JP5172667B2 - 低粘度を有するイオン性液体 - Google Patents
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Description
本発明の目的のために、測定を、Autolab PGSTAT 30装置(Eco Chemie)を用いて行う。本発明において示される電気化学的帯についての値を、CH3CNに溶解した0.5モラー溶液中で、作用電極としてのガラス状炭素電極、白金電極およびAg/AgNO3(CH3CN)基準電極を用いて測定した。ポテンシャル値は、フェロセンのE0を基準とする。
(CnF2n−x+1Hx)
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならない場合に、イオン性液体は、前述の基準を満たす。
Rfは、好ましくはCF3、C2F5、C3F7またはC4F9を示す。アニオンは、特に好ましくは[(C2F5)2P(O)]2N−である。
[NR4]+ (1)
により記載することができ、式中、
Rは、各々の場合において互いに独立して、
H(ただし式(1)中の少なくとも2つの置換基RはHである)、
OR’、NR’2(ただし式(1)中の多くとも1つの置換基RはOR’またはNR’2である)、
1〜20個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の二重結合を有する直鎖状または分枝状アルケニル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の三重結合を有する直鎖状または分枝状アルキニル、
3〜7個のC原子を有し、1〜6個のC原子を有するアルキル基により置換されていてもよい、飽和の、部分的にまたは完全に不飽和のシクロアルキル
を示し、
ここで、1つまたは2つ以上のRは、ハロゲン、特に−Fおよび/または−Clにより部分的に、もしくは完全に、または−OH、−OR’、−CN、−C(O)OH、−C(O)NR’2、−SO2NR’2、−C(O)X、−SO2OH、−SO2Xもしくは−NO2により部分的に置換されていてもよく、またここで、α位にはないRの1個または2個の隣接していない炭素原子は、−O−、−S−、−S(O)−、−SO2−、−SO2O−、−C(O)−、−C(O)O−、−N+R’2−、−P(O)R’O−、−C(O)NR’−、−SO2NR’−、−OP(O)R’O−、−P(O)(NR’2)NR’−、−PR’2=N−および−P(O)R’−の群から選択された原子および/または原子団により置換されていてもよく、ここでR’は、=H、フッ素化されていない、部分的にフッ素化されている、もしくはパーフルオロ化されているC1〜C6アルキル、C3〜C7シクロアルキル、または非置換の、もしくは置換されているフェニルであってもよく、Xは、ハロゲンであってもよい。
[PR2 4]+ (2)
により記載することができ、式中、
R2は、各々の場合において、互いに独立して、
H、OR’、NR’2、
1〜20個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の二重結合を有する直鎖状または分枝状アルケニル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の三重結合を有する直鎖状または分枝状アルキニル、
3〜7個のC原子を有し、1〜6個のC原子を有するアルキル基により置換されていてもよい、飽和の、部分的にまたは完全に不飽和のシクロアルキル
を示し、
ここで、1つまたは2つ以上のR2は、ハロゲン、特に−Fおよび/または−Clにより部分的に、もしくは完全に、または−OH、−OR’、−CN、−C(O)OH、−C(O)NR’2、−SO2NR’2、−C(O)X、−SO2OH、−SO2Xもしくは−NO2により部分的に置換されていてもよく、またここで、α位にはないR2の1個または2個の隣接していない炭素原子は、−O−、−S−、−S(O)−、−SO2−、−SO2O−、−C(O)−、−C(O)O−、−N+R’2−、−P(O)R’O−、−C(O)NR’−、−SO2NR’−、−OP(O)R’O−、−P(O)(NR’2)NR’−、−PR’2=N−および−P(O)R’−の群から選択された原子および/または原子団により置換されていてもよく、ここでR’=H、フッ素化されていない、部分的にフッ素化されている、もしくはパーフルオロ化されているC1〜C6アルキル、C3〜C7シクロアルキル、または非置換の、もしくは置換されているフェニルであり、X=ハロゲンである。
