JP3886177B2 - 環状炭酸エステル中のジオールの除去方法、環状および鎖状炭酸エステル混合系溶媒の製造方法並びに環状炭酸エステルの製造方法 - Google Patents
環状炭酸エステル中のジオールの除去方法、環状および鎖状炭酸エステル混合系溶媒の製造方法並びに環状炭酸エステルの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の触媒存在下におけるジオールと鎖状炭酸エステルとの反応を利用して環状炭酸エステルに含有されるジオールを高度に除去する方法及びジオールが高度に除去された環状炭酸エステルの製法に関する。更に本発明は環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを含有する混合系溶媒の製造方法に関し、特に環状炭酸エステルに含有されるジオールを高度に除去した混合系溶媒の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、環状或いは鎖状の炭酸エステルは、例えば高分子化合物の溶媒として、各種化学反応の溶媒として、或いはコンデンサや電池用電解液の溶媒として使用されている。これら炭酸エステルはメタノール、エタノール等の１価のアルコールやエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の２価アルコール（ジオール）を不純物として含む。特に環状炭酸エステルは、１）ジオールと鎖状炭酸エステルとを炭酸カリウムを触媒として反応させる、２）オキシドと二酸化炭素とを高温、高圧で反応させるなど一般にオキシド又はジオールから合成されるため、例えばエチレンカーボネートであればエチレングリコール及びジエチレングリコールを、プロピレンカーボネートであればプロピレングリコールを不可避的不純物として含む。このようなジオールは、環状炭酸エステルの製造工程でできるだけ除去できることが望ましいが、上述した従来の製造方法では相当量（１００〜２００００ｐｐｍ程度）のジオールが生成物中に含まれる。
【０００３】
一方、炭酸エステルからアルコール性化合物を除去する方法として、炭酸エステルとアルコール性化合物の沸点差を利用した蒸留法、またはシリカゲル、活性炭、活性アルミナ、モレキュラーシーブ等の吸着剤による吸着法が用いられている。例えば、特開平５−７４４８５号には、非水電解液の溶媒として環状炭酸エステルを含む溶媒が開示され、溶媒中のジオールを１５００ｐｐｍ以下の低濃度とするために、環状炭酸エステルを精留する方法や、吸着剤により処理する方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
しかし、上述のアルコール性化合物のうち低級の１価アルコールは蒸留法で分離した後、更にモレキュラーシーブを用いた吸着法により除去できるが、アルコール性化合物のうちジオール系化合物は一般的に環状炭酸エステルとの沸点差が近接している場合が多いため、蒸留法で低濃度にまで下げるのは容易ではなかった。またジオールは一般にその分子サイズがモレキュラーシーブの吸着サイトの孔径よりも大きいため十分に吸着除去できない。すなわち、現状の精製方法ではジオール系化合物を効率的に除去することは容易ではなかった。
【０００５】
また炭酸エステルからアルコール性化合物を除去するための上記従来の方法は、いずれも単一溶媒の精製を目的として行われているものであり、混合系の溶媒について特定の不純物を除去する方法ではなかった。
本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので、ジオールを不純物として含有する環状炭酸エステル中からジオールを効果的に除去する方法を提供すること、また環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを含有する炭酸エステル混合系溶媒を製造するに際し、環状炭酸エステルに含有される微量のジオール化合物（２価アルコール）を高度に除去精製する混合系溶媒の製造方法を提供すること、更にジオールと鎖状炭酸エステルとの反応により環状炭酸エステルを生成するに際し、ジオールの残留を少なくすることができる環状炭酸エステルの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、炭酸エステル混合系溶媒に製造方法について鋭意研究した結果、本発明者らは式（１）に示すようにジオール化合物が合成ゼオライト（モレキュラーシーブ）を触媒として鎖状炭酸エステルと反応し、１価のアルコールと環状炭酸エステルを生じることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００７】
【化６】
【０００８】
式中、Ｒは直鎖又は分枝状のアルキレン基、ビニレン基または炭素鎖中にエーテル結合を有するアルキレン基で、置換基を有していてもよい。またＲ3、Ｒ4はそれぞれ同一又は異なっていてもよく、直鎖状、分枝状又は環状のアルキル基を表す（以下、同じ）。
即ち、本発明の環状炭酸エステルの製造方法は、式（I）で表されるジオールと式（II）で表される鎖状炭酸エステルとを、上記反応式（１）により合成ゼオライトの存在下で反応させて式（III）で表される環状炭酸エステルを生成させるとともに、副生した一価アルコールを合成ゼオライトに吸着させるものである。
【０００９】
また本発明による環状炭酸エステル中のジオール除去方法は、ジオールを不純物として含有する環状炭酸エステルを鎖状炭酸エステルの存在下に合成ゼオライトと接触するものである。
