説明

イオン液体

式Z(式中、Zは、ピリジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、チアゾリウム、オキサゾリウム、トリアゾリウムおよびホスホニウム、規定置換基を有するアンモニウムカチオンからなる群から選択されるカチオンであり、Aは、以下の3つのアニオン(式中、R11、R12およびR13は規定された通りである)からなる群から選択される)
のイオン液体として有用な組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はイオン液体として有用である組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
イオン液体は約100℃または100℃未満で液体である有機塩である(非特許文献1)。イオン液体はごく僅かな蒸気圧を示し、そして揮発分放出および帯水層汚染ならびに飲料水汚染などの環境問題のゆえに伝統的な工業溶媒の使用を制限する益々高まる規制圧力により、従来の溶媒の代用品として機能し得るイオン液体の設計に多くの研究が向けられてきた。
【0003】
本発明は、イオン液体として有用であるフッ素化アニオンを含む新規組成物を提供する。フッ素系イオン液体は記載されてきた。例えば、(非特許文献2)はフッ素系尾部を有するイミダゾール誘導イオン液体を記載し、(非特許文献3)はビス(トリフルオロメタンスルホネート)アミドアニオンを有するイミダゾリウム誘導イオン液体の合成を記載している。更に、(非特許文献4)には、イミダゾール、ピラゾールおよびトリアゾールなどのアゾールのN−ポリフルオロエチル誘導体およびN−2−クロロジフルオロビニル誘導体の合成が記載されている。
【0004】
【特許文献1】米国特許第6,720,459号明細書
【非特許文献1】Science(2003)302:792〜793
【非特許文献2】メリガン(Merrigan)ら、(Chem.Comm.(2000)2051〜2052)
【非特許文献3】ワッサーシェイド(Wasserscheid)ら、(Green Chemistry(2002)4:134〜138)
【非特許文献4】ルディウク(Rudyuk)ら、J.Fluorin Chem.125(2004)1465〜1471
【非特許文献5】コシャー(Koshar)ら、(J.Am.Chem.Soc.(1953)75:4595〜4596)
【非特許文献6】ワッサーシェイド(Wasserscheid)およびケイム(Keim)(Angrew.Chem.Int.Ed.(2000)39:3722〜3789)
【非特許文献7】シェルドン(Sheldon)(Chem.Commun.(2001)2399〜2407)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の最も広い態様において、本発明は式Zの組成物に関する。
【0006】
式中、Zは以下の11個のカチオン
【0007】
【化1】

【0008】
【化2】

【0009】
からなる群から選択され、Aは以下の3種のアニオンからなる群から選択される。
【0010】
【化3】

【0011】
ここで、R基は詳細な説明のように定義される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明はイオン液体として有用なフッ素化スルホン化アニオンを含む新規組成物に関する。本発明の組成物は、芳香族求電子置換、窒素化、アシル化、エステル化、エーテル化、オリゴマー化、エステル交換、異性化および水和を含む多くの反応のための溶媒として有用である。
【0013】
(定義)
本開示において、多くの用語および略語を用いる。以下の定義を提供する。
【0014】
「イオン液体」は約100℃または100℃未満で液体である有機塩を意味する。
【0015】
「フルオロアルキル」は水素から選択される少なくとも1つのメンバーがフッ素によって置換されたアルキル基を意味する。「パーフルオロアルキル」は水素の全部がフッ素によって置換されたアルキル基を意味する。
【0016】
「アルコキシ」は酸素原子を介して結合された直鎖または分岐のアルキル基を意味する。「フルオロアルコキシ」は水素から選択される少なくとも1つのメンバーがフッ素によって置換されたアルコキシ基を意味する。「パーフルオロアルコキシ」は水素の全部がフッ素によって置換されたアルコキシ基を意味する。
【0017】
「ハロゲン」は臭素、ヨウ素、塩素またはフッ素を意味する。
【0018】
「ヘテロアリール」は、環中に1つまたは複数のヘテロ原子(非炭素原子)を有するアリール基を意味する。
【0019】
アルカン、アルケン、アルコキシ、フルオロアルコキシ、パーフルオロアルコキシ、フルオロアルキル、パーフルオロアルキル、アリールまたはヘテロアリールに言及するとき、「からなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されている」という用語は、炭素鎖上の1つまたは複数の水素が基の少なくとも1つのメンバーの1つまたは複数で独立して置換されていてもよいことを意味する。例えば、置換Cは、CFCF、CHCHOHまたはCFCFIであってもよいがこれらに限定されない。
【0020】
「C〜C直鎖または分岐の(ここで、nは炭素鎖の長さを規定する整数である)」という表現は、CおよびCが直鎖であり、C〜Cが直鎖または分岐であってもよいことを示すことを意図する。
【0021】
本発明は式Zの組成物に関する。
式中、Zは、
【0022】
【化4】

【0023】
【化5】

【0024】
からなる群から選択されるカチオンであり、
式中、R、R、R、R、RおよびRは独立して、
(i)H、
(ii)ハロゲン、
(iii)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25、好ましくはC〜C20の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(iv)−CH、−CあるいはO、NおよびSからなる群から選択される1〜3個のヘテロ原子を含み、Cl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25、好ましくはC〜C20の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(v)C〜C25非置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25非置換ヘテロアリール、
(vi)C〜C25置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25置換ヘテロアリールであって、前記置換アリールまたは置換ヘテロアリールが、
(1)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25、好ましくはC〜C20の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(2)OH、
(3)NHおよび
(4)SH
からなる群から独立して選択される1〜3個の置換基を有するC〜C25置換アリールまたはC〜C25置換ヘテロアリール
からなる群から選択され、
、R、RおよびR10は独立して、
(vii)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているの直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(viii)−CH、−CあるいはO、NおよびSからなる群から選択される1〜3個のヘテロ原子を含み、Cl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25、好ましくはC〜C20の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(ix)C〜C25非置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25非置換ヘテロアリール、
(x)C〜C25置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25置換ヘテロアリールであって、前記置換アリールまたは置換ヘテロアリールが、
(1)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25、好ましくはC〜C20の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(2)OH、
(3)NHおよび
(4)SH
からなる群から独立して選択される1〜3個の置換基を有するC〜C25置換アリールまたはC〜C25置換ヘテロアリール
からなる群から選択され、
任意にR、R、R、R、R、R、R、R、RおよびR10の少なくとも2つは合一して環式または二環式のアルキル基またはアルケニル基を形成することが可能であり、
は、式I、IIおよびIIIからなる群から選択されるアニオンである。
【0025】
【化6】

【0026】
式中、R11は、
(1)ハロゲン、
(2)−CH、−CあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(3)−OCH、−OCあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のアルコキシ、
(4)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のフルオロアルキル、
(5)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のフルオロアルコキシ、
(6)C〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のパーフルオロアルキルおよび
(7)C〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のパーフルオロアルコキシ
からなる群から選択され、
【0027】
【化7】

【0028】
式中、R12は、
(1)−OCH、−OCあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のアルコキシ、
(2)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のフルオロアルコキシおよび
(3)C〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のパーフルオロアルコキシ
からなる群から選択され、
【0029】
【化8】

