JP2016003182A - 新規なイオン液体、ガスの吸収方法，及びガスの吸収装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】カチオン内に２種以上の複素環を有する新規なイオン液体を提供する。【解決手段】カチオンが一般式（Ａ）で表されるイオン液体。〔Ｒ１〜Ｒ６は各々独立にＨ、置換若しくは非置換のＣ１−２０の飽和或いは不飽和の直鎖状、分枝状環状のアルキル；置換若しくは非置換のＣ６−３０のアリール、Ｃ７−３１のアリールアルキル等〕【効果】イオン液体は、ガスの吸収剤、化学反応の触媒、高分子を合成触媒、反応溶媒、電気化学的デバイス用電解質、医学、薬学、生物学等に関わる技術分野で利用できる。【選択図】なし
Description
本発明は、新規なイオン液体、ガスの吸収方法、及びガスの吸収装置に関する。
イオン液体は、イオンのみから構成される塩である。イオン液体は、陽イオンおよび陰イオンの自由な組み合わせで、融点や、水または有機溶媒への溶解度等の各種物性の調整が可能である。
また、イオン液体は、その他の様々な特徴を有することが知られている。例えば、イオン液体は、蒸気圧が低い、難燃性である、熱安定性・電気化学的安定性が高い、電気伝導性が高い、物質をよく溶かすなど、他の化学物質にはない独自の性質を有することが知られている。このため、種々の分野において、イオン液体の広範な用途が検討されている。
また、イオン液体は、その他の様々な特徴を有することが知られている。例えば、イオン液体は、蒸気圧が低い、難燃性である、熱安定性・電気化学的安定性が高い、電気伝導性が高い、物質をよく溶かすなど、他の化学物質にはない独自の性質を有することが知られている。このため、種々の分野において、イオン液体の広範な用途が検討されている。
例えば、有機合成の分野では、イオン液体が、水や有機溶媒と相分離し、不揮発性であることを利用して、グリーンソルベントの用途が検討されている。また、イオン液体自身が酸触媒として機能したり、イオン液体自身が求核置換反応を活性化することが知られている。この作用により、通常は有機溶媒中では進行しない反応を、イオン液体中で進行できることが確認されている。
また、イオン液体は、化学合成だけでなく、酵素反応にも有用である。イオン液体によって、酵素固定の向上、酵素活性の向上、動的光学分割の促進等が、従来から検討されている。
また、イオン液体には、酵素を安定化する効果がある。そして、酵素反応にイオン液体を用いる場合では、水を溶媒とするよりも、効率的な酵素反応プロセスとなることも報告されている。
また、イオン液体には、酵素を安定化する効果がある。そして、酵素反応にイオン液体を用いる場合では、水を溶媒とするよりも、効率的な酵素反応プロセスとなることも報告されている。
また、イオン液体は、バイオリファイナリーへの応用も期待されている。地球上で最も大量に存在する非食用バイオ資源であるセルロースは難溶性で、効率的な加工プロセスがなかったために有効活用が困難であった。このような状況下、イオン液体がセルロースを可溶化し、実用的な濃度でセルロース溶液が得られることが判明した。このように、セルロースをセルロース溶液として扱えれば、その後の化学処理や酵素反応などのプロセスにより、セルロースを再生可能原料として利用できる可能性がある。
また、イオン液体の構造を調整することにより「極性かつ疎水性」という特異的な溶媒を設計して、有機溶媒に不溶のアミノ酸や糖などを高濃度で溶解させ、バイオテクノロジーへの応用することが期待されている。例えば、最近では、イオン液体は、タンパク質の凝集を抑制し、リフォールディング効果を発現する等の報告もあり、バイオサイエンス分野での利用が拡大している。
また、イオン液体は、広い温度範囲で安定な液体であり、電位窓が広く、難燃性で高いイオン濃度を有する。このため、電気化学デバイスの電解質として有望である。
イオン液体によって、電気化学デバイスの安定性や耐久性が向上することが知られている。例えば、イオン液体には、電気二重層キャパシタの電解液として実用化されているものもある。
イオン液体によって、電気化学デバイスの安定性や耐久性が向上することが知られている。例えば、イオン液体には、電気二重層キャパシタの電解液として実用化されているものもある。
また、イオン液体は、色素増感太陽電池の電解質としても高い特性を示す。よって、イオン液体を用いれば、有機溶媒系電解質を用いた場合よりも、耐久性が改善される場合がある。
また、イオン液体は、MALDI-MS分析に有用であることが知られている。すなわち、一般的な液体は真空条件下で蒸発するが、イオン液体は蒸気圧が極めて低く蒸発しないため、真空で液体として取り扱える。MALDI-MS分析は生体高分子の分析に有用である。しかしながら、従来の固体マトリックスでは試料が均一に混ざらず、分析の再現性が低いことが問題であった。この点、イオン液体は、低揮発性であり、物質をよく溶かすため、MALDI-MS分析に有用である。
また、イオン液体は、分離・精製分野では、GC用キャピラリーカラムの固定相として利用されている。
さらに、イオン液体は、バイオメディカル、ドラッグデリバリー、金属工学、イオンコンプレッサー、放射性廃棄物の処理プロセス等の用途での利用が検討されている。
さらに、イオン液体は、バイオメディカル、ドラッグデリバリー、金属工学、イオンコンプレッサー、放射性廃棄物の処理プロセス等の用途での利用が検討されている。
このように、イオン液体は、様々な用途における展開が検討されている。
また、実用的な用途への応用としては、特定構造のイオン液体を、二酸化炭素等のガスの分離や精製に用いる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
また、実用的な用途への応用としては、特定構造のイオン液体を、二酸化炭素等のガスの分離や精製に用いる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
しかしながら、現在までに知られているイオン液体は、特定の限られた構造のものであり、種々の用途に適用可能な更なる新規なイオン液体の開発が望まれていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、種々の用途に適用可能な新規なイオン液体を提供することを目的とする。
また、この新規なイオン液体を用いたガスの吸収方法を提供することを目的とする。
また、この新規なイオン液体を用いたガスの吸収装置を提供することを目的とする。
また、この新規なイオン液体を用いたガスの吸収方法を提供することを目的とする。
また、この新規なイオン液体を用いたガスの吸収装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記従来技術を鑑み、鋭意研究を重ねた結果、カチオン内に２種以上の複素環を有する新規なイオン液体を開発した。
そして、この新規なイオン液体は、ガスの吸収特性に優れるという予想外の事実を見いだした。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
そして、この新規なイオン液体は、ガスの吸収特性に優れるという予想外の事実を見いだした。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
すなわち、請求項１に記載の発明は、カチオン内に２つ以上の複素環を有するイオン液体であって、
前記カチオン内のそれぞれの複素環が互いに相違する構造であることを要旨とする。
前記カチオン内のそれぞれの複素環が互いに相違する構造であることを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、
前記２つ以上の複素環が、下記式（１）〜（２）からなる群より選択される構造を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン液体であることを要旨とする。
前記２つ以上の複素環が、下記式（１）〜（２）からなる群より選択される構造を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン液体であることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、前記カチオンが下記一般式（Ａ）で表される請求項１に記載のイオン液体であることを要旨とする。
〔式（Ａ）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立して、
水素原子、