更に本発明の炭酸エステル混合系溶媒の製造方法は、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを混合し、この混合物を合成ゼオライト（モレキュラーシーブ）と接触処理することにより、ジオールを高度に（例えば６０ppm以下に）除去するものであり、この合成ゼオライトによる処理において、式（１）に示すように環状炭酸エステル（III）に少量含有されるジオール（I）が鎖状炭酸エステル（II）と反応することにより、環状炭酸エステル（III）と１価アルコールを生じ、この１価アルコールが合成ゼオライトにより除去される。これによりジオールが高度に除去された鎖状炭酸エステル（II）と環状炭酸エステル（III）との混合系溶媒を製造するものである。
【００１０】
以下、本発明について更に詳述する。
本発明の環状炭酸エステル中のジオールの除去方法及び鎖状炭酸エステルとの混合溶媒の製造方法における環状炭酸エステルは、一般式（III）で表される。
【００１１】
【化７】
【００１２】
式（III）において、Ｒは直鎖状又は分枝状のアルキレン基、ビニレン基または炭素鎖中にエーテル結合を有するアルキレン基で、具体的には下式（２）〜（５）で表される２価の基である。
【００１３】
【化８】
【００１４】
【化９】
【００１５】
【化１０】
【００１６】
【化１１】
【００１７】
ここで、式（２）〜（４）中、Ｒ1、Ｒ2及びＲ5は、それぞれ同一でも異なっていても良く、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基などの炭素数１〜６の直鎖状又は分枝状のアルキル基、シクロプロピル基、シクロブチル基などの炭素数３〜４の環状アルキル基或いはこれらアルキル基の水素の一部がハロゲン原子と置き換わったハロゲン置換アルキル基、又は水素原子を表し、これらの中で特に好ましくは水素原子または炭素数１〜４の直鎖状又は分枝状のアルキル基である。また式（５）においてｍは０〜３の整数で、ｍ＝０のとき、Ｒ6は炭素数３〜１５の直鎖或いは分枝状アルキレン基、ｍ＝１〜３のとき、Ｒ6は炭素数１〜５の直鎖或いは分枝状アルキレン基を表す。
【００１８】
環状炭酸エステルが溶媒或いは鎖状炭酸エステルとの混合系溶媒として用いられる場合、特に好ましい環状炭酸エステルは、Ｒが式（２）又は（３）
【００１９】
【化１２】
【００２０】
【化１３】
【００２１】
のものであり、特にＲ1、Ｒ2、Ｒ5が炭素数１〜４の直鎖又は分枝状アルキル又は水素原子であることが好ましい。
具体的にはエチレンカーボネート、１，２プロピレンカーボネート、２，３ブチレンカーボネート、１，３プロピレンカーボネート、１，２ブチレンカーボネート、２，４ペンチレンカーボネート、１，３ペンチレンカーボネート等が挙げられる。特に電解液に適する混合系溶媒としてはエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、１，２ブチレンカーボネート、２，３ブチレンカーボネートが挙げられる。
【００２２】
このような環状炭酸エステルに含まれるジオールは、環状炭酸エステルの合成における出発物質であるジオール或いはオキシドから生成するジオールで、一般には式（I）で表されるものである。
【００２３】
【化１４】
【００２４】
（Ｒは前述と同様である）
例えば、環状炭酸エステルがエチレンカーボネートである場合には、ジオールとしてエチレングリコール、ジエチレングリコールが、プロピレングリコールの場合にはプロピレングリコールが、ブチレンカーボネートの場合にはブチレングリコールが挙げられる。尚、ジエチレングリコールは式（１）におけるジオール化合物（I）に包含されないが、式（１）におけるジオール化合物（I）と同様に鎖状炭酸エステルと共に合成ゼオライトで処理することにより、その量が減少することが確認されている。
【００２５】
本発明では、環状炭酸エステルに含有される、このような式（I）で表されるジオールを除去するために、式（II）で表される鎖状炭酸エステルとを用いる。
【００２６】
【化１５】
【００２７】
式（II）において、Ｒ3、Ｒ4は同一でも異なっていても良く、Ｒ1、Ｒ2と同様の直鎖状、分枝状、または環状のアルキル基或いはハロゲン置換アルキル基を表す。特に好ましいＲ3、Ｒ4は、炭素数１〜４の直鎖状、分枝状のアルキル基、または炭素数３〜４の環状のアルキル基または炭素数１〜４のハロゲン置換アルキル基である。
【００２８】
このようなジオールと環状炭酸エステルと混合した混合物は、次式（１'）で表される反応を生じるが、
【００２９】
【化１６】
【００３０】
合成ゼオライトに接触させることにより、この平衡反応が右辺側に進行させることができる。
即ち式（１'）において、合成ゼオライトはジオールと環状炭酸エステルとの反応の触媒として作用し、エステル交換反応の進行に伴い、副生する一価アルコールを吸着し、右辺への反応を促進させる。
【００３１】
環状炭酸エステルからジオールを除去することのみを目的とする場合、通常環状炭酸エステルに不純物として含有されるジオールは、数１０００ｐｐｍ程度であるので、鎖状炭酸エステルの添加量は含有されるジオールに対応して少量でよく、反応に使われなかった過剰の鎖状炭酸エステルは、必要に応じて蒸留法等により環状炭酸エステルと分離することができる。
【００３２】
