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离子液体

阅读：833发布：2020-05-11

IPRDB可以提供离子液体专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供离子液体，其包含下述式(1)所示的环状季铵阳离子和下述式(2)所示的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸阴离子。(式中，R1表示碳原子数为1～3的烷基。R2表示甲基或乙基。n为1或2，m为2或3)。，下面是离子液体专利的具体信息内容。

权利要求

1.离子液体，其特征在于，包含由下述式(1)所示的环状季铵阳离子和由下述式(2)所示的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸阴离子，

1 2

式中，R表示碳原子数为1～3的烷基；R 表示甲基或乙基；n为1或2，m为2或3。

2.权利要求1所述的离子液体，其中，上述R 为甲基或乙基。

1 2

3.权利要求2所述的离子液体，其中，上述R 和R 为甲基。

4.权利要求1～3的任一项所述的离子液体，其中，上述n为2。

5.权利要求1～4的任一项所述的离子液体，其中，上述m为3。

说明书全文

离子液体

技术领域

[0001] 本发明涉及离子液体。

背景技术

[0002] 所谓离子液体，是只由离子构成的盐，一般熔点为100℃以下。离子液体由于具有不挥发性、阻燃性、高离子导电性等优异的特性，此外，能够各种各样地设计物性、功能，因此倍受瞩目。由于这样的性质，因此期待着离子液体作为例如对环境友好的绿色化学中的溶剂以及作为蓄电器件的电解质等的应用。

[0003] 但是，目前为止已知的离子液体的多数在阴离子中含有氟原子等卤素原子，因此在环境负荷方面依然存在问题。此外，不含卤素的离子液体已知耐热性差，粘度高等，在物性方面包含一般的含氟阴离子的离子液体差。

[0004] 此外，为了将离子液体用于蓄电器件的电解质等这样的电化学的用途，要求高离子导电性、宽的电位窗等电化学的特性。目前为止报道了这样的离子液体，但这些在分子内具有卤素原子、特别是氟原子，不含卤素并且具有宽的电位窗的离子液体尚属未知。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 特許文献1：特表2005-535690号公报

发明内容

[0008] 发明要解决的课题

[0009] 本发明鉴于这样的实际情况而完成，目的在于提供离子液体，其不含卤素原子，并且作为不含卤素的离子液体，耐热性优异，而且与以往的离子液体相比具有宽的电位窗。

[0010] 用于解决课题的手段

[0011] 本发明人为了实现上述目的反复深入研究，结果发现：由具有烷氧基烷基的特定的环状季铵阳离子和三甲基甲硅烷基烷烃磺酸阴离子构成的盐成为离子液体，以及作为不含卤素的离子液体，耐热性优异，同时发现该离子液体与以往的离子液体相比，具有宽的电位窗，完成了本发明。

[0012] 即，本发明提供下述离子液体。

[0013] 方案1：

[0014] 离子液体，其特征在于，包含由下述式(1)所示的环状季铵阳离子和下述式(2)所示的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸阴离子。

[0015] [化1]

[0016]

[0017] (式中，R1表示碳原子数为1～3的烷基。R2表示甲基或乙基。n为1或2，m为2或3。)

[0018] 方案2：

[0019] 方案1所述的离子液体，其中，上述R1为甲基或乙基。

[0020] 方案3：

[0021] 方案2所述的离子液体，其中，上述R1和R2为甲基。

[0022] 方案4：

[0023] 方案1～3的任1项所述的离子液体，其中，上述n为2。

[0024] 方案5：

[0025] 方案1～4的任1项所述的离子液体，其中，上述m为3。

[0026] 再有，由三烷基甲硅烷基烷烃磺酸阴离子和季鎓阳离子构成的盐在例如专利文献1中已公开，但该盐不是离子液体。

[0027] 发明的效果

[0028] 本发明的离子液体，由于不含卤素，因此环境负荷小，而且作为以往的不含卤素的离子液体，耐热性优异，与以往的离子液体相比，具有宽的电位窗，电化学上稳定。

附图说明

[0029] 图1是实施例1中得到的化合物1的1H-NMR波谱。

[0030] 图2是实施例2中得到的化合物2的1H-NMR波谱。

[0031] 图3是表示上述化合物1、化合物2和比较例1中得到的化合物3的电位窗的图。

具体实施方式

[0032] 本发明的离子液体包含下述式(1)所示的环状季铵阳离子和下述式(2)所示的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸阴离子。

[0033] [化2]

[0034]1 2

[0035] 式中，R表示碳原子数为1～3的烷基。R 为甲基或乙基。n为1或2，从化学稳定性的方面出发，特别优选2，m为2或3，从原料的获得容易性的方面出发，特别优选3。

[0036] 上述烷基可以是直链状、分支状、环状的任一种，可列举甲基、乙基、正丙基、异丙基和环丙基。这些中，优选直链烷基，更优选甲基或乙基。1 2

[0037] 作为上述式(1)所示的环状季铵阳离子，特别优选R和R 都为甲基的环状季铵阳离子。

[0038] 本发明的离子液体的熔点优选100℃以下，更优选80℃以下，进一步优选50℃以下。

[0039] 本发明的离子液体能够通过例如使用下述式(3)所示的环状季铵盐和下述式(4)所示的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸盐，使用离子交换树脂进行离子交换而制造。