置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数６〜３０のアリール基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数７〜３１のアリールアルキル基、または
炭素数１〜２０のアルコキシ基であり、
前記アルキル基、前記アリール基または前記アリールアルキル基が置換されている場合は、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、メルカプト基、スルホ基、メシル基、ｐ−トルエンスルホニル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリメチルシリル基、ホスフィニコ基、またはホスホノ基で置換されており、
Ｒ４は、炭素数２〜１０の直鎖状または分枝状のアルキレン基である。〕
水素原子、
置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数６〜３０のアリール基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数７〜３１のアリールアルキル基、または
炭素数１〜２０のアルコキシ基であり、
前記アルキル基、前記アリール基または前記アリールアルキル基が置換されている場合は、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、メルカプト基、スルホ基、メシル基、ｐ−トルエンスルホニル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリメチルシリル基、ホスフィニコ基、またはホスホノ基で置換されており、
Ｒ４は、炭素数２〜１０の直鎖状または分枝状のアルキレン基である。〕
請求項４に記載の発明は、アニオンとして、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＰＦ６ −、ＢＦ４ −、ｐ−ＣＨ３−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３ −、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＮＣ）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＨ３ＣＯＯ−及びＣＦ３ＣＯＯ−から選択される少なくとも１種類以上を含んだことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン液体であることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とするガスの吸収方法であることを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とするガスの吸収装置であることを要旨とする。
本発明によれば、多様な用途に用いられるイオン液体が提供される。すなわち、本発明の新規なイオン液体は、例えば、ガスの吸収剤、化学反応の際の触媒、特に高分子を合成する際の触媒、反応溶媒、電気化学的デバイス用電解質に用いることができ、更に化学のみならず、医学、薬学、生物学等に関わる技術分野で好適に利用することができる。
例えば、以下のように利用できる。すなわち、本発明のイオン液体は、化学合成におけるグリーンソルベント、触媒や、高分子合成に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分離・精製用途においては、ガス分離、抽出、抽出蒸留、分離膜、重金属抽出、放射性廃棄物処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオテクノロジーにおいては、酵素反応、ドラッグデリバリー、タンパク質リフォールディングに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、電解質用途においては、燃料電池、スーパーキャパシタ、色素増感太陽電池、金属表面処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分析用途においては、MALDI-TOF マトリクス、GC 固定相、LC 固定相、SCFC 固定相、LC 移動相、GC ヘッドスペース溶媒に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性流体・添加剤用途においては、潤滑剤、イオンコンプレッサー、燃料添加剤、帯電防止剤、熱流体に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、無機合成用途や薄膜用途においては、真空蒸着、金属ナノ粒子合成に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性材料用途においては、アクチュエーター、イオンゲル、センサーに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオリファイナリー用途においては、セルロース等の高分子の可溶化に利用することができる。
例えば、以下のように利用できる。すなわち、本発明のイオン液体は、化学合成におけるグリーンソルベント、触媒や、高分子合成に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分離・精製用途においては、ガス分離、抽出、抽出蒸留、分離膜、重金属抽出、放射性廃棄物処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオテクノロジーにおいては、酵素反応、ドラッグデリバリー、タンパク質リフォールディングに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、電解質用途においては、燃料電池、スーパーキャパシタ、色素増感太陽電池、金属表面処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分析用途においては、MALDI-TOF マトリクス、GC 固定相、LC 固定相、SCFC 固定相、LC 移動相、GC ヘッドスペース溶媒に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性流体・添加剤用途においては、潤滑剤、イオンコンプレッサー、燃料添加剤、帯電防止剤、熱流体に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、無機合成用途や薄膜用途においては、真空蒸着、金属ナノ粒子合成に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性材料用途においては、アクチュエーター、イオンゲル、センサーに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオリファイナリー用途においては、セルロース等の高分子の可溶化に利用することができる。
また、本発明のガスの吸収方法によれば、新規イオン液体のガス吸収特性を利用して、吸収効率の高いガス吸収方法が提供される。
また、本発明のガスの吸収装置によれば、新規イオン液体のガス吸収特性を利用して、吸収効率の高いガス吸収装置が提供される。
また、本発明のガスの吸収装置によれば、新規イオン液体のガス吸収特性を利用して、吸収効率の高いガス吸収装置が提供される。
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明する。
二酸化炭素の吸収量の測定方法を説明するための模式図である。
二酸化炭素の吸収実験の結果を説明するためのグラフである。
ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
以下、本発明を詳しく説明する。
〔１〕イオン液体
本発明のイオン液体は、カチオン内に２つ以上の複素環を有する。そして、カチオン内のそれぞれの複素環が互いに相違する構造であることを特徴とする。
複素環の個数は２以上であれば特に限定されない。通常、複素環の個数は２である。
〔１〕イオン液体
本発明のイオン液体は、カチオン内に２つ以上の複素環を有する。そして、カチオン内のそれぞれの複素環が互いに相違する構造であることを特徴とする。
複素環の個数は２以上であれば特に限定されない。通常、複素環の個数は２である。
複素環は、下記式（１）〜（２）からなる群より選択される構造を有することが好ましい。
本発明では、カチオンに採用される２以上の複素環は、互いに相違した構造を有している。
