液体Q+Z-を直接得る(以下、「工程C1」と称する)というものである。
以下、工程A、工程B、工程C1を経るルートを「第1のルート」と称する。
One possible route is to obtain the ionic liquid Q + Z − directly from the purified high melting point intermediate Q + Y − by anion exchange (hereinafter referred to as “Step C1”).
Hereinafter, the route that passes through step A, step B, and step C1 is referred to as a “first route”.
また、別のルートとして、精製後の高融点中間体Q+Y-からアニオン交換法により強塩基型中間体Q+A-を得て(以下、「工程C2」と称する)、次に、強塩基型中間体Q+A-から中和法によりイオン液体Q+Z-を得る(以下、「工程D1」と称する)ことも考えられる。
以下、工程A、工程B、工程C2、工程D1を経るルートを「第2のルート」と称する。
Further, as another route, a strongly basic intermediate Q + A − is obtained from the purified high melting point intermediate Q + Y − by anion exchange (hereinafter referred to as “Step C2”). base form intermediate Q + a - ionic liquid by neutralization from Q + Z - obtaining (hereinafter, referred to as "step D1") is also contemplated that.
Hereinafter, the route that passes through step A, step B, step C2, and step D1 is referred to as a “second route”.
さらに別のルートとして、上記工程C2の後、強塩基型中間体Q+A-から中和法により超親水型中間体Q+B-を得て(以下、「工程D2」と称する)、この超親水型中間体Q+B-からアニオン交換法によりイオン液体Q+Z-を得る(以下、「工程E」と称する)ことも考えられる
以下、工程A、工程B、工程C2、工程D2、工程Eを経るルートを「第3のルート」と称する。
As yet another route, after step C2, superhydrophilic intermediate Q + B − is obtained from strong base intermediate Q + A − by neutralization (hereinafter referred to as “step D2”). superhydrophilic type intermediate Q + B - ionic liquid Q + Z by anion exchange method from - obtaining (hereinafter, referred to as "step E") below is also conceivable, step a, step B, step C2, step D2, The route that passes through the process E is referred to as a “third route”.
さらに別のルートとして、精製後の高融点中間体Q+Y-からアニオン交換法により超親水型中間体Q+B-を得て(以下、「工程C3」と称する)、次に、第3のルートの工程Eと同様に、超親水型中間体Q+B-からアニオン交換法によりイオン液体Q+Z-を得ることも考えられる
以下、工程A、工程B、工程C3、工程Eを経るルートを「第4のルート」と称する。
As yet another route, a superhydrophilic intermediate Q + B − is obtained from the purified high melting point intermediate Q + Y − by anion exchange (hereinafter referred to as “Step C3”). It is also conceivable to obtain ionic liquid Q + Z − from the superhydrophilic intermediate Q + B − by an anion exchange method in the same manner as in step E of the route of step A, step B, step C3 and step E. The route is referred to as a “fourth route”.
以下、上記各工程について詳述する。 Hereafter, each said process is explained in full detail.
<工程A:第1〜4のルートに共通>
工程Aでは、イオン液体前駆体Q+X-からアニオン交換法により高融点中間体Q+Y-を得る。
図1に示す例では、まず、カチオンQ+とアニオンX-からなるイオン液体前駆体Q+X-を有機合成してから、このイオン液体前駆体Q+X-から高融点中間体Q+Y-を得ることとしている。もっとも、イオン液体前駆体Q+X-は、合成によらず、既に存在するものを入手しても構わない。また、適切な溶媒から再結晶したものでもよい。
イオン液体前駆体Q+X-は、上述のとおり、製造しようとするイオン液体Q+Z-とカチオンを同じくする任意の塩である。
<Process A: Common to the first to fourth routes>
In step A, a high melting point intermediate Q + Y − is obtained from the ionic liquid precursor Q + X − by an anion exchange method.
In the example shown in FIG. 1, first, cation Q + and the anion X - ionic liquid precursor consisting Q + X - and from the organic synthesis, the ionic liquid precursor Q + X - a refractory Intermediate Q + Y -Trying to get. However, the ionic liquid precursor Q + X − may be already present without depending on the synthesis. Further, it may be recrystallized from an appropriate solvent.
The ionic liquid precursor Q + X − is an arbitrary salt having the same cation as the ionic liquid Q + Z − to be produced as described above.
従来技術においても、まずは、所望のカチオンを有するイオン液体前駆体を有機合成することが一般的であった(ただし、従来は、イオン液体前駆体からアニオン交換法により目的のイオン液体を合成していたため、低純度であった)。
本発明においてイオン液体前駆体Q+X-を有機合成する場合にも、従来技術と同様の合成方法を利用することができ、例えば、有機分子と任意のアルキル化剤(ハロゲン化アルキル、炭酸アルキル、硫酸アルキルなど)との反応によって行うことができる。
このほか、目的とするカチオンQ+を有するイオン液体がすでに存在して、これをリサイクルあるいは精製したい場合も、これをイオン液体前駆体Q+X-として本発明に適用することができる。
Also in the prior art, first, it was common to organically synthesize an ionic liquid precursor having a desired cation (however, conventionally, the target ionic liquid was synthesized from the ionic liquid precursor by an anion exchange method. Therefore, the purity was low).
In the present invention, when organically synthesizing the ionic liquid precursor Q + X − , the same synthesis method as in the prior art can be used. For example, an organic molecule and any alkylating agent (alkyl halide, alkyl carbonate) can be used. , Alkyl sulfate, etc.).
In addition, when an ionic liquid having the target cation Q + already exists and it is desired to recycle or purify it, this can be applied to the present invention as the ionic liquid precursor Q + X − .
X-としては、具体的には、例えば、ハロゲン化物イオン、アルキル炭酸イオン、アルキル硫酸イオン、硫酸水素イオン、炭酸水素イオン、硫酸イオン、炭酸イオンなどが挙げられる。 Specific examples of X − include halide ions, alkyl carbonate ions, alkyl sulfate ions, hydrogen sulfate ions, hydrogen carbonate ions, sulfate ions, carbonate ions, and the like.
前記イオン液体前駆体Q+X-からアニオン交換法により高融点中間体Q+Y-を得ることができる。 A high melting point intermediate Q + Y − can be obtained from the ionic liquid precursor Q + X − by anion exchange.
高融点中間体Q+Y-は、Q+とY-の組み合わせにより融点が高く、再結晶によって精製できる。
アニオンY-としては、疎水性が高いアニオンであるほうが有利である。これは複分解抽出法でX-からY-への変換が容易に行えるからである。
上記のような観点も考慮すると、高融点中間体Q+Y-としては、アニオンY-がホウ素またはホウ素より重い1個または複数の原子に相異なってもよい4つ以上のハロゲン(フッ素、臭素、ヨウ素)原子、酸素原子、アルキル基又はフェニル基が結合した構造を有するアニオンが好ましい。
そのようなアニオンY-としては、例えば、BF4 -、PF6 -,PF3(CF2CF3)3 -,BPh4 -,(CH3CH2CH2CH2)4B-,ClO4 -,SiF6 2-などが挙げられ、特に、BF4 -、PF6 -,BPh4 -が好ましい。
The high melting point intermediate Q + Y − has a high melting point due to the combination of Q + and Y − and can be purified by recrystallization.
As the anion Y − , an anion having high hydrophobicity is more advantageous. This is because the conversion from X − to Y − can be easily performed by the double decomposition extraction method.
In view of the above viewpoints, the high melting point intermediate Q + Y − includes, as the anion Y −, four or more halogens (fluorine, bromine) in which the anion Y − may be different from boron or one or more atoms heavier than boron. , Iodine), an anion having an oxygen atom, an alkyl group or a phenyl group is preferred.
Examples of such anions Y − include BF 4 − , PF 6 − , PF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 − , BPh 4 − , (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 4 B − and ClO 4. -, such as SiF 6 2-and the like, in particular, BF 4 -, PF 6 - , BPh 4 - are preferred.
前記アニオン交換法としては、例えば、複分解抽出法を好適に挙げることができる。
複分解抽出法は、下式(8)で表すことができる。得ようとする高融点中間体Q+Y-とアニオンを同じくする高融点中間体原料塩M+Y-を、イオン液体前駆体Q+X-および溶媒と接触させ、混合物を撹拌あるいは振盪して、その後に静置することにより、高融点中間体Q+Y-を副生物とは異なる相へ抽出させるものである。なお、このとき用いる塩M+Y-は、後の工程(工程C1または工程C2)で副生する塩を利用してもよい。
As the anion exchange method, for example, a metathesis extraction method can be preferably exemplified.
The double decomposition extraction method can be expressed by the following formula (8). Refractory Intermediate Q + Y to be obtained - and similarly high-melting intermediate raw salt M + Y anions - the ionic liquid precursor Q + X - is contacted with and solvent, and the mixture stirred or shaken to Then, by leaving still, the high-melting-point intermediate Q + Y − is extracted into a phase different from the by-product. The salt M + Y − used at this time may be a salt produced as a by-product in the subsequent step (step C1 or step C2).
ここで、M+は任意の金属イオンである。なお、Q+、X-、Y-については上述のとおりである。 Here, M + is an arbitrary metal ion. Q + , X − and Y − are as described above.
具体的な操作としては、<1>イオン液体前駆体Q+X-、<2>水、<3>有機溶媒および<4>高融点中間体原料塩M+Y-を混合して撹拌または振盪する。これらの混合の順番は、特に限定されない。 Specifically, <1> ionic liquid precursor Q + X − , <2> water, <3> organic solvent and <4> high melting point intermediate raw material salt M + Y − are mixed and stirred or shaken. To do. The order of mixing is not particularly limited.
<3>有機溶媒は炭素数4以上のアルコールが好適である。ただし、高融点中間体Q+Y-を溶解することができ、かつその状態で水と相分離するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ジクロロメタン、トルエンなどでもよい。
なお、高融点中間体Q+Y-の融点が室温以下でかつ水と相分離する場合は、<3>有機溶媒は必須ではない。
<3> The organic solvent is preferably an alcohol having 4 or more carbon atoms. However, there is no particular limitation as long as the high melting point intermediate Q + Y − can be dissolved and phase-separated from water in that state. For example, dichloromethane, toluene or the like may be used.
In the case where the melting point of the high melting point intermediate Q + Y − is not more than room temperature and phase separation with water is performed, <3> an organic solvent is not essential.
<2>水は、<1>イオン液体前駆体Q+X-に対して、重量基準で2倍量程度用いることが好ましい。
また、<4>高融点中間体原料塩M+Y-は、<1>イオン液体前駆体Q+X-に対して、物質量(モル数)で1.1〜2.0当量程度の範囲で用いることが好ましい。少なすぎる(特に1当量を下回る)と目的物の純度が低下する恐れがある。
<2> Water is preferably used in an amount of about twice that of <1> ionic liquid precursor Q + X − on a weight basis.
In addition, <4> high-melting-point intermediate raw material salt M + Y − is in a range of about 1.1 to 2.0 equivalents in terms of the amount (mole number) of <1> ionic liquid precursor Q + X − . It is preferable to use in. If the amount is too small (particularly less than 1 equivalent), the purity of the target product may be lowered.
上記混合物を静置すると、副生物M+X-を含む水層と高融点中間体Q+Y-を含む有機層の二層に分かれる。そこで、有機層を分取し、必要に応じて溶媒を留去することにより、高融点中間体Q+Y-を得ることができる。 Upon standing the mixture, by-products M + X - separated into two layers of an organic layer containing the - aqueous layer and the refractory intermediates including Q + Y. Therefore, the high-melting intermediate Q + Y − can be obtained by separating the organic layer and distilling off the solvent as necessary.
本発明において、高融点中間体Q+Y-は、再結晶可能な融点を有するものであり、再結晶の条件にもよるが、実用性なども考慮すると、例えば、融点が−30℃以上であることが好ましく、25℃以上であることがより好ましい。 In the present invention, the high melting point intermediate Q + Y − has a recrystallization melting point and depends on the recrystallization conditions, but considering practicality and the like, for example, the melting point is −30 ° C. or higher. It is preferable that the temperature is 25 ° C. or higher.
