説明

SまたはOを含む環状イオン液体およびその製造方法

【課題】 低温からの広範な温度領域において安定な液状を呈すると共に、良好な導電率を有し、リチウム二次電池、電気二重層キャパシター、色素増感型太陽電池、燃料電池または反応溶媒等に使用できる材料としての利用が可能なイオン液体を提供すること。
【解決手段】 下記一般式(1)で示される有機物をカチオン成分として含むイオン液体およびその製造方法。



【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、低温からの広範な温度領域において液状を呈するイオン液体およびその製造方法と、それを利用した蓄電用デバイス、リチウム二次電池、電気二重層キャパシター、色素増感型太陽電池、燃料電池または反応溶媒に関する。
【背景技術】
【0002】
アンモニウム系カチオンに代表されるようなN原子を含むオニウムをカチオンとして形成されるイオン液体は、従来から多数報告されているが、20℃を超える温度においては液状を呈するものの、20℃以下で液体として存在するものはごく一部である。そのため、室温付近においては、単独では電解質としても溶媒としても使用しにくいという状況である。(特許文献1、特許文献2および非特許文献1〜3参照)
すなわち、低温域において安定した液状を示すイオン液体が少ないことが、リチウム二次電池、電気二重層キャパシター、燃料電池あるいは色素増感型太陽電池、または蓄電用デバイス向け電解質あるいは添加剤としての応用に関し大きな障害となっている。
【0003】
【特許文献1】国際公開第02/076924 号パンフレット
【特許文献2】特開2003-331918 号公報
【特許文献3】特表2001-517205 号公報
【非特許文献1】松本一、宮崎義憲、溶融塩および高温化学、44, 7(2001)
【非特許文献2】H.Matsumoto, M.Yanagida, K.Tanimoto, M.Nomura, Y.Kitagawa and Y.Miyazaki, Chem. Lett, 8, 922(2000)
【非特許文献3】D.R.MacFarlane, J.Sun, J.Golding, P.Meakin and M.Forsyth, Electrochemica Acta, 45, 1271(2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、低温からの広範な温度領域において安定な液状を呈すると共に、良好な導電率を有するイオン液体とその製造方法を提供することを目的とし、更には、上記のようなリチウム二次電池、電気二重層キャパシター、色素増感型太陽電池、燃料電池または反応溶媒等に使用する材料としての利用が可能なイオン液体を提供することを目的とするものであって、具体的には、S原子またはO原子を有する環状カチオンからなるイオン液体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、カチオン成分とアニオン成分からなる多数の塩を合成し、上記目的を達成するためのイオン液体について鋭意検討した結果、下記一般式(1)で示される有機物カチオンを含む塩が、低温からの広範な温度領域で液体状態を呈すると共に、優れた導電性を有するイオン液体を構成することを見出した。
【0006】
【化1】