カチオンが下記一般式（Ａ）で表されるイオン液体であることが好ましい。
〔式（Ａ）中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立して、
水素原子、
置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数６〜３０のアリール基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数７〜３１のアリールアルキル基、または
炭素数１〜２０のアルコキシ基であり、
前記アルキル基、前記アリール基または前記アリールアルキル基が置換されている場合は、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、メルカプト基、スルホ基、メシル基、ｐ−トルエンスルホニル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリメチルシリル基、ホスフィニコ基、またはホスホノ基で置換されており、
Ｒ４は、炭素数２〜１０の直鎖状または分枝状のアルキレン基である。〕
水素原子、
置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数６〜３０のアリール基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数７〜３１のアリールアルキル基、または
炭素数１〜２０のアルコキシ基であり、
前記アルキル基、前記アリール基または前記アリールアルキル基が置換されている場合は、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、メルカプト基、スルホ基、メシル基、ｐ−トルエンスルホニル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリメチルシリル基、ホスフィニコ基、またはホスホノ基で置換されており、
Ｒ４は、炭素数２〜１０の直鎖状または分枝状のアルキレン基である。〕
前記化学式（Ａ）中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６として用いられる置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基の例としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソアミル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−へキシル基、３−メチルペンタン−２−イル基、３−メチルペンタン−３−イル基、４−メチルペンチル基、４−メチルペンタン−２−イル基、１，３−ジメチルブチル基、３，３−ジメチルブチル基、３，３−ジメチルブタン−２−イル基、ｎ−ヘプチル基、１−メチルヘキシル基、３−メチルヘキシル基、４−メチルヘキシル基、５−メチルヘキシル基、１−エチルペンチル基、１−（ｎ−プロピル）ブチル基、１，１−ジメチルペンチル基、１，４−ジメチルペンチル基、１，１−ジエチルプロピル基、１，３，３−トリメチルブチル基、１−エチル−２，２−ジメチルプロピル基、ｎ−オクチル基、２−メチルヘキサン−２−イル基、２，４−ジメチルペンタン−３−イル基、１，１−ジメチルペンタン−１−イル基、２，２−ジメチルヘキサン−３−イル基、２，３−ジメチルヘキサン−２−イル基、２，５−ジメチルヘキサン−２−イル基、２，５−ジメチルヘキサン−３−イル基、３，４−ジメチルヘキサン−３−イル基、３，５−ジメチルヘキサン−３−イル基、１−メチルヘプチル基、２−メチルヘプチル基、５−メチルヘプチル基、２−メチルヘプタン−２−イル基、３−メチルヘプタン−３−イル基、４−メチルヘプタン−３−イル基、４−メチルヘプタン−４−イル基、１−エチルヘキシル基、２−エチルヘキシル基、１−プロピルペンチル基、２−プロピルペンチル基、１，１−ジメチルヘキシル基、１，４−ジメチルヘキシル基、１，５−ジメチルヘキシル基、１−エチル−１−メチルペンチル基、１−エチル−４−メチルペンチル基、１，１，４−トリメチルペンチル基、２，４，４−トリメチルペンチル基、１−イソプロピル−１，２−ジメチルプロピル基、１，１，３，３−テトラメチルブチル基、ｎ−ノニル基、１−メチルオクチル基、６−メチルオクチル基、１−エチルヘプチル基、１−（ｎ−ブチル）ペンチル基、４−メチル−１−（ｎ−プロピル）ペンチル基、１，５，５−トリメチルヘキシル基、１，１，５−トリメチルヘキシル基、２−メチルオクタン−３−イル基、ｎ−デシル基、１−メチルノニル基、１−エチルオクチル基、１−（ｎ−ブチル）ヘキシル基、１，１−ジメチルオクチル基、３，７−ジメチルオクチル基、ｎ−ウンデシル基、１−メチルデシル基、１−エチルノニル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−トリデシル基、ｎ−テトラデシル基、１−メチルトリデシル基、ｎ−ペンタデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−ヘプタデシル基、ｎ−オクタデシル基、ｎ−ノナデシル基、ｎ−エイコシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などが挙げられる。入手容易性の観点から、置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜８の飽和もしくは不飽和の直鎖状または分岐状のアルキル基が好ましく、ｎ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基、２−エチルヘキシル基が特に好ましい。
前記化学式（Ａ）中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６として用いられる置換されているかもしくは非置換の炭素数６〜３０のアリール基の例としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、９−アンスリル基、９−フェナントリル基、１−ピレニル基、５−ナフタセニル基、１−インデニル基、２−アズレニル基、９−フルオレニル基、ターフェニル基、クオーターフェニル基、メシチル基、ペンタレニル基、ビナフタレニル基、ターナフタレニル基、クオーターナフタレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、インダセニル基、フルオランテニル基、アセナフチレニル基、アセアントリレニル基、フェナレニル基、フルオレニル基、アントリル基、ビアントラセニル基、ターアントラセニル基、クオーターアントラセニル基、アントラキノリル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、プレイアデニル基、ピセニル基、ペリレニル基、ペンタフェニル基、ペンタセニル基、テトラフェニレニル基、ヘキサフェニル基、ヘキサセニル基、ルビセニル基、コロネニル基、トリナフチレニル基、ヘプタフェニル基、ヘプタセニル基、ピラントレニル基、オバレニル基などが挙げられる。入手容易性の観点から、置換されているかもしくは非置換の炭素数６のアリール基が好ましく、フェニル基が特に好ましい。
前記化学式（Ａ）中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６として用いられる置換されているかもしくは非置換の炭素数７〜３１のアリールアルキル基の例としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、３−フェニルプロピル基、１−ナフチルメチル基、２−ナフチルメチル基、２−（１−ナフチル）エチル基、２−（２−ナフチル）エチル基、３−（１−ナフチル）プロピル基、または３−（２−ナフチル）プロピル基などが挙げられる。入手容易性の観点から、置換されているかもしくは非置換の炭素数７のアリールアルキル基が好ましく、ベンジル基が特に好ましい。
前記化学式（Ａ）中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６として用いられる炭素数１〜２０のアルコキシ基の例としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、２−メチルプロポキシ基、１−メチルプロポキシ基、ｔ−ブトキシ基等を挙げることができる。これらのなかでも、炭素数１〜４のものが好ましい。