<工程B:第1〜4のルートに共通>
工程Bでは、高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製して高純度化された高融点中間体Q+Y-を得る。
<Process B: Common to the first to fourth routes>
In Step B, the high melting point intermediate Q + Y − is purified by recrystallization to obtain a highly purified high melting point intermediate Q + Y − .
具体的には、例えば、工程Aで得た高融点中間体Q+Y-を室温〜50℃の温度でアルコールなどの溶媒に溶解し、その後、適切な温度まで冷却することで精製された高融点中間体Q+Y-の結晶を得ることができる。 Specifically, for example, the high melting point intermediate Q + Y − obtained in step A is dissolved in a solvent such as alcohol at a temperature of room temperature to 50 ° C., and then cooled to an appropriate temperature. Crystals of the melting point intermediate Q + Y − can be obtained.
ここで、溶媒としてアルコールを使用する場合、その種類としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール(異性体を含む)などが好適である。
炭素数が多いほど溶解力が低くなるが、溶解力が低い方が冷却温度をあまり低くしなくてもよい。従って、プロパノールが好適であるケースが多い。
ただし、高融点中間体Q+Y-がプロパノールに不溶な場合もあり、その場合はエタノールを選択し、エタノールにも不溶な場合はメタノールを選択するというような選定方法が考えられる。また、どのアルコールでも再結晶が等しく高収率で行える場合は、コストの観点から最も安価であるメタノールを選択することも考えられる。
Here, when alcohol is used as a solvent, for example, methanol, ethanol, propanol (including isomers) and the like are preferable.
As the number of carbon atoms increases, the dissolving power decreases. However, the lower the dissolving power, the lower the cooling temperature may not be. Therefore, propanol is often preferred.
However, the high melting point intermediate Q + Y − may be insoluble in propanol, in which case ethanol is selected, and in the case of insolubility in ethanol, methanol is selected. In addition, if recrystallization can be performed with high yield in any alcohol, it is conceivable to select the cheapest methanol from the viewpoint of cost.
冷却温度については、高融点中間体Q+Y-の溶解度を考慮して決めるとよい。一般に温度が低いほど溶解度は低下するので、再結晶の収率は高くなる。高融点中間体Q+Y-の溶解度が1重量%前後にまで低下する温度を選択するのが好適である。これが何℃になるかは高融点中間体の種類と溶媒の組み合わせにより異なるので、実際に溶解度を測定して決定するとよい。
再結晶の操作を複数回繰り返すと、より純度を高めることができる。
The cooling temperature may be determined in consideration of the solubility of the high melting point intermediate Q + Y − . In general, the lower the temperature, the lower the solubility and the higher the recrystallization yield. It is preferable to select a temperature at which the solubility of the high melting point intermediate Q + Y − decreases to around 1% by weight. The number of degrees C. depends on the combination of the high-melting-point intermediate and the solvent, and therefore it may be determined by actually measuring the solubility.
Purity can be further increased by repeating the recrystallization operation a plurality of times.
<工程C1:第1のルート>
工程C1は、第1のルートにおいて、工程Bに続く工程であり、目的物たるイオン液体Q+Z-を得ることができる。
工程C1では、上記精製後の高融点中間体Q+Y-からアニオン交換法により目的物たるイオン液体Q+Z-を得る。
<Step C1: First route>
The step C1 is a step following the step B in the first route, and an ionic liquid Q + Z − as an object can be obtained.
In Step C1, the target ionic liquid Q + Z − is obtained from the purified high melting point intermediate Q + Y − by an anion exchange method.
前記アニオン交換法としては、例えば、複分解沈殿法を好適に挙げることができる。
複分解沈殿法は、下式(9)で表すことができ、<2>アニオン源N+Z-と、<1>高融点中間体Q+Y-を溶媒中で反応させる。
As said anion exchange method, the metathesis precipitation method can be mentioned suitably, for example.
The metathesis precipitation method can be represented by the following formula (9), in which <2> anion source N + Z − is reacted with <1> high melting point intermediate Q + Y − in a solvent.
ここで、<2>アニオン源N+Z-は、製造しようとするイオン液体Q+Z-とアニオンを同じくする任意の化合物である。ただし、アニオン源N+Z-は、高融点中間体Q+Y-を溶解する溶媒と同様の溶媒に可溶であるものを用いる。N+は、例えば、カリウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのイオンや、アンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオンなどが好ましく挙げられる。なお、Q+、Y-、Z-については上述のとおりである。
溶媒は、水やアルコールを主要成分として含むことが好ましく、特にアルコールが好ましく採用できる。
Here, <2> anion source N + Z − is an arbitrary compound having the same anion as the ionic liquid Q + Z − to be produced. However, the anion source N + Z − is soluble in a solvent similar to the solvent for dissolving the high melting point intermediate Q + Y − . Preferred examples of N + include ions such as potassium, rubidium, cesium, calcium, strontium, and barium, ammonium ions, and tetramethylammonium ions. Q + , Y − and Z − are as described above.
The solvent preferably contains water or alcohol as a main component, and alcohol can be particularly preferably used.
N+や溶媒の選定に関しては、例えば、以下のような観点を考慮することができる。
すなわち、まず、上式(9)から分かるように、上記複分解沈殿法においては、N+Y-の溶解度が低いほどアニオン交換の交換率が高くなる。従って、より高純度なイオン液体Q+Z-を得るには、N+Y-の溶解度ができるだけ低くなるようなN+を選択することが望ましいと言える。
参考のため、複分解沈殿法における沈殿塩N+Y-の各溶媒中、20℃における溶解度(10-3mol/L)を下表1(Y-=BF4 -)及び下表2(Y-=PF6 -)に示す。
Regarding the selection of N + and the solvent, for example, the following viewpoints can be considered.
That is, as can be seen from the above formula (9), in the metathesis precipitation method, the lower the solubility of N + Y − , the higher the exchange rate of anion exchange. Therefore, it can be said that it is desirable to select N + so that the solubility of N + Y − is as low as possible in order to obtain a higher purity ionic liquid Q + Z − .
For reference, the solubility (10 −3 mol / L) at 20 ° C. in each solvent of the precipitated salt N + Y − in the metathesis precipitation method is shown in Table 1 (Y − = BF 4 − ) and Table 2 (Y − = PF 6 − ).
上記表1及び表2から読み取れるように、N+Y-の溶解度は水よりアルコールの方が低く、アルコールでも炭素数が大きいほど低くなる。このことは、溶媒選定の1つの指針になり得る。
ただし、N+と溶媒の選択においてはN+Y-の溶解度の他に、<2>アニオン源N+Z-がその溶媒に可溶性であるかどうかもあわせて考慮する必要がある。
As can be seen from Tables 1 and 2, the solubility of N + Y − is lower in alcohol than in water, and even in alcohol, the solubility decreases. This can be a guide for solvent selection.
However, in selecting N + and a solvent, it is necessary to consider whether the <2> anion source N + Z − is soluble in the solvent in addition to the solubility of N + Y − .
次に、具体的な操作としては、例えば、<1>高融点中間体Q+Y-と<2>アニオン源N+Z-をそれぞれアルコールに溶解し、室温程度で両者を混合する。 Next, as a specific operation, for example, <1> high-melting-point intermediate Q + Y − and <2> anion source N + Z − are respectively dissolved in alcohol and mixed at about room temperature.
<2>アニオン源N+Z-は、<1>高融点中間体Q+Y-に対して物質量(モル数)で1.2当量前後用いることが好ましい。少なすぎる(特に1当量を下回る)と目的物の純度が著しく低下する恐れがある。多すぎると<2>アニオン源N+Z-が目的物に混入する恐れがある。 <2> The anion source N + Z − is preferably used in an amount of about 1.2 equivalents in terms of the amount (mole number) relative to the <1> high melting point intermediate Q + Y − . If the amount is too small (particularly less than 1 equivalent), the purity of the target product may be significantly reduced. If the amount is too large, the <2> anion source N + Z − may be mixed into the target product.
溶媒としてアルコールを用いる場合、炭素数1〜3のアルコールが好ましく、2−プロパノール、1−プロパノール、エタノールが特に好ましい。粘度を下げる目的でヘキサンなど他の溶媒を適宜加えてもよい。メタノールや水を用いると上式(9)におけるN+Y-の沈殿が不完全となり目的物の純度がやや低くなるおそれがあり、他方、プロパノールより長鎖のアルコールを用いると<2>アニオン源N+Z-が十分に溶解せずに目的物の純度が低くなる恐れがある(上記表1及び表2も参照。)。 When using alcohol as a solvent, C1-C3 alcohol is preferable and 2-propanol, 1-propanol, and ethanol are especially preferable. Other solvents such as hexane may be added as appropriate for the purpose of lowering the viscosity. If methanol or water is used, precipitation of N + Y − in the above formula (9) may be incomplete, and the purity of the target product may be slightly lowered. On the other hand, if a longer-chain alcohol is used than propanol, <2> anion source N + Z − may not be sufficiently dissolved and the purity of the target product may be lowered (see also Table 1 and Table 2 above).
次に、<1>高融点中間体Q+Y-と<2>アニオン源N+Z-の混合時に生じる沈殿N+Y-をろ別し、ろ液を−20℃〜−85℃に冷却して再度ろ過を行うことが好ましい。冷却しないとろ液に高融点中間体Q+Y-のアニオンY-(BF4 -など)が残留するおそれがある。冷却温度が低すぎると溶液が凝固してしまいろ過できなくなる恐れがある。
得られたろ液から溶媒を留去すると、<2>アニオン源N+Z-の過剰分(1当量を超えた部分)が目的のイオン液体Q+Z-中に析出してくる。このN+Z-の過剰分は、例えば、以下のいずれかの方法によって取り除くことができる。
イオン液体Q+Z-が非水溶性の場合、N+Z-の過剰分を含む粗製のイオン液体Q+Z-を水とともに振盪し、その後静置すると二層に分かれる。N+Z-の過剰分は水層に抽出されるので、これを除去する。なお、目的のイオン液体Q+Z-の融点が室温より高い場合は、前記抽出操作に先立って粗製のイオン液体Q+Z-を、N+Z-を溶かさない有機溶媒(たとえばジクロロメタン)に溶解しておく必要がある。
また、イオン液体Q+Z-が水溶性の場合、N+Z-を溶かさない溶媒(たとえばジクロロメタン)で粗製のイオン液体Q+Z-を希釈した後、溶け残ったN+Z-の微結晶をろ過して取り除くことができる。
Next, <1> refractory Intermediate Q + Y - and <2> an anion source N + Z - precipitated N + Y generated during mixing - was filtered off, cool the filtrate to -20 ℃ ~-85 ℃ It is preferable to perform filtration again. If not cooled, an anion Y − (such as BF 4 − ) of the high melting point intermediate Q + Y − may remain in the filtrate. If the cooling temperature is too low, the solution may solidify and may not be filtered.
When the solvent is distilled off from the obtained filtrate, an excess of <2> anion source N + Z − (part exceeding 1 equivalent) precipitates in the target ionic liquid Q + Z − . This excess of N + Z − can be removed, for example, by any of the following methods.
When the ionic liquid Q + Z − is insoluble in water, the crude ionic liquid Q + Z − containing an excess of N + Z − is shaken with water, and then left to stand to separate into two layers. The excess of N + Z − is extracted into the aqueous layer and is removed. The object of the ionic liquid Q + Z - if the melting point higher than room temperature, the extraction prior to the operation of the crude ionic liquid Q + Z - a, N + Z - dissolved in does not dissolve the organic solvent (such as dichloromethane) It is necessary to keep it.
Further, when the ionic liquid Q + Z − is water-soluble, the crude ionic liquid Q + Z − is diluted with a solvent that does not dissolve N + Z − (for example, dichloromethane), and then the undissolved N + Z − microcrystals Can be removed by filtration.
<工程C2:第2,第3のルートに共通>
工程C2は、第2及び第3のルートにおいて、工程Bに続く工程である。
工程C2では、工程B後における精製後の高融点中間体Q+Y-からアニオン交換法により強塩基型中間体Q+A-を得る。
この工程C2は、基本的に工程C1と同様の操作により行うことができ、工程C1で述べたアニオン源N+Z-に代えて、金属水酸化物、金属アルコキシド、金属メチド、金属アミド、金属アルキルなどの強塩基型中間体原料N+A-を用いればよい(下式(10)参照)。
<Process C2: common to the second and third routes>
Process C2 is a process following process B in the second and third routes.