【0030】
式中、R13は、
(1)ハロゲン、
(2)−CH、−CあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のアルカンまたはアルケン、
(3)−OCH、−OCあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のアルコキシ、
(4)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のフルオロアルキル、
(5)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のフルオロアルコキシ、
(6)C〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のパーフルオロアルキルおよび
(7)C〜C15、好ましくはC〜Cの直鎖または分岐のパーフルオロアルコキシ
からなる群から選択される。
【0031】
本発明の好ましい実施形態において、アニオンは、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエタンスルホネート、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、2−(1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロ−2−ヨードエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、N,N−ビス(1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニル)イミドおよびN,N−ビス(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホニル)イミドからなる群から選択される。
【0032】
一実施形態において、本発明の組成物は、上の実施形態のすべてにおいて定義されたようにピリジニウム、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、チアゾリウム、オキサゾリウム、トリアゾリウム、ホスホニウム、アンモニウムからなる群から選択されるカチオンを含み、前記アニオンは、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエタンスルホネート、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、2−(1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロ−2−ヨードエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、N,N−ビス(1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニル)イミドおよびN,N−ビス(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホニル)イミドからなる群から選択される。
【0033】
もう1つの実施形態において、本発明の組成物は、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ブチル−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、N−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)プロピルイミダゾール1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、N−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エチルパーフルオロヘキシルイミダゾール1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネート、テトラデシル(トリ−n−ヘキシル)ホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネート、テトラデシル(トリ−n−ブチル)ホスホニウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、テトラデシル(トリ−n−ヘキシル)ホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)スルホネート、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)−トリオクチルホスホニウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−メチル−3−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)イミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートまたはテトラ−n−ブチルホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネートを含む。
【0034】
本発明のカチオンは市販されているか、または当業者に知られている方法によって合成してもよい。フルオロアルキルスルホネートアニオンは、(非特許文献5)の方法によりフッ素化末端オレフィンまたはフッ素化ビニルエーテルから一般に合成してもよい。一実施形態において、亜硫酸塩および亜硫酸水素塩は亜硫酸水素塩およびホウ酸ナトリウムの代わりに緩衝剤として用いられ、もう1つの実施形態において、反応はラジカル開始剤の存在しない状態で行われる。1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネートおよび1,1,2−トリフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネートは、変更された(非特許文献5)の方法により合成してもよい。好ましい変更は、緩衝剤として亜硫酸塩と亜硫酸水素塩の混合物を用いること、水性反応混合物から粗1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート生成物および粗1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート生成物を分離するために凍結乾燥するか、または噴霧乾燥すること、粗1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート塩および粗1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート塩を抽出するためにアセトンを用いること、および冷却によって反応混合物から1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネートおよび1,1,2−トリフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネートを結晶化させることを含む。
【0035】
(水に混和性ではないイオン液体を合成するための一般手順)
脱イオン水にカチオンのハロゲン化塩の既知量を溶解させることにより溶液#1を製造する。これは、完全な溶解を確実にするために加熱を含んでもよい。脱イオン水にアニオンのカリウム塩またはナトリウム塩のほぼ等モル量(カチオンを基準として)を溶解させることにより溶液#2を製造する。これも、完全な溶解を確実にするために加熱を含んでよい。カチオンとアニオンの等モル量を用いる必要はないが、1:1等モル比は、反応によって得られる不純物を最少にする。2つの水溶液(#1および#2)を混合し、フラスコの底上の油または固体のいずれかとして所望の生成物相の分離を最適化する温度で攪拌する。一実施形態において、水溶液を混合し室温で攪拌するが、最適温度は、最適生成物分離を達成するために必要な条件に基づいて、より高いかまたはより低くてもよい。水層を分離し、生成物を脱イオン水で数回洗浄して、塩化物または臭化物の不純物を除去する。例えば炭酸ナトリウム水溶液による追加の塩基洗浄は酸性不純物を除去するのを助ける場合がある。その後、生成物を適切な有機溶媒(クロロホルム、塩化メチレンなど)で希釈し、無水硫酸マグネシウムまたは他の好ましい乾燥剤上で乾燥させる。適切な有機溶媒は、イオン液体に混和性であるとともに乾燥させることができる有機溶媒である。吸引濾過によって乾燥剤を除去し、有機溶媒を真空で除去する。数時間にわたって、または残留水を除去するまで高真空を掛ける。最終生成物は通常は室温で液体の形態を取っており、そうでない場合、約100℃未満で溶融する。
【0036】
(水に混和性であるイオン液体を合成するための一般手順)
適切な溶媒にカチオンのハロゲン化塩の既知量を溶解させることにより溶液#1を製造する。これは、完全な溶解を確実にするために加熱を含んでもよい。好ましくは、溶媒は、カチオンとアニオンが中で混和性であり、反応によって形成された塩が中で最少に混和性である溶媒である。更に、適切な溶媒は、好ましくは、溶媒を反応後に容易に除去できるように比較的低い沸点を有する溶媒である。適切な溶媒には、高純度の乾燥アセトン、メタノールおよびエタノールなどのアルコールおよびアセトニトリルが挙げられるが、それらに限定されない。典型的にはカチオンのために用いられた溶媒と同じである適切な溶媒にアニオンの塩(一般にはカリウムまたはナトリウム)の等モル量(カチオンを基準として)を溶解させることにより溶液#2を製造する。これも、完全な溶解を確実にするために加熱を含んでもよい。2つの水溶液(#1および#2)を混合し、ハロゲン化塩副生物(一般にハロゲン化カリウムまたはハロゲン化ナトリウム)のほぼ完全な沈殿をもたらす条件下で攪拌する。本発明の一実施形態において、溶液を混合し、ほぼ室温で約4〜12時間にわたり攪拌する。アセトン/セライトパッドを通して吸引濾過によってハロゲン化物塩を除去し、当業者に知られているような脱色炭の使用を通して色を減少させることが可能である。溶媒を真空で除去し、その後、数時間にわたって、または残留水を除去するまで高真空を掛ける。最終生成物は通常は液体の形態を取っている。
【0037】
(溶媒としてのイオン液体の使用)
本発明のイオン液体組成物を溶媒として1相系または多相系の中で用いることが可能である。適切なカチオンおよびアニオンの選択によって本発明の組成物の物理的特性および化学的特性を特に選択することが可能である。例えば、カチオンの1つまたは複数のアルキル鎖の鎖長を長くすると、イオン液体の融点、親水性/親油性、密度および溶媒化強度などの特性に影響を及ぼす。アニオンの選択は、例えば、組成物の融点、水溶解度および酸性度ならびに配位特性に影響を及ぼすことが可能である。イオン液体の物理的特性および化学的特性に及ぼすカチオンおよびアニオンの影響は当業者に知られており、(非特許文献6)および(非特許文献7)によって詳しく概説されている。
【0038】
(ポリトリメチレンエーテルグリコールの調製)
本発明の組成物は1,3−プロパンジオールの重合のために有用である。ポリトリメチレンエーテルグリコールを調製するために、1,3−プロパンジオールを少なくとも1種の重縮合触媒および本発明の少なくとも1種のイオン液体に接触させて、ポリトリメチレンエーテルグリコールを含むポリエーテル相およびイオン液体相を形成させる。その後、ポリエーテル相をイオン液体相から分離する。
【0039】
1,3−プロパンジオールを商業的に、または種々の化学経路のいずれかによって、あるいは当業者に周知されている生化学変換経路によって得てもよい。
【0040】
プロセスの温度を好ましくは制御して、所望の分子量の高収率および最少の発色を達成する。重縮合反応を好ましくは約120℃〜約250℃の温度で行う。一実施形態において、温度は約120℃〜約210℃であり、もう1つの実施形態において、温度は約120℃〜約180℃である。なおもう1つの実施形態において、温度は約140℃〜約180℃である。
【0041】
窒素またはアルゴンなどの不活性雰囲気下で重縮合を行ってもよい。もう1つの実施形態において、約100kPa未満の圧力で重縮合を行う。追加の実施形態において、約67kPa未満、好ましくは約33kPa未満の圧力で反応を行う。
【0042】
反応のための時間は、反応物、反応条件および反応器などの多くの要素に応じて異なる。当業者は、所望の分子量のポリトリメチレンエーテルグリコール(またはそのコポリマー)の高い収率を達成するために反応時間を調節することを知っているであろう。
【0043】
少なくとも1種の重縮合触媒は均一酸触媒である。本発明の一実施形態において、適する均一酸触媒は約4未満のpKaを有する触媒である。もう1つの実施形態において、適する均一酸触媒は約2未満のpKaを有する触媒である。
【0044】
一実施形態において、少なくとも1種の重縮合触媒は、無機酸、有機スルホン酸、ヘテロ多酸、フルオロアルキルスルホン酸、金属スルホネート、金属トリフルオロアセテート、それらの配合物および組み合わせからなる群から選択される均一酸触媒である。なおもう1つの実施形態において、少なくとも1種の重縮合触媒は、硫酸、フルオロスルホン酸、リン酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロブタンスルホン酸、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホン酸、ビスマストリフレート、イットリウムトリフレート、イッテルビウムトリフレート、ネオジムトリフレート、ランタントリフレート、スカンジウムトリフレートおよびジルコニウムトリフレートからなる群から選択される均一酸触媒である。1,3−プロパンジオール反応物の約0.1重量%〜約20重量%の濃度で触媒を用いる。
【0045】
重縮合反応をバッチプロセスまたは連続プロセスとして行ってもよい。1,3−プロパンジオール反応物の重縮合のための連続プロセスに加えて反応器の構成は米国特許公報(特許文献1)の欄5行49〜欄9行26および図1〜6に記載されている。
【0046】
この反応における少なくとも1種のイオン液体の使用の利点は、反応生成物がポリトリメチレンエーテルグリコールを含むポリエーテル相と酸触媒を含むイオン液体相とを含むことである。従って、ポリエーテル相中のポリトリメチレンエーテルグリコール生成物は、例えばデカントによって酸触媒から容易に回収可能である。好ましい実施形態において、酸触媒および少なくとも1種のイオン液体は再循環され、後の反応において用いられる。
【実施例】
【0047】
(一般的な材料および方法)
以下の略語を用いる。
【0048】
核磁気共鳴はNMRと略する。ガスクロマトグラフィはGCと略する。ガスクロマトグラフィ−質量分析法はGC−MSと略する。薄層クロマトグラフィはTLCと略する。熱重量分析(「ユニバーサル(Universal)」V3.9A TAインストルメント分析装置(デラウェア州ニューキャッスルのTAインストルメンツ社(TA Instruments,Inc.(Newcastle,DE))を用いる)はTGAと略する。摂氏はCと略する。メガパスカルはMPaと略する。グラムはgと略する。キログラムはkgと略する。ミリリットルはmlと略する。時間はhrと略する。重量百分率は重量%と略する。ミリ当量はmeqと略する。融点はMpと略する。示差走査熱分析はDSCと略する。
【0049】
1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロリド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド、イミダゾール、テトラヒドロフラン、ヨードプロパン、アセトニトリル、ヨードパーフルオロヘキサン、トルエン、1,3−プロパンジオール、オレウム(20%SO)、亜硫酸ナトリウム(NaSO、98%)およびアセトンはアクロス(Acros)(ニューハンプシャー州ハンプトン(Hampton,NH))から入手した。異性亜硫酸水素ナトリウム(K、99%)はマリンクロット・ラボラトリ・ケミカルズ(Mallinckrodt Laboratory Chemicals(ニュージャージー州フィリップスバーグ(Phillipsburg,NJ))から入手した。亜硫酸カリウム水和物(KHSO・xHO、95%)、亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO)、炭酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、エチルエーテル、1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−トリデカフルオロ−8−ヨードオクタン、トリオクチルホスフィンおよび1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(98%)はアルドリッチ(Aldrich)(ミズーリ州セントルイス(St.Louis,MO))から購入した。硫酸および塩化メチレンはEMDケミカルズ社(EMD Chemicals,Inc.)(ニュージャージー州ギブスタウン(Gibbstown,NJ))から購入した。パーフルオロ(エチルビニルエーテル)、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、ヘキサフルオロプロパンおよびテトラフルオロエチレンはデュポン・フルオロプロダクツ(DuPont Fluoroproducts)(デラウェア州ウィルミントン(Wilmington,DE))から入手した。1−ブチル−メチルイミダゾリウムクロリドはフルカ(Fluka)(シグマ−アルドリッチ(Sigma−Aldrich)、ミズーリ州セントルイス(St.Louis,MO))から入手した。テトラ−n−ブチルホスホニウムブロミドおよびテトラデシル(トリ−n−ヘキシル)ホスホニウムクロリドはサイテック・カナダ社(Cytec Canada Inc.(カナダ国オンタリオ州ナイアガラフォール(Niagara Falls,Ontario,Canada))から入手した。1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)スルホネートはシンケスト・ラボラトリーズ社(SynQuest Laboratories,Inc.)(フロリダ州アラチュア(Alachua,FL))から入手した。
【0050】
(一般に市販されていない式Iアニオンの調製(A)、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K)([HCFCFSO)の合成)
1ガロンのハステロイ(Hastelloy)(登録商標)C276反応容器に亜硫酸カリウム水和物(176g、1.0モル)、異性亜硫酸水素カリウム(610g、2.8モル)および脱イオン水(2000ml)の溶液を投入した。この溶液のpHは5.8であった。容器を18℃に冷却し、0.10MPaに排気し、窒素でパージした。排気/パージサイクルをもう2回繰り返した。その後、テトラフルオロエチレン(TFE、66g)を容器に添加し、それを100℃に加熱し、その時点で内圧は1.14MPaであった。反応温度を125℃に上げ、3時間にわたりそこで保持した。TFE圧力が反応のゆえに減少するにつれて、より多くのTFEを小さいアリコート(それぞれ20〜30g)中で添加して、運転圧力をほぼ1.14〜1.48MPaの間に維持した。初期66gのプレチャージ後に500g(5.0モル)のTFEをフィードしてから、容器をベントし、25℃に冷却した。透明淡黄色の反応溶液のpHは10〜11であった。異性亜硫酸水素カリウム(16g)の添加を通して、この溶液をpH7に緩衝させた。
【0051】
水をロータリーエバポレータ上で真空で除去して、湿り固体を生じさせた。その後、固体を凍結乾燥機(「ビルチス・フリーズモービル(Virtis Freezemobile 35xl、ニューヨーク州ガーディナー(Gardiner,NY))に72時間にわたり入れて、含水率を約1.5重量%(1387gの粗材料)に減らした。全固体の理論質量は1351gであった。物質収支は非常に理想に近く、分離された固体は水分のゆえに若干より高い質量を有していた。この追加された凍結乾燥工程は易流動性白色粉末もたらす利点を有していたのに対して、真空炉中での処理は、除去するのが非常に難しくフラスコから剥がし壊して出さなければならなかった石鹸のような固体をもたらした。
【0052】
試薬グレードアセトンでの抽出、濾過および乾燥によって、粗TFES−Kを更に精製し分離することが可能である。
19F NMR(DO)δ−122.0(dt,JFH=6Hz,JFF=6Hz、2F)、−136.1(dt,JFH=53Hz,2F)。
H NMR(DO)δ6.4(tt,JFH=53Hz,JFH=6Hz、1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:580ppm。
HOSKに関する分析計算:C10.9、H0.5、N0.0。
実験結果:C11.1、H0.7、N0.2
Mp(DSC):242℃。
TGA(空気):367℃で10重量%損失、375℃で50重量%損失。
TGA(N):363℃で10重量%損失、375℃で50重量%損失。
【0053】
((B)1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホン酸カリウム(TPES−K)の合成)
1ガロンのハステロイ(Hastelloy)(登録商標)C276反応容器に亜硫酸カリウム水和物(88g、0.56モル)、異性亜硫酸水素カリウム(340g、1.53モル)および脱イオン水(2000ml)の溶液を投入した。容器を7℃に冷却し、0.05MPaに排気し、窒素でパージした。排気/パージサイクルをもう2回繰り返した。その後、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)(PEVE、600g、2.78モル)を容器に添加し、それを125℃に加熱し、その時点で内圧は2.31MPaであった。反応温度を125℃で10時間にわたり維持した。圧力は0.26MPaに低下し、その時点で容器をベントし、25℃に冷却した。粗反応生成物は無色水層(pH=7)を上に有する白色結晶沈殿物であった。
【0054】
白色固体の19F NMRスペクトルが純粋な所望の生成物を示した一方で、水層のスペクトルは少量であるが検出可能な量のフッ素化不純物を示し、PEVEの水和の生成物であると考えられた。所望の生成物TPES−Kは水により不溶性であり、従って、それは異性的に純粋な形態を取って沈殿した。
【0055】
フリットガラス漏斗を通して生成物スラリーを吸引濾過し、湿りケーキを真空炉(60℃、0.01MPa)内で48時間にわたり乾燥させた。生成物を曇った白色結晶(904g、収率97%)として得た。
19F NMR(DO)δ−86.5(s,3F),−89.2,−91.3(サブスプリットABq、JFF=147Hz,2F),−119.3,−121.2(サブスプリットABq、JFF=258Hz,2F),−144.3(dm,JFH=53Hz,1H)。
H NMR(DO)δ6.7(dm,JFH=53Hz,1H)。
Mp(DSC)263℃。
HOSKに関する分析計算:C14.3、H0.3。
実験結果:C14.1、H0.3。
TGA(空気):359℃で10重量%損失、367℃で50重量%損失。
TGA(N):362℃で10重量%損失、374℃で50重量%損失。
【0056】
((C)1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホン酸カリウム(TTES−K)の合成)
1ガロンのハステロイ(Hastelloy)(登録商標)C276反応容器に亜硫酸カリウム水和物(114g、0.72モル)、異性亜硫酸水素カリウム(440g、1.98モル)および脱イオン水(2000ml)の溶液を投入した。溶液のpHは5.8であった。容器を−35℃に冷却し、0.08MPaに排気し、窒素でパージした。排気/パージサイクルをもう2回繰り返した。その後、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE、600g、3.61モル)を容器に添加し、それを125℃に加熱し、その時点で内圧は3.29MPaであった。反応温度を125℃で6時間にわたり維持した。圧力は0.27MPaに低下し、その時点で容器をベントし、25℃に冷却した。冷却すると、所望の生成物の白色結晶沈殿物が生じ、無色透明水溶液(pH=7)をその上に残した。
【0057】
白色固体の19F NMRスペクトルが純粋な所望の生成物を示した一方で、水層のスペクトルは少量であるが検出可能な量のフッ素化不純物、水和生成物を示した。
【0058】
フリットガラス漏斗を通して溶液を6時間にわたり吸引濾過して殆どの水を除去した。その後、湿りケーキを真空炉内で0.01MPaおよび50℃で48時間にわたり乾燥させた。これは854g(収率83%)の白色粉末を与えた。濾過中に望ましくない不純物が水中に残ったので最終生成物は純粋(19F NMRおよびH NMRにより)であった。
19F NMR(DO)δ−59.9(d,JFH=4Hz,3F),−119.6,−120.2(サブスプリットABq、J=260Hz,2F),−144.9(dm,JFH=53Hz,1F)。
H NMR(DO)δ6.6(dm,JFH=53Hz,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:71ppm。
HFSOKに関する分析計算:C12.6、H0.4、N0.0。
実験結果:C12.6、H0.0、N0.1。
Mp(DSC)257℃。
TGA(空気):343℃で10重量%損失、358℃で50重量%損失。
TGA(N):341℃で10重量%損失、357℃で50重量%損失。
【0059】
((D)1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホン酸ナトリウム(HFPS−Na)の合成)
1ガロンのハステロイ(Hastelloy)(登録商標)C反応容器に無水亜硫酸ナトリウム(25g、0.20モル)、亜硫酸水素ナトリウム(73g、0.70モル)および脱イオン水(400ml)の溶液を投入した。溶液のpHは5.7であった。容器を4℃に冷却し、0.08MPaに排気し、その後、ヘキサフルオロプロペン(HFP、120g、0.8モル、0.43MPa)を投入した。容器を攪拌しつつ120℃に加熱し、3時間にわたりそこで保持した。圧力は最高で1.83MPaに上昇し、その後、30分以内に0.27MPaに低下した。終わりに、容器を冷却し、残りのHFPをベントし、反応器を窒素でパージした。最終溶液は7.3のpHを有していた。
【0060】
水をロータリーエバポレータ上で真空で除去して、湿り固体を生じさせた。その後、固体を真空炉に入れて(0.02MPa、140℃、48時間)、約1重量%の水を含んでいた白色固体219gを生じさせた。全固体の理論質量は217gであった。試薬グレードアセトンでの抽出、濾過および乾燥によって、粗HFPS−Naを更に精製し分離することが可能である。
19F NMR(DO)δ−74.5(m,3F),−113.1,−120.4(ABq、J=264Hz,2F),−211.6(dm,1F)。
H NMR(DO)δ5.8(dm,JFH=43Hz,1H)。
Mp(DSC)126℃。
TGA(空気):326℃で10重量%損失、446℃で50重量%損失。
TGA(N):322℃で10重量%損失、449℃で50重量%損失。
【0061】
(実施例1〜19)
実施例1〜19は、本発明の組成物の合成を例示している。
【0062】
(実施例1:1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
大きな丸底フラスコ内で1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロリド(22.8g、0.121モル)を試薬グレードアセトン(250ml)に混合し、激しく攪拌した。1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、26.6g、0.121モル)を別個の丸底フラスコ内で試薬グレードアセトン(250ml)に添加し、この溶液を1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロリド溶液に注意深く添加した。大きなフラスコを下げて油浴に入れ、還流下で60℃で10時間にわたり加熱した。その後、大きなフリットガラス漏斗を用いて反応混合物を濾過して、生成した白色KCl沈殿物を除去し、ロータリーエバポレータ上に4時間にわたり濾液を置いてアセトンを除去した。液体生成物を分離し、150℃で2日にわたり真空下で乾燥させた。
H NMR(DMSO−d)δ0.9(t,3H)、1.3(m,2H)、1.7(m,2H)、2.6(s,3H)、3.8(s,3H)、4.1(t,2H)、6.4(tt,1H)、7.58(s,1H)、7.62(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.06%。
TGA(空気):375℃で10重量%損失、415℃で50重量%損失。
TGA(N):395℃で10重量%損失、425℃で50重量%損失。
【0063】
反応機構を以下で示している。
【0064】
【化9】