[(R3R4N)−C(=OR5)(NR6R7)]+ (3)
により記載することができ、チオウロニウムカチオンを、式(4)
[(R3R4N)−C(=SR5)(NR6R7)]+ (4)
により記載することができ、
式中、
R3〜R7は、各々、互いに独立して、
水素(ここで水素はR5については除外される)、
1〜20個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の二重結合を有する直鎖状または分枝状アルケニル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の三重結合を有する直鎖状または分枝状アルキニル、
3〜7個のC原子を有し、1〜6個のC原子を有するアルキル基により置換されていてもよい、飽和の、部分的にまたは完全に不飽和のシクロアルキル
を示し、
ここで、置換基R3〜R7の1つまたは2つ以上は、ハロゲン、特に−Fおよび/または−Clにより部分的にもしくは完全に、または−OH、−OR’、−CN、−C(O)OH、−C(O)NR’2、−SO2NR’2、−C(O)X、−SO2OH、−SO2Xもしくは−NO2により部分的に置換されていてもよく、またここで、α位にはないR3〜R7の1個または2個の隣接していない炭素原子は、−O−、−S−、−S(O)−、−SO2−、−SO2O−、−C(O)−、−C(O)O−、−N+R’2−、−P(O)R’O−、−C(O)NR’−、−SO2NR’−、−OP(O)R’O−、−P(O)(NR’2)NR’−、−PR’2=N−および−P(O)R’−の群から選択された原子および/または原子団により置換されていてもよく、ここでR’=H、フッ素化されていない、部分的にフッ素化されている、もしくはパーフルオロ化されているC1〜C6アルキル、C3〜C7シクロアルキル、または非置換の、もしくは置換されているフェニルであり、X=ハロゲンである。
[C(NR8R9)(NR10R11)(NR12R13)]+ (5)
により記載することができ、式中、
R8〜R13は、各々、互いに独立して、
水素、−CN、NR’2、−OR’、
1〜20個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の二重結合を有する直鎖状または分枝状アルケニル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の三重結合を有する直鎖状または分枝状アルキニル、
3〜7個のC原子を有し、1〜6個のC原子を有するアルキル基により置換されていてもよい、飽和の、部分的にまたは完全に不飽和のシクロアルキル
を示し、
ここで、置換基R8〜R13の1つまたは2つ以上は、ハロゲン、特に−Fおよび/または−Clにより部分的にもしくは完全に、または−OH、−OR’、−CN、−C(O)OH、−C(O)NR’2、−SO2NR’2、−C(O)X、−SO2OH、−SO2Xもしくは−NO2により部分的に置換されていてもよく、またここで、α位にはないR8〜R13の1個または2個の隣接していない炭素原子は、−O−、−S−、−S(O)−、−SO2−、−SO2O−、−C(O)−、−C(O)O−、−N+R’2−、−P(O)R’O−、−C(O)NR’−、−SO2NR’−、−OP(O)R’O−、−P(O)(NR’2)NR’−、−PR’2=N−および−P(O)R’−の群から選択された原子および/または原子団により置換されていてもよく、ここでR’=H、フッ素化されていない、部分的にフッ素化されている、もしくはパーフルオロ化されているC1〜C6アルキル、C3〜C7シクロアルキル、または非置換の、もしくは置換されているフェニルであり、X=ハロゲンである。
R1’〜R4’は、各々、互いに独立して、
水素、−CN、−OR’、−NR’2、−P(O)R’2、−P(O)(OR’)2、−P(O)(NR’2)2、−C(O)R’、−C(O)OR’、
1〜20個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の二重結合を有する直鎖状または分枝状アルケニル、
