JP4168495B2 - 4級アンモニウム塩の製造方法 - Google Patents
4級アンモニウム塩の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩をホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸と反応させて脱炭酸させ、4級アンモニウムテトラフルオロボレート又は4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートを製造する方法の改良に関するものである。本発明方法により得られるこれらの4級アンモニウム塩は極めて高純度であり、特に非水電解液用の電解質として用いるのに好適である。
【0002】
【従来の技術】
4級アンモニウムテトラフルオロボレート及び4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートは公知化合物であり、その代表的な製造法としては、3級アミンにアルキルハライドを反応させて4級アンモニウムハライドとし、これにホウフッ化水素酸又はテトラフルオロリン酸を水性媒体中で反応させる方法が知られている。この方法により得られる4級アンモニウムテトラフルオロボレート及び4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートは、不純物として原料に由来するハロゲンイオンを相当量含んでいる。
【0003】
4級アンモニウムテトラフルオロボレート及び4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートは、電池やコンデンサーなどに用いる非水電解液の電解質として注目されているが、非水電解液中にハロゲンイオンが存在すると、電池やコンデンサーの性能低下や金属部分の腐食を招くので好ましくない。従ってハロゲンイオンを含まない4級アンモニウムテトラフルオロボレート及び4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートの製造法が種々提案されている。なかでも特公平7−116113号公報に開示されている、3級アミンに炭酸ジエステルを反応させて炭酸モノエステルの4級アンモニウム塩を生成させ、次いでこれにホウフッ化水素酸又はヘキサフルオロリン酸を反応させて脱炭酸させ、4級アンモニウムテトラフルオロボレート又は4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートとする方法は、本質的にハロゲンイオンを含まないこれらの4級アンモニウム塩を安価に製造し得る方法として期待されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特公平7−116113号公報に開示されている方法によって得られる4級アンモニウム塩は、ときとして着色をおこすことがある。また4級アンモニウム塩の純度もさらに高くすることが望まれている。従って本発明は、非水電解液の電解質として好適な、高純度でかつ着色しない、4級アンモニウムテトラフルオロボレート及び4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートの製造方法を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、一般式Q+・RCO3 −(式中、Q+はトリアルキルアミンの窒素が4級化された4級アンモニウム基を示し、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を示す)で表される炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩と、ホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸とを反応させて、4級アンモニウムテトラフルオロボレート又は4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートを製造するに際し、炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩を化学量論量より過剰に用いることにより、高純度でかつ着色しない4級アンモニウム塩を製造することができる。
また、本発明の別の態様によれば、上記方法で製造された4級アンモニウム塩を非水溶媒に溶解してなる非水電解液を提供することができる。
さらに、本発明の別の態様によれば、フッ素イオンの含有量が20ppm以下の4級アンモニウムテトラフルオロボレート又は4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートを非水溶媒に溶解してなる非水電解液を提供することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に説明すると、本発明で一方の反応原料として用いるのは、一般式 Q+ ・RCO3 - (式中、Q+ は4級アンモニウム基を示し、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を示す)で表される炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩である。炭酸モノエステルの4級アンモニウム塩としては、3級アミンと炭素数1〜4のアルキル基を2個有するジアルキルカーボネートとを反応させて得られるものを用いるのが好ましい。3級アミンとしては脂肪族アミン、脂環族アミン又は含窒素ヘテロ環式芳香族アミンなど任意のものを用いることができる。この方法によれば、ジアルキルカーボネートのアルキル基で4級化されたアンモニウム基を有する塩が生成する。ジアルキルカーボネートとしては、炭素数1〜4のアルキル基を2個有するものが用いられる。通常は市場で安価に入手し得るジメチルカーボネート又はジエチルカーボネートが用いられるので、メチル基又はエチル基で4級化されたアンモニウム基を有する塩が生成する。このようにして得られた炭酸モノエステルの4級アンモニウム塩を加水分解すると、対応する炭酸の4級アンモニウム塩が生成する。一般式 Q+ ・RCO3 - で表される炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩を構成する4級アンモニウム基としては、例えば次のようなものが挙げられる。
【0007】
トリアルキルアミンの窒素が4級化されたもの;
テトラメチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム、ジエチルジメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、トリメチル−n−プロピルアンモニウム、トリメチルイソプロピルアンモニウム、エチルジメチル−n−プロピルアンモニウム、エチルジメチルイソプロピルアンモニウム、ジエチルメチル−n−プロピルアンモニウム、ジエチルメチルイソプロピルアンモニウム、ジメチルジ−n−プロピルアンモニウム、ジメチル−n−プロピルイソプロピルアンモニウム、ジメチルジイソプロピルアンモニウム、トリエチル−n−プロピルアンモニウム、n−ブチルトリメチルアンモニウム、イソブチルトリメチルアンモニウム、t−ブチルトリメチルアンモニウム、トリエチルイソプロピルアンモニウム、エチルメチルジ−n−プロピルアンモニウム、エチルメチル−n−プロピルイソプロピルアンモニウム、エチルメチルジイソプロピルアンモニウム、n−ブチルエチルジメチルアンモニウム、イソブチルエチルジメチルアンモニウム、t−ブチルエチルジメチルアンモニウム、ジエチルジ−n−プロピルアンモニウム、ジエチル−n−プロピルイソプロピルアンモニウム、ジエチルジイソプロピルアンモニウム、メチルトリ−n−プロピルアンモニウム、メチルジ−n−プロピルイソプロピルアンモニウム、メチル−n−プロピルジイソプロピルアンモニウム、n−ブチルトリエチルアンモニウム、イソブチルトリエチルアンモニウム、t−ブチルトリエチルアンモニウム、ジ−n−ブチルジメチルアンモニウム、ジイソブチルジメチルアンモニウム、ジ−t−ブチルジメチルアンモニウム、n−ブチルイソブチルジメチルアンモニウム、n−ブチル−t−ブチルジメチルアンモニウム、イソブチル−t−ブチルジメチルアンモニウムなど。
【0008】
ピロリジン環の窒素が4級化されたもの;
N,N−ジメチルピロリジニウム、N−エチル−N−メチルピロリジニウム、N,N−ジエチルピロリジニウム、1,1,2−トリメチルピロリジニウム、1,1,3−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2−ジメチルピロリジニウム、1−エチル−1,3−ジメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、1,1−ジエチル−2−メチルピロリジニウム、1,1−ジエチル−3−メチルピロリジニウム、1,2−ジエチル−1−メチルピロリジニウム、1,3−ジエチル−1−メチルピロリジニウム、1,1,2−トリエチルピロリジニウム、1,1,3−トリエチルピロリジニウム、1,1,2,2−テトラメチルピロリジニウム、1,1,2,3−テトラメチルピロリジニウム、1,1,2,4−テトラメチルピロリジニウム、1,1,2,5−テトラメチルピロリジニウム、1,1,3,4−テトラメチルピロリジニウム、1,1,3,3−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,2−トリメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,3−トリメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,2−トリメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,3−トリメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,4−トリメチルピロリジニウム、4−エチル−1,1,2−トリメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,5−トリメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,4−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,2−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,3−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,3,3−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,4−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,5−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,3,4−トリメチルピロリジニウム、2,2−ジエチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、2,3−ジエチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、3,3−ジエチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、2,4−ジエチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、2,5−ジエチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、3,4−ジエチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、1,2−ジエチル−1,2−ジメチルピロリジニウム、1,2−ジエチル−1,3−ジメチルピロリジニウム、1,3−ジエチル−1,2−ジメチルピロリジニウム、1,3−ジエチル−1,3−ジメチルピロリジニウム、1,2−ジエチル−1,4−ジメチルピロリジニウム、1,4−ジエチル−1,2−ジメチルピロリジニウム、1,2−ジエチル−1,5−ジメチルピロリジニウム、1,3−ジエチル−1,4−ジメチルピロリジニウム、1,1,2,2,3−ペンタメチルピロリジニウム、1,1,2,2,4−ペンタメチルピロリジニウム、1,1,2,2,5−ペンタメチルピロリジニウム、1,1,2,3,4−ペンタメチルピロリジニウム、1,1,2,3,5−ペンタメチルピロリジニウム、1,1,3,3,4−ペンタメチルピロリジニウム、1,1,3,3,5−ペンタメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,2,3−テトラメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,2,4−テトラメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,2,5−テトラメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,3,4−テトラメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,3,5−テトラメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2,4,5−テトラメチルピロリジニウム、1−エチル−1,3,3,4−テトラメチルピロリジニウム、1−エチル−1,3,3,5−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,2,3−