In Step C2, a strongly basic intermediate Q + A − is obtained from the purified high melting point intermediate Q + Y − after Step B by an anion exchange method.
This step C2 can be basically performed by the same operation as the step C1, and instead of the anion source N + Z − described in the step C1, a metal hydroxide, a metal alkoxide, a metal methide, a metal amide, a metal A strong base intermediate material N + A − such as alkyl may be used (see the following formula (10)).
強塩基型中間体Q+A-は、そのアニオンA-が強塩基性であり、中和反応によって容易に他のアニオンZ-に交換できる。
A-の好適な例としては、水酸化物イオンOH-、メトキシドイオンCH3O-、エトキシドイオンCH3CH2O-、t−ブトキシドイオン(CH3)3CO-などが挙げられる。
In the strong base type intermediate Q + A − , the anion A − is strongly basic and can be easily exchanged for another anion Z − by a neutralization reaction.
Preferable examples of A − include hydroxide ion OH − , methoxide ion CH 3 O − , ethoxide ion CH 3 CH 2 O − , t-butoxide ion (CH 3 ) 3 CO − and the like.
具体的な操作としては、例えば、<1>高融点中間体Q+Y-と<2>強塩基型中間体原料N+A-をそれぞれアルコールに溶解し、室温程度で両者を混合する。アルコールの選択については、工程C1と同様である。
混合時に副生物として生じる沈殿をろ別した後、例えば、0.5倍量前後のヘキサンなどを加えてろ液を強く冷却し、再度ろ過を行うことが好ましい。強塩基型中間体Q+A-は不安定であり単離できないので、ろ液の濃縮は行わない方が好ましい。
As a specific operation, for example, <1> high melting point intermediate Q + Y − and <2> strong base type intermediate raw material N + A − are respectively dissolved in alcohol and mixed at about room temperature. About selection of alcohol, it is the same as that of process C1.
It is preferable to filter the precipitate produced as a by-product during mixing, then, for example, add about 0.5 times the amount of hexane or the like to cool the filtrate strongly, and perform filtration again. Since the strong base intermediate Q + A − is unstable and cannot be isolated, it is preferable not to concentrate the filtrate.
<工程C3:第4のルート>
工程C3は、第4のルートにおいて、工程Bに続く工程である。
工程C3では、工程B後における精製後の高融点中間体Q+Y-からアニオン交換法により超親水型中間体Q+B-を得る。
この工程C3は、基本的に工程C1と同様の操作により行うことができ、工程C1で述べたアニオン源N+Z-に代えて、アニオン(B-)が硫酸、リン酸、水酸基を2つ以上有するカルボン酸などの共役塩基である超親水型中間体原料N+B-を用いればよい(下式(11)参照)。
<Process C3: Fourth route>
Process C3 is a process following process B in the fourth route.
In Step C3, a superhydrophilic intermediate Q + B − is obtained from the purified high melting point intermediate Q + Y − after Step B by an anion exchange method.
This step C3 can be performed basically by the same operation as in step C1, and instead of the anion source N + Z − described in step C1, the anion (B − ) contains two sulfuric acid, phosphoric acid and two hydroxyl groups. The superhydrophilic intermediate raw material N + B − which is a conjugated base such as carboxylic acid may be used (see the following formula (11)).
超親水型中間体Q+B-は、そのアニオンB-が多価陰イオンであるか、又は一価であっても二つ以上の水酸基を有していて、そのため親水性が極めて高く、油水抽出をした際に水層に移行しやすい性質をもつ。
超親水型中間体Q+B-のアニオンB-は、複分解抽出法によって、容易に他のアニオンZ-に交換できる(複分解抽出法では親水性の高いイオンを低いイオンに交換できるがその逆はできない)。
B-の好適な例としては、硫酸イオンSO4 2-、リン酸イオンPO4 3-、クエン酸イオン ―OOC−CH2−C(OH)(COO-)−CH2COO-、酒石酸イオン ―OOC−CH(OH)−CH(OH)(COO-)、グリコール酸イオンCH2(OH)COO-、乳酸イオンCH3CH(OH)COO-などが挙げられる。
The super-hydrophilic intermediate Q + B − has an anion B − which is a polyvalent anion or has two or more hydroxyl groups even if it is monovalent. It has the property of easily moving to the water layer when extracted.
The anion B − of the superhydrophilic intermediate Q + B − can be easily exchanged with another anion Z − by the metathesis extraction method (in the metathesis extraction method, a highly hydrophilic ion can be exchanged for a low ion, but the reverse is true. Can not).
Preferable examples of B − include sulfate ion SO 4 2− , phosphate ion PO 4 3− , citrate ion —OOC—CH 2 —C (OH) (COO − ) —CH 2 COO − , tartrate ion — OOC-CH (OH) -CH ( OH) (COO -), glycolic acid ion CH 2 (OH) COO -, lactate CH 3 CH (OH) COO -, and the like.
具体的な操作としては、例えば、<1>高融点中間体Q+Y-と<2>超親水型中間体原料N+B-をそれぞれアルコールに溶解し、室温程度で両者を混合する。アルコールの選択については、工程C1と同様である。また、混合時に副生物として生じる沈殿の除去についても工程C1と同様である。 As a specific operation, for example, <1> high melting point intermediate Q + Y − and <2> superhydrophilic intermediate raw material N + B − are respectively dissolved in alcohol and mixed at about room temperature. About selection of alcohol, it is the same as that of process C1. Moreover, the removal of the precipitate generated as a by-product during mixing is the same as in step C1.
<工程D1:第2のルート>
工程D1は、第2のルートにおいて、工程C2に続く工程であり、目的物たるイオン液体Q+Z-を得ることができる。
工程D1は、工程C2で得た強塩基型中間体Q+A-を、目的アニオンの共役酸HZで中和する工程である。
単なる中和反応であり、従来一般の手法によればよい。
<Step D1: Second route>
The process D1 is a process following the process C2 in the second route, and an ionic liquid Q + Z − as a target product can be obtained.
Step D1 is a step of neutralizing the strongly basic intermediate Q + A − obtained in Step C2 with a conjugate acid HZ of the target anion.
This is just a neutralization reaction, and a conventional general method may be used.
中和の操作が終わったあと、溶媒を留去することで目的のイオン液体を得ることができる。
ただし、本工程D1においては、工程C2における<2>強塩基型中間体原料N+A-(上式(10)参照)の過剰分(1当量を超えた部分)が、酸HZ(目的アニオンの共役酸)に中和されることで、N+Z-が生成する。そして、このN+Z-が、目的のイオン液体Q+Z-に混ざって微結晶として析出してくる。これを取り除くためには、工程C1において説明したのと同様に、例えば、以下のいずれかの方法によって取り除くことができる。
イオン液体Q+Z-が非水溶性の場合、N+Z-の過剰分を含む粗製のイオン液体Q+Z-を水とともに振盪し、その後静置すると二層に分かれる。N+Z-の過剰分は水層に抽出されるので、これを除去する。なお、目的のイオン液体Q+Z-の融点が室温より高い場合は、前記抽出操作に先立って粗製のイオン液体Q+Z-を、N+Z-を溶かさない有機溶媒(たとえばジクロロメタン)に溶解しておく必要がある。
また、イオン液体Q+Z-が水溶性の場合、N+Z-を溶かさない溶媒(たとえばジクロロメタン)で粗製のイオン液体Q+Z-を希釈した後、溶け残ったN+Z-の微結晶をろ過して取り除くことができる。
After the neutralization operation is completed, the target ionic liquid can be obtained by distilling off the solvent.
However, in this step D1, the excess (part exceeding 1 equivalent) of <2> strong base type intermediate raw material N + A − (see the above formula (10)) in step C2 is acid HZ (target anion). N + Z − is generated by neutralization with a conjugated acid. The N + Z − is mixed with the target ionic liquid Q + Z − and precipitated as a microcrystal. In order to remove this, it can be removed by any of the following methods, for example, as described in the step C1.
When the ionic liquid Q + Z − is insoluble in water, the crude ionic liquid Q + Z − containing an excess of N + Z − is shaken with water, and then left to stand to separate into two layers. The excess of N + Z − is extracted into the aqueous layer and is removed. The object of the ionic liquid Q + Z - if the melting point higher than room temperature, the extraction prior to the operation of the crude ionic liquid Q + Z - a, N + Z - dissolved in does not dissolve the organic solvent (such as dichloromethane) It is necessary to keep it.
Further, when the ionic liquid Q + Z − is water-soluble, the crude ionic liquid Q + Z − is diluted with a solvent that does not dissolve N + Z − (for example, dichloromethane), and then the undissolved N + Z − microcrystals Can be removed by filtration.
<工程D2:第3のルート>
工程D2は、第3のルートにおいて、工程C2に続く工程である。
工程D2は、基本的に工程D1と同様の操作により行うことができ、工程D1で述べた中和で用いる酸として、硫酸、リン酸、水酸基を2つ以上有するカルボン酸などを用いればよい。
<Process D2: Third route>
Step D2 is a step following step C2 in the third route.
The process D2 can be basically performed by the same operation as the process D1, and as the acid used in the neutralization described in the process D1, sulfuric acid, phosphoric acid, a carboxylic acid having two or more hydroxyl groups, or the like may be used.
<工程E:第3及び第4のルートに共通>
工程Eは、第3のルートにおいては工程D2に続く工程であり、また、第4のルートにおいては工程C3に続く工程であって、目的物たるイオン液体Q+Z-を得ることができる。
工程Eでは、工程D2又は工程C3後における超親水型中間体Q+B-からアニオン交換法によりイオン液体Q+Z-を得る工程であり、基本的に工程Aと同様の操作により行うことができる。
すなわち、工程Aで述べたような複分解抽出法が好適であり、工程Aで述べた<1>イオン液体前駆体に代えて超親水型中間体Q+B-を用い、工程Aで述べた<4>高融点中間体原料塩M+Y-に代えて塩M+Z-(M+は任意の金属イオン)を用いればよい(下式(12)も参照)。
<Process E: common to the third and fourth routes>
The process E is a process following the process D2 in the third route, and is a process following the process C3 in the fourth route, and the ionic liquid Q + Z − as the target product can be obtained.
Step E is a step of obtaining ionic liquid Q + Z − from the superhydrophilic intermediate Q + B − after step D2 or step C3 by an anion exchange method, and basically performed by the same operation as in step A. it can.
That is, the metathesis extraction method described in the step A is suitable, and the superhydrophilic intermediate Q + B − is used in place of the <1> ionic liquid precursor described in the step A, and the step described in the step A <4> A salt M + Z − (M + is an arbitrary metal ion) may be used in place of the high melting point intermediate raw material salt M + Y − (see also the following formula (12)).
溶媒としては、水を用いればよく、目的物たるイオン液体Q+Z-を副生物とは異なる相へ抽出させ、その後、イオン液体Q+Z-から溶媒を取り除くことにより、イオン液体Q+Z-を得ることができる。 Water may be used as the solvent, and the target ionic liquid Q + Z − is extracted into a phase different from the by-product, and then the ionic liquid Q + Z − is removed by removing the solvent from the ionic liquid Q + Z −. - it is possible to obtain.
以下、実施例を用いて、本発明にかかるイオン液体の製造方法及びイオン液体製造のための中間体の製造方法について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although the manufacturing method of the ionic liquid concerning this invention and the manufacturing method of the intermediate body for ionic liquid manufacture concerning an invention are demonstrated using an Example, this invention is not limited to these Examples.
〔実施例1:第1のルートの実施例〕
<工程A>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(1)で表され、R1=R2=R3=R4=n−オクチル基であるホスホニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[P8888]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、トリオクチルホスフィンとブロモオクタンを無溶媒、108℃で直接反応させ、[P8888][Br]を合成した。
次に、得られた[P8888][Br]を複分解抽出法により[P8888][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[P8888][Br]の1−ペンタノール溶液と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[P8888][Br]に対して、1.2当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取することにより、少量の1−ペンタノールを含有する[P8888][BF4]を得た。
[Example 1: Example of first route]
<Process A>
As the high melting point intermediate Q + Y − , a phosphonium salt ionic liquid represented by the above general formula (1) and having R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = n-octyl group was synthesized (hereinafter referred to as “high melting point intermediate Q + Y −” ). Cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [P 8888 ]).