【0007】
[式中の置換基R1 〜R6 は、互いに独立しており、同一であっても異なっていても良い。置換基R1 〜R6 はそれぞれ、H原子、C1〜C30 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基、複素環基のいずれかを示す。また、これらの置換基R1 〜R6 のうちの単一または複数の置換基に含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、R3 〜R6 は、C1 および/またはC2 原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成してもよい。更に、R2 およびR3 は、C1 および/またはN原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成することもできる。これらの置換基R1 〜R6 に含まれる炭素原子は、-O-, -C(O)-,-C(O)O-,-S-,-S(O)-,-SO2-,-SO3-,-N=,-N=N-,-NH-,-NR'-,-N(R')2, -PR'-,-P(O)R'-,-P(O)R'-O-,-O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的もしくは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す)。XおよびYは、それぞれ独立して、S原子またはO原子を示す。更に、点線は、共役構造を示す。]
【0008】
即ち、本発明は、「前記一般式(1)で示される有機物をカチオン成分として含むイオン液体」、および、「カチオン成分とアニオン成分とからなるイオン液体であって、カチオン成分が前記一般式(1)で示されるカチオン成分の群から選ばれる一種または複数種であるイオン液体」を提供することにより、前記目的を達成したものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、良好な導電率を有し、低温からの広範な温度領域において安定した液体状態を保持するイオン液体を提供することができる。
本発明のイオン液体は、リチウム二次電池、電気二重層キャパシター、燃料電池、色素増感型太陽電池、または蓄電用デバイス向け電解質、添加剤、あるいは反応溶媒等に応用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明で用いられるカチオン成分は、前記一般式(1)で示されるものである。前記一般式(1)中の置換基R1 〜R6 は、H原子、C1〜C30 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基、複素環基のいずれかを示す。また、これらの置換基R1 〜R6 のうちの単一または複数の置換基に含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、R3 〜R6 は、C1 および/またはC2 原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成してもよい。更に、R2 およびR3 は、C1 および/またはN原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成することもできる。これらの置換基R1 〜R6 に含まれる炭素原子は、-O-, -C(O)-,-C(O)O-,-S-,-S(O)-,-SO2-,-SO3-,-N=,-N=N-,-NH-,-NR'-,-N(R')2, -PR'-,-P(O)R'-,-P(O)R'-O-,-O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的もしくは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す。)前記一般式(1)中のXおよびYは、それぞれ独立して、S原子またはO原子を示す。更に、前記一般式(1)中の点線は、共役構造を示す。
【0011】
本発明で用いられる前記アニオン成分は、 [RSO3] - , [Rf SO3]- ,[(Rf SO2)2N] - ,[(Rf SO2)3C] - ,[(FSO2)3C] - ,[RCH2OSO3] - ,[RC(O)O] - , [Rf C(O)O]- ,[CCl3C(O)O]- ,[(CN)3C] - ,[(CN)2CR]- , [(RO(O)C)2CR] - ,[R2P(O)O]- ,[RP(O)O2]2-,[(RO)2P(O)O] - , [(RO) P(O)O2]2- , [(RO)(R) P(O)O] - , [Rf 2P(O)O] - ,[R f P(O)O2]2- ,[B(OR)4] - ,[N(CF3)2]- ,[N(CN)2] - ,[AlCl4]- , PF6 - , BF4 - , SO42- ,HSO4 - ,NO3- ,F- ,Cl - ,Br - , およびI - [式中の置換基Rは、H原子、ハロゲン原子、C1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C10 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C10 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基のいずれかを示す。この置換基Rに含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、この置換基Rに含まれる炭素原子は、-O- ,-C(O)-, -C(O)O-, -S-, -S(O)-, -SO2-, -SO3-, -N=, -N=N-, -NR'-, -N(R')2, -PR'-, -P(O)R'-, -P(O)R'-O-, -O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的もしくは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す)。また、R f はフッ素含有置換基である。] の群の中から選ばれる一種または複数種が好ましい。
【0012】
また、前記一般式(1)で示されるカチオン成分としては、前記一般式(1)中のR1 〜R6 が、それぞれC1 〜C6 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基(R1 〜R6 は互いに同種でも異種であってもよい)であるものが好ましい。
また、前記一般式(1)中のYは、S原子であることが好ましい。
【0013】
また、前記一般式(1)の対イオンである前記アニオン成分が、 (CF3 SO2)2-、CF3 SO3 - 、CF3 COO- 、PF6 - 、BF4 - 、N (CN)2- 、SO42- 、HSO4 - 、NO3 - 、F- 、Cl- 、Br- 、およびI- の群の中から選ばれる一種または複数種であり、かつ、前記一般式(1)中のR1 およびR2 が、それぞれC1 〜C6 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基(R1 およびR2 は互いに同種でも異種であってもよい)であるものが好ましい。更に、R3 〜R6 がH原子であり、YがS原子であるイオン液体がより好ましい。
【0014】
また、前記一般式(1)中のR1 およびR2 の一方がメチル基であり、もう一方がエチル基またはプロピル基であり、R3 〜R6 がH原子であり、かつ、前記アニオン成分が(CF3 SO2)2-、PF6 - またはBF4 - のいずれかであるイオン液体が特に好ましい。
【0015】
以上の本発明のイオン液体は、蓄電用デバイス向け電解質、電解液あるいは添加剤等に要求される良好な導電率を有する安定な液体であって、リチウム二次電池、電気二重層キャパシターあるいは色素増感型太陽電池に使用される材料として、また、各種反応に使用する反応溶媒として有用である。
なお、前記一般式(1)に示したカチオンは、便宜上C原子上に陽電荷を置いたメチルカチオン(メチリウム) として表しているが、XおよびYで示されるヘテロ原子の種類によっては、陽電荷が分子内で非局在化しているものと考えられる。
【0016】
前記一般式(1)で示されるカチオン成分を含むイオン液体の代表的な合成方法を下記に示す。
【0017】
【化2】