一方、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとの混合系溶媒の製造する場合には、鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルを、目的とする混合系溶媒における混合比率で用いる。
混合系溶媒として用いられる鎖状炭酸エステルは上述したものと同様であり、式（II）の化合物を用いることができ、具体的にはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチルブチルカーボネート、プロピルブチルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート（Ｍ−ｉＰＣ）、エチルイソプロピルカーボネート、ジイソブチルカーボネート、メチルイソブチルカーボネート、エチルイソブチルカーボネート、プロピルイソブチルカーボネート、イソプロピルイソブチルカーボネート、ジシクロプロピルカーボネート、メチルシクロプロピルカーボネート、エチルシクロプロピルカーボネート、ジシクロブチルカーボネート、メチルシクロブチルカーボネート、エチルシクロブチルカーボネート、プロピルシクロブチルカーボネート等が挙げられる。特に電解液に適する混合系溶媒としてはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートが挙げられる。
【００３３】
好適な環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの組合せとしては、環状炭酸エステルとして１，２−プロピレンカーボネート及び／又はエチレンカーボネートを用い、鎖状炭酸エステルとしてジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、メチルイソプロピルカーボネート（Ｍ−ｉＰＣ）を単独で或いは組合せて、例えばＤＭＣ＋ＭＥＣ、ＤＭＣ＋ＤＥＣ、ＤＭＣ＋ＭＰＣ、ＤＭＣ＋Ｍ−ｉＰＣ、ＭＥＣ＋ＤＥＣ、ＭＥＣ＋ＭＰＣ、ＭＥＣ＋Ｍ−ｉＰＣ、ＤＥＣ＋ＭＰＣ、ＤＥＣ＋Ｍ−ｉＰＣ、ＭＰＣ＋Ｍ−ｉＰＣの組合せで、用いることができる。
【００３４】
これら鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルを混合した均一混合液に合成ゼオライトに接触させて、環状炭酸エステルに含まれるジオールと鎖状炭酸エステルの一部とを式（１）により反応せしめて、ジオールを除去する。
本発明において、合成ゼオライトは式（１）の反応を進行させる触媒として機能するとともに生成した１価のアルコール（Ｒ3ＯＨ、Ｒ4ＯＨ）を吸着する吸着剤として機能する。尚、合成ゼオライトは均一細孔径を持ち、細孔径（吸着サイトの孔径）及び化学組成により３Ａ、４Ａ、５Ａ、１３Ｘ等の種類があるが、本発明では反応式（１）により生成する１価のアルコールの種類（即ち、鎖状炭酸エステルのアルキル基Ｒ3、Ｒ4）に応じて３Ａ、４Ａ、５Ａ及び１３Ｘ等のいずれかを選択して用いられる。特に鎖状炭酸エステルが前掲のジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートの場合、有効直径５Å以下又は１０Å以下の分子を吸着できる５Ａ又は１３Ｘを用いることが好ましい。
【００３５】
合成ゼオライトは結晶水を除くために乾燥処理することが必要であり、この場合、乾燥方法は特に限定は無く、通常用いられているいかなる方法も用いることができる。例えば直火、スチーム、電気炉による乾燥を挙げることができる。
合成ゼオライトとの接触の条件は特に制限されないが、好ましい方法として、１）合成ゼオライトを充填したカラム又は反応管に予めジオールと鎖状炭酸エステルとの均一混合液或いは鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルとの均一混合液を連続的に通液する方法（以下、カラム法という）、２）予め調整した上記均一混合液中に合成ゼオライトを添加し、静置又は混合液を撹拌する方法（以下、投入法という）が挙げられる。
【００３６】
接触温度は室温（約２０℃）〜８０℃が好ましい。また接触時間は、カラム法の場合、液空間速度（LHSV）が１〜３０／時間であることが好ましい。投入法の場合には、鎖状及び環状炭酸エステルの混合液に対し１〜２０重量％を添加し、３０分〜２４時間処理することが好ましい。通常環状及び鎖状炭酸エステル中に不純物として含まれるジオールであれば、滞留時間或いは接触時間を調節することにより一度通液或いは投入するだけでジオール量を６０ｐｐｍ以下まで除去することができる。環状炭酸エステルに含まれるジオールの量が多くても（例えば数１０００ｐｐｍ以上であっても）、滞留時間或いは接触時間を長くすることにより、また合成ゼオライトによる処理を繰返すことにより、６０ｐｐｍ以下とすることができる。
【００３７】
本発明においては、環状炭酸エステルを合成ゼオライトと接触させる際に環状炭酸エステルに加える鎖状炭酸エステルの量は特に制限されるものではないが、好ましくは鎖状炭酸エステル／環状炭酸エステルの重量比で１／９９、好ましくは１０／９０〜９０／１０、更に好ましくは２０／８０〜８０／２０である。