That is, first, based on a known method, trioctylphosphine and bromooctane were directly reacted at 108 ° C. without solvent to synthesize [P 8888 ] [Br].
Next, the obtained [P 8888 ] [Br] was subjected to anion exchange to [P 8888 ] [BF 4 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), a 1-pentanol solution of [P 8888 ] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 1.2 equivalents with respect to [P 8888 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. By separating the organic layer, [P 8888 ] [BF 4 ] containing a small amount of 1-pentanol was obtained.
<工程B>
上記により得られた[P8888][BF4]を下記の条件で6回再結晶した。
溶媒:メタノール
仕込み濃度:20重量%
冷却温度:−18℃
冷却温度における飽和溶液濃度:1.5重量%
固相(回収時)の溶媒吸着量:15重量%
収率(1回あたり):94.2%
再結晶後に、得られた高融点中間体を真空乾燥した。この精製された高融点中間体[P8888][BF4]の1H−NMRと13C−NMRスペクトルを図2に示す。1H−NMRおよび13C−NMRスペクトルにおいて不純物は検出限界(0.05%)未満であった。また、前駆体のBr-の残留をMohr法により分析したが、検出限界(0.03%)未満であった。
したがって、精製された高融点中間体[P8888][BF4]の純度は99.9%以上であることが確認できた。融点を測定したところ86℃であった。
<Process B>
[P 8888 ] [BF 4 ] obtained above was recrystallized 6 times under the following conditions.
Solvent: Methanol Charge concentration: 20% by weight
Cooling temperature: -18 ° C
Saturated solution concentration at cooling temperature: 1.5% by weight
Solvent adsorption amount of solid phase (at the time of recovery): 15% by weight
Yield (per time): 94.2%
After recrystallization, the obtained high-melting-point intermediate was vacuum-dried. FIG. 2 shows the 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra of the purified high-melting-point intermediate [P 8888 ] [BF 4 ]. Impurities were less than the detection limit (0.05%) in 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra. Further, the residual Br − of the precursor was analyzed by the Mohr method, but it was less than the detection limit (0.03%).
Therefore, it was confirmed that the purity of the purified high melting point intermediate [P 8888 ] [BF 4 ] was 99.9% or more. The melting point was measured and found to be 86 ° C.
<工程C1>
上記により精製した[P8888][BF4]27g(47mmol)を2−プロパノール250mLに室温で溶解した。9.3gのギ酸セシウム(52mmol)を2−プロパノール55mLに室温で溶解した。
室温で両者を混合したところ、沈殿を生じたので、吸引ろ過した。
ろ液の成分をNMR分析し、Cs+の濃度がBF4 -の濃度を2倍以上上回っていることを確認した後、このろ液を冷凍庫で−40℃に冷却し、十分冷えたところで新たに生じた沈殿を除くため2回自然ろ過した。エバポレータで2−プロパノールを留去した。
高粘性液体が得られ、これが目的物であるが、微結晶(ギ酸セシウムの過剰分)の析出が見られた。そこで、この高粘性液体に約100gの水を加えてよく撹拌した。静置すると目的のイオン液体[P8888][HCOO]とギ酸セシウム水溶液に分離したので、後者を取り除いた。このときイオン液体は含水していた(モル比で5.9の水分を含んでいた)が、イオン液体は含水状態の方が保存性に優れる。水を完全に除去するとギ酸イオンの還元的な性質のために容易に空気酸化され純度が低下してしまう。この含水した状態で目的物たるイオン液体が22.6g(36mmol、収率76%)得られた。
得られたイオン液体[P8888][HCOO]の13C−NMRスペクトルを図3に示す。スペクトルよりアニオンがギ酸イオンに交換できたことが確認された。一方このイオン液体中には高融点中間体に由来するBF4 -、アニオン源に由来するCs+、複分解沈殿法の溶媒である2−プロパノールが不純物として予期される。そこで、これらの不純物の存在を分析したところ、19F−NMRによってBF4 -が18ppm(物質量ベースのアニオン交換率99.989%)検出された。一方、133Cs−NMRによってCs+は検出されなかった(検出限界50ppm)。また1H−NMRにおいて2−プロパノールは検出されなかった(検出限界20ppm)。従って、得られたイオン液体[P8888][HCOO]の純度は、99.9%以上であることが確認できた。
<Process C1>
27 g (47 mmol) of [P 8888 ] [BF 4 ] purified as described above was dissolved in 250 mL of 2-propanol at room temperature. 9.3 g of cesium formate (52 mmol) was dissolved in 55 mL of 2-propanol at room temperature.
When both were mixed at room temperature, precipitation occurred, and suction filtration was performed.
After NMR analysis of the components of the filtrate and confirming that the concentration of Cs + exceeds the concentration of BF 4 − by two times or more, the filtrate was cooled to −40 ° C. in a freezer and newly cooled. In order to remove the precipitate formed in the sample, it was naturally filtered twice. 2-Propanol was distilled off with an evaporator.
A highly viscous liquid was obtained, which was the target product, but precipitation of microcrystals (excess of cesium formate) was observed. Therefore, about 100 g of water was added to this highly viscous liquid and stirred well. When left standing, the target ionic liquid [P 8888 ] [HCOO] and cesium formate aqueous solution were separated, and the latter was removed. At this time, the ionic liquid contained water (containing a water content of 5.9 in molar ratio), but the ionic liquid is more excellent in storage stability in the water-containing state. When water is completely removed, it is easily oxidized by air due to the reductive nature of formate ions, resulting in a decrease in purity. In this water-containing state, 22.6 g (36 mmol, yield 76%) of the target ionic liquid was obtained.
The 13 C-NMR spectrum of the resulting ionic liquid [P 8888 ] [HCOO] is shown in FIG. From the spectrum, it was confirmed that the anion could be exchanged for formate ion. On the other hand, in this ionic liquid, BF 4 − derived from a high melting point intermediate, Cs + derived from an anion source, and 2-propanol which is a solvent for metathesis precipitation are expected as impurities. Accordingly, when the presence of these impurities was analyzed, 18 ppm of BF 4 − was detected by 19 F-NMR (substance-based anion exchange rate 99.989%). On the other hand, Cs + was not detected by 133 Cs-NMR (detection limit 50 ppm). In 1 H-NMR, 2-propanol was not detected (detection limit 20 ppm). Therefore, it was confirmed that the purity of the obtained ionic liquid [P 8888 ] [HCOO] was 99.9% or more.
〔実施例2:第1のルートの実施例〕
<工程A>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(2)で表され、R1=n−オクチル基、R2=R3=R4=n−ブチル基であるアンモニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[N4448]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づきトリブチルアミンとヨウ化オクチルを無溶媒、108℃で直接反応させ、[N4448][I]を合成した。未反応のトリブチルアミンを除くため、生成物を3倍量のメタノールに溶解し、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を加えてpHを9前後に調整した。黄色油状物質(未反応のトリブチルアミン)が分離したので、これを分液により取り除いた。
次に、得られた[N4448][I]を複分解抽出法により[N4448][PF6]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[N4448][I]の水溶液と、KPF6水溶液を混合し、ジクロロメタンを加え撹拌した。なお、KPF6は、[N4448][I]に対して、1.1当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[N4448][PF6]を得た。
[Example 2: Example of first route]
<Process A>
As the high melting point intermediate Q + Y − , an ammonium salt ionic liquid represented by the above general formula (2) and having R 1 = n-octyl group and R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group is used. Synthesized (hereinafter, the cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [N 4448 ]).
That is, first, tributylamine and octyl iodide were directly reacted at 108 ° C. without solvent in accordance with a known method to synthesize [N 4448 ] [I]. In order to remove unreacted tributylamine, the product was dissolved in three times the amount of methanol, and a methanol solution of sodium hydroxide was added to adjust the pH to around 9. A yellow oily substance (unreacted tributylamine) was separated and removed by liquid separation.
Next, the obtained [N 4448 ] [I] was subjected to anion exchange to [N 4448 ] [PF 6 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [N 4448 ] [I] and an aqueous KPF 6 solution were mixed, and dichloromethane was added and stirred. KPF 6 was used at a substance amount ratio of 1.1 equivalent to [N 4448 ] [I].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. The organic layer was separated, and the solvent was distilled off to obtain [N 4448 ] [PF 6 ].
<工程B>
上記により得られた[N4448][PF6]を下記の条件で7回再結晶した。
溶媒:メタノール
仕込み濃度:20重量%
冷却温度:−6℃
冷却温度における飽和溶液濃度:6.4重量%
固相(回収時)の溶媒吸着量:52重量%
収率(1回あたり):78.5%
再結晶後に、得られた高融点中間体を真空乾燥した。この精製された高融点中間体[N4448][PF6]の1H−NMRと13C−NMRスペクトルを図4に示す。1H−NMRおよび13C−NMRスペクトルにおいて不純物は検出限界(0.05%)未満であった。また、前駆体のBr-の残留をMohr法により分析したが、検出限界(0.03%)未満であった。
したがって、精製された高融点中間体[N4448][PF6]の純度は99.9%以上であることが確認できた。融点を測定したところ78℃であった。
<Process B>
[N 4448 ] [PF 6 ] obtained above was recrystallized 7 times under the following conditions.
Solvent: Methanol Charge concentration: 20% by weight
Cooling temperature: -6 ° C
Saturated solution concentration at cooling temperature: 6.4% by weight
Solvent adsorption amount of solid phase (at recovery): 52% by weight
Yield (per time): 78.5%
After recrystallization, the obtained high-melting-point intermediate was vacuum-dried. FIG. 4 shows the 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra of the purified high-melting-point intermediate [N 4448 ] [PF 6 ]. Impurities were less than the detection limit (0.05%) in 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra. Further, the residual Br − of the precursor was analyzed by the Mohr method, but it was less than the detection limit (0.03%).
Therefore, it was confirmed that the purity of the purified high-melting intermediate [N 4448 ] [PF 6 ] was 99.9% or more. The melting point was measured and found to be 78 ° C.
<工程C1>
上記により精製した[N4448][PF6]を11.7重量%(7.76mmol)含む2−プロパノール溶液28.9gを調製した。これと別に3.47g(8.4mmol)のCs[(CF3SO2)2N]を2−プロパノール30mLに溶解した。
両溶液を混合したところ、沈殿を生じたので、吸引ろ過した。
ろ液の成分をNMR分析し、Cs+の濃度がPF6 -の濃度を2倍以上上回っていることを確認した後、このろ液を冷凍庫で−60℃に冷却し、十分冷えたところで新たに生じた沈殿を除くため2回自然ろ過した。
エバポレータで2−プロパノールを留去した。少量の微結晶(過剰のCs[(CF3SO2)2N])が析出したため、一度イオン液体を少量のジクロロメタンで希釈して、水洗によりこれを除去した。その後、イオン液体層からジクロロメタンと水分を留去して、目的物(0.9g、収率20%)を得た。
得られたイオン液体[N4448][(CF3SO2)2N]の13C−NMRおよび19F−NMRスペクトルを図5に示す。スペクトルよりアニオンが[(CF3SO2)2N]イオンに交換できたことが確認された。このイオン液体中には高融点中間体に由来するPF6 -、アニオン源に由来するCs+、合成途中で用いた溶媒である2−プロパノールおよびジクロロメタンが不純物として予期される。そこで、これらの不純物の存在を分析したところ、19F−NMRによってPF6 -は検出されなかった(検出限界10ppm、物質量ベースのアニオン交換率99.999%以上)。一方、133Cs−NMRによってCs+は106ppm検出された。1H−NMRにおいて2−プロパノールとジクロロメタンは検出されなかった(検出限界20ppm)。従って、得られたイオン液体[N4448][(CF3SO2)2N]の純度は、99.9%以上であることが確認できた。
<Process C1>
28.9 g of 2-propanol solution containing 11.7% by weight (7.76 mmol) of [N 4448 ] [PF 6 ] purified as described above was prepared. Separately, 3.47 g (8.4 mmol) of Cs [(CF 3 SO 2 ) 2 N] was dissolved in 30 mL of 2-propanol.
When both solutions were mixed, a precipitate was formed, and suction filtration was performed.
