JP2020094009A - サッカリンアニオンを有するアンモニウム塩 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ハロゲン原子を含まず、熱安定性に優れるアンモニウム塩を提供すること。【解決手段】 式（１）で示されるサッカリンアニオンを有するアンモニウム塩。（式中、Ｒ1〜Ｒ4は、それぞれ独立して、炭素数１〜４のアルキル基または−（ＣＨ2）n−ＯＲで示されるアルコキシアルキル基を表し、Ｒは、炭素数１〜４のアルキル基を表し、ｎは、１または２の整数を表す。ただし、Ｒ1〜Ｒ4のいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。）【選択図】 なし
Description
本発明は、サッカリンアニオンを有するアンモニウム塩に関する。
これまで知られているイオン液体のほとんどは、アニオンにフッ素原子等のハロゲン原子を含んでいることから、環境負荷という点で問題がある上、製造コストが高いという問題もあり、それらの改善が望まれている。
特に、ハロゲン原子を含むイオン液体を反応溶媒として用いた場合において、漏洩時や廃棄処理時に環境面での問題が懸念されている。
特に、ハロゲン原子を含むイオン液体を反応溶媒として用いた場合において、漏洩時や廃棄処理時に環境面での問題が懸念されている。
この点に鑑み、ハロゲン原子を含まないタイプのイオン液体も開発されている（例えば、特許文献１，２参照）が、フッ素原子等のハロゲン原子を含有するイオン液体に比べ、粘度が高い、耐熱性が低い（分解点が低い）等の問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ハロゲン原子を含まず、熱安定性に優れるアンモニウム塩を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、サッカリンアニオンを有する所定の４級アンモニウム塩が、ハロゲンフリーであるにも拘らず熱安定が良好であるうえ、そのカチオン構造によっては、２５℃で液体（イオン液体）となることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
１． 式（１）で示されるサッカリンアニオンを有するアンモニウム塩、
（式中、Ｒ1〜Ｒ4は、それぞれ独立して、炭素数１〜４のアルキル基または−（ＣＨ2）n−ＯＲで示されるアルコキシアルキル基を表し、Ｒは、炭素数１〜４のアルキル基を表し、ｎは、１または２の整数を表す。ただし、Ｒ1〜Ｒ4のいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。）
２． 融点２５℃以下のイオン液体である１のアンモニウム塩、
３． 前記Ｒ1〜Ｒ4のうち、いずれか１つが前記−（ＣＨ2）n−ＯＲで示されるアルコキシアルキル基であり、残りの３つが、それぞれ独立して、炭素数１〜４のアルキル基（ただし、これらのいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。）である１または２のアンモニウム塩、
４． 下記式（２）で示される１〜３のいずれかのアンモニウム塩、
（式中、Ｍｅは、メチル基を、Ｅｔは、エチル基を意味する。）
５． 下記式（３）で示される１〜３のいずれかのアンモニウム塩
（式中、Ｍｅは、メチル基を意味する。）
６． 下記式（４）で示される１〜３のいずれかのアンモニウム塩
（式中、Ｍｅは、メチル基を意味する。）
を提供する。
１． 式（１）で示されるサッカリンアニオンを有するアンモニウム塩、
２． 融点２５℃以下のイオン液体である１のアンモニウム塩、
３． 前記Ｒ1〜Ｒ4のうち、いずれか１つが前記−（ＣＨ2）n−ＯＲで示されるアルコキシアルキル基であり、残りの３つが、それぞれ独立して、炭素数１〜４のアルキル基（ただし、これらのいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。）である１または２のアンモニウム塩、
４． 下記式（２）で示される１〜３のいずれかのアンモニウム塩、
５． 下記式（３）で示される１〜３のいずれかのアンモニウム塩
６． 下記式（４）で示される１〜３のいずれかのアンモニウム塩
を提供する。
本発明のアンモニウム塩は、ハロゲンフリーで、かつ、アニオンがサッカリンアニオンであるため環境負荷が小さく、またハロゲンフリーにも拘らず良好な耐熱性を発揮する。
さらに、そのカチオン構造によっては、２５℃で液体（イオン液体）となり、このイオン液体は、安全性に優れ、環境に優しい反応溶媒として好適に利用できる。
さらに、そのカチオン構造によっては、２５℃で液体（イオン液体）となり、このイオン液体は、安全性に優れ、環境に優しい反応溶媒として好適に利用できる。
