JP2006232713A - New method for synthesizing ionic liquid - Google Patents
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本発明は、イオン性液体N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩の新規合成法に関する。 The present invention relates to a novel method for the synthesis of ionic liquid N, N'-dialkyl substituted imidazolium tetrafluoroborate.
イオン性液体は、室温付近で液体状態にある塩であり、常温溶融塩とも呼ばれている。 An ionic liquid is a salt that is in a liquid state near room temperature, and is also called a room temperature molten salt.
イオン性液体は、その高イオン伝導性から電気化学分野で注目されている。イオン性液体は、不燃性、不揮発性という特徴から、安全かつ再利用可能であり、近年問題とされてきている揮発性有機化合物の代替としての利用も期待されている(グリーン・ソルベント)。また、イオン性液体は、水、有機溶媒とは全く異なる新しい媒体としての特徴を有しており、従来にない抽出溶媒、反応溶媒としても興味深い材料である。 Ionic liquids are attracting attention in the electrochemical field because of their high ionic conductivity. Ionic liquids are safe and reusable due to their non-flammable and non-volatile characteristics, and are expected to be used as substitutes for volatile organic compounds that have been considered problematic in recent years (Green Solvent). In addition, the ionic liquid has characteristics as a new medium that is completely different from water and organic solvents, and is an interesting material as an extraction solvent and reaction solvent that have not existed before.
イオン性液体は、従来、有機のカチオンと無機あるいは有機のアニオンから製造されている。カチオン種としては、アルキルアンモニウム、アルキルホスホニウム、N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム、N−アルキルピリジニウムなどが用いられている。また、アニオン種としては、アルミニウムの塩素化物アニオン、四フッ化ホウ酸塩アニオン(BF4 −)、ヘキサフルオロホスフェートアニオンなどがある。 The ionic liquid is conventionally produced from an organic cation and an inorganic or organic anion. As the cationic species, alkylammonium, alkylphosphonium, N, N′-dialkyl-substituted imidazolium, N-alkylpyridinium, and the like are used. Examples of the anion species include chlorinated anions of aluminum, tetrafluoroborate anions (BF 4 − ), and hexafluorophosphate anions.
N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム塩は、四級アンモニウムなど他の有機系カチオン塩と比較して高いイオン解離能を有し、電解質としての幅広い応用が期待されている。 N, N'-dialkyl-substituted imidazolium salts have higher ionic dissociation ability than other organic cation salts such as quaternary ammonium, and are expected to be widely used as electrolytes.
従来、N,N‘−ジアルキル置換イミダゾリウム塩のカチオン(EMI)という)を用いたイオン性液体としてアニオンにCl−とAlCl3の複イオンを用いるものが提案されていた。しかしながらこれらの化合物は、空気中の水分と容易に反応し、分解するため取扱が困難であった。 Conventionally, an ionic liquid using a cation (EMI) of an N, N′-dialkyl-substituted imidazolium salt has been proposed which uses a double ion of Cl − and AlCl 3 as an anion. However, these compounds are difficult to handle because they easily react with moisture in the air and decompose.
そのため、非特許文献1にあっては、N,N‘−ジアルキル置換イミダゾリウム塩カチオンに対する種々の対イオンを適用した合成が試みられている。すなわち、1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムカチオンを用い、アニオンとしてNO3 −、NO2 −、BF4 −、CH3CO3 −、SO4 2−などそれぞれのアニオンからなる塩を合成し、その物性を調べている。 Therefore, in Non-Patent Document 1, an attempt is made to apply various counter ions to the N, N′-dialkyl-substituted imidazolium salt cation. That is, using 1-ethyl-3-methyl-imidazolium cation, a salt composed of each anion such as NO 3 − , NO 2 − , BF 4 − , CH 3 CO 3 − and SO 4 2− is synthesized as an anion. I'm investigating their physical properties.
これら多くの試みにより、アニオンが四フッ化ホウ酸塩アニオンであるN,N‘−ジアルキル置換イミダゾリウム塩の多くは、常温で液体状態を示し、空気中で安定に存在する。そのため、イオン性液体として、多くの分野での応用が期待されているに至った。 Due to these many attempts, many of the N, N′-dialkyl-substituted imidazolium salts whose anions are tetrafluoroborate anions exhibit a liquid state at room temperature and exist stably in air. For this reason, application in many fields has been expected as an ionic liquid.