【0065】
(実施例2:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(Bmim−TFES)(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
1リットルのフラスコ内で1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(60.0g)と高純度の乾燥アセトン(>99.5%、300ml)を組み合わせ、固体が完全に溶解するまで磁気攪拌しつつ暖めて還流させた。室温で別個の1リットルのフラスコ内で、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、75.6g)を高純度の乾燥アセトン(500ml)に溶解させた。これらの2つの溶液を室温で組み合わせ、放置して正窒素圧下で2時間にわたり磁気で攪拌した。攪拌を止め、KCl沈殿物を放置して沈殿させ、その後、セライトパッドを有するフリットガラス漏斗を通して吸引濾過によって除去した。アセトンを真空で除去して黄色油を与えた。高純度のアセトン(100ml)で希釈し、脱色炭(5g)と合わせて攪拌することにより油を更に精製した。混合物を再び吸引濾過し、アセトンを真空で除去して無色油を与えた。これを4Paおよび25℃で6時間にわたり更に乾燥させて、83.6gの生成物を提供した。
19F NMR(DMSO−d)δ−124.7(dt,J=6Hz,J=8Hz,2F),−136.8(dt,J=53Hz,2F)。
H NMR(DMSO−d)δ0.9(t,J=7.4Hz,3H)、1.3(m,2H)、1.8(m,2H)、3.9(s,3H)、4.2(t,J=7Hz,2H)、6.3(dt,J=53Hz,J=6Hz,1H),7.4(s,1H)、7.5(s,1H)、8.7(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.14%。
12Sに関する分析計算:C37.6、H4.7、N8.8
実験結果:C37.6、H4.6、N8.7。
TGA(空気):380℃で10重量%損失、420℃で50重量%損失。
TGA(N):375℃で10重量%損失、422℃で50重量%損失。
【0066】
(実施例3:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(Emim−TFES)(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
500mlの丸底フラスコに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(Emim−Cl、98%、61.0g)および試薬グレードアセトン(500ml)を添加した。殆どすべてのEmim−Clが溶解するまで混合物を穏やかに暖めた(50℃)。別個の500mlのフラスコに試薬グレードアセトン(350ml)に加えて1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、90.2g)を添加した。すべてのTFES−Kが溶解するまで、この第2の混合物を24℃で磁気的に攪拌した。
【0067】
これらの溶液を1リットルのフラスコ内で組み合わせ、乳白の懸濁液をもたらした。混合物を24℃で24時間にわたり攪拌した。その後、KCl沈殿物を放置して沈殿させ、透明緑色溶液をその上に残した。
【0068】
セライト/アセトンパッドを通して一度、フリットガラス漏斗を通して再び反応混合物を濾過してKClを除去した。アセトンをロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(4Pa、25℃)で2時間にわたり除去した。生成物は粘性淡黄色油(76.0g、収率64%)であった。
19F NMR(DMSO−d)δ−124.7(dt,JFH=6Hz,JFF=6Hz,2F),−138.4(dt,JFH=53Hz,2F)。
H NMR(DMSO−d)δ1.3(t,J=7.3Hz,3H)、3.7(s,3H)、4.0(q,J=7.3Hz,2H)、6.1(tt,JFH=53Hz,JFH=6Hz,1H),7.2(s,1H)、7.3(s,1H)、8.5(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.18%。
12Sに関する分析計算:C32.9、H4.1、N9.6
検出:C33.3、H3.7、N9.6。
Mp45〜46℃。
TGA(空気):379℃で10重量%損失、420℃で50重量%損失。
TGA(N):378℃で10重量%損失、418℃で50重量%損失。
【0069】
反応機構を以下で示している。
【0070】
【化10】

