JP2018162447A - イオン液体およびそれを用いてセルロースを溶解する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[(CH3)3N(CH2)2OH]+[NH2−L―COO]− (I)
Lは、−(CH2)2−または−(CH2)3−である。
本実施形態によるイオン液体は、以下の化学式(I)により表される。
[(CH3)3N(CH2)2OH]+[NH2−L−COO]− (I)
Lは、−(CH2)2−または−(CH2)3−である。
以下、本発明が以下の実施例を参照しながら、より詳細に説明される。
実験例1は、実施例1A〜実施例1Hおよび比較例1A〜比較例1Dから構成される。実験例1では、カチオンはコリン由来であり、かつ、アニオンはβ−アラニン由来であった。
β−アラニン(東京化成工業株式会社から入手、8.9グラム、100ミリモル)を、コリン水溶液(東京化成工業株式会社から入手、24.7グラム、100ミリモル)に混合して、混合液を得た。混合液は、摂氏100度、減圧下で3時間かけて乾燥された。このようにして、化学式[Ch][β−Ala]によって表されるイオン液体を含有するイオン液体組成物を得た。
RCA=((カチオン由来のピークの面積比の合計)/(カチオンに含まれ、かつ1H−NMRスペクトルに現れた水素原子の個数))/((アニオン由来のピークの面積比の合計)/(アニオンに含まれ、かつ1H−NMRスペクトルに現れた水素原子の個数)) (X)
カチオン(すなわち、コリン)由来のピークの面積比の合計=0.18+0.19+0.81=1.18
カチオン(すなわち、コリン)に含まれ、かつ1H−NMRスペクトルに現れた水素原子の個数=13
アニオン(すなわち、β−アラニン)由来のピークの面積比の合計=0.16+0.20=0.36
アニオン(すなわち、β−アラニン)に含まれ、かつ1H−NMRスペクトルに現れた水素原子の個数=4
である。従って、RCAは、以下の数式のように、おおよそ1.01と算出される。
RCA=(1.18/13)/(0.36/4)=おおよそ1.01
β−アラニンの重量が10.2g(およそ0.115モル)であったこと以外は、実施例1Aと同様の実験が行われた。図2は、実施例1Bにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図2に基づいて算出されたRCAは0.86に等しかった。実施例1Bでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から15時間後に、セルロースは溶解した。
β−アラニンの重量が7.9g(およそ0.089モル)であったこと以外は、実施例1Aと同様の実験が行われた。図3は、実施例1Cにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図3に基づいて算出されたRCAは1.12に等しかった。実施例1Cでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から15時間後に、セルロースは溶解した。
実施例1Dでは、セルロース(商品名:Avicel)に代えて、木材を原料とした漂白パルプ(平均重量分子量:およそ30〜50万)が用いられたこと以外は、実施例1Aと同様の実験が行われた。実施例1Dでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から48時間後に、セルロースは溶解した。
実施例1Eでは、実施例1Aによるイオン液体組成物0.97グラムがさらに水(0.029グラム、4.7重量%)を含有したこと、およびセルロース(商品名:Avicel)に代えて、木材を原料とした漂白パルプ(平均重量分子量:およそ30〜50万)が用いられたこと以外は、実施例1Aと同様の実験が行われた。実施例1Eでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から48時間後に、セルロースは溶解した。
比較例1Aでは、β−アラニンの重量が11.0g(およそ0.123モル)であったこと以外は、実施例1Aと同様の実験が行われた。図4は、比較例1Aにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図4に基づいて算出されたRCAは0.79に等しかった。比較例1においては、セルロースは溶解しなかった。
比較例1Bでは、β−アラニンの重量が7.5g(およそ0.084モル)であったこと以外は、実施例1Aと同様の実験が行われた。図5は、比較例1Bにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図5に基づいて算出されたRCAは1.19に等しかった。240時間が経過した後でもセルロースは溶解しなかった。比較例1Bでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から240時間が経過した後であっても、セルロースは溶解しなかった。
比較例1Cでは、実施例1Aによるイオン液体組成物0.97グラムがさらに水(0.049グラム、6.7重量%)を含有したこと、およびセルロース(商品名:Avicel)に代えて、木材を原料とした漂白パルプ(平均重量分子量:およそ30〜50万)が用いられたこと以外は、実施例1Aと同様の実験が行われた。比較例1Cでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から240時間が経過した後であっても、セルロースは溶解しなかった。