前記化学式（Ａ）中のＲ４として用いられる炭素数２〜１０の直鎖状または分枝状のアルキレン基の例としては、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ドデシレン基などが挙げられる。入手容易性の観点から、ｎ−プロピレン基、ｎ−ヘキシレン基が特に好ましい。
前述した置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基、置換されているかもしくは非置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換されているかもしくは非置換のアリールアルキル基、およびアルキレン基中の水素原子は、さらに他の置換基で置換されていてもよい。
そのような置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子、メチル基、エチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ドデシル基などのアルキル基、フェニル基、ｐ−トリル基、キシリル基、クメニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナントリル基などのアリール基、メトキシ基、エトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基などのアルコキシ基、フェノキシ基、ｐ−トリルオキシ基などのアリールオキシ基、メトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、フェノキシカルボニルなど等のアルコキシカルボニル基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基などのアシルオキシ基、アセチル基、ベンゾイル基、イソブチリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メトキサリル基などのアシル基、メチルスルファニル基、ｔｅｒｔ−ブチルスルファニル基などのアルキルスルファニル基、フェニルスルファニル基、ｐ−トリルスルファニル基などのアリールスルファニル基、メチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基などのアルキルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、モルホリノ基、ピペリジノ基などのジアルキルアミノ基、フェニルアミノ基、ｐ−トリルアミノ基等のアリールアミノ基などの他、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、メルカプト基、スルホ基、メシル基、ｐ−トルエンスルホニル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリメチルシリル基、ホスフィニコ基、ホスホノ基などが挙げられる。
アニオンとしては、カチオンと対になるものであれば特に限定されないが、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＰＦ６ −、ＢＦ４ −、ｐ−ＣＨ３−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３ −、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＮＣ）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＨ３ＣＯＯ−及びＣＦ３ＣＯＯ−から選択される少なくとも１種類以上を含んでいることが好ましい。
２つ以上の複素環の各々に対応するアニオンは、同一であっても異なっていてもよい。
２つ以上の複素環の各々に対応するアニオンは、同一であっても異なっていてもよい。
本発明のイオン液体の好ましい化合物としては、下記化学式（I）または（II）で表わされる化合物が挙げられる。
本発明で用いられるイオン液体の合成方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
例えば、（１）アニオン交換法、（２）酸エステル法、（３）中和法によって製造することができる。
アニオン交換法では、まず、第三級アミンとハロゲン化アルキルとを反応させて第４級アンモニウムハライドを得る。その後、アニオン成分を含む塩（リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩）を反応させることによりイオン液体が得られる。
また、酸エステル法は、第三級アミンと酸エステルとを反応させてイオン液体を得る方法である。酸エステル法は、酸エステルの置換基が三級アミンに導入されるため、アニオン種カチオン種を種々変更する場合に有用な方法である。
また、中和法は、第三級アミン類を有機酸で中和することにより、目的とするイオン液体を製造する。
例えば、（１）アニオン交換法、（２）酸エステル法、（３）中和法によって製造することができる。
アニオン交換法では、まず、第三級アミンとハロゲン化アルキルとを反応させて第４級アンモニウムハライドを得る。その後、アニオン成分を含む塩（リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩）を反応させることによりイオン液体が得られる。
また、酸エステル法は、第三級アミンと酸エステルとを反応させてイオン液体を得る方法である。酸エステル法は、酸エステルの置換基が三級アミンに導入されるため、アニオン種カチオン種を種々変更する場合に有用な方法である。
また、中和法は、第三級アミン類を有機酸で中和することにより、目的とするイオン液体を製造する。
本発明によれば、多様な用途に用いられる新規なイオン液体が提供される。
本発明のイオン液体は、例えば、ガスの吸収剤、化学反応の際の触媒、特に高分子を合成する際の触媒として利用することができる。
また、本発明のイオン液体は溶媒として好適に用いられる。反応溶媒として使用される場合の化学反応の種類には特に限定はなく、例えば重合反応、酸化反応、還元反応、付加反応、置換反応、脱離反応、触媒反応、酵素反応、光化学反応などの反応溶媒として用いることができる。
また、本発明のイオン液体は、電気化学的デバイス用電解質として好適に用いられる。
また、本発明のイオン液体は、化学のみならず、医学、薬学、生物学等に関わる技術分野で好適に利用することができる。
本発明のイオン液体は、例えば、ガスの吸収剤、化学反応の際の触媒、特に高分子を合成する際の触媒として利用することができる。
また、本発明のイオン液体は溶媒として好適に用いられる。反応溶媒として使用される場合の化学反応の種類には特に限定はなく、例えば重合反応、酸化反応、還元反応、付加反応、置換反応、脱離反応、触媒反応、酵素反応、光化学反応などの反応溶媒として用いることができる。
また、本発明のイオン液体は、電気化学的デバイス用電解質として好適に用いられる。
また、本発明のイオン液体は、化学のみならず、医学、薬学、生物学等に関わる技術分野で好適に利用することができる。
〔２〕ガスの吸収方法
本発明のガスの吸収方法は、上述のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とする。
本発明のガスの吸収方法は、上述のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とする。
本発明のガスの吸収方法によって、吸収されるガスは、二酸化炭素又は酸性ガスである。ここで、酸性ガスとしては、酸性を示すものであれば特に限定されないが、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘを挙げることができる。
本発明のガスの吸収方法では、イオン液体をそのままの状態で用いてもよいし、イオン液体を含む高分子材料、イオン液体を含む無機材料、イオン液体を含む有機材料を用いてもよい。また、これらは、単独で用いてもよいが、複数種を組み合わせてもよい。また、高分子材料、無機材料、有機材料については、その形態は特に限定されず、液体であっても固体であってもよい。
イオン液体を含む高分子材料としては、特に限定されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル等の高分子のうちの何れか１種類以上の高分子から選択されるものが採用される。高分子材料の形態は、特に限定されないが、例えば、塊状、粒状、粉末状、粒子状、ナノ粒子状、シート状、網状、糸状等のものが例示される。