The components of the filtrate were NMR analysis, the concentration of Cs + is PF 6 - After confirming that exceeds the concentration of more than 2 times, the filtrate was cooled to -60 ° C. in a freezer, a new at a cold enough In order to remove the precipitate formed in the sample, it was naturally filtered twice.
2-Propanol was distilled off with an evaporator. Since a small amount of crystallites (excess Cs [(CF 3 SO 2 ) 2 N]) was precipitated, the ionic liquid was once diluted with a small amount of dichloromethane and removed by washing with water. Thereafter, dichloromethane and water were distilled off from the ionic liquid layer to obtain the desired product (0.9 g, yield 20%).
FIG. 5 shows the 13 C-NMR and 19 F-NMR spectra of the resulting ionic liquid [N 4448 ] [(CF 3 SO 2 ) 2 N]. From the spectrum, it was confirmed that the anion could be exchanged with [(CF 3 SO 2 ) 2 N] ion. In this ionic liquid, PF 6 − derived from a high-melting-point intermediate, Cs + derived from an anion source, 2-propanol and dichloromethane as solvents used during the synthesis are expected as impurities. Therefore, analysis of the presence of these impurities, PF 6 by 19 F-NMR - was not detected (detection limit 10 ppm, substance amount based anion exchange rates 99.999% or higher). On the other hand, 106 ppm of Cs + was detected by 133 Cs-NMR. In 1 H-NMR, 2-propanol and dichloromethane were not detected (detection limit 20 ppm). Therefore, it was confirmed that the purity of the obtained ionic liquid [N 4448 ] [(CF 3 SO 2 ) 2 N] was 99.9% or more.
〔実施例3:第1のルートの実施例〕
<工程A>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(3)で表され、R1=メチル基、R2=n−プロピル基であるピロリジニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[Pyrr13]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、1−メチルピロリジンとブロモプロパンを無溶媒、60℃で直接反応させ、[Pyrr13][Br]を得た。
次に、得られた[Pyrr13][Br]を複分解抽出法により[Pyrr13][PF6]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[Pyrr13][Br]の水溶液と、KPF6水溶液を混合し、さらにジクロロメタンを加え撹拌した。なお、KPF6は、[Pyrr13][Br]に対して、1.1当量の物質量比で用いた。ジクロロメタンは、[Pyrr13][Br]に対し重量で2倍量用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[Pyrr13][PF6]を得た。
[Example 3: Example of first route]
<Process A>
A pyrrolidinium salt ionic liquid represented by the above general formula (3) and having R 1 = methyl group and R 2 = n-propyl group was synthesized as the high melting point intermediate Q + Y − (hereinafter, this ionic liquid) The cation Q + in the above is abbreviated as [Pyrr 13 ]).
That is, first, 1-methylpyrrolidine and bromopropane were directly reacted at 60 ° C. without solvent in accordance with a known method to obtain [Pyrr 13 ] [Br].
Next, the obtained [Pyrr 13 ] [Br] was subjected to anion exchange to [Pyrr 13 ] [PF 6 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [Pyrr 13 ] [Br] and an aqueous KPF 6 solution were mixed, and further dichloromethane was added and stirred. KPF 6 was used at a substance amount ratio of 1.1 equivalent to [Pyrr 13 ] [Br]. Dichloromethane was used in an amount twice the weight of [Pyrr 13 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. Therefore, the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [Pyrr 13 ] [PF 6 ].
<工程B>
上記により得られた[Pyrr13][PF6]を下記の条件で3回再結晶した。
溶媒:メタノール
仕込み濃度:25重量%
冷却温度:−20℃
冷却温度における飽和溶液濃度:1.6重量%
固相(回収時)の溶媒吸着量:3重量%
収率(1回あたり):95.2%
再結晶後に、得られた高融点中間体を真空乾燥した。この精製された高融点中間体[Pyrr13][PF6]の1H−NMRと13C−NMRスペクトルを図6に示す。1H−NMRおよび13C−NMRスペクトルにおいて不純物は検出限界(0.05%)未満であった。また、前駆体のBr-の残留をMohr法により分析したが、検出限界(0.03%)未満であった。
したがって、精製された高融点中間体[Pyrr13][PF6]の純度は99.9%以上であることが確認できた。融点を測定したところ112℃であった。
<Process B>
[Pyrr 13 ] [PF 6 ] obtained above was recrystallized three times under the following conditions.
Solvent: Methanol Feeding concentration: 25% by weight
Cooling temperature: -20 ° C
Saturated solution concentration at cooling temperature: 1.6% by weight
Solvent adsorption amount in solid phase (at recovery): 3% by weight
Yield (per time): 95.2%
After recrystallization, the obtained high-melting-point intermediate was vacuum-dried. FIG. 6 shows 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra of the purified high-melting-point intermediate [Pyrr 13 ] [PF 6 ]. Impurities were less than the detection limit (0.05%) in 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra. Further, the residual Br − of the precursor was analyzed by the Mohr method, but it was less than the detection limit (0.03%).
Therefore, it was confirmed that the purity of the purified high melting point intermediate [Pyrr 13 ] [PF 6 ] was 99.9% or more. The melting point was measured and found to be 112 ° C.
<工程C1>
上記により精製した[Pyrr13][PF6]8.21g(30.2mmol)をフラスコに収めた。ここにCsHCOOを14.9重量%含む2−プロパノール溶液39.53g(すなわち33mmolのギ酸セシウムを含む)を加えた。[Pyrr13][PF6]は2−プロパノールに難溶性であるが、溶液を室温で2日間撹拌したところ、[Pyrr13][PF6]が反応により消費され、新たに沈殿(Cs[PF6])が生じた。この沈殿を吸引ろ過した。この溶液を冷凍庫で−40℃に冷却し、十分冷えたところで新たに生じた沈殿を除くため2回自然ろ過した。
エバポレータで2−プロパノールを留去した。溶媒が留去されると、イオン液体に混ざって微結晶(ギ酸セシウムの過剰分)が析出した。この微結晶を取り除くため、ジクロロメタンでイオン液体を希釈し、ろ過した。ろ液から溶媒を留去することにより目的のイオン液体[Pyrr13][HCOO]4.0g(収率77%)を得た。
得られたイオン液体[Pyrr13][HCOO]の13C−NMRスペクトルを図7に示す。スペクトルよりアニオンがギ酸イオンに交換できたことが確認された。このイオン液体中には高融点中間体に由来するPF6 -、アニオン源に由来するCs+、合成途中で用いた溶媒である2−プロパノールおよびジクロロメタンが不純物として予期される。そこで、これらの不純物の存在を分析したところ、19F−NMRによってPF6 -は1100ppm検出された(物質量ベースのアニオン交換率99.87%)。133Cs−NMRによってCs+は3000ppm検出された。1H−NMRにおいて2−プロパノールとジクロロメタンは検出されなかった(検出限界20ppm)。従って、得られたイオン液体[Pyrr13][HCOO]の純度は、99.6%であることが確認できた。
<Process C1>
8.21 g (30.2 mmol) of [Pyrr 13 ] [PF 6 ] purified by the above was placed in a flask. To this was added 39.53 g of a 2-propanol solution containing 14.9% by weight of CsHCOO (ie containing 33 mmol of cesium formate). [Pyrr 13 ] [PF 6 ] is poorly soluble in 2-propanol, but when the solution was stirred at room temperature for 2 days, [Pyrr 13 ] [PF 6 ] was consumed by the reaction and newly precipitated (Cs [PF 6 6 ]) occurred. This precipitate was suction filtered. This solution was cooled to −40 ° C. in a freezer, and spontaneously filtered twice in order to remove newly formed precipitates when sufficiently cooled.
2-Propanol was distilled off with an evaporator. When the solvent was distilled off, microcrystals (excess of cesium formate) were precipitated in the ionic liquid. In order to remove the microcrystals, the ionic liquid was diluted with dichloromethane and filtered. The solvent was distilled off from the filtrate to obtain 4.0 g (yield 77%) of the target ionic liquid [Pyrr 13 ] [HCOO].
FIG. 7 shows the 13 C-NMR spectrum of the obtained ionic liquid [Pyrr 13 ] [HCOO]. From the spectrum, it was confirmed that the anion could be exchanged for formate ion. In this ionic liquid, PF 6 − derived from a high-melting-point intermediate, Cs + derived from an anion source, 2-propanol and dichloromethane as solvents used during the synthesis are expected as impurities. Therefore, when the presence of these impurities was analyzed, 1100 ppm of PF 6 − was detected by 19 F-NMR (substance-based anion exchange rate 99.87%). Cs + was detected at 3000 ppm by 133 Cs-NMR. In 1 H-NMR, 2-propanol and dichloromethane were not detected (detection limit 20 ppm). Therefore, it was confirmed that the purity of the obtained ionic liquid [Pyrr 13 ] [HCOO] was 99.6%.
〔実施例4:第2のルートの実施例〕
<工程A>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(1)で表され、R1=n−オクチル基、R2=R3=R4=n−ブチル基であるホスホニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[P4448]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、トリブチルホスフィンとブロモオクタンを無溶媒、108℃で直接反応させ、[P4448][Br]を合成した。
次に、得られた[P4448][Br]を複分解抽出法により[P4448][PF6]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[P4448][Br](液体)と、KPF6水溶液を混合し、撹拌した。なお、KPF6は、[P4448][Br]に対して、1.1当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[P4448][PF6]を得た。
[Example 4: Example of the second route]
<Process A>
As the high melting point intermediate Q + Y − , a phosphonium salt-based ionic liquid represented by the above general formula (1) and having R 1 = n-octyl group and R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group is used. (The cation Q + in this ionic liquid is hereinafter abbreviated as [P 4448 ]).
That is, first, based on a known method, tributylphosphine and bromooctane were directly reacted at 108 ° C. without solvent to synthesize [P 4448 ] [Br].
Next, the obtained [P 4448 ] [Br] was subjected to anion exchange to [P 4448 ] [PF 6 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), [P 4448 ] [Br] (liquid) and an aqueous KPF 6 solution were mixed and stirred. KPF 6 was used at a substance amount ratio of 1.1 equivalent to [P 4448 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. Therefore, the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [P 4448 ] [PF 6 ].
<工程B>
上記により得られた[P4448][PF6]を下記の条件で4回再結晶した。
溶媒:メタノール
仕込み濃度:20重量%
冷却温度:−60℃(最初の2回)、−38℃(後の2回)
冷却温度における飽和溶液濃度:1.8重量%(最初の2回)、6.5重量%(後の2回)
固相(回収時)の溶媒吸着量:35重量%(最初の2回)、26重量%(後の2回)
収率(1回あたり):93.6%(最初の2回)、74%(後の2回)
再結晶後に、得られた高融点中間体を真空乾燥した。この精製された高融点中間体[P4448][PF6]の1H−NMRと13C−NMRスペクトルを図8に示す。1H−NMRおよび13C−NMRスペクトルにおいて不純物は検出限界(0.05%)未満であった。
したがって、精製された高融点中間体[P4448][PF6]の純度は99.9%以上であることが確認できた。融点を測定したところ36℃であった。
<Process B>
[P 4448 ] [PF 6 ] obtained above were recrystallized four times under the following conditions.
Solvent: Methanol Charge concentration: 20% by weight
Cooling temperature: −60 ° C. (first 2 times), −38 ° C. (after 2 times)
Saturated solution concentration at cooling temperature: 1.8% by weight (first 2 times), 6.5% by weight (after 2 times)
Solvent adsorption amount of solid phase (at the time of recovery): 35% by weight (first 2 times), 26% by weight (after 2 times)
Yield (per 1 time): 93.6% (first 2 times), 74% (2 times later)
After recrystallization, the obtained high-melting-point intermediate was vacuum-dried. FIG. 8 shows the 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra of this purified high-melting intermediate [P 4448 ] [PF 6 ]. Impurities were less than the detection limit (0.05%) in 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra.
Therefore, it was confirmed that the purity of the purified high-melting-point intermediate [P 4448 ] [PF 6 ] was 99.9% or more. It was 36 degreeC when melting | fusing point was measured.