実施例1Hでは、実施例1Dで得たセルロースの溶解液1.00gに1.00gのジメチルスルホキシド(以下、「DMSO」という。イオン液体[Ch][β−Ala]に対する重量比:103%)を添加した。次いで、摂氏90度、常圧条件下でこの溶液を48時間保管し、両者が相溶するかどうかが目視により観察された。
実施例1Iでは、2.00g(イオン液体[Ch][β−Ala]に対する重量比:206%)のDMSOが用いられたこと以外は、実施例1Hと同様の実験が行われた。
実施例1Jでは、3.00g(イオン液体[Ch][β−Ala]に対する重量比:309%)のDMSOが用いられたこと以外は、実施例1Hと同様の実験が行われた。
比較例1Dでは、4.00g(イオン液体[Ch][β−Ala]に対する重量比:412%)のDMSOが用いられたこと以外は、実施例1Hと同様の実験が行われた。
実験例2は、実施例2A〜実施例2Hおよび比較例2A〜比較例2Dから構成される。実験例2では、カチオンはコリン由来であり、かつアニオンはγ―アミノ酪酸由来であった。
γ―アミノ酪酸(和光純薬工業株式会社から入手、10.3グラム、100ミリモル)を、コリン水溶液(東京化成工業株式会社から入手、24.7グラム、100ミリモル)に混合して、混合液を得た。混合液は、摂氏100度、減圧下で3時間かけて乾燥された。このようにして、[Ch][GABA]イオン液体を含有するイオン液体組成物を得た。実施例1Aと同様に、得られた[Ch][GABA]イオン液体組成物は、核磁気共鳴スペクトル測定を用いることによって確認された。[Ch][GABA]イオン液体組成物の水分量は、1.6%(8.0ミリグラム)であった。
γ−アミノ酪酸の重量が11.5グラム(およそ112ミリモル)であったこと以外は、実施例2Aと同様の実験が行われた。図7は、実施例2Bにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図7に基づいて算出されたRCAは0.89に等しかった。実施例2Bでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から13時間後に、セルロースは溶解した。
γ−アミノ酪酸の重量が9.1グラム(およそ88ミリモル)であったこと以外は、実施例2Aと同様の実験が行われた。図8は、実施例2Cにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図8に基づいて算出されたRCAは1.10に等しかった。実施例2Cでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から13時間後に、セルロースは溶解した。
実施例2Dでは、セルロース(商品名:Avicel)に代えて、木材を原料とした漂白パルプ(平均重量分子量:およそ30〜50万)が用いられたこと以外は、実施例2Aと同様の実験が行われた。実施例2Dでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から44時間後に、セルロースは溶解した。
実施例2Eでは、実施例2Aによるイオン液体組成物(0.97グラム)がさらに水(0.029グラム、4.6重量%)を含有したこと、およびセルロース(商品名:Avicel)に代えて、木材を原料とした漂白パルプ(平均重量分子量:およそ30〜50万)が用いられたこと以外は、実施例2Aと同様の実験が行われた。実施例2Eでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から44時間後に、セルロースは溶解した。
比較例2Aでは、γ―アミノ酪酸の重量が12.8グラム(およそ124ミリモル)であったこと以外は、実施例2Aと同様の実験が行われた。図9は、比較例2Aにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図9に基づいて算出されたRCAは0.79に等しかった。比較例2Aでは、セルロースは溶解しなかった。
比較例2Bでは、γ―アミノ酪酸の重量が7.0グラム(およそ67.8ミリモル)であったこと以外は、実施例2Aと同様の実験が行われた。図10は、比較例2Bにおける核磁気共鳴スペクトル1H−NMR測定の結果を示す。図10に基づいて算出されたRCAは1.19に等しかった。比較例2Bでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から240時間が経過した後であっても、セルロースは溶解しなかった。
比較例2Cでは、実施例2Aによるイオン液体組成物(0.97グラム)がさらに水(0.049グラム、6.6重量%)を含有したこと、およびセルロース(商品名:Avicel)に代えて、木材を原料とした漂白パルプ(平均重量分子量:およそ30〜50万)が用いられたこと以外は、実施例2Aと同様の実験が行われた。比較例2Cでは、イオン液体組成物およびセルロースの混合から240時間が経過した後であっても、セルロースは溶解しなかった。
実施例2Fでは、実施例2Dで得たセルロースの溶解液1.00gに1.00gのジメチルスルホキシド(以下、「DMSO」という。イオン液体[Ch][GABA]に対する重量比:103%)を添加した。次いで、摂氏90度、常圧条件下でこの溶液を48時間保管し、両者が相溶するかどうかが目視により観察された。
実施例2Gでは、2.00g(イオン液体[Ch][GABA]に対する重量比:206%)のDMSOが用いられたこと以外は、実施例2Fと同様の実験が行われた。
実施例2Hでは、3.00g(イオン液体[Ch][GABA]に対する重量比:309%)のDMSOが用いられたこと以外は、実施例2Fと同様の実験が行われた。