本発明によって得られる環状炭酸エステル或いは鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルとの混合系溶媒は、電池、コンデンサなどの電解液の溶媒として好適である。混合系溶媒の場合、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合比は、これら用途によって異なり特に限定されるものではないが、電解液溶媒として用いる場合、環状炭酸エステル：鎖状炭酸エステルは９０：１０〜１０：９０（重量比）であることが好ましく、特に８０：２０〜２０：８０（重量比）の範囲で用いることが好ましい。更に式（１）の反応を阻害しない範囲で、用いる溶媒の目的により、エーテル、エステル、カーバメート等の他の溶媒を添加してもよい。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。尚、以下の説明において溶媒名を以下のように省略した。
ＰＣ：プロピレンカーボネート
ＥＣ：エチレンカーボネート
ＤＭＣ：ジメチルカーボネート
ＤＥＣ：ジエチルカーボネート
ＥＧ：エチレングリコール
ＤＥＧ：ジエチレングリコール
ＰＧ：プロピレングリコール
［実施例１］
３０ｇのモレキュラーシーブ５Ａを内径２０mmのカラムに充填し、モレキュラーシーブの高さが２０cmであるカラムを用意した。このカラムに、ＥＣ３８重量部とＤＭＣ６２重量部を混合したもの（不純物として１２２０ppm（重量）のエチレングリコールと５２０ppm（重量）のジエチレングリコールを含む）３０００ｍｌを、室温（２０゜Ｃ）で液空間速度（LHSV）６／時間で通液し、ＥＣとＤＭＣの混合溶媒を製造した。この混合溶媒についてジオール系化合物の含有量を測定した。測定は、ガスクロマトグラフ（５８９０型、横河ヒューレットパッカード製）により行った。結果を表１に示す。尚、カラムはＤＢ−６２４キャピラリカラム（Ｊ＆Ｗ製）を使用した。
［実施例２］
ＥＣとＤＭＣとの混合量をＥＣを７５重量部、ＤＭＣを２５重量部にした以外は、実施例１と全く同じ操作を行い、混合溶媒を得、その評価を行った。
［実施例３］
ＥＣとＤＭＣとの混合量をＥＣを５８重量部、ＤＥＣを４２重量部にした以外は、実施例１と全く同じ操作を行い、混合溶媒を得、その評価を行った。
［実施例４］
環状炭酸エステルとしてＰＣを５３重量部、ＤＭＣを４７重量部を混合したものについて実施例１と全く同じ操作を行い、ＰＣとＤＭＣとの混合溶媒を得、その評価を行った。
［比較例１］
環状炭酸エステルＰＣのみを用いて、実施例と全く同じ操作を行い、通液したＰＣの評価を行った。
【００３９】
結果を併せて表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
［実施例５］
ＤＭＣ１３．５ｇ（０．１５モル）とＥＧ３．１０ｇ（０．０５モル）とモレキュラーシーブ５Ａ（ユニオン昭和（株）製、３５０℃で乾燥したもの）１．７２ｇとを、シュレンク型反応管に仕込み、窒素雰囲気下６０℃で６時間加熱した。加熱終了後、反応液をサンプリングし、ガスクロマトグラフ分析を行った。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
この結果からモレキュラーシーブ（合成ゼオライト）存在下でＤＭＣとＥＧとを反応させることにより、環状炭酸エステルであるＥＣが生成していることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを混合後に合成ゼオライトで処理することにより、合成ゼオライトを触媒とするジオールと鎖状炭酸エステルとの反応によりジオールを１価アルコールに変えるとともに、生成する１価アルコールを吸着処理できるので、環状炭酸エステルに不純物として不可避的に含まれるジオールを高い精度で除去することができる。これにより、ジオールの含有量が極めて少ない環状炭酸エステル或いは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを含有する炭酸エステル系混合溶媒を製造することができ、各種有機溶剤やコンデンサ、電池用の電解液の溶媒として好適な混合系溶媒を得ることができる。また本発明は、合成ゼオライト存在下で鎖状炭酸エステルとジオールを反応させることにより環状炭酸エステルを製造する方法をも提供できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の触媒存在下におけるジオールと鎖状炭酸エステルとの反応を利用して環状炭酸エステルに含有されるジオールを高度に除去する方法及びジオールが高度に除去された環状炭酸エステルの製法に関する。更に本発明は環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを含有する混合系溶媒の製造方法に関し、特に環状炭酸エステルに含有されるジオールを高度に除去した混合系溶媒の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、環状或いは鎖状の炭酸エステルは、例えば高分子化合物の溶媒として、各種化学反応の溶媒として、或いはコンデンサや電池用電解液の溶媒として使用されている。これら炭酸エステルはメタノール、エタノール等の１価のアルコールやエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の２価アルコール（ジオール）を不純物として含む。特に環状炭酸エステルは、１）ジオールと鎖状炭酸エステルとを炭酸カリウムを触媒として反応させる、２）オキシドと二酸化炭素とを高温、高圧で反応させるなど一般にオキシド又はジオールから合成されるため、例えばエチレンカーボネートであればエチレングリコール及びジエチレングリコールを、プロピレンカーボネートであればプロピレングリコールを不可避的不純物として含む。このようなジオールは、環状炭酸エステルの製造工程でできるだけ除去できることが望ましいが、上述した従来の製造方法では相当量（１００〜２００００ｐｐｍ程度）のジオールが生成物中に含まれる。