【0071】
(実施例4:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート(Emim−HFPS)(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
1lの丸底フラスコに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(Emim−Cl、98%、50.5g)および試薬グレードアセトン(400ml)を添加した。殆どすべてのEmim−Clが溶解するまで混合物を穏やかに暖めた(50℃)。別個の500mlのフラスコに試薬グレードアセトン(300ml)に加えて1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホン酸カリウム(HFPS−K、92.2g)を添加した。すべてのHFPS−Kが溶解するまで、この第2の混合物を室温で磁気的に攪拌した。
【0072】
これらの溶液を組み合わせ、正N圧下で26℃で12時間にわたり攪拌し、乳白の懸濁液をもたらした。KCl沈殿物を放置して沈殿させ、透明黄色溶液をその上に残した。
【0073】
セライト/アセトンパッドを通して一度、フリットガラス漏斗を通して再び反応混合物を濾過した。アセトンをロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(4Pa、25℃)で2時間にわたり除去した。生成物は粘性淡黄色油(103.8g、収率89%)であった。
19F NMR(DMSO−d)δ−73.8(s,3F)、−114.5、−121.0(ABq,J=258Hz,2F),−210.6(m,1F,JHF=41.5Hz)。
H NMR(DMSO−d)δ1.4(t,J=7.3Hz,3H)、3.9(s,3H)、4.2(q,J=7.3Hz,2H)、5.8(m,JHF=41.5Hz,1H),7.7(s,1H)、7.8(s,1H)、9.1(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.12%。
12Sに関する分析計算:C31.5、H3.5、N8.2
実験結果:C30.9、H3.3、N7.8。
TGA(空気):342℃で10重量%損失、373℃で50重量%損失。
TGA(N):341℃で10重量%損失、374℃で50重量%損失。
【0074】
反応機構を以下で示している。
【0075】
【化11】