非特許文献1をはじめ、従来のN.N‘−ジアルキル置換イミダゾリウム塩は、N.N’−ジアルキル置換イミダゾリウム塩を原料とし、下記一般式で示されるイオン交換法であった。 Non-Patent Document 1 and conventional N.I. N'-dialkyl substituted imidazolium salts are N.I. This was an ion exchange method represented by the following general formula using N'-dialkyl-substituted imidazolium salt as a raw material.
例えば、下記のような合成法が報告されている。
For example, the following synthesis methods have been reported.
非特許文献1には、1−エチル−3−メチル−イミダゾリウム(EMI)のヨウ素塩と四フッ化ホウ酸銀による。 Non-Patent Document 1 is based on iodine salt of 1-ethyl-3-methyl-imidazolium (EMI) and silver tetrafluoroborate.
この場合、目的物(EMIBF4)はアルコール中に溶けており、溶媒であるアルコールを蒸発除去せねばならない。 In this case, the target product (EMIBF 4 ) is dissolved in the alcohol, and the alcohol as the solvent must be removed by evaporation.
また、非特許文献2には、カチオンとして1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム(DMPI)を用いており、下記の反応により合成している。 Non-Patent Document 2 uses 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium (DMPI) as a cation and is synthesized by the following reaction.
LiClをろ別し、アセトニトリルを蒸発させて目的物(DMPIBF4)を得ている。
LiCl was filtered off and acetonitrile was evaporated to obtain the target product (DMPIBF 4 ).
更に、非特許文献3においては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム塩化物(EMICl)を用いた。下記に示す反応により合成している。 Furthermore, in Non-Patent Document 3, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMICl) was used. It is synthesized by the reaction shown below.
更にまた、非特許文献4には体1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウム、下記に示す反応により合成している。 Furthermore, Non-Patent Document 4 synthesizes the body 1-butyl-3-methyl-imidazolium by the reaction shown below.
上記の通り、従来のイオン交換法による、N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩の合成法は、原料が高価なこと、反応に3〜7日間を要すること、Li+やX−といった対イオンの除去が困難で不純物として残りやすいこと、といった問題点があり、そのため現在入手できるN,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩は高価であり、かつ純度は十分なものでないことが多い。
本発明は、N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩の従来の合成法の上記問題点を解消することを目的とする。
すなわち、本発明は、N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩が容易に生成できる合成法を提供することを目的とする。そして、純度が高いN,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩の合成法を提供することが目的である。さらに、本発明は、安価にN,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩を合成できる合成法を提供することが目的である。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the conventional synthesis method of N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate.
That is, an object of the present invention is to provide a synthesis method capable of easily producing N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate. It is another object of the present invention to provide a method for synthesizing N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate having a high purity. Furthermore, an object of the present invention is to provide a synthesis method capable of synthesizing N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate at a low cost.
本発明者は、N−アルキル置換イミダゾリンに四フッ化ホウ酸トリアルキルオキソニウムを溶媒中で反応させると、N,N’−ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩が高純度で生成するのを見出し、本発明を完成した。 When the present inventors reacted N-alkyl-substituted imidazoline with trialkyloxonium tetrafluoroborate in a solvent, N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate is produced with high purity. The present invention has been completed.
この反応は、下式で示される。 This reaction is shown by the following formula.
生成するN,N’−ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩は、溶媒から二層に分離し、容易に回収可能である。
このN,N’−ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩の生成反応には原理的に対イオンの混入はない。したがって、対イオンの除去を要しない。
このN,N’−ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩の生成反応は、一段階反応であり、要する時間は、20時間以内である。
The resulting N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate can be separated from the solvent in two layers and easily recovered.
In principle, there is no counter ion contamination in the formation reaction of this N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate. Therefore, it is not necessary to remove counter ions.
This N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate production reaction is a one-step reaction and takes 20 hours or less.
原料のN−アルキル置換イミダゾリンは、市場で容易に入手できる。高価なN,N’−ジアルキル置換イミダゾリンに比較すると非常に安価である。 The starting N-alkyl substituted imidazoline is readily available on the market. Compared to expensive N, N'-dialkyl substituted imidazolines, it is very inexpensive.
原料の四フッ化ホウ酸トリアルキルオキソニウムは、市場で容易に入手できる。 The starting material trialkyloxonium tetrafluoroborate is readily available on the market.
原料のN−アルキル置換イミダゾリンは、下記一般式(1)で示される。
一般式(1)
The starting N-alkyl-substituted imidazoline is represented by the following general formula (1).
General formula (1)
原料の四フッ化ホウ酸トリアルキルオキソニウムは、下記一般式(2)で示される。
一般式(2)
The starting material trialkyloxonium tetrafluoroborate is represented by the following general formula (2).