【０００３】
一方、炭酸エステルからアルコール性化合物を除去する方法として、炭酸エステルとアルコール性化合物の沸点差を利用した蒸留法、またはシリカゲル、活性炭、活性アルミナ、モレキュラーシーブ等の吸着剤による吸着法が用いられている。例えば、特開平５−７４４８５号には、非水電解液の溶媒として環状炭酸エステルを含む溶媒が開示され、溶媒中のジオールを１５００ｐｐｍ以下の低濃度とするために、環状炭酸エステルを精留する方法や、吸着剤により処理する方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
しかし、上述のアルコール性化合物のうち低級の１価アルコールは蒸留法で分離した後、更にモレキュラーシーブを用いた吸着法により除去できるが、アルコール性化合物のうちジオール系化合物は一般的に環状炭酸エステルとの沸点差が近接している場合が多いため、蒸留法で低濃度にまで下げるのは容易ではなかった。またジオールは一般にその分子サイズがモレキュラーシーブの吸着サイトの孔径よりも大きいため十分に吸着除去できない。すなわち、現状の精製方法ではジオール系化合物を効率的に除去することは容易ではなかった。
【０００５】
また炭酸エステルからアルコール性化合物を除去するための上記従来の方法は、いずれも単一溶媒の精製を目的として行われているものであり、混合系の溶媒について特定の不純物を除去する方法ではなかった。
本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので、ジオールを不純物として含有する環状炭酸エステル中からジオールを効果的に除去する方法を提供すること、また環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを含有する炭酸エステル混合系溶媒を製造するに際し、環状炭酸エステルに含有される微量のジオール化合物（２価アルコール）を高度に除去精製する混合系溶媒の製造方法を提供すること、更にジオールと鎖状炭酸エステルとの反応により環状炭酸エステルを生成するに際し、ジオールの残留を少なくすることができる環状炭酸エステルの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、炭酸エステル混合系溶媒に製造方法について鋭意研究した結果、本発明者らは式（１）に示すようにジオール化合物が合成ゼオライト（モレキュラーシーブ）を触媒として鎖状炭酸エステルと反応し、１価のアルコールと環状炭酸エステルを生じることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００７】
【化６】
式中、Ｒは直鎖又は分枝状のアルキレン基、ビニレン基または炭素鎖中にエーテル結合を有するアルキレン基で、置換基を有していてもよい。またＲ3、Ｒ4はそれぞれ同一又は異なっていてもよく、直鎖状、分枝状又は環状のアルキル基を表す（以下、同じ）。
即ち、本発明の環状炭酸エステルの製造方法は、式（I）で表されるジオールと式（II）で表される鎖状炭酸エステルとを、上記反応式（１）により合成ゼオライトの存在下で反応させて式（III）で表される環状炭酸エステルを生成させるとともに、副生した一価アルコールを合成ゼオライトに吸着させるものである。
【０００９】
また本発明による環状炭酸エステル中のジオール除去方法は、ジオールを不純物として含有する環状炭酸エステルを鎖状炭酸エステルの存在下に合成ゼオライトと接触するものである。
更に本発明の炭酸エステル混合系溶媒の製造方法は、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを混合し、この混合物を合成ゼオライト（モレキュラーシーブ）と接触処理することにより、ジオールを高度に（例えば６０ppm以下に）除去するものであり、この合成ゼオライトによる処理において、式（１）に示すように環状炭酸エステル（III）に少量含有されるジオール（I）が鎖状炭酸エステル（II）と反応することにより、環状炭酸エステル（III）と１価アルコールを生じ、この１価アルコールが合成ゼオライトにより除去される。これによりジオールが高度に除去された鎖状炭酸エステル（II）と環状炭酸エステル（III）との混合系溶媒を製造するものである。
【００１０】
以下、本発明について更に詳述する。
本発明の環状炭酸エステル中のジオールの除去方法及び鎖状炭酸エステルとの混合溶媒の製造方法における環状炭酸エステルは、一般式（III）で表される。
【００１１】
【化７】
式（III）において、Ｒは直鎖状又は分枝状のアルキレン基、ビニレン基または炭素鎖中にエーテル結合を有するアルキレン基で、具体的には下式（２）〜（５）で表される２価の基である。
【００１３】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
ここで、式（２）〜（４）中、Ｒ1、Ｒ2及びＲ5は、それぞれ同一でも異なっていても良く、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基などの炭素数１〜６の直鎖状又は分枝状のアルキル基、シクロプロピル基、シクロブチル基などの炭素数３〜４の環状アルキル基或いはこれらアルキル基の水素の一部がハロゲン原子と置き換わったハロゲン置換アルキル基、又は水素原子を表し、これらの中で特に好ましくは水素原子または炭素数１〜４の直鎖状又は分枝状のアルキル基である。また式（５）においてｍは０〜３の整数で、ｍ＝０のとき、Ｒ6は炭素数３〜１５の直鎖或いは分枝状アルキレン基、ｍ＝１〜３のとき、Ｒ6は炭素数１〜５の直鎖或いは分枝状アルキレン基を表す。