<工程C2>
上記により精製した[P4448][PF6]31.6g(68.6mmol)を2−プロパノールに溶解した。25gのCsOH・H2O(ナカライテスクより購入,149mmol)を2−プロパノール250gに溶解した。後者の溶液の134gを前者に加えたところ沈殿(Cs[PF6])が析出したので吸引ろ過した。
ろ液の成分をNMR分析し、Cs+の濃度がPF6 -の濃度を2倍以上上回っていることを確認した後、ろ液に2−プロパノールを加え全量を1.0Lとした。さらにヘキサン430gを加え、ついで冷凍庫で−80℃に冷却し、十分冷えたところで新たに生じた沈殿を除くため2回自然ろ過した。ろ液をエバポレータで適度に濃縮することにより目的の強塩基型中間体[P4448][OH]を2−プロパノール溶液(12重量%)として得た。収量は純分として21.7g(65.3mmol、収率95%)であった。
得られた強塩基型中間体溶液中の不純物をNMR分析したところ、19F−NMRによってPF6 -イオンが90ppm(物質量ベースのアニオン交換率99.84%)、133Cs−NMRによってCs+が2740ppm検出された。
<Process C2>
31.6 g (68.6 mmol) of [P 4448 ] [PF 6 ] purified by the above was dissolved in 2-propanol. 25 g of CsOH · H 2 O (purchased from Nacalai Tesque, 149 mmol) was dissolved in 250 g of 2-propanol. When 134 g of the latter solution was added to the former, a precipitate (Cs [PF 6 ]) was deposited, and suction filtration was performed.
The components of the filtrate were analyzed by NMR, and after confirming that the concentration of Cs + exceeded the concentration of PF 6 − by 2 times or more, 2-propanol was added to the filtrate to make the total amount 1.0 L. Further, 430 g of hexane was added, then cooled to −80 ° C. in a freezer, and naturally filtered twice in order to remove newly formed precipitates when sufficiently cooled. The filtrate was moderately concentrated by an evaporator to obtain the desired strong base type intermediate [P 4448 ] [OH] as a 2-propanol solution (12% by weight). The yield was 21.7 g (65.3 mmol, yield 95%) as a pure component.
The resulting strongly basic type impurity intermediate solution was NMR analysis, PF 6 by 19 F-NMR - ions 90 ppm (material amount based anion exchange rate 99.84%), Cs by 133 Cs-NMR + Was detected at 2740 ppm.
<工程D1>
[P4448][OH]の11.2重量%2−プロパノール溶液31.1g(10.5mmol)を0.22mol/L酢酸水溶液で中和した。中和点はpHメータで判断した。中和後、溶媒を留去し、ついでジクロロメタン20mLを加えたところ微結晶(酢酸セシウム)が析出したので、沈殿の沈降を待って、上澄みを集めた。ジクロロメタンを留去することにより目的のイオン液体[P4448][CH3COO]3.75g(10.0mmol,収率95%)を得た。
得られたイオン液体[P4448][CH3COO]の13C−NMRスペクトルを図9に示す。スペクトルよりアニオンが酢酸イオンに交換できたことが確認された。このイオン液体中には133Cs−NMRによってCs+が580ppm検出された。1H−NMRにおいて2−プロパノールとジクロロメタンは検出されなかった(検出限界20ppm)。従って、得られたイオン液体[P4448][CH3COO]の純度は、99%以上であることが確認できた。
<Process D1>
31.1 g (10.5 mmol) of a 11.2 wt% 2-propanol solution of [P 4448 ] [OH] was neutralized with an aqueous 0.22 mol / L acetic acid solution. The neutralization point was judged with a pH meter. After neutralization, the solvent was distilled off, and then 20 mL of dichloromethane was added. As a result, microcrystals (cesium acetate) were precipitated. The supernatant was collected after waiting for the precipitation to settle. Dichloromethane was distilled off to obtain 3.75 g (10.0 mmol, yield: 95%) of the target ionic liquid [P 4448 ] [CH 3 COO].
The 13 C-NMR spectrum of the resulting ionic liquid [P 4448 ] [CH 3 COO] is shown in FIG. From the spectrum, it was confirmed that the anion could be exchanged for acetate ion. In this ionic liquid, 580 ppm of Cs + was detected by 133 Cs-NMR. In 1 H-NMR, 2-propanol and dichloromethane were not detected (detection limit 20 ppm). Therefore, it was confirmed that the purity of the obtained ionic liquid [P 4448 ] [CH 3 COO] was 99% or more.
〔実施例5:第3のルートの実施例〕
<工程A>
実施例4の工程Aと同様にして、[P4448][PF6]を得た。
[Example 5: Example of third route]
<Process A>
[P 4448 ] [PF 6 ] were obtained in the same manner as in Step A of Example 4.
<工程B>
実施例4の工程Bと同様にして、[P4448][PF6]を再結晶した。
<Process B>
[P 4448 ] [PF 6 ] was recrystallized in the same manner as in Step B of Example 4.
<工程C2>
実施例4の工程C2と同様にして、[P4448][OH]を得た。
<Process C2>
[P 4448 ] [OH] was obtained in the same manner as in Step C2 of Example 4.
<工程D2>
[P4448][OH]の12.3重量%2−プロパノール溶液63.7g(23.6mmol)を0.50mol/L希硫酸で中和した。中和点はpHメータで判断した。中和後、溶媒を留去した。この操作により生成物に混じって沈殿(硫酸セシウム)が生じたので、一旦生成物をエチレングリコールジメチルエーテル20mLで希釈し、沈殿の沈降を待って、上澄みを採取した。上澄みから溶媒を留去し、その後目的物を水で希釈することにより超親水型中間体[P4448]2[SO4]の45.6重量%水溶液14.1g(8.85mmol,収率75%)を得た。
得られた超親水型中間体の17O−NMRスペクトルを図10に示す。スペクトルより硫酸イオンへのアニオン交換が確認できた。また、133Cs−NMRによるとこの超親水型中間体中にCs+は160ppm検出された。
<Process D2>
63.7 g (23.6 mmol) of a 12.3 wt% 2-propanol solution of [P 4448 ] [OH] was neutralized with 0.50 mol / L dilute sulfuric acid. The neutralization point was judged with a pH meter. After neutralization, the solvent was distilled off. As a result of this operation, a precipitate (cesium sulfate) was mixed with the product, and the product was once diluted with 20 mL of ethylene glycol dimethyl ether, and the supernatant was collected after waiting for the precipitate to settle. The solvent was distilled off from the supernatant, and then the target product was diluted with water, whereby 14.1 g (8.85 mmol, yield 75) of a 45.6% by weight aqueous solution of a superhydrophilic intermediate [P 4448 ] 2 [SO 4 ] was obtained. %).
FIG. 10 shows the 17 O-NMR spectrum of the obtained superhydrophilic intermediate. From the spectrum, anion exchange to sulfate ion was confirmed. According to 133 Cs-NMR, 160 ppm of Cs + was detected in this superhydrophilic intermediate.
<工程E>
工程D2で得た[P4448]2[SO4]の45.6重量%水溶液3.93g(2.47mmol)にメタンスルホン酸ナトリウム0.675gと水5gを加えた。さらにジクロロメタン6gを加え、撹拌した。二層に分離したので、下層を採取した。下層をメタンスルホン酸ナトリウム0.07gを含む水溶液でさらに2回洗浄した。下層を水洗したのち、エバポレータで溶媒を留去することにより目的のイオン液体([P4448][CH3SO3]1.59g(3.87mmol,収率78%)を得た。
得られたイオン液体[P4448][CH3SO3]の13C−NMRスペクトルを図11に示す。スペクトルよりアニオンがメタンスルホン酸イオンに交換できたことが確認された。このイオン液体中に133Cs−NMRでCs+は検出されなかった(検出限外20ppm)。また合成途中で用いた溶媒である2−プロパノールおよびジクロロメタンは検出されなかった(検出限界20ppm)。従って、得られたイオン液体[P4448][CH3SO3]の純度は、99%以上であることが確認できた。
<Process E>
0.675 g of sodium methanesulfonate and 5 g of water were added to 3.93 g (2.47 mmol) of a 45.6% by weight aqueous solution of [P 4448 ] 2 [SO 4 ] obtained in Step D2. Further, 6 g of dichloromethane was added and stirred. Since it was separated into two layers, the lower layer was collected. The lower layer was further washed twice with an aqueous solution containing 0.07 g of sodium methanesulfonate. After washing the lower layer with water, the solvent was distilled off with an evaporator to obtain 1.59 g (3.87 mmol, yield 78%) of the target ionic liquid ([P 4448 ] [CH 3 SO 3 ]).
The 13 C-NMR spectrum of the resulting ionic liquid [P 4448 ] [CH 3 SO 3 ] is shown in FIG. From the spectrum, it was confirmed that the anion could be exchanged for the methanesulfonate ion. Cs + was not detected in this ionic liquid by 133 Cs-NMR (detection limit: 20 ppm). In addition, 2-propanol and dichloromethane, which are solvents used during the synthesis, were not detected (detection limit 20 ppm). Therefore, it was confirmed that the purity of the obtained ionic liquid [P 4448 ] [CH 3 SO 3 ] was 99% or more.
〔実施例6:第4のルートの実施例〕
<工程A>
実施例4の工程Aと同様にして、[P4448][PF6]を得た。
[Example 6: Example of fourth route]
<Process A>
[P 4448 ] [PF 6 ] were obtained in the same manner as in Step A of Example 4.
<工程B>
実施例4の工程Bと同様にして、[P4448][PF6]を再結晶した。
<Process B>
[P 4448 ] [PF 6 ] was recrystallized in the same manner as in Step B of Example 4.
<工程C3>
上記により精製した[P4448][PF6]6.30g(13.7mmol)をエタノール30gに室温で溶解した。1.99gのテトラメチルアンモニウム硫酸塩(東京化成より購入、8.15mmol)をエタノール20gに室温で溶解した。
室温で両者を混合したところ、沈殿を生じたので、吸引ろ過し、ろ液にエタノール10gを追加した。
ろ液の成分をNMR分析し、テトラメチルアンモニウムイオンの濃度がPF6 -の濃度を2倍以上上回っていることを確認した後、このろ液を冷凍庫で−53℃に冷却し、十分冷えたところで新たに生じた沈殿を除くため2回自然ろ過した。エバポレータでエタノールを留去した。
高粘性液体が得られ、これが目的物であるが、微結晶(テトラメチルアンモニウム硫酸塩)の析出が見られた。そこで、この高粘性液体を約20gのベンゼンで希釈し、不溶物をろ過した。ろ液からエバポレータでベンゼンを留去した。
得られた高粘性液体を適当に水で希釈することにより超親水型中間体[P4448]2[SO4]の27.7重量%水溶液10.1g(3.86mmol,収率56%)を得た。
得られた超親水型中間体の17O−NMRスペクトルを図12に示す。スペクトルより硫酸イオンへのアニオン交換が確認できた。一方このイオン液体中には高融点中間体に由来するPF6 -、アニオン源に由来するテトラメチルアンモニウムイオンが不純物として予期される。そこで、これらの不純物の存在を分析したところ、19F−NMRによってPF6 -が35ppm(物質量ベースでのアニオン交換率99.968%)検出された。一方、1H−NMRによってテトラメチルアンモニウムイオンが23ppm検出された。従って、得られた超親水型中間体[P4448]2[SO4]の純度は、99.9%以上(溶媒を除く)であることが確認できた。
<Process C3>
6.30 g (13.7 mmol) of [P 4448 ] [PF 6 ] purified as described above was dissolved in 30 g of ethanol at room temperature. 1.99 g of tetramethylammonium sulfate (purchased from Tokyo Chemical Industry, 8.15 mmol) was dissolved in 20 g of ethanol at room temperature.
When both were mixed at room temperature, a precipitate was formed, which was suction filtered, and 10 g of ethanol was added to the filtrate.
The components of the filtrate were subjected to NMR analysis, and after confirming that the concentration of tetramethylammonium ions was more than twice the concentration of PF 6 − , the filtrate was cooled to −53 ° C. in a freezer and cooled sufficiently. By the way, natural filtration was performed twice in order to remove newly generated precipitate. Ethanol was distilled off with an evaporator.
A highly viscous liquid was obtained, which was the target product, but precipitation of microcrystals (tetramethylammonium sulfate) was observed. Therefore, this highly viscous liquid was diluted with about 20 g of benzene, and insoluble matter was filtered. Benzene was distilled off from the filtrate with an evaporator.