イオン液体を含む無機材料としては、特に限定されない。例えば、メソポーラスシリカ、ゼオライト、無機層状化合物、粘土等の無機材料の何れか１種類以上から選択されるものが採用される。イオン液体を含む無機材料の形態は、特に限定されないが、例えば、塊状、粒状、粉末状、粒子状、ナノ粒子状、シート状、網状、糸状等のものが例示される。
イオン液体を含む有機材料としては、特に限定されない。例えば、フタロシアニン等の有機材料の１種類以上から選択されるものが採用される。イオン液体を含む有機材料の形態は、特に限定されないが、例えば、塊状、粒状、粉末状、粒子状、ナノ粒子状、シート状、網状、糸状等のものが例示される。
本発明のガスの吸収方法では、二酸化炭素、酸性ガス、それらを含有したガス、又はそれらを含む超臨界流体を、イオン液体、イオン液体を含む高分子材料、イオン液体を含む無機材料、イオン液体を含む有機材料から選択される少なくとも１種類以上の材料と接触させることにより、物理的にガスを吸収させる。
本発明のガスの吸収方法では、ガスを吸収させる圧力は限定されない。通常、０ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、好ましくは０ＭＰａ〜１０ＭＰａであり、特に好ましくは０ＭＰａ〜５ＭＰａである。
本発明では、常圧で接触させてもガスの吸収効率は高くなるという作用効果を奏する。
なお、ガスの吸収の際の圧力は、イオン液体の種類、ガスの種類等に応じて適宜選択できる。
本発明では、常圧で接触させてもガスの吸収効率は高くなるという作用効果を奏する。
なお、ガスの吸収の際の圧力は、イオン液体の種類、ガスの種類等に応じて適宜選択できる。
ガスを吸収させる温度は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択できる。
例えば、ガスとして、二酸化炭素ないしは二酸化炭素を含むガスを用いた場合には、０℃〜１００℃、好ましくは１０℃〜７０℃、特に好ましくは２０℃〜４０℃の温度条件下で接触させることができる。
例えば、ガスとして、二酸化炭素ないしは二酸化炭素を含むガスを用いた場合には、０℃〜１００℃、好ましくは１０℃〜７０℃、特に好ましくは２０℃〜４０℃の温度条件下で接触させることができる。
本発明のガスの吸収方法によれば、カチオン内に２つ以上の複素環を有し、それぞれの複素環が互いに相違する特殊なイオン液体を用いている。
よって、従来のイオン液体を用いたガスの吸収方法に比べて、ガスの吸収効率が高い。
よって、従来のイオン液体を用いたガスの吸収方法に比べて、ガスの吸収効率が高い。
〔３〕ガスの吸収装置
本発明のガスの吸収装置は、上述のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とする。
本発明のガスの吸収装置では、吸収されるガスの種類、イオン液体の状態、ガスを吸収させる圧力、ガスを吸収させる温度については、上記〔２〕ガスの吸収方法の説明をそのまま適用できる。
本発明のガスの吸収装置は、上述のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とする。
本発明のガスの吸収装置では、吸収されるガスの種類、イオン液体の状態、ガスを吸収させる圧力、ガスを吸収させる温度については、上記〔２〕ガスの吸収方法の説明をそのまま適用できる。
すなわち、本発明のガスの吸収装置によって、吸収されるガスとしては、二酸化炭素又は酸性ガスである。ここで、酸性ガスとしては、酸性を示すものであれば特に限定されないが、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘを挙げることができる。
本発明のガスの吸収装置では、イオン液体をそのままの状態で用いてもよいし、イオン液体を含む高分子材料、イオン液体を含む無機材料、イオン液体を含む有機材料を用いてもよい。また、これらは、単独で用いてもよいが、複数種を組み合わせてもよい。また、高分子材料、無機材料、有機材料は、その形態は特に限定されず、液体であっても固体であってもよい。
イオン液体を含む高分子材料としては、特に限定されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル等の高分子のうちの何れか１種類以上の高分子から選択されるものが採用される。高分子材料の形態は、特に限定されないが、例えば、塊状、粒状、粉末状、粒子状、ナノ粒子状、シート状、網状、糸状等のものが例示される。
イオン液体を含む無機材料としては、特に限定されない。例えば、メソポーラスシリカ、ゼオライト、無機層状化合物、粘土等の無機材料の何れか１種類以上から選択されるものが採用される。イオン液体を含む無機材料の形態は、特に限定されないが、例えば、塊状、粒状、粉末状、粒子状、ナノ粒子状、シート状、網状、糸状等のものが例示される。
イオン液体を含む有機材料としては、特に限定されない。例えば、フタロシアニン等の有機材料の１種類以上から選択されるものが採用される。イオン液体を含む有機材料の形態は、特に限定されないが、例えば、塊状、粒状、粉末状、粒子状、ナノ粒子状、シート状、網状、糸状等のものが例示される。
本発明のガスの吸収装置では、二酸化炭素、酸性ガス、それらを含有したガス、又はそれらを含む超臨界流体を、イオン液体、イオン液体を含む高分子材料、イオン液体を含む無機材料、イオン液体を含む有機材料から選択される少なくとも１種類以上の材料と接触させることにより、物理的にガスを吸収させる。
本発明のガスの吸収装置では、ガスを吸収させる圧力は限定されない。通常、０ＭＰａ〜５０ＭＰａであり、好ましくは０ＭＰａ〜１０ＭＰａであり、特に好ましくは０ＭＰａ〜５ＭＰａである。
本発明では、常圧で接触させてもガスの吸収効率は高くなるという作用効果を奏する。
ガスの吸収の際の圧力は、イオン液体の種類、ガスの種類等に応じて適宜選択できる。
本発明では、常圧で接触させてもガスの吸収効率は高くなるという作用効果を奏する。
ガスの吸収の際の圧力は、イオン液体の種類、ガスの種類等に応じて適宜選択できる。
ガスを吸収させる温度は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択できる。
例えば、ガスとして、二酸化炭素ないしは二酸化炭素を含むガスを用いた場合には、０℃〜１００℃、好ましくは１０℃〜７０℃、特に好ましくは２０℃〜４０℃の温度条件下で接触させることができる。
例えば、ガスとして、二酸化炭素ないしは二酸化炭素を含むガスを用いた場合には、０℃〜１００℃、好ましくは１０℃〜７０℃、特に好ましくは２０℃〜４０℃の温度条件下で接触させることができる。
本発明のガスの吸収装置は、イオン液体と処理ガスとを接触させるガス接触手段と、ガス接触手段に処理ガスを供給するガス供給手段と、を備えることができる。
イオン液体と処理ガスとを接触する方法は特に限定されず、イオン液体の種類、ガスの種類等に応じて適宜選択できる。例えば、処理ガスをイオン液体中で、バブリングするように供給して、両者を接触させてもよい。バブリングすることにより両者の接触面積が大きくなって、ガスの吸収効率が向上する。
本発明のガスの吸収装置によれば、カチオン内に２つ以上の複素環を有し、それぞれの複素環が互いに相違する特殊なイオン液体を用いている。
よって、従来のイオン液体を用いたガスの吸収装置に比べて、ガスの吸収効率が高い。
イオン液体と処理ガスとを接触する方法は特に限定されず、イオン液体の種類、ガスの種類等に応じて適宜選択できる。例えば、処理ガスをイオン液体中で、バブリングするように供給して、両者を接触させてもよい。バブリングすることにより両者の接触面積が大きくなって、ガスの吸収効率が向上する。
本発明のガスの吸収装置によれば、カチオン内に２つ以上の複素環を有し、それぞれの複素環が互いに相違する特殊なイオン液体を用いている。
よって、従来のイオン液体を用いたガスの吸収装置に比べて、ガスの吸収効率が高い。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
１．イオン液体の合成
＜実施例１＞
〔新規イオン液体I (7) の合成〕
１．イオン液体の合成
＜実施例１＞
〔新規イオン液体I (7) の合成〕
2) Schlenk 管(シュレンク管)に化合物 3 (6.16g, 22.1 mmol)、 1-buthylimidazole 4 (1-ブチルイミダゾール, 2.86g, 23.0 mmol)とethanol (エタノール, 40 ml)を入れ、7時間還流した。反応終了後、室温に戻し、ethyl acetate (酢酸エチル)で生成物を洗浄、真空乾燥 (80℃, 6時間) により化合物 5 を得た。収率：7.0g, 79.0%。