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に係るサッカリンアニオンを有するアンモニウム塩は、式（１）で示されることを特徴とする。
本発明に係るサッカリンアニオンを有するアンモニウム塩は、式（１）で示されることを特徴とする。
式（１）において、Ｒ1〜Ｒ4は、それぞれ独立して、炭素数１〜４のアルキル基または−（ＣＨ2）n−ＯＲで示されるアルコキシアルキル基を表し、Ｒは、炭素数１〜４のアルキル基を表し、ｎは、１または２の整数を表す。ただし、Ｒ1〜Ｒ4のいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。
上記Ｒ1〜Ｒ4およびＲの炭素数１〜４のアルキル基としては、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｃ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｃ−ブチル基等が挙げられるが、炭素数１〜３のアルキル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。
上記Ｒ1〜Ｒ4およびＲの炭素数１〜４のアルキル基としては、直鎖、分岐、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｃ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｃ−ブチル基等が挙げられるが、炭素数１〜３のアルキル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。
また、Ｒ1〜Ｒ4のいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに形成する環構造としては、アジリジン環、アゼチジン環、ピロリジン環、ピペリジン環等が挙げられるが、これらの中でも、ピロリジン環が好ましい。
特に、常温（２５℃）で液体のイオン液体になり易いという点から、本発明のアンモニウム塩は、Ｒ1〜Ｒ4のうち、いずれか１つが−（ＣＨ2）n−ＯＲで示されるアルコキシアルキル基、好ましくはＲが炭素数１〜３のアルコキシアルキル基であり、残りの３つが、それぞれ独立して、炭素数１〜４、好ましくは炭素数１〜３のアルキル基（ただし、これらのいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。）であるカチオン構造を有することが好ましく、下記式で示されるいずれかのカチオン構造を有することがより好ましい。
本発明のアンモニウム塩は、例えば、定法に従って製造した所定の４級アンモニウム塩ハライド（例えば、クロライド、ブロマイド等）と、市販で入手容易なサッカリン金属塩（例えば、ナトリウム塩）とを、双方の一部でも溶解する有機溶媒（例えば、アセトニトリル）中で混合して塩交換させて得ることができる。多くの場合、生成した目的物のサッカリン塩は溶媒に溶解し、副生成物である無機塩（例えば、塩化ナトリウム塩）は固体として析出してくるため、そのままろ別し、溶媒を濃縮することで目的物を得ることができる。高純度のものを得たいときは、上記所定の４級アンモニウム塩ハライドを、ＯＨ型の強塩基性陰イオン交換樹脂で処理して、ハロゲン化物イオンを水酸化物イオンに交換して得られた４級アンモニウム塩水酸化物と、サッカリンとを水溶媒中で中和反応させて得ることができる。
反応終了後は、水を除去して目的物を得ることができる。
反応終了後は、水を除去して目的物を得ることができる。
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例で使用した分析装置および条件は下記のとおりである。
［１］1Ｈ−ＮＭＲスペクトル
装置：日本電子（株）製 ＪＮＭ−ＥＣＺ４００Ｓ
溶媒：重クロロホルム
［２］ＤＳＣ
装置：セイコーインスツル（株）製 ＤＳＣ ６２００
測定条件：２５℃〜４０℃まで毎分１０℃昇温、４０℃〜−７０℃まで毎分１℃降温、−７０℃で１分間保持後、−７０℃〜４０℃まで毎分１℃昇温の条件で測定した。
［３］ＴＧ−ＤＴＡ
装置：セイコーインスツル（株）製 ＴＧ−ＤＴＡ ６２００（［実施例２，３］）
（株）リガク製 Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌｕｓ ＴＧ８１２０（［実施例１］）
測定条件：空気雰囲気下、２０℃〜５００℃まで毎分１０℃昇温の条件で測定した。
なお、実施例で使用した分析装置および条件は下記のとおりである。
［１］1Ｈ−ＮＭＲスペクトル
装置：日本電子（株）製 ＪＮＭ−ＥＣＺ４００Ｓ
溶媒：重クロロホルム
［２］ＤＳＣ
装置：セイコーインスツル（株）製 ＤＳＣ ６２００
測定条件：２５℃〜４０℃まで毎分１０℃昇温、４０℃〜−７０℃まで毎分１℃降温、−７０℃で１分間保持後、−７０℃〜４０℃まで毎分１℃昇温の条件で測定した。