The obtained highly viscous liquid was appropriately diluted with water to obtain 10.1 g (3.86 mmol, yield 56%) of a 27.7 wt% aqueous solution of the superhydrophilic intermediate [P 4448 ] 2 [SO 4 ]. Obtained.
FIG. 12 shows the 17 O-NMR spectrum of the obtained superhydrophilic intermediate. From the spectrum, anion exchange to sulfate ion was confirmed. On the other hand, in this ionic liquid, PF 6 − derived from a high melting point intermediate and tetramethylammonium ion derived from an anion source are expected as impurities. Therefore, analysis of the presence of these impurities, PF 6 by 19 F-NMR - is 35 ppm (anion exchange rate in material weight basis 99.968%) were detected. On the other hand, 23 ppm of tetramethylammonium ion was detected by 1 H-NMR. Therefore, it was confirmed that the purity of the obtained superhydrophilic intermediate [P 4448 ] 2 [SO 4 ] was 99.9% or more (excluding the solvent).
<工程E>
実施例5の工程Eと同様にして、[P4448][CH3SO3]を得た。
<Process E>
[P 4448 ] [CH 3 SO 3 ] was obtained in the same manner as in Step E of Example 5.
〔参考例〕
本発明が上記実施例以外にも広範に適用可能であることを明らかにするため、さらにいくつかの参考例を以下に示す。
参考例1〜11は、図1に示す工程Bまでの操作に関するものである。
本発明においては、特に、高融点中間体を得て再結晶するまでの工程が重要な特徴の1つであるから、当業者は、本明細書の他の記載も考慮して、下記参考例1〜11の記載に基づき工程Bまでの操作を行うとともに、さらに工程C1などを経て、目的のイオン液体や中間体を得ることが可能であり、従って、下記参考例1〜11は、実質的には本発明の実施例と同視し得るものである。
なお、工程Bにおける再結晶の条件と再結晶された高融点中間体の乾燥状態における融点については、下表3にまとめて示す。参照上の便宜のため、上述の実施例1〜6の工程Bにおける再結晶の条件も表3に併記する。
[Reference example]
In order to clarify that the present invention can be widely applied in addition to the above embodiments, some reference examples will be described below.
Reference Examples 1 to 11 relate to operations up to Step B shown in FIG.
In the present invention, in particular, since a process from obtaining a high-melting-point intermediate to recrystallization is one of the important features, those skilled in the art will consider the other descriptions in the present specification and perform the following reference examples. It is possible to obtain the target ionic liquid and intermediate through steps C1 and the like while performing the operations up to step B based on the description of 1 to 11. Therefore, the following Reference Examples 1 to 11 are substantially This can be equated with the embodiment of the present invention.
The recrystallization conditions in step B and the melting point in the dry state of the recrystallized high melting point intermediate are summarized in Table 3 below. For convenience of reference, the recrystallization conditions in Step B of Examples 1 to 6 are also shown in Table 3.
<参考例1:ホスホニウム塩系イオン液体>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(1)で表され、R1=メチル基、R2=R3=R4=n−ブチル基であるホスホニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[P4441]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、トリブチルホスフィンとヨードメタンをヘキサン中室温で反応させ、[P4441][I]を合成した。このとき[P4441][I]は吸引ろ過により溶媒から分離した。
次に、得られた[P4441][I]を複分解抽出法により[P4441][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[P4441][I]のジクロロメタン溶液と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[P4441][I]に対して、2.0当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[P4441][BF4]を得た。
得られた[P4441][BF4]を表3の条件で10回再結晶した。
<Reference Example 1: Phosphonium salt ionic liquid>
A phosphonium salt ionic liquid represented by the above general formula (1) and having R 1 = methyl group and R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group was synthesized as the high melting point intermediate Q + Y − . (Hereinafter, the cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [P 4441 ]).
That is, first, based on a known method, tributylphosphine and iodomethane were reacted in hexane at room temperature to synthesize [P 4441 ] [I]. At this time, [P 4441 ] [I] was separated from the solvent by suction filtration.
Next, the obtained [P 4441 ] [I] was subjected to anion exchange to [P 4441 ] [BF 4 ] by a metathetical extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), a dichloromethane solution of [P 4441 ] [I] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 2.0 equivalents to [P 4441 ] [I].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. Therefore, the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [P 4441 ] [BF 4 ].
The obtained [P 4441 ] [BF 4 ] was recrystallized 10 times under the conditions shown in Table 3.
<参考例2:ホスホニウム塩系イオン液体>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(1)で表され、R1=n−プロピル基、R2=R3=R4=n−ブチル基であるホスホニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[P4443]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、トリブチルホスフィンとブロモプロパンを無溶媒、70℃で直接反応させ、[P4443][Br]を合成した。
次に、得られた[P4443][Br]を複分解抽出法により[P4443][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[P4443][Br]のジクロロメタン溶液と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[P4443][Br]に対して、1.3当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[P4443][BF4]を得た。
得られた[P4443][BF4]を表3の条件で6回再結晶した。
<Reference Example 2: Phosphonium salt ionic liquid>
As the high melting point intermediate Q + Y − , a phosphonium salt ionic liquid represented by the above general formula (1) and having R 1 = n-propyl group and R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group is used. Synthesized (hereinafter, the cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [P 4443 ]).
That is, first, based on a known method, tributylphosphine and bromopropane were directly reacted at 70 ° C. without solvent to synthesize [P 4443 ] [Br].
Next, the obtained [P 4443 ] [Br] was subjected to anion exchange to [P 4443 ] [BF 4 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), a dichloromethane solution of [P 4443 ] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 1.3 equivalent to [P 4443 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer, and thus the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [P 4443 ] [BF 4 ].
The obtained [P 4443 ] [BF 4 ] was recrystallized 6 times under the conditions shown in Table 3.
<参考例3:ホスホニウム塩系イオン液体>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(1)で表され、R1=R2=R3=R4=n−ブチル基であるホスホニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[P4444]と略記する)。
すなわち、[P4444][Br](東京化成より購入)を複分解抽出法により[P4444][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[P4444][Br]の水溶液と、NaBF4水溶液を混合し、さらに1−ペンタノールを加え撹拌した。なお、NaBF4は、[P4444][Br]に対して、1.3当量の物質量比で用いた。1−ペンタノールは[P4444][Br]に対して重量で25%用いた。
得られた[P4444][BF4]を表3の条件で6回再結晶した。
<Reference Example 3: Phosphonium salt ionic liquid>
As the high melting point intermediate Q + Y − , a phosphonium salt ionic liquid represented by the above general formula (1) and having R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group was synthesized (hereinafter referred to as “high melting point intermediate Q + Y −” ). Cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [P 4444 ]).
That is, [P 4444 ] [Br] (purchased from Tokyo Kasei) was anion-exchanged to [P 4444 ] [BF 4 ] by the metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [P 4444 ] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed, and 1-pentanol was further added and stirred. NaBF 4 was used at a substance amount ratio of 1.3 equivalent to [P 4444 ] [Br]. 1-Pentanol was used at 25% by weight with respect to [P 4444 ] [Br].
The obtained [P 4444 ] [BF 4 ] was recrystallized 6 times under the conditions shown in Table 3.
<参考例4:ホスホニウム塩系イオン液体>
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(1)で表され、R1=n−オクチル基、R2=R3=R4=n−ブチル基であるホスホニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[P4448]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、トリブチルホスフィンとブロモオクタンを無溶媒、108℃で直接反応させ、[P4448][Br]を合成した。
次に、得られた[P4448][Br]を複分解抽出法により[P4448][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[P4448][Br](液体)と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[P4448][Br]に対して、1.2当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、[P4448][BF4](室温で液体)を得た。
得られた[P4448][BF4]を表3の条件で2回再結晶した。
<Reference Example 4: Phosphonium salt ionic liquid>
As the high melting point intermediate Q + Y − , a phosphonium salt-based ionic liquid represented by the above general formula (1) and having R 1 = n-octyl group and R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group is used. (The cation Q + in this ionic liquid is hereinafter abbreviated as [P 4448 ]).
That is, first, based on a known method, tributylphosphine and bromooctane were directly reacted at 108 ° C. without solvent to synthesize [P 4448 ] [Br].
Next, the obtained [P 4448 ] [Br] was subjected to anion exchange to [P 4448 ] [BF 4 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), [P 4448 ] [Br] (liquid) and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used at a substance amount ratio of 1.2 equivalent to [P 4448 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. The organic layer was separated to obtain [P 4448 ] [BF 4 ] (liquid at room temperature).
The obtained [P 4448 ] [BF 4 ] was recrystallized twice under the conditions shown in Table 3.
〔参考例5:アンモニウム塩系イオン液体〕
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(2)で表され、R1=エチル基、R2=R3=R4=n−ブチル基であるアンモニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[N4442]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、トリブチルアミンとブロモエタンの無溶媒直接反応により[N4442][Br]を合成した。
次に、[N4442][Br]を複分解抽出法により[N4442][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[N4442][Br]の水溶液と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[N4442][Br]に対して、1.5当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[N4442][BF4]を得た。
得られた[N4442][BF4]を表3の条件で6回再結晶した。
[Reference Example 5: Ammonium salt ionic liquid]
An ammonium salt ionic liquid represented by the above general formula (2) and having R 1 = ethyl group and R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group was synthesized as the high melting point intermediate Q + Y − . (Hereinafter, the cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [N 4442 ]).
That is, first, [N 4442 ] [Br] was synthesized by a solvent-free direct reaction of tributylamine and bromoethane based on a known method.
Next, [N 4442 ] [Br] was subjected to anion exchange to [N 4442 ] [BF 4 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [N 4442 ] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used at a substance amount ratio of 1.5 equivalents to [N 4442 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. The organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [N 4442 ] [BF 4 ].
The obtained [N 4442 ] [BF 4 ] was recrystallized 6 times under the conditions shown in Table 3.
〔参考例6:アンモニウム塩系イオン液体〕
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(2)で表され、R1=R2=R3=R4=n−ブチル基であるアンモニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[N4444]と略記する)。
すなわち、東京化成より購入した[N4444][Br]を複分解抽出法により[N4444][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[N4444][Br]の水溶液と、NaBF4水溶液を混合し、さらにジクロロメタンを加え撹拌した。なお、NaBF4は、[N4444][Br]に対して、1.5当量の物質量比で用いた。ジクロロメタンは[N4444][Br]に対して重量で1倍量用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[N4444][BF4]を得た。
得られた[N4444][BF4]を表3の条件で3回再結晶した。
[Reference Example 6: Ammonium salt ionic liquid]
As the high melting point intermediate Q + Y − , an ammonium salt ionic liquid represented by the above general formula (2) and having R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = n-butyl group was synthesized (hereinafter referred to as “high melting point intermediate Q + Y −” ). Cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [N 4444 ]).
That is, [N 4444 ] [Br] purchased from Tokyo Kasei was anion-exchanged to [N 4444 ] [BF 4 ] by the metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [N 4444 ] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed, and further dichloromethane was added and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 1.5 equivalents to [N 4444 ] [Br]. Dichloromethane was used in an amount of 1 time by weight with respect to [N 4444 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer, and thus the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [N 4444 ] [BF 4 ].
The obtained [N 4444 ] [BF 4 ] was recrystallized three times under the conditions shown in Table 3.
〔参考例7:アンモニウム塩系イオン液体〕
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(2)で表され、R1=R2=R3=R4=n−ペンチル基であるアンモニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[N5555]と略記する)。
すなわち、東京化成より購入した[N5555][Br]を複分解抽出法により[N5555][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[N5555][Br]の水溶液と、NaBF4水溶液を混合し、さらに1―ペンタノールを加え撹拌した。なお、NaBF4は、[N5555][Br]に対して、1.5当量の物質量比で用いた。1―ペンタノールは[N5555][Br]に対して重量で2倍量用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、1―ペンタノールを含有する[N5555][BF4]を得た。
得られた[N5555][BF4]を表3の条件で3回再結晶した。
[Reference Example 7: Ammonium salt ionic liquid]
As the high melting point intermediate Q + Y − , an ammonium salt ionic liquid represented by the above general formula (2) and having R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = n-pentyl group was synthesized (hereinafter referred to as “high melting point intermediate Q + Y −” ). Cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [N 5555 ]).