[0040] [化3]

[0041]1 2 +

[0042] (式中，R、R、n和m与上述相同。X表示卤素原子。M表示1价的金属离子。)[0043] 具体地，首先，将式(3)所示的季铵盐的水溶液通入填充有阳离子交换树脂的柱中，使上述季铵盐的阳离子负载于阳离子交换树脂，通入水进行洗净。接下来，将式(4)所示的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸盐通入上述柱中，回收溶出液，进行精制，从而能够得到目标的离子液体。

[0044] 作为上述阳离子交换树脂，能够使用一般使用的阳离子交换树脂，优选使用强酸性阳离子交换树脂。这些能够作为市售品得到。

[0045] 再有，式(3)所示的环状季铵盐能够采用公知的一般的胺类的合成方法合成。例如，能够通过使吡咯烷与卤化烷氧基烷基反应，合成叔胺，使该叔胺与烷基化剂反应而合成。

[0046] 式(4)所示的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸盐能够采用以往公知的方法(美国专利第3141898号说明书记载的方法等)合成。此外，上述式(4)中m＝3的磺酸盐也能够作为市售品获得。

[0047] 作为上述X所示的卤素原子，可列举氟、氯、溴和碘原子，优选氯、溴和碘原子。

[0048] 作为上述M+所示的金属离子，可列举钠离子、钾离子、银离子等，从成本方面出发，优选钠离子、钾离子。

[0049] 此外，本发明的离子液体，除了上述的合成法以外，也能够采用成书(《イオン性液体-開発の最前線と未来-》、シーエムシー出版、2003年；《イオン液体II-驚異的な進歩と多彩な近未来-》、シーエムシー出版、2006年等)记载的一般的合成方法合成。例如，也能够使式(3)所示的环状季铵盐与式(4)所示的磺酸盐在溶剂中反应而制造。这种情况下，溶剂可以是水、有机溶剂的任一种。

[0050] 上述反应中的环状季铵盐与三甲基甲硅烷基烷烃磺酸盐的使用比率，以摩尔比表示，能够为5：1～1：5左右。通常优选在接近1：1的比率下进行。

[0051] 反应结束后，能够进行通常的后处理而得到目标物。

[0052] 作为本发明的离子液体的其他的制造方法，可列举使用了离子交换树脂的中和法。该中和法的情形下，能够通过首先将三甲基甲硅烷基烷烃磺酸盐和环状季铵盐，分别使用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂变换为三甲基甲硅烷基烷烃磺酸和氢氧化环状季铵后，将两者混合而得到。

[0053] 本发明中应用该中和法的情况下，只要与三甲基甲硅烷基烷烃磺酸盐、环状季铵盐一起离子交换，则对抗衡离子无特别限制。但是，从成本方面出发，作为三甲基甲硅烷基烷烃磺酸盐，优选钠盐、钾盐等。作为与环状季铵盐的抗衡离子，优选卤素离子，从成本方面出发，特别优选氯离子、溴离子。

[0054] 对上述中和反应中的三甲基甲硅烷基烷烃磺酸和氢氧化环状季铵的摩尔比并无特别限制，能够为5：1～1：5左右。如果考虑成本方面，优选以接近1：1的比率进行，特别优选以水层的中和点作为反应终结点。

[0055] 以上说明的本发明的离子液体可用作反应溶剂、萃取溶剂，特别地，由于是不含卤素的离子液体，因此可用作环境负荷小的绿色溶剂。

[0056] 此外，能够用作蓄电器件的电解质(电解液)、在橡胶、塑料等高分子材料中添加的抗静电剂、增塑剂等。本发明的离子液体与其他不含卤素的离子液体相比，耐热性优异，因此适合这些用途。此外，特别地，本发明的离子液体不仅与以往的离子液体相比，而且与以往的固体的电解质盐相比，也具有宽的电位窗，在电化学上稳定，因此能够特别适合用作蓄电器件的电解质(电解液)等。

[0057] 实施例

[0058] 以下列举实施例和比较例，对本发明更具体地说明，但本发明并不限定于下述的实施例。

[0059] 再有，实施例中使用的分析装置和条件如下所述。

[0060] [1]核磁共振(1H-NMR)波谱

[0061] 装置：日本电子(株)制造AL-400

[0062] 溶剂：重DMSO

[0063] [2]熔点

[0064] 装置：セイコーインスツルメンツ(株)制造DSC 6200

[0065] 测定条件：在20℃～60℃，每分钟10℃升温，在60℃保持1分钟后，在60℃～-90℃，每分钟1℃降温，在-90℃保持1分钟后，在-90℃～60℃，每分钟1℃升温的条件下测定。