［３］ＴＧ−ＤＴＡ
装置：セイコーインスツル（株）製 ＴＧ−ＤＴＡ ６２００（［実施例２，３］）
（株）リガク製 Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌｕｓ ＴＧ８１２０（［実施例１］）
測定条件：空気雰囲気下、２０℃〜５００℃まで毎分１０℃昇温の条件で測定した。
［実施例１］化合物［１］の合成
（式中、Ｍｅは、メチル基を意味する。）
ピロリジン（富士フイルム和光純薬（株）製）１．５１質量部と塩化２−メトキシエチル（関東化学（株）製）１．００質量部とを混合し、還流しながら１時間反応させた。反応後、反応液は２層に分離したが、しばらく放冷すると下層は固化した。デカンテーションにより上層のみ回収し、減圧蒸留により精製し、目的物であるＮ−２−メトキシエチルピロリジン（沸点７６℃／蒸気圧４５ｍｍＨｇ）０．９６質量部を得た（収率７０％）。
得られたＮ−２−メトキシエチルピロリジン１．００質量部に対し、１０倍容量のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を加え、アイスバスにて氷冷下、ヨウ化メチル（富士フイルム和光純薬（株）製）１．２２質量部を加えた。ヨウ化メチルを加えてしばらくすると白色固体が析出した。３０分後、アイスバスを外し、そのまま室温で一晩撹拌した。その後、反応液を減圧濾過し、析出した白色固体を濾別し、アセトニトリル−テトラヒドロフラン混合溶媒系で再結晶を行い、Ｎ−２−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムアイオダイド１．７１質量部を得た（収率８１％）。
得られたＮ−２−メトキシエチルピロリジン１．００質量部に対し、１０倍容量のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を加え、アイスバスにて氷冷下、ヨウ化メチル（富士フイルム和光純薬（株）製）１．２２質量部を加えた。ヨウ化メチルを加えてしばらくすると白色固体が析出した。３０分後、アイスバスを外し、そのまま室温で一晩撹拌した。その後、反応液を減圧濾過し、析出した白色固体を濾別し、アセトニトリル−テトラヒドロフラン混合溶媒系で再結晶を行い、Ｎ−２−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムアイオダイド１．７１質量部を得た（収率８１％）。
得られたＮ−２−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムアイオダイド１．００質量部に、イオン交換水２．００質量部を加えて溶解した。別途、洗浄液が中性を示すまで良く洗浄した強塩基性イオン交換樹脂ＯＲＬＩＴＥ ＤＳ−２（オルガノ（株）製、交換容量１．４ｍｅｑ／ｍｌ、ＯＨ型）を、Ｎ−２−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムアイオダイドの２．５倍モル相当量をポリ容器に取り、投入した。６〜７時間後、桐山ロートで濾過をしてイオン交換樹脂を濾別した。濾液に新たに洗浄済みのＯＲＬＩＴＥ ＤＳ−２を原料の２．５倍モル相当量投入し、一晩放置後、桐山ロートで濾過をしてイオン交換樹脂を濾別し、塩の大部分がクロライド塩から水酸化物に変換した溶液を得た。更に、濾液をＯＲＬＩＴＥ ＤＳ−２（原料の５倍モル相当）を充填したカラムに空間速度ＳＶ＝１で流し処理し、中和反応用の水酸化物水溶液を得た。
この水酸化物水溶液に、サッカリン（別名ｏ−Ｓｕｌｆｏｂｅｎｚｉｍｉｄｅ、東京化成工業（株）製）０．６１質量部を加えて撹拌して溶解した。その後、ｐＨ試験紙でｐＨを確認しつつサッカリンを少量ずつ加え、ｐＨ試験紙がｐＨ７を示した時点で混合を終了した。この水溶液からエバポレータで大部分の水を留去した後、更に４５℃（オイルバス使用）で真空ポンプを用いて３時間以上真空引きを行い、目的物であるＮ−２−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムサッカリネート（化合物［１］）１．１１質量部を無色透明液体（２５℃）として得た（収率９２％）。1Ｈ−ＮＭＲチャート（溶媒：重クロロホルム）を図１に、ＤＳＣチャートを図２に、ＴＧ−ＤＴＡチャートを図３に示す。
［実施例２］化合物［２］の合成
（式中、Ｍｅは、メチル基を、Ｅｔは、エチル基を意味する。）