3) 一口フラスコに化合物 5 (6.8g, 16,88 mmol)と水 (40 mL)を入れ室温で攪拌した後、 水に溶解したLithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide 6 (ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム, 9.76g, 34.0 mmol)を滴下後、3時間攪拌した。反応終了後、ethyl acetate (酢酸エチル, 30 mL x 3)で抽出、水と食塩水で洗浄し、MgSO4 (硫酸マグネシウム)で乾燥した。ろ過後、減圧下で乾燥することにより新規イオン液 I (7) を得た。Colorless liquid(無色液体)。
〔1H NMR分析及び19F NMR分析〕
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 0.96-1.00 (m, 6H, CH 3 ), 1.36-1.40 (m, 4H, CH2CH2CH 2 CH3, CH2CH 2 CH2), 1.92-1.97 (m, 2H, CH3CH 2 CH2), 2.61-2.68 (m, 2H, CH3CH2CH 2 ), 4.03-4.08 (q, 2H, CH 2 CH2CH2CH3), 4.67-4.69 (t, 4h, CH 2 CH2CH 2 ), 7.83-7.85 (m, 4H, CHCHNCHCH, NCHCHN), 9.00-9.06 (m, 3H, CHCHNCHCH, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ = -79.90
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 0.96-1.00 (m, 6H, CH 3 ), 1.36-1.40 (m, 4H, CH2CH2CH 2 CH3, CH2CH 2 CH2), 1.92-1.97 (m, 2H, CH3CH 2 CH2), 2.61-2.68 (m, 2H, CH3CH2CH 2 ), 4.03-4.08 (q, 2H, CH 2 CH2CH2CH3), 4.67-4.69 (t, 4h, CH 2 CH2CH 2 ), 7.83-7.85 (m, 4H, CHCHNCHCH, NCHCHN), 9.00-9.06 (m, 3H, CHCHNCHCH, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ = -79.90
＜実施例２＞
〔新規イオン液体 II (14) の合成〕
〔新規イオン液体 II (14) の合成〕
2) 一口フラスコに化合物 10 (14.2g, 42.12 mmol)、 1-buthylimidazole 11 (1-ブチルイミダゾール, 5.33g, 43.0 mmol)とethanol (エタノール,50 ml)を入れ、50℃で4時間還流した。反応終了後、室温に戻し、ethyl acetate (酢酸エチル)で生成物を洗浄することにより化合物 12 を得た。収率：16.3g, 84%.
3) 一口フラスコに化合物 12 (12.0g, 26,0 mmol)と水 (70 mL)を入れ室温で攪拌した後、 水に溶解したLithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide 13 (ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム, 14.93g, 52.0 mmol)を滴下後、7時間攪拌した。反応終了後、ethyl acetate (酢酸エチル, 30 mL x 3)で抽出、水と食塩水で洗浄し、MgSO4(硫酸マグネシウム)で乾燥した。ろ過後、減圧下で乾燥することにより新規イオン液体II (14) を得た。
〔1H NMR分析及び19F NMR分析〕
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 0.92-0.96 (t, 3H, CH2CH2CH2CH 3 ), 1.34-1.57 (m, 10H, CH2CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH2, CH2CH2CH 2 CH3), 1.90-1.97 (m, 2H, CH2CH 2 CH2CH3), 2.73 (s, 3H, CCH 3 ), 4.35-4.41 (q, 2H, CH 2 CH2CH2CH3), 4.75-4.79 (t, 4H, CH 2 CH2CH2CH2CH2CH 2 ), 7.79-7.82 (m, 2H, NCHCHN), 8.08-8.09 (d, 2H, CHCHNCHCH), 8.95-8.97 (m, 3H, CHCHNCHCH, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ = -79.91
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 0.92-0.96 (t, 3H, CH2CH2CH2CH 3 ), 1.34-1.57 (m, 10H, CH2CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH2, CH2CH2CH 2 CH3), 1.90-1.97 (m, 2H, CH2CH 2 CH2CH3), 2.73 (s, 3H, CCH 3 ), 4.35-4.41 (q, 2H, CH 2 CH2CH2CH3), 4.75-4.79 (t, 4H, CH 2 CH2CH2CH2CH2CH 2 ), 7.79-7.82 (m, 2H, NCHCHN), 8.08-8.09 (d, 2H, CHCHNCHCH), 8.95-8.97 (m, 3H, CHCHNCHCH, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ = -79.91
＜比較例１＞
〔既知イオン液体 I〕
〔既知イオン液体 I〕
＜比較例２＞
〔既知イオン液体 II (21) の合成〕
〔既知イオン液体 II (21) の合成〕
2) 一口フラスコに化合物 18 (2.80g, 7.65mmol)、Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide 20 (ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム, 4.88g, 17.0mmol)と水(50mL)を入れ、24時間反応させた。反応終了後、ethyl acetate (酢酸エチル)で生成物を抽出し、水とNaClaq(食塩水)で洗浄後、減圧下でethyl acetate (酢酸エチル)を除去することにより既知イオン液体 II (21) を得た。生成物を真空乾燥(80℃、6時間)した。粘度の高い薄黄色の液体。生成物収率：5.0g, 85%。
〔1H NMR分析及び19F NMR分析〕
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 2.74-2.81 (m, 4H, CH2CH 2 CH2), 4.06 (m, 6H, CH 3 ), 4.58-4.62 (m, 4H, CH 2 CH2CH 2 ), 7.76-7.80 (m, 4H, NCHCHN), 9.07 (s, 2H, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ = -79.93
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 2.74-2.81 (m, 4H, CH2CH 2 CH2), 4.06 (m, 6H, CH 3 ), 4.58-4.62 (m, 4H, CH 2 CH2CH 2 ), 7.76-7.80 (m, 4H, NCHCHN), 9.07 (s, 2H, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ = -79.93
＜比較例３＞
〔既知イオン液体 III (22) の合成〕
〔既知イオン液体 III (22) の合成〕