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,2,4−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,2,5−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,3,3−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,3,4−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,3,5−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,4,4−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,4,5−テトラメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1,5,5−テトラメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,2,2−テトラメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,2,3−テトラメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,2,4−テトラメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,2,5−テトラメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,3,4−テトラメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,4,4−テトラメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1,4,5−テトラメチルピロリジニウム、1,1,2,2,3,3−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,2,3,4−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,2,3,5−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,2,4,4−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,2,4,5−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,2,5,5−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,3,3,4−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,3,3,5−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,3,4,4−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,3,5,5−ヘキサメチルピロリジニウム、1,1,2,3,4,5−ヘキサメチルピロリジニウムなど。
【0009】
モルホリン環の窒素が4級化されたもの
N,N−ジメチルモルホリニウム、N−エチル−N−メチルモルホリニウム、N,N−ジエチルモルホリニウム、3,4,4−トリメチルモルホリニウム、2,4,4−トリメチルモルホリニウム、3−エチル−4,4−ジメチルモルホリニウム、2−エチル−4,4−ジメチルモルホリニウム、3,4−ジメチル−4−エチルモルホリニウム、2,4−ジメチル−4−エチルモルホリニウム、3−メチル−4,4−ジエチルモルホリニウム、2−メチル−4,4−ジエチルモルホリニウム、3,4−ジエチル−4−メチルモルホリニウム、2,4−ジエチル−4−メチルモルホリニウム、3,4,4−トリエチルモルホリニウム、2,4,4−トリエチルモルホリニウム、3,3,4,4−テトラメチルモルホリニウム、2,3,4,4−テトラメチルモルホリニウム、2,4,4,5−テトラメチルモルホリニウム、3,4,4,5−テトラメチルモルホリニウム、2,2,4,4−テトラメチルモルホリニウム、2,4,4,6−テトラメチルモルホリニウム、2,4,4−トリメチル−3−エチルモルホリニウム、2−エチル−3,4,4−トリメチルモルホリニウム、2,4,4−トリメチル−5−エチルモルホリニウム、2−エチル−4,4,5−トリメチルモルホリニウム、3−エチル−4,4,5−トリメチルモルホリニウム、2−エチル−4,4,6−トリメチルモルホリニウム、2,3−ジメチル−4,4−ジエチルモルホリニウム、25−ジメチル−4,4−ジエチルモルホリニウム、3,5−ジメチル−4,4−ジエチルモルホリニウム、2,6−ジメチル−4,4−ジエチルモルホリニウム、2,4−ジメチル−3,4−ジエチルモルホリニウム、2,4−ジエチル−3,4−ジメチルモルホリニウム、2,4−ジメチル−4,5−ジエチルモルホリニウム、2,4−ジエチル−4,5−ジメチルモルホリニウム、3,4−ジエチル−4,5−ジメチルモルホリニウム、2,4−ジエチル−4,6−ジメチルモルホリニウム、2,3−ジエチル−4,4−ジメチルモルホリニウム、2,5−ジエチル−4,4−ジメチルモルホリニウム、3,5−ジエチル−4,4−ジメチルモルホリニウム、2,6−ジエチル−4,4−ジメチルモルホリニウム、2,3,4,4,6−ペンタメチルモルホリニウム、2,3,4,4,5−ペンタメチルモルホリニウム、2,4,4,6−テトラメチル−3−エチルモルホリニウム、2,4,4,5−テトラメチル−3−エチルモルホリニウム、2−エチル−3,4,4,6−テトラメチルモルホリニウム、2−エチル−3,4,4,5−テトラメチルモルホリニウム、2,3,4,4,5,6−ヘキサメチルモルホリニウムなど。
【0010】
イミダゾリン環の窒素が4級化されたもの;