【００１８】
環状炭酸エステルが溶媒或いは鎖状炭酸エステルとの混合系溶媒として用いられる場合、特に好ましい環状炭酸エステルは、Ｒが式（２）又は（３）
【００１９】
【化１２】
【化１３】
のものであり、特にＲ1、Ｒ2、Ｒ5が炭素数１〜４の直鎖又は分枝状アルキル又は水素原子であることが好ましい。
具体的にはエチレンカーボネート、１，２プロピレンカーボネート、２，３ブチレンカーボネート、１，３プロピレンカーボネート、１，２ブチレンカーボネート、２，４ペンチレンカーボネート、１，３ペンチレンカーボネート等が挙げられる。特に電解液に適する混合系溶媒としてはエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、１，２ブチレンカーボネート、２，３ブチレンカーボネートが挙げられる。
【００２２】
このような環状炭酸エステルに含まれるジオールは、環状炭酸エステルの合成における出発物質であるジオール或いはオキシドから生成するジオールで、一般には式（I）で表されるものである。
【００２３】
【化１４】
（Ｒは前述と同様である）
例えば、環状炭酸エステルがエチレンカーボネートである場合には、ジオールとしてエチレングリコール、ジエチレングリコールが、プロピレングリコールの場合にはプロピレングリコールが、ブチレンカーボネートの場合にはブチレングリコールが挙げられる。尚、ジエチレングリコールは式（１）におけるジオール化合物（I）に包含されないが、式（１）におけるジオール化合物（I）と同様に鎖状炭酸エステルと共に合成ゼオライトで処理することにより、その量が減少することが確認されている。
【００２５】
本発明では、環状炭酸エステルに含有される、このような式（I）で表されるジオールを除去するために、式（II）で表される鎖状炭酸エステルとを用いる。
【００２６】
【化１５】
式（II）において、Ｒ3、Ｒ4は同一でも異なっていても良く、Ｒ1、Ｒ2と同様の直鎖状、分枝状、または環状のアルキル基或いはハロゲン置換アルキル基を表す。特に好ましいＲ3、Ｒ4は、炭素数１〜４の直鎖状、分枝状のアルキル基、または炭素数３〜４の環状のアルキル基または炭素数１〜４のハロゲン置換アルキル基である。
【００２８】
このようなジオールと環状炭酸エステルと混合した混合物は、次式（１'）で表される反応を生じるが、
【００２９】
【化１６】
合成ゼオライトに接触させることにより、この平衡反応が右辺側に進行させることができる。
即ち式（１'）において、合成ゼオライトはジオールと環状炭酸エステルとの反応の触媒として作用し、エステル交換反応の進行に伴い、副生する一価アルコールを吸着し、右辺への反応を促進させる。
【００３１】
環状炭酸エステルからジオールを除去することのみを目的とする場合、通常環状炭酸エステルに不純物として含有されるジオールは、数１０００ｐｐｍ程度であるので、鎖状炭酸エステルの添加量は含有されるジオールに対応して少量でよく、反応に使われなかった過剰の鎖状炭酸エステルは、必要に応じて蒸留法等により環状炭酸エステルと分離することができる。
【００３２】
一方、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとの混合系溶媒の製造する場合には、鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルを、目的とする混合系溶媒における混合比率で用いる。
混合系溶媒として用いられる鎖状炭酸エステルは上述したものと同様であり、式（II）の化合物を用いることができ、具体的にはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、エチルブチルカーボネート、プロピルブチルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート（Ｍ−ｉＰＣ）、エチルイソプロピルカーボネート、ジイソブチルカーボネート、メチルイソブチルカーボネート、エチルイソブチルカーボネート、プロピルイソブチルカーボネート、イソプロピルイソブチルカーボネート、ジシクロプロピルカーボネート、メチルシクロプロピルカーボネート、エチルシクロプロピルカーボネート、ジシクロブチルカーボネート、メチルシクロブチルカーボネート、エチルシクロブチルカーボネート、プロピルシクロブチルカーボネート等が挙げられる。特に電解液に適する混合系溶媒としてはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートが挙げられる。
【００３３】
好適な環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの組合せとしては、環状炭酸エステルとして１，２−プロピレンカーボネート及び／又はエチレンカーボネートを用い、鎖状炭酸エステルとしてジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、メチルイソプロピルカーボネート（Ｍ−ｉＰＣ）を単独で或いは組合せて、例えばＤＭＣ＋ＭＥＣ、ＤＭＣ＋ＤＥＣ、ＤＭＣ＋ＭＰＣ、ＤＭＣ＋Ｍ−ｉＰＣ、ＭＥＣ＋ＤＥＣ、ＭＥＣ＋ＭＰＣ、ＭＥＣ＋Ｍ−ｉＰＣ、ＤＥＣ＋ＭＰＣ、ＤＥＣ＋Ｍ−ｉＰＣ、ＭＰＣ＋Ｍ−ｉＰＣの組合せで、用いることができる。