【0076】
(実施例5:1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
大きな丸底フラスコ内で1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(10g、0.0493モル)を試薬グレードアセトン(100ml)に混合し、窒素シール下で激しく攪拌した。1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、10g、0.0455モル)を別個の丸底フラスコ内で試薬グレードアセトン(100ml)に添加し、この溶液を1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド/アセトン混合物に注意深く添加した。混合物を放置して一晩攪拌した。その後、大きいフリットガラス漏斗を用いて反応混合物を濾過して、生成した白色KCl沈殿物を除去し、濾液をロータリーエバポレータ上に4時間にわたり置いてアセトンを除去した。
外観:室温で淡黄色粘性液体。
H NMR(DMSO−d)δ0.9(t,3H)、1.3(m,6H)、1.8(m,2H)、3.9(s,3H)、4.2(t,2H)、6.4(tt,1H)、7.7(s,1H)、7.8(s,1H)、9.1(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.03%。
TGA(空気):365℃で10重量%損失、410℃で50重量%損失。
TGA(N):370℃で10重量%損失、415℃で50重量%損失。
【0077】
反応機構を以下で示している。
【0078】
【化12】

【0079】
(実施例6:1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
大きな丸底フラスコ内で1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(34.16g、0.119モル)を試薬グレードアセトン(400ml)にある程度溶解させ、激しく攪拌した。1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、26.24g、0.119モル)を別個の丸底フラスコ内で試薬グレードアセトン(400ml)に添加し、この溶液を1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド溶液に注意深く添加した。反応混合物を還流下で60℃で約16時間にわたり加熱した。その後、大きなフリットガラス漏斗を用いて反応混合物を濾過して、生成した白色KCl沈殿物を除去し、濾液をロータリーエバポレータ上に4時間にわたり置いてアセトンを除去した。
H NMR(CDCN)δ0.9(t,3H)、1.3(m,18H)、1.8(m,2H)、3.9(s,3H)、4.2(t,2H)、6.4(tt,1H)7.7(s,1H)、7.8(s,1H)、9.1(s,1H)。
19F NMR(CDCN):δ−125.3(m,2F)、−137(dt,2F)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.24%。
TGA(空気):370℃で10重量%損失、410℃で50重量%損失。
TGA(N):375℃で10重量%損失、410℃で50重量%損失。
【0080】
反応機構を以下で示している。
【0081】
【化13】

【0082】
(実施例7:1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
大きな丸底フラスコ内で1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(17.0g、0.0496モル)を試薬グレードアセトン(100ml)にある程度溶解させ、激しく攪拌した。1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、10.9g、0.0495モル)を別個の丸底フラスコ内で試薬グレードアセトン(100ml)に添加し、この溶液を1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド溶液に注意深く添加した。反応混合物を還流下で60℃で約16時間にわたり加熱した。その後、大きなフリットガラス漏斗を用いて反応混合物を濾過して、生成した白色KCl沈殿物を除去し、濾液をロータリーエバポレータ上に4時間にわたり置いてアセトンを除去した。
外観:室温で白色固体。
H NMR(CDCN)δ0.9(t,3H)、1.3(m,26H)、1.9(m,2H)、3.9(s,3H)、4.2(t,2H)、6.3(tt,1H)、7.4(s,1H)、7.4(s,1H)、8.6(s,1H)。
19F NMR(CDCN):δ−125.2(m,2F)、−136.9(dt,2F)。
カールフィッシャー滴定による%水:200ppm。
TGA(空気):360℃で10重量%損失、395℃で50重量%損失。
TGA(N):370℃で10重量%損失、400℃で50重量%損失。
【0083】
反応機構を以下で示している。
【0084】
【化14】

【0085】
(実施例8:1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
大きな丸底フラスコ内で1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(17.0g、0.0458モル)を試薬グレードアセトン(200ml)にある程度溶解させ、激しく攪拌した。1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、10.1g、0.0459モル)を別個の丸底フラスコ内で試薬グレードアセトン(200ml)に添加し、この溶液を1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロリド溶液に注意深く添加した。反応混合物を還流下で60℃で約16時間にわたり加熱した。その後、大きなフリットガラス漏斗を用いて反応混合物を濾過して、生成した白色KCl沈殿物を除去し、濾液をロータリーエバポレータ上に4時間にわたり置いてアセトンを除去した。
H NMR(CDCN)δ0.9(t,3H)、1.3(m,30H)、1.9(m,2H)、3.9(s,3H)、4.1(t,2H)、6.3(tt,1H)7.4(s,1H)、7.4(s,1H)、8.5(s,1H)。
19F NMR(CDCN):δ−125.3(m,2F)、−136.9(dt,2F)
カールフィッシャー滴定による%水:0.03%。
TGA(空気):360℃で10重量%損失、400℃で50重量%損失。
TGA(N):365℃で10重量%損失、405℃で50重量%損失。
【0086】
反応機構を以下で示している。
【0087】
【化15】