N,N′−ジメチルイミダゾリニウム、N−エチル−N′−メチルイミダゾリニウム、N,N′−ジエチルイミダゾリニウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、1,3,4−トリメチルイミダゾリニウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム、1−エチル−3,4−ジメチルイミダゾリニウム、1−エチル−3,5−ジメチルイミダゾリニウム、2−エチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム、4−エチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム、1,2−ジエチル−3−メチルイミダゾリニウム、1,4−ジエチル−3−メチルイミダゾリニウム、1,5−ジエチル−3−メチルイミダゾリニウム、1,3−ジエチル−2−メチルイミダゾリニウム、1,3−ジエチル−4−メチルイミダゾリニウム、1,2,3−トリエチルイミダゾリニウム、1,3,4−トリエチルイミダゾリニウム、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリニウム、1−エチル−2,3,4−トリメチルイミダゾリニウム、1−エチル−2,3,5−トリメチルイミダゾリニウム、1−エチル−3,4,5−トリメチルイミダゾリニウム、2−エチル−1,3,4−トリメチルイミダゾリニウム、4−エチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリニウム、1,2−ジエチル−3,4−ジメチルイミダゾリニウム、1,3−ジエチル−2,4−ジメチルイミダゾリニウム、1,4−ジエチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム、2,4−ジエチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム、4,5−ジエチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム、1,2,3−トリエチル−4−メチルイミダゾリニウム、1,2,4−トリエチル−3−メチルイミダゾリニウム、1,2,5−トリエチル−3−メチルイミダゾリニウム、1,3,4−トリエチル−2−メチルイミダゾリニウム、1,3,4−トリエチル−5−メチルイミダゾリニウム、1,4,5−トリエチル−3−メチルイミダゾリニウム、1,2,3,4,5−ペンタメチルイミダゾリニウムなど。
【0011】
テトラヒドロピリミジン環の窒素が4級化されたもの
N,N′−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、N−エチル−N′−メチルテトラヒドロピリミジニウム、N,N′−ジエチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,3,4−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,3,5−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、1−エチル−2,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1−エチル−3,4−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1−エチル−3,5−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1−エチル−3,6−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、2−エチル−1,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、4−エチル−1,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、5−エチル−1,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2,3,4−テトラメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2,3,5−テトラメチルテトラヒドロピリミジニウム、1−エチル−2,3,4−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、1−エチル−2,3,5−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、1−エチル−2,3,6−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、2−エチル−1,3,4−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、2−エチル−1,3,5−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、4−エチル−1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、4−エチル−1,3,5−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、4−エチル−1,3,6−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、5−エチル−1,2,3−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、5−エチル−1,3,4−トリメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2−ジエチル−3,4−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2−ジエチル−3,5−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2−ジエチル−3,6−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,3−ジエチル−2,4−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,3−ジエチル−2,5−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,4−ジエチル−2,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,4−ジエチル−3,5−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,4−ジエチル−3,6−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,5−ジエチル−2,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,5−ジエチル−3,4−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,5−ジエチル−3,6−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、2,4−ジエチル−1,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、2,5−ジエチル−1,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、4,5−ジエチル−1,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、4,6−ジエチル−1,3−ジメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2,3,4,5−ペンタメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2,3,4,6−ペンタメチルテトラヒドロピリミジニウム、1,2,3,4,5,6−ヘキサメチルテトラヒドロピリミジニウム、5−メチル−1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネニウム、5−エチル−1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネニウム、5−メチル−1,5−ジアザビシクロ[5.4.0]−5−ウンデセニウム、5−エチル−1,5−ジアザビシクロ[5.4.0]−5−ウンデセニウムなど。