[0066] [3]分解点

[0067] 装置：セイコーインスツルメンツ(株)制造TG-DTA 6200

[0068] 测定条件：空气气氛下、在30℃～500℃每分钟10℃升温的条件下测定，将10％重量减少的温度作为分解点。

[0069] [4]循环伏安法测定

[0070] 装置：电化学测定装置HSV-100(北斗电工(株)制造)

[0071] 测定条件：工作电极使用玻璃碳电极，对电极使用铂电极，参比电极使用Ag/Ag+型参照电极，以扫描速度10mV/秒进行了测定。

[0072] [实施例1]化合物1的合成

[0073] 合成了下述式所示的化合物1。

[0074] [化4]

[0075]

[0076] 将吡咯烷(和光纯药工业(株)制造)1.51质量份和2-甲氧基乙基氯(关东化学(株)制造)1.00质量份混合，边回流边反应1小时。反应后，反应液分离为2层，放冷一段时间，下层固化。通过倾析只回收上层，通过减压蒸馏进行了精制。通过该蒸馏得到了0.96质量份的作为目标物的N-2-甲氧基乙基吡咯烷(沸点76℃/蒸汽压45mmHg)(收率
70％)。

[0077] 将得到的N-2-甲氧基乙基吡咯烷1.00质量份和相对于其为2倍体积的甲苯(和光纯药工业(株)制造)混合，装入高压釜中，对体系内进行氮置换。形成密闭系后，在室温搅拌下，加入约1.00质量份的一氯甲烷气体(日本特殊化学工业(株)制造)。一氯甲2
烷气体导入时存在温度和内压的上升，最高时温度上升到约53℃，内压上升到5.5kgf/cm。
在这种状态下，不加热而使其反应，2日后加入约0.75质量份的一氯甲烷气体。再使其反应
1日后，将加压解除，通过减压过滤将体系中生成的结晶过滤分离，使用真空泵干燥，得到了
1.29质量份的N-2-甲氧基乙基-N-甲基吡咯烷鎓氯化物(收率92％)。

[0078] 将阳离子交换树脂アンバーリスト15JS-HG·DRY(オルガノ(株)制造)塞入柱(容量约20mL)中，置换为H型。向其中通入使N-2-甲氧基乙基-N-甲基吡咯烷鎓氯化物(MEMPCl)55g溶解于去离子水100mL中的水溶液，然后，使去离子水充分地流动直至溶出液成为中性。进行多次与其同样的操作，确认使N-2-甲氧基乙基-N-甲基吡咯烷鎓氯化物流动时的溶出液大致成为中性，置换为N-2-甲氧基乙基-N-甲基吡咯烷鎓型。置换后，使去离子水充分地流动，确认溶出液为中性。将3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙磺酸钠(シグマ-アルドリッチ社制造)7.57g溶解于150mL的去离子水的水溶液通入柱中。回收溶出液，使用真空泵，在减压下将水馏除，浓缩。对于残留分，进一步使用油浴，在110℃的加热下进行1.5小时抽真空，得到了11.3g的作为目标物的化合物1(收率95％)。

[0079] 将得到的化合物1的1H-NMR波谱示于图1。

[0080] 此外，化合物1的熔点为40℃，分解点为293℃。

[0081] [实施例2]化合物2的合成

[0082] 合成了下述式所示的化合物2。

[0083] [化5]

[0084]

[0085] 除了代替3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙磺酸钠而使用了2-(三甲基甲硅烷基)-1-乙磺酸钠以外，采用与实施例1相同的方法合成了液体的化合物2。再有，2-(三甲基甲硅烷基)-1-乙磺酸钠按照美国专利第3141898号说明书记载的方法合成。1

[0086] 将得到的化合物2的 H-NMR波谱示于图2。

[0087] 此外，没有观测到化合物2的熔点，玻璃化转变温度为-70℃，分解点为285℃。

[0088] [比较例1]化合物3的合成

[0089] 按照特开2007-161733号公报记载的方法，合成了下述式所示的化合物3。化合物3的熔点为18℃，分解点为360℃。

[0090] [化6]

[0091]

[0092] [循环伏安法测定]

[0093] 对于上述化合物1～3，分别调制0.1M的碳酸亚丙酯(キシダ化学(株)制造)溶液，进行了循环伏安法测定。

[0094] 将结果示于图3。由图3可知，化合物1和2的电位窗宽，电化学上稳定。

标题	发布/更新时间	阅读量
离子液体-专利编号CN103635479A	2020-05-13	639
离子液体-专利编号CN104736546A	2020-05-11	831
离子液体-专利编号CN104736546B	2020-05-11	718
离子液体-专利编号CN103635479B	2020-05-12	568
离子液体-专利编号CN101784524B	2020-05-11	877
离子液体-专利编号CN101268057B	2020-05-11	530
离子液体-专利编号CN103319412A	2020-05-13	497
离子液体-专利编号CN101316810A	2020-05-13	56
离子液体-专利编号CN1123031A	2020-05-12	744
离子液体-专利编号CN101284790A	2020-05-12	678

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