【0088】
(実施例9:1−プロピル−3−(1,1,2,2−TFES)イミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
イミダゾール(19.2g)をテトラヒドロフラン(80ml)に添加した。ガラスシェーカー管反応容器をTHF含有イミダゾール溶液で満たした。容器を18℃に冷却し、0.08MPaに排気し、窒素でパージした。排気/パージサイクルをもう2回繰り返した。その後、テトラフルオロエチレン(TFE、5g)を容器に添加し、それを100℃に加熱し、その時点で内圧は約0.72MPaであった。TFE圧力が反応のゆえに減少するにつれて、より多くのTFEを小さいアリコート(それぞれ5g)中で添加して、運転圧力をほぼ0.34MPa〜0.86MPaの間に維持した。40gのTFEをフィードしてから、容器をベントし、25℃に冷却した。その後、THFを真空下で除去し、生成物を40℃で真空蒸留して、H NMRおよび19F NMRによって示されたような純生成物をもたらした(収量44g)。ヨードプロパン(16.99g)を乾燥アセトニトリル(100ml)中で1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾール(16.8g)に混合し、混合物を3日にわたり還流させた。溶媒を真空で除去し、黄色蝋状固体(収量29g)をもたらした。生成物1−プロピル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムヨージドをH NMR(CDCN中)[0.96(t,3H)、1.99(m,2H)、4.27(t,2H)、6.75(t,1H)、7.72(d,2H)、9.95(s,1H)]によって確認した。
【0089】
その後、ヨウ化物(24g)を60mlの乾燥アセトン、次に75mlの乾燥アセトン中の1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム15.4gに添加した。混合物を60℃で一晩加熱し、濃白色沈殿物を形成した(ヨウ化カリウム)。混合物を冷却し濾過し、ロータリーエバポレータを用いて濾液から溶媒を除去した。更なる多少のヨウ化カリウムを濾過下で除去した。50gのアセトン、1gの木炭、1gのセライトおよび1gのシリカゲルを添加することにより生成物を更に精製した。混合物を2時間にわたり攪拌し、濾過し、溶媒を除去した。これは、所望の生成物1−プロピル−3−(1,1,2,2−TFES)イミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートであることをNMRによって示された15gの液体をもたらした。
【0090】
(実施例10:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート(Bmim−HFPS(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(Bmim−Cl、50.0g)と高純度乾燥アセトン(>99.5%、500ml)を1リットルのフラスコ内で組み合わせ、固体がすべて溶解するまで磁気攪拌しつつ暖めて還流させた。室温で別個の1リットルのフラスコ内で、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホン酸カリウム(HFPS−K)を高純度の乾燥アセトン(550ml)に溶解させた。これらの2つの溶液を室温で組み合わせ、放置して正窒素圧下で12時間にわたり磁気で攪拌した。攪拌を止め、KCl沈殿物を放置して沈殿させた。セライトパッドを有するフリットガラス漏斗を通して吸引濾過によってこの固体を除去した。アセトンを真空で除去して黄色油を与えた。高純度のアセトン(100ml)で希釈し、脱色炭(5g)と合わせて攪拌することにより油を更に精製した。混合物を吸引濾過し、アセトンを真空で除去して無色油を与えた。これを4Paおよび25℃で2時間にわたり更に乾燥させて、68.6gの生成物を提供した。
19F NMR(DMSO−d)δ−73.8(s,3F)、−114.5、−121.0(ABq,J=258Hz,2F)、−210.6(m,J=42Hz,1F)。
H NMR(DMSO−d)δ0.9(t,J=7.4Hz,3H)、1.3(m,2H)、1.8(m,2H)、3.9(s,3H),4.2(t,J=7Hz,2H)、5.8(dm,J=42Hz,1H)、7.7(s,1H)、7.8(s,1H)、9.1(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.12%。
12Sに関する分析計算:C35.7、H4.4、N7.6
実験結果:C34.7、H3.8、N7.2。
TGA(空気):340℃で10重量%損失、367℃で50重量%損失。
TGA(N):335℃で10重量%損失、361℃で50重量%損失。
イオンクロマトグラフィによる抽出可能な塩化物:27ppm。
【0091】
(実施例11:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート(Bmim−TTES(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(Bmim−Cl、50.0g)と脱イオン水(15ml)を200mlのフラスコ内で室温で組み合わせた。室温で別個の200mlのフラスコ内で、1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホン酸カリウム(TTES−K、16.4g)を脱イオン水(90ml)に溶解させた。これらの2つの溶液を室温で組み合わせ、放置して正窒素圧下で30分にわたり磁気で攪拌して、底相として所望のイオン液体を有する2相混合物を与えた。相を分離し、水相を塩化メチレンの2×50ml部分で抽出した。組み合わせ有機相を硫酸マグネシウム上で乾燥させ、真空で濃縮した。無色油生成物を25℃および5Paで4時間にわたり乾燥させて、15.0gの生成物をもたらした。
19F NMR(DMSO−d)δ−56.8(d,JFH=4Hz,3F)、−119.5、−119.9(サブスプリットABq,J=260Hz,2F),−142.2(dm,JFH=53Hz,1F)。
H NMR(DMSO−d)δ0.9(t,J=7.4Hz,3H)、1.3(m,2H)、1.8(m,2H)、3.9(s,3H),4.2(t,J=7.0Hz,2H)、6.5(dt,J=53Hz,J=7Hz,1H)、7.7(s,1H)、7.8(s,1H)、9.1(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:613ppm。
1116Sに関する分析計算:C34.2、H4.2、N7.3
実験結果:C34.0、H4.0、N7.1。
TGA(空気):328℃で10重量%損失、354℃で50重量%損失。
TGA(N):324℃で10重量%損失、351℃で50重量%損失。
イオンクロマトグラフィによる抽出可能な塩化物:<2ppm。
【0092】
(実施例12:1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネート(Bmim−TPES(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(Bmim−Cl、7.8g)と乾燥アセトン(150ml)を500mlのフラスコ内で室温で組み合わせた。室温で別個の200mlのフラスコ内で、1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホン酸カリウム(TPES−K、15.0g)を乾燥アセトン(300ml)に溶解させた。これらの2つの溶液を組み合わせ、放置して正窒素圧下で12時間にわたり磁気で攪拌した。その後、KCl沈殿物を放置して沈殿させ、無色溶液をその上に残した。セライト/アセトンパッドを通して一度、フリットガラス漏斗を通して再び反応混合物を濾過してKClを除去した。アセトンをロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(4Pa、25℃)で2時間にわたり除去した。残留KClは溶液からまだ沈殿しており、従って、塩化メチレン(50ml)を粗生成物に添加し、その後、それを脱イオン水(2×50ml)で洗浄した。溶液を硫酸マグネシウム上で乾燥させ、溶媒を真空で除去して、粘性淡黄色油(12.0g、収率62%)として生成物を与えた。
19F NMR(CDCN)δ−85.8(s,3F)、−87.9、−90.1(サブスプリットABq,JFF=147Hz,2F)、−120.6、−122.4(サブスプリットABq,JFF=258Hz,2F)、−142.2(dm,JFH=53Hz,1F)。
H NMR(CDCN)δ1.0(t,J=7.4Hz,3H)、1.4(m,2H)、1.8(m,2H)、3.9(s,3H),4.2(t,J=7.0Hz,2H)、6.5(dm,J=53Hz,1H)、7.4(s,1H)、7.5(s,1H)、8.6(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.461。
1216Sに関する分析計算:C33.0、H3.7。
実験結果:C32.0、H3.6。
TGA(空気):334℃で10重量%損失、353℃で50重量%損失。
TGA(N):330℃で10重量%損失、365℃で50重量%損失。
【0093】
(実施例13:テトラデシル(トリ−n−ブチル)ホスホニウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート([4.4.4.14]P−HFPS)(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
4lの丸底フラスコにイオン液体テトラデシル(トリ−n−ブチル)ホスホニウムクロリド(「サイホス(Cyphos)」(登録商標)IL167、345g)および脱イオン水(1000ml)を添加した。混合物が1つの相になるまで混合物を磁気的に攪拌した。別個の2リットルのフラスコ内で、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホン酸カリウム(HFPS−K、214.2g)を脱イオン水(1100ml)に溶解させた。これらの溶液を組み合わせ、正N圧下で26℃で1時間にわたり攪拌し、乳白油をもたらした。油はゆっくり固化(439g)し、吸引濾過によって除去し、その後、クロロホルム(300ml)に溶解させた。残りの水層(pH=2)をクロロホルム(100ml)で一度抽出した。クロロホルム層を組み合わせ、炭酸ナトリウム水溶液(50ml)で洗浄して一切の酸性不純物を除去した。その後、クロロホルム層を硫酸マグネシウム上で乾燥させ、吸引濾過し、ロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(4Pa、100℃)で16時間にわたり減らして、室温に冷却すると白色固体に固化する最終生成物(380g、収率76%)をもたらした。
19F NMR(DMSO−d)δ−73.7(s,3F)、−114.6、−120.9(ABq,J=258Hz,2F)、−210.5(m,JHF=41.5Hz,1F)。
H NMR(DMSO−d)δ0.8(t,J=7.0Hz,3H)、0.9(t,J=7.0Hz,9H)、1.3(brs,20H)、1.4(m,16H)、2.2(m,8H)、5.9(m,JHF=42Hz,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:895ppm。
2957PSに関する分析計算:C55.2、H9.1、N0.0。
実験結果:C55.1、H8.8、N0.0。
TGA(空気):373℃で10重量%損失、421℃で50重量%損失。
TGA(N):383℃で10重量%損失、436℃で50重量%損失。
【0094】
(実施例14:テトラデシル(トリ−n−ブチル)ホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネート([6.6.6.14]P−TPES)(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
500mlの丸底フラスコにアセトン(分光器グレード、50ml)およびイオン液体テトラデシル(トリ−n−ヘキシル)ホスホニウムクロリド(「サイホス(Cyphos)」(登録商標)IL101、33.7g)を添加した。混合物が1つの相になるまで混合物を磁気的に攪拌した。別個の1リットルのフラスコ内で、1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホン酸カリウム(TPES−K、21.6g)をアセトン(400ml)に溶解させた。これらの溶液を組み合わせ、正N圧下で26℃で12時間にわたり攪拌し、KClの白色沈殿物をもたらした。吸引濾過によって沈殿物を除去し、ロトバップで真空でアセトンを除去して、曇った油として粗生成物(48g)をもたらした。クロロホルム(100ml)を添加し、溶液を脱イオン水(50ml)で一度洗浄した。その後、それを硫酸マグネシウム上で乾燥させ、ロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(8Pa、24℃)で8時間にわたり減らして、わずかに黄色の油として最終生成物(28g、収率56%)をもたらした。
19F NMR(DMSO−d)δ−86.1(s,3F)、−88.4、−90.3(サブスプリットABq,JFF=147Hz,2F)、−121.4、−122.4(サブスプリットABq,JFF=258Hz,2F)、−143.0(dm,JFH=53Hz,1F)。
H NMR(DMSO−d)δ0.9(m,12H)、1.2(m,16H)、1.3(m,16H)、1.4(m,8H)、1.5(m,8H)、2.2(m,8H)、6.3(dm,JFH=54Hz,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.11。
3669PSに関する分析計算:C55.4、H8.9、N0.0。
実験結果:C55.2、H8.2、N0.1。
TGA(空気):311℃で10重量%損失、339℃で50重量%損失。
TGA(N):315℃で10重量%損失、343℃で50重量%損失。
【0095】
(実施例15:テトラデシル(トリ−n−ブチル)ホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート([6.6.6.14]P−TTES)(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