【0012】
ピペラジン環の窒素が4級化されたもの;
N,N,N′,N′−テトラメチルピペラジニウム、N−エチル−N,N′,N′−トリメチルピペラジニウム、N,N−ジエチル−N′,N′−ジメチルピペラジニウム、N,N,N′−トリエチル−N′−メチルピペラジニウム、N,N,N′,N′−テトラエチルピペラジニウム、1,1,2,4,4−ペンタメチルピペラジニウム、1,1,3,4,4−ペンタメチルピペラジニウム、1,1,2,3,4,4−ヘキサメチルピペラジニウム、1,1,2,4,4,5−ヘキサメチルピペラジニウム、1,1,2,4,4,6−ヘキサメチルピペラジニウム、1,1,3,4,4,5−ヘキサメチルピペラジニウム、1−エチル−1,2,4,4−テトラメチルピペラジニウム、1−エチル−1,3,4,4−テトラメチルピペラジニウム、2−エチル−1,1,4,4−テトラメチルピペラジニウム、1−エチル−1,2,4,4−テトラメチルピペラジニウム、1−エチル−1,3,4,4−テトラメチルピペラジニウム、1,1−ジエチル−2,4,4−トリメチルピペラジニウム、1,4−ジエチル−1,2,4−トリメチルピペラジニウム、1,2−ジエチル−1,4,4−トリメチルピペラジニウム、1,3−ジエチル−1,4,4−トリメチルピペラジニウムなど。
【0013】
ピペリジン環の窒素が4級化されたもの;
N,N−ジメチルピペリジニウム、N−エチル−N−メチルピペリジニウム、N,N−ジエチルピペリジニウム、1,1,2−トリメチルピペリジニウム、1,1,3−トリメチルピペリジニウム、1,1,4−トリメチルピペリジニウム、1,2,2−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,3−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,4−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,5−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,6−テトラメチルピペリジニウム、1,1,3,3−テトラメチルピペリジニウム、1,1,3,4−テトラメチルピペリジニウム、1,1,3,5−テトラメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,3−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,4−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,3−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,4−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,5−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,6−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,3,4−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,3,5−トリメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2−メチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−3−メチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−4−メチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2,3−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2,4−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2,5−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2,6−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−3,4−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−3,5−ジメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,3−トリメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,4−トリメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,5−トリメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,6−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,2−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,4−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,5−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,6−トリメチルピペリジニウム、4−エチル−1,1,2−トリメチルピペリジニウム、4−エチル−1,1,3−トリメチルピペリジニウム、1,2−ジエチル−1,3−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,4−トリメチルピペリジニウム、1,2−ジエチル−1,5−ジメチルピペリジニウム、1,2−ジエチル−1,6−ジメチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