【００３４】
これら鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルを混合した均一混合液に合成ゼオライトに接触させて、環状炭酸エステルに含まれるジオールと鎖状炭酸エステルの一部とを式（１）により反応せしめて、ジオールを除去する。
本発明において、合成ゼオライトは式（１）の反応を進行させる触媒として機能するとともに生成した１価のアルコール（Ｒ3ＯＨ、Ｒ4ＯＨ）を吸着する吸着剤として機能する。尚、合成ゼオライトは均一細孔径を持ち、細孔径（吸着サイトの孔径）及び化学組成により３Ａ、４Ａ、５Ａ、１３Ｘ等の種類があるが、本発明では反応式（１）により生成する１価のアルコールの種類（即ち、鎖状炭酸エステルのアルキル基Ｒ3、Ｒ4）に応じて３Ａ、４Ａ、５Ａ及び１３Ｘ等のいずれかを選択して用いられる。特に鎖状炭酸エステルが前掲のジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートの場合、有効直径５Å以下又は１０Å以下の分子を吸着できる５Ａ又は１３Ｘを用いることが好ましい。
【００３５】
合成ゼオライトは結晶水を除くために乾燥処理することが必要であり、この場合、乾燥方法は特に限定は無く、通常用いられているいかなる方法も用いることができる。例えば直火、スチーム、電気炉による乾燥を挙げることができる。
合成ゼオライトとの接触の条件は特に制限されないが、好ましい方法として、１）合成ゼオライトを充填したカラム又は反応管に予めジオールと鎖状炭酸エステルとの均一混合液或いは鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルとの均一混合液を連続的に通液する方法（以下、カラム法という）、２）予め調整した上記均一混合液中に合成ゼオライトを添加し、静置又は混合液を撹拌する方法（以下、投入法という）が挙げられる。
【００３６】
接触温度は室温（約２０℃）〜８０℃が好ましい。また接触時間は、カラム法の場合、液空間速度（LHSV）が１〜３０／時間であることが好ましい。投入法の場合には、鎖状及び環状炭酸エステルの混合液に対し１〜２０重量％を添加し、３０分〜２４時間処理することが好ましい。通常環状及び鎖状炭酸エステル中に不純物として含まれるジオールであれば、滞留時間或いは接触時間を調節することにより一度通液或いは投入するだけでジオール量を６０ｐｐｍ以下まで除去することができる。環状炭酸エステルに含まれるジオールの量が多くても（例えば数１０００ｐｐｍ以上であっても）、滞留時間或いは接触時間を長くすることにより、また合成ゼオライトによる処理を繰返すことにより、６０ｐｐｍ以下とすることができる。
【００３７】
本発明においては、環状炭酸エステルを合成ゼオライトと接触させる際に環状炭酸エステルに加える鎖状炭酸エステルの量は特に制限されるものではないが、好ましくは鎖状炭酸エステル／環状炭酸エステルの重量比で１／９９、好ましくは１０／９０〜９０／１０、更に好ましくは２０／８０〜８０／２０である。
本発明によって得られる環状炭酸エステル或いは鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルとの混合系溶媒は、電池、コンデンサなどの電解液の溶媒として好適である。混合系溶媒の場合、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合比は、これら用途によって異なり特に限定されるものではないが、電解液溶媒として用いる場合、環状炭酸エステル：鎖状炭酸エステルは９０：１０〜１０：９０（重量比）であることが好ましく、特に８０：２０〜２０：８０（重量比）の範囲で用いることが好ましい。更に式（１）の反応を阻害しない範囲で、用いる溶媒の目的により、エーテル、エステル、カーバメート等の他の溶媒を添加してもよい。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。尚、以下の説明において溶媒名を以下のように省略した。
ＰＣ：プロピレンカーボネート
ＥＣ：エチレンカーボネート
ＤＭＣ：ジメチルカーボネート
ＤＥＣ：ジエチルカーボネート
ＥＧ：エチレングリコール
ＤＥＧ：ジエチレングリコール
ＰＧ：プロピレングリコール
［実施例１］
３０ｇのモレキュラーシーブ５Ａを内径２０mmのカラムに充填し、モレキュラーシーブの高さが２０cmであるカラムを用意した。このカラムに、ＥＣ３８重量部とＤＭＣ６２重量部を混合したもの（不純物として１２２０ppm（重量）のエチレングリコールと５２０ppm（重量）のジエチレングリコールを含む）３０００ｍｌを、室温（２０゜Ｃ）で液空間速度（LHSV）６／時間で通液し、ＥＣとＤＭＣの混合溶媒を製造した。この混合溶媒についてジオール系化合物の含有量を測定した。測定は、ガスクロマトグラフ（５８９０型、横河ヒューレットパッカード製）により行った。結果を表１に示す。尚、カラムはＤＢ−６２４キャピラリカラム（Ｊ＆Ｗ製）を使用した。
［実施例２］
ＥＣとＤＭＣとの混合量をＥＣを７５重量部、ＤＭＣを２５重量部にした以外は、実施例１と全く同じ操作を行い、混合溶媒を得、その評価を行った。
［実施例３］
ＥＣとＤＭＣとの混合量をＥＣを５８重量部、ＤＥＣを４２重量部にした以外は、実施例１と全く同じ操作を行い、混合溶媒を得、その評価を行った。
［実施例４］