2) 一口フラスコに化合物 19 (19.0g, 42.2 mmol)と水 (100 mL)を入れ室温で攪拌した後、 水に溶解したLithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide 20 (ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム, 24.7g, 86.0 mmol)を滴下後、6時間攪拌した。反応終了後、ethyl acetate (酢酸エチル, 30 mL x 3)で抽出、水と食塩水で洗浄し、MgSO4(硫酸マグネシウム)で乾燥した。ろ過後、減圧下で乾燥することにより既知イオン液体 III (22) を得た。収率：31.3g, 86%。
〔1H NMR分析及び19F NMR分析〕
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 0.92-0.96 (m, 6H, CH 3 ), 1.36-1.44 (m, 4H, CH3CH2CH 2 CH2), 2.04-2.07 (m, 4H, CH3CH 2 CH2CH2), 2.76-2.83 (m, 2H, CH2CH 2 CH2), 4.35-4.39 (m, 4H, CH 2 CH2CH 2 ), 4.58-4.63 (m, 4H, CH3CH2CH2CH 2 ), 7.82-7.86 (m, 4H, NCHCHN), 9.14 (s, 2H, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ= -79.91
1H NMR (400 MHz, acetone-d6) δ = 0.92-0.96 (m, 6H, CH 3 ), 1.36-1.44 (m, 4H, CH3CH2CH 2 CH2), 2.04-2.07 (m, 4H, CH3CH 2 CH2CH2), 2.76-2.83 (m, 2H, CH2CH 2 CH2), 4.35-4.39 (m, 4H, CH 2 CH2CH 2 ), 4.58-4.63 (m, 4H, CH3CH2CH2CH 2 ), 7.82-7.86 (m, 4H, NCHCHN), 9.14 (s, 2H, NCHN)
19F NMR (376 MHz, acetone-d6) δ= -79.91
２．二酸化炭素の吸収実験
〔実験装置及び実験方法〕
測定試料には合成したイオン液体の他に、比較のため市販のイオン液体を用意した。既知イオン液体 I は、上記比較例１に記載した化学構造を有し、CO2吸収量が多いといわれている 1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド， Tokyo Chemical Industry Co., LTD)を使用した。イオン液体は、試料内の水分を除く為、真空乾燥(80℃、6時間) した後、測定に使用した。
吸収させるCO2は、高純度液体炭酸ガス(≧99.95%, Takenaka high pressure Ind. Co., Ltd.)を使用し、ボンベ圧は0.25MPa、流速は流量計を用いて5ml/minに調節して使用した。
〔実験装置及び実験方法〕
測定試料には合成したイオン液体の他に、比較のため市販のイオン液体を用意した。既知イオン液体 I は、上記比較例１に記載した化学構造を有し、CO2吸収量が多いといわれている 1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド， Tokyo Chemical Industry Co., LTD)を使用した。イオン液体は、試料内の水分を除く為、真空乾燥(80℃、6時間) した後、測定に使用した。
吸収させるCO2は、高純度液体炭酸ガス(≧99.95%, Takenaka high pressure Ind. Co., Ltd.)を使用し、ボンベ圧は0.25MPa、流速は流量計を用いて5ml/minに調節して使用した。
合成したイオン液体にCO2を吸収させるため、図１に示す方法で実験を行った。すなわち、サンプル瓶(4ml)に測定試料を2ml入れ、40℃の水槽（図示せず）で試料を撹拌しながら、CO2をバブリングさせた。測定試料は0分、30分、60分毎に0.5mlを採取し、0.5mlのアセトンで希釈後、ガスクロマトグラフにてCO2量を測定した。なお、イオン液体の粘度が高くシリンジで直接採取できなかったため、測定試料をアセトンで希釈した。アセトンは合成イオン液体と相溶性が良く、取扱が容易である。CO2を吸収させた測定試料中のCO2吸収量はガスクロマトグラフ(GC-2014, Shimadzu Corporation)を用いた。
なお、本実験では、ガスの吸収装置における、イオン液体と処理ガスとを接触させるガス接触手段（１）は、サンプル瓶を一例としたイオン液体を入れた容器が対応する。また、ガス接触手段（１）に処理ガスを供給するガス供給手段（３）は、ボンベである。なお、ガス供給手段には、供給ポンプや流量制御部等を設けてもよい。
なお、本実験では、ガスの吸収装置における、イオン液体と処理ガスとを接触させるガス接触手段（１）は、サンプル瓶を一例としたイオン液体を入れた容器が対応する。また、ガス接触手段（１）に処理ガスを供給するガス供給手段（３）は、ボンベである。なお、ガス供給手段には、供給ポンプや流量制御部等を設けてもよい。
CO2の分析条件を表１に示す。
CO2定量の標準試料として、6種混合(Methane(メタン 1%), Ethane(エタン 1%), Propane(プロパン 1%), n-Butane(n-ブタン 1%), iso-Butane(iso-ブタン 1%), Carbon dioxide(二酸化炭素 1%), Nitrogen(窒素 94%))のプッシュ缶タイプ混合ガス(GL Sciences Inc.)を使用し、絶対検量線法により検量線を作成した。
〔実験結果〕
図２に二酸化炭素の吸収実験の実験結果を示す。図２によれば、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II を用いたいずれの場合も、既知イオン液体を用いた場合に比べて、二酸化炭素の吸収効率が高いことが分かる。
これらの実験結果については、以下のように考察される。
従来の既知イオン液体 I は、１つの複素環しか有していない。
また、既知イオン液体 II は、カチオン内に２つの複素環を有しているが、２つの複素環が同一構造を有し、対称な分子構造を有するものである。
これらの既知イオン液体に対して、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II は、カチオン内に２つの複素環を有しており、それぞれの複素環が互いに相違している。すなわち、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II は、非対称な分子構造を有するものである。
図２の実験結果より、非対称な分子構造を有する新規イオン液体を用いると、ガスの吸収効率が高いことが確認された。
このように、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II は、常圧で従来の既知イオン液体よりも多くのCO2を吸収することができるから、本実施例によれば、従来技術より少ないエネルギーでCO2を回収できる。
図２に二酸化炭素の吸収実験の実験結果を示す。図２によれば、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II を用いたいずれの場合も、既知イオン液体を用いた場合に比べて、二酸化炭素の吸収効率が高いことが分かる。
これらの実験結果については、以下のように考察される。
従来の既知イオン液体 I は、１つの複素環しか有していない。
また、既知イオン液体 II は、カチオン内に２つの複素環を有しているが、２つの複素環が同一構造を有し、対称な分子構造を有するものである。
これらの既知イオン液体に対して、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II は、カチオン内に２つの複素環を有しており、それぞれの複素環が互いに相違している。すなわち、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II は、非対称な分子構造を有するものである。
図２の実験結果より、非対称な分子構造を有する新規イオン液体を用いると、ガスの吸収効率が高いことが確認された。
このように、新規イオン液体 I 及び新規イオン液体 II は、常圧で従来の既知イオン液体よりも多くのCO2を吸収することができるから、本実施例によれば、従来技術より少ないエネルギーでCO2を回収できる。
＜実施例の効果＞
以上の結果より、本実施例の新規イオン液体によれば、CO2の吸収特性が向上する。