1,5−ジメチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1,4−ジメチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1,6−ジメチルピペリジニウム、1,4−ジエチル−1,2−ジメチルピペリジニウム、1,4−ジエチル−1,3−ジメチルピペリジニウム、1,1,2−トリエチル−3−メチルピペリジニウム、1,1,2−トリエチル−4−メチルピペリジニウム、1,1,2−トリエチル−5−メチルピペリジニウム、1,1,2−トリエチル−6−メチルピペリジニウム、1,1,3−トリエチル−2−メチルピペリジニウム、1,1,3−トリエチル−4−メチルピペリジニウム、1,1,3−トリエチル−5−メチルピペリジニウム、1,1,3−トリエチル−6−メチルピペリジニウム、1,1,4−トリエチル−2−メチルピペリジニウム、1,1,4−トリエチル−3−メチルピペリジニウム、2−エチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、4−エチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、2,3−ジエチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、2,4−ジエチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、2,5−ジエチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、2,6−ジエチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、3,4−ジエチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、3,5−ジエチル−1,1−ジメチルピペリジニウム、1,2−ジエチル−1−メチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1−メチルピペリジニウム、1,4−ジエチル−1−メチルピペリジニウム、1,2,3−トリエチル−1−メチルピペリジニウム、1,2,4−トリエチル−1−メチルピペリジニウム、1,2,5−トリエチル−1−メチルピペリジニウム、1,2,6−トリエチル−1−メチルピペリジニウム、1,3,4−トリエチル−1−メチルピペリジニウム、1,3,5−トリエチル−1−メチルピペリジニウム、1,1,2−トリエチルピペリジニウム、1,1,4−トリエチルピペリジニウム、1,1,2,3−テトラエチルピペリジニウム、1,1,2,4−テトラエチルピペリジニウム、1,1,2,5−テトラエチルピペリジニウム、1,1,2,6−テトラエチルピペリジニウム、1,1,3,4−テトラメチルピペリジニウム、1,1,3,5−テトラエチルピペリジニウムなど。
【0014】
ピリジン環の窒素が4級化されたもの;
N−メチルピリジニウム、N−エチルピリジニウム、1,2−ジメチルピリジニウム、1,3−ジメチルピリジニウム、1,4−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2−メチルピリジニウム、2−エチル−1−メチルピリジニウム、1−エチル−3−メチルピリジニウム、3−エチル−1−メチルピリジニウム、1−エチル−4−メチルピリジニウム、4−エチル−1−メチルピリジニウム、1,2−ジエチルピリジニウム、1,3−ジエチルピリジニウム、1,4−ジエチルピリジニウム、1,2,3−トリメチルピリジニウム、1,2,4−トリメチルピリジニウム、1,3,4−トリメチルピリジニウム、1,3,5−トリメチルピリジニウム、1,2,5−トリメチルピリジニウム、1,2,6−トリメチルピリジニウム、1−エチル−2,3−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2,4−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2,5−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2,6−ジメチルピリジニウム、1−エチル−3,4−ジメチルピリジニウム、1−エチル−3,5−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,3−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,4−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,5−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,6−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,2−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,4−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,5−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,6−ジメチルピリジニウム、4−エチル−1,2−ジメチルピリジニウム、4−エチル−1,3−ジメチルピリジニウム、1,2−ジエチル−3−メチルピリジニウム、1,2−ジエチル−4−メチルピリジニウム、1,2−ジエチル−5−メチルピリジニウム、1,2−ジエチル−6−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−2−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−4−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−5−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−6−メチルピリジニウム、1,4−ジエチル−2−メチルピリジニウム、1,4−ジエチル−3−メチルピリジニウム、2,3−ジエチル−1−メチルピリジニウム、2,4−ジエチル−1−メチルピリジニウム、2,5−ジエチル−1−メチルピリジニウム、2,6−ジエチル−1−メチルピリジニウム、3,4−ジエチル−1−メチルピリジニウム、3,5−ジエチル−1−メチルピリジニウム、1,2,3,4,5−ペンタメチルピリジニウム、1,2,3,4,6−ペンタメチルピリジニウム、1,2,3,5,6−ペンタメチルピリジニウム、1,2,3,4,5,6−ヘキサメチルピリジニウムなど。
【0015】
イミダゾール環の窒素が4級化されたもの;