That is, [N 5555 ] [Br] purchased from Tokyo Kasei was subjected to anion exchange to [N 5555 ] [BF 4 ] by the metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [N 5555 ] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed, and 1-pentanol was further added and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 1.5 equivalents to [N 5555 ] [Br]. 1-Pentanol was used in an amount twice as much as that of [N 5555 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. The organic layer was separated to obtain [N 5555 ] [BF 4 ] containing 1-pentanol.
The obtained [N 5555 ] [BF 4 ] was recrystallized three times under the conditions shown in Table 3.
〔参考例8:アンモニウム塩系イオン液体〕
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(2)で表され、R1=R2=R3=R4=n−オクチル基であるアンモニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[N8888]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づきトリオクチルアミンとヨウ化オクチルを無溶媒、108℃で直接反応させ、[N8888][I]を合成した。未反応のトリオクチルアミンを除くため、生成物を3倍量のメタノールに溶解し、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を加えてpHを9前後に調整した。黄色油状物質(未反応のトリオクチルアミン)が分離したので、これを分液により取り除いた。
次に、得られた[N8888][I]を複分解抽出法により[N8888][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[N8888][I]のジクロロメタン溶液と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[N8888][I]に対して、1.3当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[N8888][BF4]を得た。
得られた[N8888][BF4]を表3の条件でメタノールから6回再結晶した。
[Reference Example 8: Ammonium salt ionic liquid]
As the high melting point intermediate Q + Y − , an ammonium salt ionic liquid represented by the above general formula (2) and having R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = n-octyl group was synthesized (hereinafter referred to as “high melting point intermediate Q + Y −” ). Cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [N 8888 ]).
That is, first, trioctylamine and octyl iodide were directly reacted at 108 ° C. without solvent in accordance with a known method to synthesize [N 8888 ] [I]. In order to remove unreacted trioctylamine, the product was dissolved in 3 times the amount of methanol, and a methanol solution of sodium hydroxide was added to adjust the pH to around 9. A yellow oily substance (unreacted trioctylamine) separated and was removed by liquid separation.
Next, the obtained [N 8888 ] [I] was subjected to anion exchange to [N 8888 ] [BF 4 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), a dichloromethane solution of [N 8888 ] [I] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 1.3 equivalent to [N 8888 ] [I].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. Thus, the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [N 8888 ] [BF 4 ].
The obtained [N 8888 ] [BF 4 ] was recrystallized six times from methanol under the conditions shown in Table 3.
〔参考例9:イミダゾリウム塩系イオン液体〕
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(5)で表され、R1=メチル基、R2=n−デシル基、X1=X2=X3=プロトンであるイミダゾリウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[C10C1Im]と略記する)。
すなわち、Iolitecより購入した[C10C1Im][Cl]を複分解抽出法により[C10C1Im][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[C10C1Im][Cl]の水溶液と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[C10C1Im][Cl]に対して、1.2当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、[C10C1Im][BF4](室温で液体)を得た。
得られた[C10C1Im][BF4]を表3の条件で2−プロパノールから4回、ついでメタノールから3回再結晶した。
[Reference Example 9: Imidazolium salt ionic liquid]
An imidazolium salt represented by the above general formula (5) as the high melting point intermediate Q + Y − , wherein R 1 = methyl group, R 2 = n-decyl group, X 1 = X 2 = X 3 = proton A ionic liquid was synthesized (hereinafter, the cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [C 10 C 1 Im]).
That is, [C 10 C 1 Im] [Cl] purchased from Iolitec was anion-exchanged to [C 10 C 1 Im] [BF 4 ] by the metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [C 10 C 1 Im] [Cl] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 1.2 equivalents with respect to [C 10 C 1 Im] [Cl].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. The organic layer was separated to obtain [C 10 C 1 Im] [BF 4 ] (liquid at room temperature).
The obtained [C 10 C 1 Im] [BF 4 ] was recrystallized four times from 2-propanol and then three times from methanol under the conditions shown in Table 3.
〔参考例10:イミダゾリウム塩系イオン液体〕
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(5)で表され、R1=R2=n−プロピル基、X1=メチル基、X2=X3=プロトンであるイミダゾリウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[C3C3mIm]と略記する)。
すなわち、まず、2−メチルイミダゾールを出発物質として、公知の方法(モノグリムを溶媒として水素化ナトリウムによりプロトン引き抜きを行った後、室温で1等量のブロモプロパンと反応させることにより1−プロピル−2−メチルイミダゾールを得たのち、これを60℃、2−プロパノール中でさらに1等量のブロモプロパンと反応させる)に基づき[C3C3mIm][Br]を合成した。
次に、得られた[C3C3mIm][Br]を複分解抽出法により[C3C3mIm][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[C3C3mIm][Br]の水溶液と、NaBF4水溶液を混合し、さらにジクロロメタンを加え撹拌した。なお、NaBF4は、[C3C3mIm][Br]に対して、2.0当量の物質量比で用いた。ジクロロメタンは、[C3C3mIm][Br]に対し重量で2倍量用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[C3C3mIm][BF4]を得た。
得られた[C3C3mIm][BF4]を表3の条件で3回再結晶した。
[Reference Example 10: Imidazolium salt ionic liquid]
An imidazolium salt represented by the above general formula (5) as the high melting point intermediate Q + Y − , wherein R 1 = R 2 = n-propyl group, X 1 = methyl group, X 2 = X 3 = proton A ionic liquid was synthesized (hereinafter, cation Q + in this ionic liquid is abbreviated as [C 3 C 3 mIm]).
That is, first, 2-methylimidazole was used as a starting material, and a known method (with 1-propyl-2 by reacting with 1 equivalent of bromopropane at room temperature after carrying out proton extraction with sodium hydride using monoglyme as a solvent). -After obtaining methylimidazole, this was further reacted with 1 equivalent of bromopropane in 2-propanol at 60 ° C to synthesize [C 3 C 3 mIm] [Br].
Next, the obtained [C 3 C 3 mIm] [Br] was subjected to anion exchange to [C 3 C 3 mIm] [BF 4 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [C 3 C 3 mIm] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed, and further dichloromethane was added and stirred. NaBF 4 was used at a substance amount ratio of 2.0 equivalents with respect to [C 3 C 3 mIm] [Br]. Dichloromethane was used in an amount twice the weight of [C 3 C 3 mIm] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer, and thus the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [C 3 C 3 mIm] [BF 4 ].
The obtained [C 3 C 3 mIm] [BF 4 ] was recrystallized three times under the conditions shown in Table 3.
〔参考例11:ピロリジニウム塩系イオン液体〕
高融点中間体Q+Y-として、上述の一般式(3)で表され、R1=メチル基、R2=n−オクチル基であるピロリジニウム塩系イオン液体を合成した(以下、このイオン液体におけるカチオンQ+を[Pyrr18]と略記する)。
すなわち、まず、公知の方法に基づき、1−メチルピロリジンとブロモオクタンを無溶媒、60℃で直接反応させ、[Pyrr18][Br]を得た。
次に、得られた[Pyrr18][Br]を複分解抽出法により[Pyrr18][BF4]へアニオン交換した。
具体的には、上述の式(8)に従い、[Pyrr18][Br]の水溶液と、NaBF4水溶液を混合し、撹拌した。なお、NaBF4は、[Pyrr18][Br]に対して、1.8当量の物質量比で用いた。
混合物を静置すると、水層と有機層の二層に分かれたので、有機層を分取し、溶媒を留去することにより、[Pyrr18][BF4](吸水しており、室温で液体)を得た。
得られた[Pyrr18][BF4]を表3の条件で3回再結晶した。
[Reference Example 11: Pyrrolidinium salt-based ionic liquid]
As the high melting point intermediate Q + Y − , a pyrrolidinium salt ionic liquid represented by the above general formula (3) and having R 1 = methyl group and R 2 = n-octyl group was synthesized (hereinafter, this ionic liquid). The cation Q + in the above is abbreviated as [Pyrr 18 ]).
That is, first, 1-methylpyrrolidine and bromooctane were directly reacted at 60 ° C. without solvent in accordance with a known method to obtain [Pyrr 18 ] [Br].
Next, the obtained [Pyrr 18 ] [Br] was subjected to anion exchange to [Pyrr 18 ] [BF 4 ] by a metathesis extraction method.
Specifically, according to the above formula (8), an aqueous solution of [Pyrr 18 ] [Br] and an aqueous NaBF 4 solution were mixed and stirred. NaBF 4 was used in a substance amount ratio of 1.8 equivalents with respect to [Pyrr 18 ] [Br].
When the mixture was allowed to stand, it was separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. Therefore, the organic layer was separated and the solvent was distilled off to obtain [Pyrr 18 ] [BF 4 ] (water absorption at room temperature. Liquid).
The obtained [Pyrr 18 ] [BF 4 ] was recrystallized three times under the conditions shown in Table 3.
本発明にかかるイオン液体の製造方法及びイオン液体製造のための中間体の製造方法は、高純度のイオン液体を製造するために好適に利用でき、製造されるイオン液体は、従来、イオン液体に期待されてきたあらゆる用途への適用が可能であり、特に高純度のイオン液体であることから、従来以上にイオン液体の利用範囲の拡大に寄与するものと期待される。 The method for producing an ionic liquid and the method for producing an intermediate for producing an ionic liquid according to the present invention can be suitably used for producing a high-purity ionic liquid. It can be applied to all the uses that have been expected, and since it is a particularly high-purity ionic liquid, it is expected to contribute to the expansion of the range of use of the ionic liquid more than before.
Claims (11)
カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、
前記精製後の高融点中間体Q+Y-から直接又は間接にイオン液体Q+Z-を得る工程と
を含む、イオン液体の製造方法。 A method for producing a desired ionic liquid Q + Z − comprising a cation Q + and an anion Z − , comprising:
Refining a high melting point intermediate Q + Y − comprising a cation Q + and an anion Y − and having a recrystallization melting point by recrystallization;
And obtaining the ionic liquid Q + Z − directly or indirectly from the purified high melting point intermediate Q + Y − .
カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、
前記精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により強塩基型中間体Q+A-を得る工程と
を含む、イオン液体の強塩基型中間体の製造方法。 A method for synthesizing an intermediate for synthesizing a desired ionic liquid Q + Z − comprising a cation Q + and an anion Z − , comprising:
Refining a high melting point intermediate Q + Y − comprising a cation Q + and an anion Y − and having a recrystallization melting point by recrystallization;
And a step of obtaining a strongly basic intermediate Q + A − from the high-melting intermediate Q + Y − after purification by a metathesis precipitation method.
カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、
前記精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により強塩基型中間体Q+A-を得る工程と、
前記強塩基型中間体Q+A-から中和法により超親水型中間体Q+B-を得る工程と
を含む、イオン液体の超親水型中間体の製造方法。 A method for synthesizing an intermediate for synthesizing a desired ionic liquid Q + Z − comprising a cation Q + and an anion Z − , comprising:
Refining a high melting point intermediate Q + Y − comprising a cation Q + and an anion Y − and having a recrystallization melting point by recrystallization;
Obtaining a strongly basic intermediate Q + A − by metathesis precipitation from the purified high melting point intermediate Q + Y − ;
The strong base-type intermediate Q + A - superhydrophilic type Intermediate Q + B by neutralization from - and a step of obtaining a method for producing a super-hydrophilic-type intermediates of ionic liquids.
カチオンQ+とアニオンY-からなり再結晶可能な融点を有する高融点中間体Q+Y-を再結晶により精製する工程と、
前記精製後の高融点中間体Q+Y-から複分解沈殿法により超親水型中間体Q+B-を得る工程と
を含む、イオン液体の超親水型中間体の製造方法。 A method for synthesizing an intermediate for synthesizing a desired ionic liquid Q + Z − comprising a cation Q + and an anion Z − , comprising:
Refining a high melting point intermediate Q + Y − comprising a cation Q + and an anion Y − and having a recrystallization melting point by recrystallization;
And a step of obtaining a superhydrophilic intermediate Q + B − from the purified high melting point intermediate Q + Y − by metathesis precipitation.
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