ジエチルアミン（関東化学（株）製）１．００質量部と２−メトキシエチルクロライド（関東化学（株）製）１．２４質量部とを混合し、得られた混合溶液をオートクレーブ中に入れ、１００℃で２４時間反応させた。このとき、内圧は１．３ｋｇｆ／ｃｍ2であった。２４時間後、析出した結晶と反応液との混合物に水酸化カリウム（片山化学工業（株）製）０．７９質量部を水２．００質量部に溶解した水溶液を加え、２層に別れた有機層を分液ロートで分液した。さらに、塩化メチレン（富士フイルム和光純薬（株）製）１．８７質量部を加えて抽出する操作を２回行った。分液した有機層をまとめ、飽和食塩水で洗浄した後、炭酸カリウム（富士フイルム和光純薬（株）製）を加えて乾燥し、減圧濾過した。得られた有機層の溶媒を、ロータリーエバポレーターを用いて留去し、残留分について常圧蒸留を行い沸点１３５℃付近の留分をとり、目的物であるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−２−メトキシエチルアミン０．２６質量部を（収率３０％）得た。
上記で得られたＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−２−メトキシエチルアミンを、Ｎ−２−メトキシエチルピロリジンの代わりに用いた以外は、実施例１と同様にしてＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムサッカリネート（化合物［２］）１．１２質量部を、無色透明液体（２５℃）として得た（収率９３％）。1Ｈ−ＮＭＲチャート（溶媒：重クロロホルム）を図４に、ＤＳＣチャートを図５に、ＴＧ−ＤＴＡチャートを図６に示す。
［実施例３］化合物［３］の合成
（式中、Ｍｅは、メチル基を意味する。）
１−メチルピロリジン（富士フイルム和光純薬（株）製）２２．２質量部に１０倍容量のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を加え、氷冷撹拌下、クロロメチルメチルエーテル（東京化成工業（株）製）２１．１質量部を加えた。直ぐに結晶が析出したが、そのまま一晩撹拌を続けた。その後、反応液を減圧濾過し析出した固体をとり、真空ポンプを用いて減圧乾燥し、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド３８．２質量部を白色固体として得た（収率８９％）。
サッカリンナトリウム２水和物（東京化成工業（株）製）１５．７質量部に１０倍容量のメタノールを加え、撹拌して溶解させた。この溶液に、上記で合成したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド１０．８質量部を１５倍容量のメタノールに溶解させた溶液を加え、室温下一晩反応させた。
反応液を濃縮、真空引き後、最低量のアセトニトリルに溶解させた。この溶液を大量のトルエン中に投入、析出した固体をろ別した。ろ液を濃縮して上記操作をもう１回行い、その後、ろ液を濃縮、真空ポンプを用いて減圧乾燥し、目的物であるＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムサッカリネート（化合物［３］）１８．９質量部を無色透明液体（２５℃）として得た（収率９３％）。1Ｈ−ＮＭＲチャート（溶媒：重クロロホルム）を図７に、ＤＳＣチャートを図８に、ＴＧ−ＤＴＡチャートを図９に示す。
サッカリンナトリウム２水和物（東京化成工業（株）製）１５．７質量部に１０倍容量のメタノールを加え、撹拌して溶解させた。この溶液に、上記で合成したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド１０．８質量部を１５倍容量のメタノールに溶解させた溶液を加え、室温下一晩反応させた。
反応液を濃縮、真空引き後、最低量のアセトニトリルに溶解させた。この溶液を大量のトルエン中に投入、析出した固体をろ別した。ろ液を濃縮して上記操作をもう１回行い、その後、ろ液を濃縮、真空ポンプを用いて減圧乾燥し、目的物であるＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムサッカリネート（化合物［３］）１８．９質量部を無色透明液体（２５℃）として得た（収率９３％）。1Ｈ−ＮＭＲチャート（溶媒：重クロロホルム）を図７に、ＤＳＣチャートを図８に、ＴＧ−ＤＴＡチャートを図９に示す。
Claims (6)
- 式（１）で示されるサッカリンアニオンを有するアンモニウム塩。
- 融点２５℃以下のイオン液体である請求項１記載のアンモニウム塩。
- 前記Ｒ1〜Ｒ4のうち、いずれか１つが前記−（ＣＨ2）n−ＯＲで示されるアルコキシアルキル基であり、残りの３つが、それぞれ独立して、炭素数１〜４のアルキル基（ただし、これらのいずれか２つが互いに結合して窒素原子とともに環を形成してもよい。）である請求項１または２記載のアンモニウム塩。
- 下記式（２）で示される請求項１〜３のいずれか１項記載のアンモニウム塩。
- 下記式（３）で示される請求項１〜３のいずれか１項記載のアンモニウム塩。
- 下記式（４）で示される請求項１〜３のいずれか１項記載のアンモニウム塩。
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