100mlの丸底フラスコにアセトン(分光器グレード、50ml)およびイオン液体テトラデシル(トリ−n−ヘキシル)ホスホニウムクロリド(「サイホス(Cyphos)」(登録商標)IL101、20.2g)を添加した。混合物が1つの相になるまで混合物を磁気的に攪拌した。別個の100mlのフラスコ内で、1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホン酸カリウム(TTES−K、11.2g)をアセトン(100ml)に溶解させた。これらの溶液を組み合わせ、正N圧下で26℃で12時間にわたり攪拌し、KClの白色沈殿物をもたらした。
【0096】
吸引濾過によって沈殿物を除去し、ロトバップで真空でアセトンを除去して、曇った油として粗生成物をもたらした。生成物をエチルエーテル(100ml)で希釈し、その後、脱イオン水(50ml)で一度、炭酸ナトリウム水溶液(50ml)で2度、脱イオン水(50ml)で更に2度洗浄して、一切の酸性不純物を除去した。その後、エーテル溶液を硫酸マグネシウム上で乾燥させ、ロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(4Pa、24℃)で8時間にわたり減らして、油として最終生成物(19.0g、収率69%)をもたらした。
19F NMR(CDCl)δ−60.2(d,JFH=4Hz,3F)、−120.8、−125.1(サブスプリットABq,J=260Hz,2F)、−143.7(dm,JFH=53Hz,1F)。
H NMR(CDCl)δ0.9(m,12H)、1.2(m,16H)、1.3(m,16H)、1.4(m,8H)、1.5(m,8H)、2.2(m,8H)、6.3(dm,JFH=54Hz,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:412ppm。
3569PSに関する分析計算:C57.5、H9.5、N0.0。
実験結果:C57.8、H9.3、N0.0。
TGA(空気):331℃で10重量%損失、359℃で50重量%損失。
TGA(N):328℃で10重量%損失、360℃で50重量%損失。
【0097】
(実施例16:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)スルホネート(Emim−TPENTAS)(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式II)の合成)
500mlの丸底フラスコに1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(Emim−Cl、98%、18.0g)および試薬グレードアセトン(150ml)を添加した。Emim−Clのすべてが溶解するまで混合物を穏やかに暖めた(50℃)。別個の500mlのフラスコ内で、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)スルホン酸カリウム(TPENTAS−K、43.7g)を試薬グレードアセトン(450ml)に溶解させた。
【0098】
これらの溶液を1リットルのフラスコ内で組み合わせ、白色沈殿物(KCl)をもたらした。混合物を24℃で8時間にわたり攪拌した。その後、KCl沈殿物を放置して沈殿させ、透明黄色溶液をその上に残した。セライト/アセトンパッドを通して濾過することによりKClを除去した。アセトンを真空で除去して黄色油を与え、その後、それをクロロホルム(100ml)で希釈した。クロロホルムを脱イオン水(50ml)で3度洗浄し、硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過し、ロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(4Pa、25℃)で8時間にわたり減らした。生成物(22.5g)は淡黄色油であった。
19F NMR(DMSO−d)δ−82.9(m,2F)、−87.3(s,3F)、−89.0(m,2F)、−118.9(s,2F)。
H NMR(DMSO−d)δ1.5(t,J=7.3Hz,3H)、3.9(s,3H)、4.2(q,J=7.3Hz,2H)、7.7(s,1H)、7.8(s,1H)、9.1(s,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.17%。
1011Sに関する分析計算:C28.2、H2.6、N6.6。
実験結果:C28.1、H2.9、N6.6。
TGA(空気):351℃で10重量%損失、401℃で50重量%損失。
TGA(N):349℃で10重量%損失、406℃で50重量%損失。
【0099】
(実施例17:テトラブチルホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネート(TBP−TPES)(カチオン、ホスホニウム:アニオン、式1)の合成)
200mlの丸底フラスコに脱イオン水(100ml)およびテトラ−n−ブチルホスホニウムブロミド(サイテック・カナダ社(Cytec Canada Inc.)、20.2g)を添加した。固体がすべて溶解するまで混合物を磁気的に攪拌した。別個の300mlのフラスコ内で、1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホン酸カリウム(TPES−K、20.0g)を70℃に加熱された脱イオン水(400ml)に溶解させた。これらの溶液を組み合わせ、正N圧下で26℃で2時間にわたり攪拌し、下方油層をもたらした。生成物油層を分離し、クロロホルム(30ml)で希釈し、その後、炭酸ナトリウム水溶液(4ml)で一度洗浄し、脱イオン水(20ml)で3度洗浄して、一切の酸性不純物を除去した。その後、それを硫酸マグネシウム上で乾燥させ、ロトバップで最初に真空で、次に高真空ライン(8Pa、24℃)で2時間にわたり減らして、無色油として最終生成物(28.1g、収率85%)をもたらした。
19F NMR(CDCl)δ−86.4(s,3F)、−89.0、−90.8(サブスプリットABq,JFF=147Hz,2F)、−119.2、−125.8(サブスプリットABq,JFF=254Hz,2F)、−141.7(dm,JFH=53Hz,1F)。
H NMR(CDCl)δ1.0(t,J=7.3Hz,12H)、1.5(m,16H)、2.2(m,8H)、6.3(dm,JFH=54Hz,1H)。
カールフィッシャー滴定による%水:0.29。
2037PSに関する分析計算:C43.2、H6.7、N0.0。
実験結果:C42.0、H6.9、N0.1。
イオンクロマトグラフィによる抽出可能な臭化物:21ppm。
【0100】
(実施例18:(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)−トリオクチルホスホニウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、ホスホニウム:アニオン、式1)の合成)
大きな丸底フラスコ内でトリオクチルホスフィン(31g)を試薬グレードアセトニトリル(250ml)にある程度溶解させ、激しく攪拌した。1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−トリデカフルオロ−8−ヨードオクタン(44.2g)を添加し、混合物を還流下で110℃で24時間にわたり加熱した。溶媒を真空下で除去し、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)−トリオクチルホスホニウムヨージド(30.5g)を蝋状固体として与えた。別個の丸底フラスコ内で1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、13.9g)を試薬グレードアセトン(100ml)に溶解させ、これに(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)−トリオクチルホスホニウムヨージド(60g)を添加した。反応混合物を還流下で60℃で約16時間にわたり加熱した。その後、大きなフリットガラス漏斗を用いて反応混合物を濾過して、生成した白色KI沈殿物を除去し、ロータリーエバポレータ上に4時間にわたり濾液を置いてアセトンを除去した。液体を室温で24時間にわたり放置し、その後、再度濾過して(KIを除去して)陽子NMRによって示されたように生成物(62g)をもたらした。
【0101】
(実施例19:1−メチル−3−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)イミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート(カチオン、イミダゾリウム:アニオン、式1)の合成)
大きな丸底フラスコ内で1−メチルイミダゾール(4.32g、0.52モル)を試薬グレードトルエン(50ml)にある程度溶解させ、激しく攪拌した。1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−トリデカフルオロ−8−ヨードオクタン(26g、0.053モル)を添加し、混合物を還流下で110℃で24時間にわたり加熱した。溶媒を真空下で除去し、1−メチル−3−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)イミダゾリウムヨージド(30.5g)を蝋状固体として与えた。別個の丸底フラスコ内で1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸カリウム(TFES−K、12g)を試薬グレードアセトン(100ml)に添加し、この溶液をアセトン(50ml)に溶解されていた1−メチル−3−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)イミダゾリウムヨージドに注意深く添加した。反応混合物を還流下で約16時間にわたり加熱した。その後、大きなフリットガラス漏斗を用いて反応混合物を濾過して、生成した白色KI沈殿物を除去し、ロータリーエバポレータ上に4時間にわたり濾液を置いてアセトンを除去した。その後、油性液体を再度濾過して陽子NMRによって示されたように生成物をもたらした。
【0102】
実施例20〜23は、本発明のイオン液体を用いるプロパンジオールの重合を例示している。
【0103】
(実施例20:プロパンジオールの重合)
1,3−プロパンジオール(20g)を三口丸底フラスコに入れた。これに1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸(最終溶液中で0.8重量%)を添加した。イオン液体Bmim−TFES(4g)も添加し、溶液および内容物を窒素で2時間にわたりパージした。油浴を用いて160℃で窒素雰囲気下で均質溶液を加熱した。水がゆっくり発生し、コンデンサ内に集められた。約9〜10時間後、溶液は単一相系から2相系に変わった。75℃に冷却すると、2相は明確に目視できた。上相は、本質的に重合されたプロパンジオール(ポリオール)であることがNMRによって示された。10.5時間の反応時間後、分子量(Mn)は2907であった。酸およびイオン液体は本質的に下方相であり、ポリオールが上方相であることが見出された。実施例22で示したように下方相を容易に分離し再循環することが可能である。
【0104】
(実施例21:プロパンジオールの重合)
1,3−プロパンジオール(20g)を三口丸底フラスコに入れた。これに1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸(最終溶液中で0.8重量%)を添加した。イオン液体Emim−TFES(4g)も添加し、溶液および内容物を窒素で2時間にわたりパージした。油浴を用いて160℃で窒素雰囲気下で均質溶液を加熱した。水がゆっくり発生し、コンデンサ内に集められた。約9〜10時間後、溶液は単一相系から2相系に変わった。75℃に冷却すると、2相は明確に目視できた。上相は本質的に重合されたプロパンジオール(ポリオール)であることがNMRによって示された。10.5時間の反応時間後、分子量(Mn)は6131であった。酸およびイオン液体は本質的に下方相であり、ポリオールが上方相であることが見出された。実施例22で示したように下方相を容易に分離し再循環することが可能である。
【0105】
(実施例22:イオン液体の再循環を伴ったプロパンジオールの重合)
1,3−プロパンジオール(30g)を三口丸底フラスコに入れた。これに1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホン酸(0.15g、最終溶液中で0.5重量%)を添加した。イオン液体Bmim−TFES(2g)も添加し、溶液および内容物を窒素で2時間にわたりパージした。油浴を用いて160℃で窒素雰囲気下で均質溶液を加熱した。水がゆっくり発生し、コンデンサ内に集められた。約26時間後、溶液は単一相系から2相系に変わった。75℃に冷却すると、2相は明確に目視できた。上相は本質的に重合されたプロパンジオール(ポリオール)であることがNMRによって示された。NMRを用いて決定した時、分子量(Mn)は2613であった。全不飽和末端は30meq/kgであった。酸およびイオン液体は本質的に下方相であり、ポリオールが上方相であることが見出された。
【0106】
ガラスピペットを用いて下方相の一部(2g)を除去した。これを三口丸底フラスコに入れ、その後、28gの1,3−プロパンジオールを入れた。油浴を用いて160℃で窒素雰囲気下で均質溶液を加熱した。水がゆっくり発生し、コンデンサ内に集められた。約30時間後、溶液は単一相系から2相系に変わった。75℃に冷却すると、2相は明確に目視できた。上相は本質的に重合されたプロパンジオール(ポリオール)であることがNMRによって示された。NMRによる分子量(Mn)は3108であった。全不飽和末端は50meq/kgであった。
【0107】
(実施例23:プロパンジオールの重合)
1,3−プロパンジオールを三口丸底フラスコに入れた。これに0.3gのリンタングステン酸(アルドリッチ(Aldrich))および2gのイオン液体Bmim−TFESを添加した。溶液および内容物を窒素で2時間にわたりパージした。油浴を用いて160℃で窒素雰囲気下で均質溶液を加熱した。水がゆっくり発生し、コンデンサ内に集められた。約24時間後、溶液は単一相系から2相系に変わった。75℃に冷却すると、2相は明確に目視できた。上相は本質的に重合されたプロパンジオール(ポリオール)であることがNMRによって示された。NMRによる分子量(Mn)は4319であった。全不飽和末端は81meq/kgであった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
式Zの組成物であって、
式中、Zは、以下の11個のカチオン
【化1】