2〜20個のC原子および1つまたは2つ以上の三重結合を有する直鎖状または分枝状アルキニル、
3〜7個のC原子を有し、1〜6個のC原子を有するアルキル基により置換されていてもよい、飽和の、部分的にまたは完全に不飽和のシクロアルキル、飽和の、部分的にまたは完全に不飽和のヘテロアリール、ヘテロアリール−C1〜C6アルキルまたはアリール−C1〜C6アルキル
を示し、
ここで、1つまたは2つ以上の置換基R1’〜R4’は、ハロゲン、特に−Fおよび/または−Cl、または−OH、−OR’、−CN、−C(O)OH、−C(O)NR’2、−SO2NR’2、−C(O)X、−SO2OH、−SO2Xもしくは−NO2により部分的にもしくは完全に置換されていてもよいが、ここでR1’およびR4’は、同時にはハロゲンにより完全に置換されていてはならず、またここで、ヘテロ原子に結合していない置換基R1’〜R4’の1個または2個の隣接していない炭素原子は、−O−、−S−、−S(O)−、−SO2−、−SO2O−、−C(O)−、−C(O)O−、−N+R’2−、−P(O)R’O−、−C(O)NR’−、−SO2NR’−、−OP(O)R’O−、−P(O)(NR’2)NR’−、−PR’2=N−および−P(O)R’−から選択された原子および/または原子団により置換されていてもよく、ここでR’=H、フッ素化されていない、部分的にフッ素化されている、もしくはパーフルオロ化されているC1〜C6アルキル、C3〜C7シクロアルキル、または非置換の、もしくは置換されているフェニルであり、X=ハロゲンである。
本発明において、式(1)〜(5)で表される化合物の好適な置換基RおよびR2〜R13は、水素以外には、好ましくは以下のものである:C1〜C20、特にC1〜C14アルキル基、およびC1〜C6アルキル基により置換されていてもよい、飽和の、または不飽和の、即ちまた芳香族のC3〜C7シクロアルキル基、特にフェニル。
置換基RおよびR2は、特に好ましくはメチル、エチル、イソプロピル、プロピル、ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシルまたはテトラデシルである。
−OCH3、−OCH(CH3)2、−CH2OCH3、−CH2−CH2−O−CH3、−C2H4OCH(CH3)2、−C2H4SC2H5、−C2H4SCH(CH3)2、−S(O)CH3、−SO2CH3、−SO2C6H5、−SO2C3H7、−SO2CH(CH3)2、−SO2CH2CF3、−CH2SO2CH3、−O−C4H8−O−C4H9、−CF3、−C2F5、−C3F7、−C4F9、−C(CF3)3、−CF2SO2CF3、−C2F4N(C2F5)C2F5、−CHF2、−CH2CF3、−C2F2H3、−C3FH6、−CH2C3F7、−C(CFH2)3、−CH2C(O)OH、−CH2C6H5、−C(O)C6H5またはP(O)(C2H5)2。
(CnF2n−x+1Hx)
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならないイオン性液体の調製方法に関し、ここで一般式(7)
[(RF)2P(O)]2NY (7)
式中、Y=H、アルカリ金属、アルカリ土類金属並びに周期表の11および12族からの金属である、
で表される化合物を、K+A−タイプであって、ここでK+は、前述のカチオンから選択され、A−=Cl−、Br−、I−、BF4 −、R’OSO3 −、R’SO3 −または(R’)2P(O)O−であり、ここで置換基R’は上記の意味を有する化合物と、溶媒または溶媒混合物中で反応させる。A−は、特に好ましくはCl−、Br−、I−、BF4 −、HSO4 − 、CH3OSO3 −、C2H5OSO3 −、CH3SO3 −、CF3SO3 −、(C2F5)2P(O)O−であり、極めて特に好ましくはCl−、Br−、CH3SO3 −、C2H5OSO3 −または(C2F5)2P(O)O−である。
式(7)で表される化合物の数種は、当業者に知られており、上記の、例えばN.V. Pavlenko, G.I. Matuschecheva, V. Ya. Semenii, L.M. Yagupolskii, Zh. Obsh. Khim, 1985, 55, 1586-1590中の方法により調製することができる。.