N,N′−ジメチルイミダゾリウム、N−エチル−N′−メチルイミダゾリウム、N,N′−ジエチルイミダゾリウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1,3,4−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−3,4−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−3,5−ジメチルイミダゾリウム、2−エチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、4−エチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,2−ジエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,4−ジエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,5−ジエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,3−ジエチル−2−メチルイミダゾリウム、1,3−ジエチル−4−メチルイミダゾリウム、1,2,3−トリエチルイミダゾリウム、1,3,4−トリエチルイミダゾリウム、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3,4−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3,5−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−3,4,5−トリメチルイミダゾリウム、2−エチル−1,3,4−トリメチルイミダゾリウム、4−エチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1,2−ジエチル−3,4−ジメチルイミダゾリウム、1,3−ジエチル−2,4−ジメチルイミダゾリウム、1,4−ジエチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1,4−ジエチル−2,5−ジメチルイミダゾリウム、2,4−ジエチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、4,5−ジエチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,2,3−トリエチル−4−メチルイミダゾリウム、1,2,4−トリエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,2,5−トリエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,3,4−トリエチル−2−メチルイミダゾリウム、1,3,4−トリエチル−5−メチルイミダゾリウム、1,4,5−トリエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,2,3,4,5−ペンタメチルイミダゾリウムなど。
【0016】
市場で安価かつ容易に入手し得る3級アミンは、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミンなどのトリアルキルアミンなので、これらの3級アミンを、同じく容易に入手し得るジメチルカーボネートやジエチルカーボネートと反応させて得られる、炭酸モノエステルの4級アンモニウム塩又はこれを加水分解して得られる炭酸のモノ4級アンモニウム塩などが、本発明で原料として用いられる最も一般的な4級アンモニウム塩である。そのいくつかを例示すると、テトラメチルアンモニウムメチル炭酸塩、テトラメチルアンモニウム炭酸水素塩、トリメチルエチルアンモニウムエチル炭酸塩、トリメチルエチルアンモニウム炭酸水素塩、トリエチルメチルアンモニウムメチル炭酸塩、トリエチルメチルアンモニウム炭酸水素塩、テトラエチルアンモニウムエチル炭酸塩、テトラエチルアンモニウム炭酸水素塩、トリ−n−プロピルメチルアンモニウムメチル炭酸塩、トリ−n−プロピルメチルアンモニウム炭酸水素塩、トリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチル炭酸塩、トリ−n−ブチルメチルアンモニウム炭酸水素塩などが挙げられる。
【0017】
本発明で用いるもう一方の原料であるホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸としては、できるだけ高純度のものを用いるのが好ましい。これらの酸は、その製法上、通常は不純物としてフッ素イオンを含んでいるので、フッ素イオンの含有量のできるだけ少ないものを選択して用いるべきである。
炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩とホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸との反応は、4級アンモニウム塩が化学量論量よりも過剰となる条件下で行うことが必要である。ホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸が過剰であると、得られる製品中にこれらの酸が残留して純度が低下し、かつときとして製品の着色をひきおこす。これに対し、炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩は、過剰に用いても再結晶により製品から容易に除去できるので、製品の純度を低下させる要因とはならない。しかし必要以上に過剰の炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩を用いることは経済的にも好ましくないので、ホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸に対する4級アンモニウム塩のモル比は1.2以下にすべきである。1.1以下、特に1.05以下のモル比で反応させるのが好ましい。モル比の下限は、高純度の製品を確実に取得するためには、1.01以上であるのが好ましい。モル比が1.02〜1.05の範囲で反応させるのが最も好ましい。
【0018】
炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩とホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸との反応は、両者をそれぞれ溶媒に溶解させた溶液として反応させるのが好ましい。例えば4級アンモニウム塩を、水又はアルコールなどのホウフッ化水素酸及び六フッ化リン酸と反応しない有機溶媒の溶液としておき、これにホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸の水溶液を滴下する方法を用いることができる。反応は室温で容易に進行するが、所望ならば沸騰しない程度に加熱してもよい。