環状炭酸エステルとしてＰＣを５３重量部、ＤＭＣを４７重量部を混合したものについて実施例１と全く同じ操作を行い、ＰＣとＤＭＣとの混合溶媒を得、その評価を行った。
［比較例１］
環状炭酸エステルＰＣのみを用いて、実施例と全く同じ操作を行い、通液したＰＣの評価を行った。
【００３９】
結果を併せて表１に示す。
【００４０】
【表１】
［実施例５］
ＤＭＣ１３．５ｇ（０．１５モル）とＥＧ３．１０ｇ（０．０５モル）とモレキュラーシーブ５Ａ（ユニオン昭和（株）製、３５０℃で乾燥したもの）１．７２ｇとを、シュレンク型反応管に仕込み、窒素雰囲気下６０℃で６時間加熱した。加熱終了後、反応液をサンプリングし、ガスクロマトグラフ分析を行った。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
この結果からモレキュラーシーブ（合成ゼオライト）存在下でＤＭＣとＥＧとを反応させることにより、環状炭酸エステルであるＥＣが生成していることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを混合後に合成ゼオライトで処理することにより、合成ゼオライトを触媒とするジオールと鎖状炭酸エステルとの反応によりジオールを１価アルコールに変えるとともに、生成する１価アルコールを吸着処理できるので、環状炭酸エステルに不純物として不可避的に含まれるジオールを高い精度で除去することができる。これにより、ジオールの含有量が極めて少ない環状炭酸エステル或いは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルを含有する炭酸エステル系混合溶媒を製造することができ、各種有機溶剤やコンデンサ、電池用の電解液の溶媒として好適な混合系溶媒を得ることができる。また本発明は、合成ゼオライト存在下で鎖状炭酸エステルとジオールを反応させることにより環状炭酸エステルを製造する方法をも提供できる。
Claims (11)
- ジオールを不純物として含有する環状炭酸エステルを鎖状炭酸エステルの存在下に、モレキュラーシーブ３Ａ、４Ａ、５Ａおよび１３Ｘから選択される合成ゼオライトと接触することを特徴とする環状炭酸エステル中のジオールを除去する方法。
- ジオールを含有する環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを混合し、この混合物を、モレキュラーシーブ３Ａ、４Ａ、５Ａおよび１３Ｘから選択される合成ゼオライトと接触処理し、ジオールを高度に除去することを特徴とする環状および鎖状炭酸エステル混合系溶媒の製造方法。
- 式（III）で表される環状炭酸エステルと、式（II）で表される鎖状炭酸エステルとを混合し炭酸エステル混合系溶媒を製造するに際し、前記環状炭酸エステルと前記鎖状炭酸エステルとの混合物を、モレキュラーシーブ３Ａ、４Ａ、５Ａおよび１３Ｘから選択される合成ゼオライトと接触処理し、前記環状炭酸エステルに含有されるジオールと前記鎖状炭酸エステルとを下記反応式（１）により合成ゼオライトの存在下で反応させて、副生した一価アルコールを前記合成ゼオライトに吸着させ、ジオールを高度に除去した炭酸エステル混合系溶媒を得ることを特徴とする環状および鎖状炭酸エステル混合系溶媒の製造方法。
- ジオールを不純物として含有する環状炭酸エステルを鎖状炭酸エステルの存在下に、モレキュラーシーブ３Ａ、４Ａ、５Ａおよび１３Ｘから選択される合成ゼオライトと接触することを特徴とする環状炭酸エステル中のジオールが高度に除去された環状炭酸エステルの製造方法。
- 式（I）で表されるジオールと式（II）で表される鎖状炭酸エステルとを、下記反応式（１）によりモレキュラーシーブ３Ａ、４Ａ、５Ａおよび１３Ｘから選択される合成ゼオライトの存在下で反応させて式（III）で表される環状炭酸エステルを生成させるとともに、副生した一価アルコールを前記合成ゼオライトに吸着させることを特徴とする環状炭酸エステルの製造方法。
- ジオールの含有量を混合系溶媒の６０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項２記載の環状および鎖状炭酸エステル混合系溶媒の製造方法。
- 前記環状炭酸エステルがエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、またはそれらの混合物である請求項２記載の環状および鎖状炭酸エステル混合系溶媒の製造方法。
- 前記鎖状炭酸エステルがジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、またはそれらの混合物である請求項２記載の環状および鎖状炭酸エステル混合系溶媒の製造方法。
- ジオールの含有量を混合系溶媒の６０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求項４記載の環状炭酸エステルの製造方法。
- 前記環状炭酸エステルがエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、またはそれらの混合物である請求項４記載の環状炭酸エステルの製造方法。
- 前記鎖状炭酸エステルがジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、またはそれらの混合物である請求項４記載の環状炭酸エステルの製造方法。
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