好適な溶媒または溶媒混合物は、水、アルコール類、ジアルキルエーテル類、エステル類、ニトリル類、炭酸ジアルキル類、ジクロロメタンまたはこれらの混合物である。溶媒は、好ましくは水、メタノール、エタノール、i−プロパノール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、炭酸ジメチルまたは炭酸ジエチルである。
例1:塩化ビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィニルの合成
19F−NMR(CD3CN;基準:CCl3F、内部):δ (ppm): -80.46 s (2CF3); -124.95 d (2CF2); 2JP,F = 87 Hz。
31P−NMR(CD3CN;基準:85%H3PO4−外部)、δ (ppm): 0.87 quin.; 2JP,F = 87 Hz。
19F−NMR(CD3CN;基準:CCl3F、内部):δ (ppm): -80.57 s (2CF3); -125.35 d (2CF2); 2JP,F = 79 Hz。
31P−NMR(CD3CN;基準:85%H3PO4−外部)、δ (ppm): 1.82 quin.; 2JP,F = 78 Hz。
19F−NMR(CD3CN;基準:CCl3F、内部)、δ (ppm): -79.89 s (2CF3); -124.77 d (2CF2); 2JP,F = 72 Hz。
31P−NMR(CD3CN;基準:85%H3PO4−外部)、δ (ppm): -0.80 quin.; 2JP,F = 73 Hz。
粘度は、46mm2/s(20℃)であった。
19F−NMR(CD3CN;基準:CCl3F、内部):δ (ppm): -80.09 s (2CF3); -124.82 d (2CF2); 2JP,F = 71 Hz。
31P−NMR(CD3CN;基準:85%H3PO4−外部):δ (ppm): -1.87 quin.; 2JP,F = 70 Hz。
粘度は、26mm2/s(20℃)であった。
19F−NMR(CD3CN;基準:CCl3F、内部):δ (ppm): -80.12 s (2CF3); -124.80 d (2CF2); 2JP,F = 70 Hz。
31P−NMR(CD3CN;基準:85%H3PO4−外部):δ (ppm): -1.98 quin.; 2JP,F = 70 Hz。
粘度は、69mm2/s(20℃)であった。
19F−NMR(CD3CN;基準:CCl3F、外部):δ (ppm): -80.10 s (2CF3); -124.85 d (2CF2); 2JP,F = 71 Hz。
31P−NMR(CD3CN;基準:85%H3PO4−外部):δ (ppm): -1.64 quin.; 2JP,F = 71 Hz。
粘度は、50mm2/s(20℃)であった。
19F−NMR(CD3CN;基準:CCl3F、外部):δ (ppm): -80.10 s (2CF3); -124.83 d (2CF2); 2JP,F = 69 Hz。
31P−NMR(CD3CN;基準:85%H3PO4−外部):δ (ppm): -1.97 quin.; 2JP,F = 69 Hz。
Claims (14)
- カチオンおよびアニオンを含むイオン性液体であって、粘度が10〜100mm2/sであり、還元および酸化に対する電気化学的安定性が4.5Vより高く、
アニオンが、式[(R F ) 2 P(O)] 2 N − に適合し、ここでR F が
(C n F 2n−x+1 H x )
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならなく、および
カチオンが、式(1)
[NR 4 ] + (1)
式中、
Rは、各々の場合において互いに独立して、メチル、エチル、イソプロピル、プロピル、ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチルまたはヘキシルを示す、
に適合するアンモニウムカチオンであることを特徴とする、前記イオン性液体。 - カチオンおよびアニオンを含むイオン性液体であって、粘度が10〜100mm 2 /sであり、還元および酸化に対する電気化学的安定性が4.5Vより高く、
アニオンが、式[(R F ) 2 P(O)] 2 N − に適合し、ここでR F が
(C n F 2n−x+1 H x )
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならなく、および
カチオンが、式(2)
[PR2 4]+ (2)
式中、
R2は、各々の場合において、互いに独立して、メチル、エチル、イソプロピル、プロピル、ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチルまたはヘキシルを示す、
に適合するホスホニウムカチオンであることを特徴とする、前記イオン性液体。 - カチオンおよびアニオンを含むイオン性液体であって、粘度が10〜100mm 2 /sであり、還元および酸化に対する電気化学的安定性が4.5Vより高く、
アニオンが、式[(R F ) 2 P(O)] 2 N − に適合し、ここでR F が
(C n F 2n−x+1 H x )
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならなく、および
カチオンが、式(3)
[(R3R4N)−C(=OR5)(NR6R7)]+ (3)
式中、