【0019】
反応後、溶媒及び副生した水やアルコールを留去し、得られる固体をメタノール、エタノールなどの溶媒で再結晶すると、未反応で残留している炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩が除去されて、目的物である4級アンモニウムテトラフルオロボレート又は4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートを高純度で取得することができる。この4級アンモニウム塩は高純度であることに加えて、本質的にハロゲンイオンを含んでいないので、非水電解液電池や非水電解液コンデンサなどの非水電解液の電解質として好適である。
【0020】
【実施例】
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例1
撹拌装置の付いた容量1000mlのテフロン製反応容器中に、トリエチルアミンとジメチルカーボネートを反応させて得られたトリエチルメチルアンモニウムメチル炭酸塩(Et3 MeN+ ・CH3 CO3 - )200.76g(1.05モル)を含むメタノール溶液500mlを仕込んだ。室温で撹拌しながら、これにホウフッ化水素酸の42重量%水溶液206.61g(HBF4 として1.0モル)を1時間かけて徐々に滴下し、さらに1時間反応を継続した。反応容器を100℃のオイルバス中に浸して溶媒を留去し、221.9gの固形物を回収した。この固形物をメタノールとイソプロパノールの1:1混合溶媒500mlから再結晶して、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(Et3 MeN+ ・BF4 - )の白色固体188.8g(0.93モル)を得た。化学分析の結果、このものの純度はBF4 基準で99.0%以上であり、イオンクロマトグラフィーによるフッ素イオンの測定では、その含有量は定量下限である20重量ppm以下であった。
【0021】
実施例2
原料として、トリエチルアミンとジエチルカーボネートを反応させて得られたテトラエチルアンモニウムエチル炭酸塩(Et4 N+ ・C2 H5 CO3 - )230.16g(1.05モル)を含むエタノール溶液500mlと、六フッ化リン酸の60重量%水溶液243.3g(HPF6 として1.0モル)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェート(Et4 N+ ・PF6 - )の白色固体253.2g(0.92モル)を得た。化学分析の結果、このものの純度はPF6 基準で99.0%以上であり、イオンクロマトグラフィーによるフッ素イオンの測定では、その含有量は定量下限である20重量ppm以下であった。
【0022】
実施例3
原料として、トリエチルアミンとジメチルカーボネートと水を反応させて得られたトリエチルメチルアンモニウム炭酸水素塩(Et3 MeN+ ・HCO3 - )186.06g(1.05モル)を含む水溶液500mlを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(Et3 MeN+ ・BF4 - )の白色固体184.7g(0.91モル)を得た。化学分析の結果、このものの純度はBF4 基準で99.0%以上であり、イオンクロマトグラフィーによるフッ素イオンの測定では、その含有量は定量下限である20重量ppm以下であった。
【0023】
比較例
原料として、トリエチルアミンとジメチルカーボネートと水を反応させて得られたトリエチルメチルアンモニウム炭酸水素塩(Et3 MeN+ ・HCO3 - )173.66g(0.98モル)を含む水溶液467mlを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、僅かに褐色に着色したトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(Et3 MeN+ ・BF4 - )の固体184.7g(0.91モル)を得た。化学分析の結果、このものの純度はBF4 基準で99.0%以上であったが、イオンクロマトグラフィーによる測定では、フッ素イオンの含有量は200重量ppmであった。これは原料のホウフッ化水素酸に含まれていたフッ素イオンが、再結晶によっても除去されずに、製品中に残存したことによるものと考えられる。
Claims (5)
- 一般式Q+・RCO3 −(式中、Q+はトリアルキルアミンの窒素が4級化された4級アンモニウム基を示し、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を示す)で表される炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩と、ホウフッ化水素酸又は六フッ化リン酸とを反応させて、4級アンモニウムテトラフルオロボレート又は4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートを製造するに際し、炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩を化学量論量よりモル比で1.01〜1.2の割合で過剰に用いることを特徴とする4級アンモニウム塩の製造方法。
- 炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩が、テトラメチルアンモニウムメチル炭酸塩、テトラメチルアンモニウム炭酸水素塩、トリメチルエチルアンモニウムエチル炭酸塩、トリメチルエチルアンモニウム炭酸水素塩、トリエチルメチルアンモニウムメチル炭酸塩、トリエチルメチルアンモニウム炭酸水素塩、テトラエチルアンモニウムエチル炭酸塩、テトラエチルアンモニウム炭酸水素塩、トリ−n−プロピルメチルアンモニウムメチル炭酸塩、トリ−n−プロピルメチルアンモニウム炭酸水素塩、トリ−n−ブチルメチルアンモニウムメチル炭酸塩、トリ−n−ブチルメチルアンモニウム炭酸水素塩よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の4級アンモニウム塩の製造方法。
- 炭酸又はそのモノエステルの4級アンモニウム塩が、トリエチルメチルアンモニウムメチル炭酸塩、テトラエチルアンモニウムエチル炭酸塩、トリエチルメチルアンモニウム炭酸水素塩よりなる群から選ばれることを特徴とする請求項1又は2記載の4級アンモニウム塩の製造方法。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の製造方法により得られた4級アンモニウム塩を非水溶媒に溶解してなる非水電解液。
- 不純物として含んでいるフッ素イオンの含有量が20重量ppm以下である4級アンモニウムテトラフルオロボレート又は4級アンモニウムヘキサフルオロフォスフェートを非水溶媒に溶解してなる非水電解液。
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