General formula (2)
生成物のN,N’−ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩は、下記一般式(3)で示される。
The product N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate is represented by the following general formula (3).
下記一般式(3) The following general formula (3)
本発明の、N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩の合成法は、合成が容易である。そして、本発明の合成法は、純度が高いN,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩を合成できる。さらに、本発明の合成法は、N,N’―ジアルキル置換イミダゾリウム四フッ化ホウ酸塩を安価に合成できる。 The method for synthesizing the N, N'-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate of the present invention is easy to synthesize. The synthesis method of the present invention can synthesize N, N′-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate having high purity. Furthermore, the synthesis method of the present invention can synthesize N, N'-dialkyl-substituted imidazolium tetrafluoroborate at a low cost.
イオン性液体四フッ化ホウ酸1−エチル−3−メチル−イミダゾリウム(R1=CH3CH2−,R2=H−,R3=CH3−)(EMIBF4)の合成
四フッ化ホウ酸トリメチルオキソニウム(CH3)3OBF4(和光純薬)10gをジエチルエーテル約100ml中に溶解させ、マグネティックスターラーで撹拌した。そこに1−エチルイミダゾ−ル(関東化学)6.51gを滴下し、約20時間さらに撹拌した。生成物は2相に分離しており、上澄みを捨てた後下の相をジエチルエ−テルで洗浄し、50℃、減圧下で2時間乾燥して生成物を得た。生成物の重量は13.1gであった。生成物のうち約5μlを重クロロホルムに溶解し、1H−NMRで測定して生成物の構造、純度を確認した。生成物の1H−NMRスペクトルを図1に示す。これより生成物はほぼ全量目的物EMIBF4であることが分かる。
Ionic liquids tetrafluoroboric acid 1-ethyl-3-methyl - imidazolium (R 1 = CH 3 CH 2 -, R 2 = H-, R 3 = CH 3 -) Synthesis tetrafluoride of (EMIBF 4) 10 g of trimethyloxonium borate (CH 3 ) 3 OBF 4 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in about 100 ml of diethyl ether and stirred with a magnetic stirrer. 6.51 g of 1-ethylimidazole (Kanto Chemical) was added dropwise thereto, and further stirred for about 20 hours. The product was separated into two phases. After discarding the supernatant, the lower phase was washed with diethyl ether and dried at 50 ° C. under reduced pressure for 2 hours to obtain a product. The product weight was 13.1 g. About 5 μl of the product was dissolved in deuterated chloroform and measured by 1 H-NMR to confirm the structure and purity of the product. The 1 H-NMR spectrum of the product is shown in FIG. From this, it can be seen that the product is almost entirely the target product EMIBF 4 .
イオン性液体四フッ化ホウ酸1,3−ジメチル−イミダゾリウム(R1=R3=CH3−,R2=H−)(DMIBF4)の合成
四フッ化ホウ酸トリメチルオキソニウム(CH3)3OBF4(和光純薬)10gをジエチルエーテル100ml中に溶解させ、マグネティックスターラーで撹拌した。そこに1−メチルイミダゾ−ル(関東化学)5.62gを滴下し、約20時間さらに撹拌した。生成物は2相に分離しており、上澄みを捨てた後下の相をジエチルエーテルで洗浄し、50℃、減圧下で2時間乾燥して生成物を得た。生成物の重量は13.2gであった。生成物のうち約5μlを重クロロホルムに溶解し、1H−NMRで測定して生成物の構造、純度を確認した。生成物の1H−NMRスペクトルを図2に示す。これより生成物はほぼ全量目的物DMIBF4であることが分かる。
Synthesis of ionic liquid 1,3-dimethyl-imidazolium tetrafluoroborate (R 1 = R 3 = CH 3- , R 2 = H-) (DMIB 4 ) Trimethyloxonium tetrafluoroborate (CH 3 ) 3 OBF 4 (Wako pure Chemical) 10 g was dissolved in diethyl ether 100 ml, and stirred with a magnetic stirrer. Thereto was added dropwise 5.62 g of 1-methylimidazole (Kanto Chemical), and the mixture was further stirred for about 20 hours. The product was separated into two phases. After discarding the supernatant, the lower phase was washed with diethyl ether and dried at 50 ° C. under reduced pressure for 2 hours to obtain a product. The product weight was 13.2 g. About 5 μl of the product was dissolved in deuterated chloroform and measured by 1 H-NMR to confirm the structure and purity of the product. The 1 H-NMR spectrum of the product is shown in FIG. From this it can be seen that the product is almost all of the target product DMIBF 4 .
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