R3〜R7は、各々、互いに独立して、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピルまたはn−ブチルを示す、
に適合するウロニウムカチオンであることを特徴とする、前記イオン性液体。 - カチオンおよびアニオンを含むイオン性液体であって、粘度が10〜100mm 2 /sであり、還元および酸化に対する電気化学的安定性が4.5Vより高く、
アニオンが、式[(R F ) 2 P(O)] 2 N − に適合し、ここでR F が
(C n F 2n−x+1 H x )
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならなく、および
カチオンが、式(4)
[(R3R4N)−C(=SR5)(NR6R7)]+ (4)
式中、
R3〜R7は、各々、互いに独立して、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピルまたはn−ブチルを示す、
に適合するチオウロニウムカチオンであることを特徴とする、前記イオン性液体。 - カチオンおよびアニオンを含むイオン性液体であって、粘度が10〜100mm 2 /sであり、還元および酸化に対する電気化学的安定性が4.5Vより高く、
アニオンが、式[(R F ) 2 P(O)] 2 N − に適合し、ここでR F が
(C n F 2n−x+1 H x )
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならなく、および
カチオンが、式(5)
[C(NR8R9)(NR10R11)(NR12R13)]+ (5)
式中、
R8〜R13は、各々、互いに独立して、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピルまたはn−ブチルを示す、
に適合するグアニジニウムカチオンであることを特徴とする、前記イオン性液体。 - カチオンおよびアニオンを含むイオン性液体であって、粘度が10〜100mm 2 /sであり、還元および酸化に対する電気化学的安定性が4.5Vより高く、
アニオンが、式[(R F ) 2 P(O)] 2 N − に適合し、ここでR F が
(C n F 2n−x+1 H x )
の意味を有し、ここでn=1〜6およびx=0〜4であり、ここでn=1について、xは0〜2でなければならなく、および
カチオンが、式(6)
[HetN]+ (6)
式中、
HetN+は、
ここで、置換基
R1’ およびR4’は、各々、互いに独立して、メチル、エチル、n−ブチルまたはヘキシルを示し、R 2’ は、水素である、
に適合することを特徴とする、前記イオン性液体。 - イオン性液体の塩化物含量が100ppmより低いことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のイオン性液体。
- アニオンが[(C 2 F 5 ) 2 P(O)] 2 N − であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のイオン性液体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のイオン性液体の調製方法であって、一般式(7)
[(RF)2P(O)]2NY (7)
式中、Y=H、アルカリ金属、アルカリ土類金属並びに周期表の11および12族からの金属である、
で表される化合物を、K+A−タイプであって、ここでK+は、請求項1〜6のいずれか一項において述べたカチオンから選択され、A−=Cl−、Br−、I−、BF4 −、R’OSO3 −、R’SO3 −または(R’)2P(O)O−であり、ここでR’=H、フッ素化されていない、部分的にフッ素化されている、もしくはパーフルオロ化されているC1〜C6アルキル、C3〜C7シクロアルキル、または非置換の、もしくは置換されているフェニルである化合物と、溶媒または溶媒混合物中で反応させることを特徴とする、前記方法。 - 反応を、0〜150℃の範囲内の温度で行うことを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 溶媒を、水、アルコール類、ジアルキルエーテル類、エステル類、ニトリル類、炭酸ジアルキル類、ジクロロメタンおよびこれらの混合物から選択することを特徴とする、請求項9または10に記載の方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載のイオン性液体の、溶媒または溶媒添加剤としての、相間移動触媒としての、抽出剤としての、伝熱媒体としての、界面活性物質としての、可塑剤としての、難燃剤としての、または導電性塩としての使用。
- ビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィン酸アミドまたはビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィン酸イミド。
- 化合物:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム[ビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィニル]イミドの調製のためのビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィン酸イミドの使用。
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