比較例2Dでは、4.00g(イオン液体[Ch][GABA]に対する重量比:412%)のDMSOが用いられたこと以外は、実施例2Fと同様の実験が行われた。
Claims (19)
- 以下の化学式(I)で表されるイオン液体。
[(CH3)3N(CH2)2OH]+[NH2−L―COO]− (I)
Lは、−(CH2)2−または−(CH2)3−である。 - イオン液体組成物であって、
イオン液体、および
水
を含有し、
ここで、前記イオン液体は、以下の化学式(I)で表され、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+[NH2−L―COO]− (I)
Lは、−(CH2)2−または−(CH2)3−であり、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+の[NH2−L−COO]−に対するモル比は0.86以上1.12以下であり、かつ
前記イオン液体組成物に対する前記水の重量比は、4.7%以下である、
イオン液体組成物。 - 請求項2記載のイオン液体組成物であって、
前記イオン液体組成物は、セルロースを加水分解可能な酵素を含有しない、イオン液体組成物。 - 請求項2に記載のイオン液体組成物であって、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+の[NH2−L−COO]−に対するモル比は、0.89以上1.10以下である、イオン液体組成物。 - 請求項2に記載のイオン液体組成物であって、
前記イオン液体組成物に対する前記水の重量比は、1.6%以上である、イオン液体組成物。 - 請求項2に記載のイオン液体組成物であって、さらに
非プロトン性極性溶媒を含有する、イオン液体組成物。 - 請求項6に記載のイオン液体組成物であって、さらに
非プロトン性極性溶媒はジメチルスルホキシドである、イオン液体組成物。 - 請求項7に記載のイオン液体組成物であって、さらに
前記ジメチルスルホキシドの前記イオン液体に対する重量比が309%以下である、イオン液体組成物。 - セルロースを溶解する方法であって、
(a) イオン液体組成物にセルロースを添加する工程
を具備し、
ここで、
前記イオン液体組成物は、イオン液体および水を含有し、
前記イオン液体は、以下の化学式(I)で表され、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+[NH2−L―COO]− (I)
Lは、−(CH2)2−または−(CH2)3−であり、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+の[NH2−L−COO]−に対するモル比は0.86以上1.12以下であり、かつ
前記イオン液体組成物に対する水の重量比は、4.7%以下である、方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記イオン液体組成物は、セルロースを加水分解可能な酵素を含有しない、方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+の[NH2−L−COO]−に対するモル比は、0.89以上1.10以下である、イオン液体組成物。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記イオン液体組成物に対する前記水の重量比は、1.6%以上である、イオン液体組成物。 - 請求項9に記載の方法であって、さらに
(b1) 工程(a)の後、前記セルロースが添加されたイオン液体組成物を加熱して、前記セルロースを前記イオン液体組成物に溶解させる工程
を具備する方法。 - 請求項9に記載の方法であって、さらに
(b2) 工程(a)の後、前記セルロースが添加されたイオン液体組成物を静置して、前記セルロースを前記イオン液体組成物に溶解させる工程
を具備する方法。 - 請求項9に記載の方法であって、さらに
(b3) 工程(a)の後、前記セルロースが添加されたイオン液体組成物を撹拌して、前記セルロースを前記イオン液体組成物に溶解させる工程
を具備する方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記イオン液体組成物は、非プロトン性極性溶媒をさらに含有する、方法。 - 請求項16に記載の方法であって、
前記非プロトン性極性溶媒が、ジメチルスルホキシドである、
方法。 - 請求項17に記載の方法であって、
前記イオン液体に対する前記ジメチルスルホキシドの重量比が309%以下である、
方法。 - セルロースフィルムを製造する方法であって、
(a) セルロースをイオン液体組成物に添加して、セルロース溶液を調製する工程、
(b) 前記セルロース溶液を基板の表面に塗布して、前記表面上に膜を形成する工程、
(c) 溶媒を用いて、前記膜から前記イオン液体組成物を除去する工程、および
(d) 前記膜から前記溶媒を除去する工程
を具備し、
ここで、
前記イオン液体組成物は、イオン液体および水を含有し、
ここで、前記イオン液体は、以下の化学式(I)で表され、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+[NH2−L―COO]− (I)
Lは、−(CH2)2−または−(CH2)3−であり、
[(CH3)3N(CH2)2OH]+の[NH2−L−COO]−に対するモル比は0.86以上1.12以下であり、かつ
前記イオン液体組成物に対する前記水の重量比は、4.7%以下である、方法。
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