以上の結果より、本実施例の新規イオン液体によれば、CO2の吸収特性が向上する。
前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述および図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲または本質から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料および実施例を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。
本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。
本発明のイオン液体は、例えば、ガスの吸収剤、化学反応の際の触媒として利用することができる。特に高分子を合成する際の触媒として利用することができる。
また、本発明のイオン液体は溶媒として好適に使用される。反応溶媒として使用される場合の化学反応の種類には特に限定はなく、例えば重合反応、酸化反応、還元反応、付加反応、置換反応、脱離反応、触媒反応、酵素反応、光化学反応などの反応溶媒として用いることができる。
また、本発明のイオン液体は、電気化学的デバイス用電解質として好適に使用される。
また、本発明のイオン液体は、更に広範な用途において利用することができ、化学のみならず、医学、薬学、生物学等に関わる技術分野で好適に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は溶媒として好適に使用される。反応溶媒として使用される場合の化学反応の種類には特に限定はなく、例えば重合反応、酸化反応、還元反応、付加反応、置換反応、脱離反応、触媒反応、酵素反応、光化学反応などの反応溶媒として用いることができる。
また、本発明のイオン液体は、電気化学的デバイス用電解質として好適に使用される。
また、本発明のイオン液体は、更に広範な用途において利用することができ、化学のみならず、医学、薬学、生物学等に関わる技術分野で好適に利用することができる。
具体的には、例えば、以下のように利用することができる。本発明のイオン液体は、化学合成におけるグリーンソルベント、触媒や、高分子合成に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分離・精製用途においては、ガス分離、抽出、抽出蒸留、分離膜、重金属抽出、放射性廃棄物処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオテクノロジーにおいては、酵素反応、ドラッグデリバリー、タンパク質リフォールディングに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、電解質用途においては、燃料電池、スーパーキャパシタ、色素増感太陽電池、金属表面処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分析用途においては、MALDI-TOF マトリクス、GC 固定相、LC 固定相、SCFC 固定相、LC 移動相、GC ヘッドスペース溶媒に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性流体・添加剤用途においては、潤滑剤、イオンコンプレッサー、燃料添加剤、帯電防止剤、熱流体に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、無機合成・薄膜用途においては、真空蒸着、金属ナノ粒子合成に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性材料用途においては、アクチュエーター、イオンゲル、センサーに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオリファイナリー用途においては、セルロース等の高分子の可溶化に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分離・精製用途においては、ガス分離、抽出、抽出蒸留、分離膜、重金属抽出、放射性廃棄物処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオテクノロジーにおいては、酵素反応、ドラッグデリバリー、タンパク質リフォールディングに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、電解質用途においては、燃料電池、スーパーキャパシタ、色素増感太陽電池、金属表面処理に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、分析用途においては、MALDI-TOF マトリクス、GC 固定相、LC 固定相、SCFC 固定相、LC 移動相、GC ヘッドスペース溶媒に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性流体・添加剤用途においては、潤滑剤、イオンコンプレッサー、燃料添加剤、帯電防止剤、熱流体に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、無機合成・薄膜用途においては、真空蒸着、金属ナノ粒子合成に利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、機能性材料用途においては、アクチュエーター、イオンゲル、センサーに利用することができる。
また、本発明のイオン液体は、バイオリファイナリー用途においては、セルロース等の高分子の可溶化に利用することができる。
１；ガス接触手段
３；ガス供給手段
３；ガス供給手段
Claims (6)
- カチオン内に２つ以上の複素環を有するイオン液体であって、
前記カチオン内のそれぞれの複素環が互いに相違する構造であることを特徴とするイオン液体。 - 前記２つ以上の複素環が、下記式（１）〜（２）からなる群より選択される構造を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン液体。
- 前記カチオンが下記一般式（Ａ）で表される請求項１に記載のイオン液体。
水素原子、
置換されているかもしくは非置換の炭素数１〜２０の飽和もしくは不飽和の直鎖状、分枝状、もしくは環状のアルキル基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数６〜３０のアリール基、
置換されているかもしくは非置換の炭素数７〜３１のアリールアルキル基、または
炭素数１〜２０のアルコキシ基であり、
前記アルキル基、前記アリール基または前記アリールアルキル基が置換されている場合は、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキルスルファニル基、アリールスルファニル基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ホルミル基、メルカプト基、スルホ基、メシル基、ｐ−トルエンスルホニル基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、トリメチルシリル基、ホスフィニコ基、またはホスホノ基で置換されており、
Ｒ４は、炭素数２〜１０の直鎖状または分枝状のアルキレン基である。〕 - アニオンとして、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＰＦ６ −、ＢＦ４ −、ｐ−ＣＨ３−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３ −、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＮＣ）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＣＨ３ＣＯＯ−及びＣＦ３ＣＯＯ−から選択される少なくとも１種類以上を含んだことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン液体。
- 請求項１から４のいずれか１項に記載のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とするガスの吸収方法。
- 請求項１から４のいずれか１項に記載のイオン液体を用いて、二酸化炭素又は酸性ガスの吸収を行うことを特徴とするガスの吸収装置。
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