【化2】

(式中、R、R、R、R、RおよびRは独立して、
(i)H、
(ii)ハロゲン、
(iii)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(iv)−CH、−CあるいはO、NおよびSからなる群から選択される1〜3個のヘテロ原子を含み、Cl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(v)C〜C25非置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25非置換ヘテロアリール、
(vi)C〜C25置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25置換ヘテロアリールであって、前記置換アリールまたは置換ヘテロアリールが、
(1)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(2)OH、
(3)NHおよび
(4)SH
からなる群から独立して選択される1〜3個の置換基を有するC〜C25置換アリールまたはC〜C25置換ヘテロアリール
からなる群から選択され、
、R、RおよびR10は独立して、
(vii)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(viii)−CH、−CあるいはO、NおよびSからなる群から選択される1〜3個のヘテロ原子を含み、Cl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(ix)C〜C25非置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25非置換ヘテロアリール、
(x)C〜C25置換アリールまたはO、NおよびSからなる群から独立して選択される1〜3個のヘテロ原子を有するC〜C25置換ヘテロアリールであって、前記置換アリールまたは置換ヘテロアリールが、
(1)−CH、−CあるいはCl、Br、F、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C25の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(2)OH、
(3)NHおよび
(4)SH
からなる群から独立して選択される1〜3個の置換基を有するC〜C25置換アリールまたはC〜C25置換ヘテロアリール
からなる群から選択され、
任意にR、R、R、R、R、R、R、R、RおよびR10の少なくとも2つは合一して環式または二環式のアルキル基またはアルケニル基を形成することが可能である)
からなる群から選択されるカチオンであり、
は、式I、式II、および式III
【化3】

(式中、R11は、
(1)ハロゲン、
(2)−CH、−CあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖、分岐または環式のアルカンまたはアルケン、
(3)−OCH、−OCあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のアルコキシ、
(4)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のフルオロアルキル、
(5)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のフルオロアルコキシ、
(6)C〜C15の直鎖または分岐のパーフルオロアルキルおよび
(7)C〜C15の直鎖または分岐のパーフルオロアルコキシ
からなる群から選択される)

【化4】

(式中、R12は、
(1)−CH、−CあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のアルコキシ、
(2)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のフルオロアルコキシおよび
(3)C〜C15の直鎖または分岐のパーフルオロアルコキシ
からなる群から選択される)

【化5】

(式中、R13は、
(1)ハロゲン、
(2)−CH、−CあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のアルカンまたはアルケン、
(3)−OCH、−OCあるいはCl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のアルコキシ、
(4)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のフルオロアルキル、
(5)Cl、Br、I、OH、NHおよびSHからなる群から選択される少なくとも1つのメンバーで任意に置換されているC〜C15の直鎖または分岐のフルオロアルコキシ、
(6)C〜C15の直鎖または分岐のパーフルオロアルキルおよび
(7)C〜C15の直鎖または分岐のパーフルオロアルコキシ
からなる群から選択される)
からなる群から選択されるアニオンであることを特徴とする組成物。
【請求項2】
前記アニオンが、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエタンスルホネート、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、2−(1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロ−2−ヨードエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、N,N−ビス(1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニル)イミドまたはN,N−ビス(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホニル)イミドであることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
【請求項3】
がイミダゾリウムまたはホスホニウムであり、Aが、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエタンスルホネート、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1,1,2−トリフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、2−(1,2,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、2−(1,1,2,2−テトラフルオロ−2−ヨードエトキシ)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)エタンスルホネート、N,N−ビス(1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニル)イミドまたはN,N−ビス(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホニル)イミドであることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
【請求項4】
前記組成物が1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ブチル−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、N−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)プロピルイミダゾール1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、N−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エチルパーフルオロヘキシルイミダゾール1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネート、テトラデシル(トリ−n−ヘキシル)ホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネート、テトラデシル(トリ−n−ブチル)ホスホニウム1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンスルホネート、テトラデシル(トリ−n−ヘキシル)ホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(トリフルオロメトキシ)エタンスルホネート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロ−2−(ペンタフルオロエトキシ)スルホネート、(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)−トリオクチルホスホニウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、1−メチル−3−(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル)イミダゾリウム1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネートまたはテトラブチルホスホニウム1,1,2−トリフルオロ−2−(パーフルオロエトキシ)エタンスルホネートを含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。

【公表番号】特表2009−511434(P2009−511434A)
【公表日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−532454(P2008−532454)
【出願日】平成18年9月22日(2006.9.22)
【国際出願番号】PCT/US2006/037132
【国際公開番号】WO2007/038359
【国際公開日】平成19年4月5日(2007.4.5)
【出願人】(390023674)イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】E.I.DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
【Fターム(参考)】