【0018】
【化3】

【0019】
原料となる前記一般式(2)または(3)で示される有機物に、アルキル化剤(R2 ZまたはR1 Z)を滴下し、所定の温度、時間、反応させる。ジエチルエーテル等で洗浄した後、真空乾燥する。アルキル化剤(R2 ZまたはR1 Z)としては、硫酸ジアルキルエステル、スルホン酸ジアルキルエステル、炭酸ジアルキルエステル、りん酸トリアルキルエステル、モノ−あるいはポリ−フルオロアルキルスルホン酸アルキルエステル、パーフルオロアルキルスルホン酸アルキルエステル、モノ−あるいはポリ−フルオロカルボン酸アルキル、パーフルオロカルボン酸アルキル、ヨウ化アルキル、臭化アルキル、塩化アルキル、硫酸、硝酸等を挙げることができる。
【0020】
また、例えば、下記の方法でアニオン交換することによって、異なるアニオンを有するイオン液体とすることも可能である。
【0021】
【化4】

【0022】
ここで、イオン結合性化合物AQとしては、例えば、LiN(CF3 SO22 ,NaN(CF3 SO22 ,KN(CF3 SO22 ,CF3 SO3 Li,CF3 SO3 Na,CF3 SO3 K,CF3 CH2 SO3 Li,CF3 CH2 SO3 Na,CF3 CH2 SO3 K,CF3 COOLi,CF3 COONa,CF3 COOK,LiPF6 ,NaPF6 ,KPF6 ,LiBF4 ,NaBF4 ,KBF4 ,LiSbF6 ,NaSbF6 ,KSbF6 ,NaN(CN)2 ,AgN(CN)2 ,Na2 SO4 ,K2 SO4 ,NaNO3 ,KNO3 等が挙げられるが、上記化合物に限られるものではない。
【0023】
前記一般式(2)または前記一般式(3)中の置換基R1 〜R6 は、互いに独立しており、同一であっても異なっていても良い。置換基R1 〜R6 はそれぞれ、H原子、C1〜C30 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基、複素環基のいずれかを示す。また、これらの置換基R1 〜R6 のうちの単一または複数の置換基に含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、R3 〜R6 は、C1 および/またはC2 原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成してもよい。更に、R2 およびR3 は、C1 および/またはN原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成することもできる。これらの置換基R1 〜R6 に含まれる炭素原子は、-O-, -C(O)-,-C(O)O-,-S-,-S(O)-,-SO2-,-SO3-,-N=,-N=N-,-NH-,-NR'-,-N(R')2, -PR'-,-P(O)R'-,-P(O)R'-O-,-O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的もしくは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す)。XおよびYは、それぞれ独立して、S原子またはO原子を示す。更に、点線は、共役構造を示す。
上記のハロゲン原子としては、F, Cl, Br および Iを挙げることができる。
【0024】
上記のシクロアルキル基としてはシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル等を挙げることができる。また、該シクロアルキル基は、シクロアルケニル基、シクロアルキニル基等の二重結合、三重結合等の不飽和結合を有するものも含み、またハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。ハロゲン原子を1個または複数個有するアルキル基、アルケニル基、アルキニル基等不飽和結合を有するものも含む。
【0025】
また、上記の複素環基としては、ピロジニル、ピロリニル、イミダゾリジニル、イミダゾリニル、ピラロゾリジニル、ピラゾニル、ピペリジル、ピペラジニル、モルホリニル、チエニル基等を挙げることができる。また、これらの複素環基にはアルキル基、アルコキシ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、チオール基、アルキルチオ基並びにハロゲン原子を、一個または複数個含有していてもよい。
【0026】
また、上記のアリール基としては、フェニル、クメニル、メシチル、トリル、キシリル基等を挙げることができる。また、これらのアリール基にはアルキル基、アルコキシ基、水酸基、カルボキシル基、アシル基、ホルミル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、チオール基、アルキルチオ基並びにハロゲン原子を、一個または複数個含有していてもよい。
【0027】
また、上記のアルコキシアルキル基としては、メトキシメチル、メトキシエチル、エトキシメチル、エトキシエチル基等を挙げることができる。また、これらのアルコキシアルキル基にはアシル基、アミノ基、アゾ基、チオ基、スルフォニル基、スルフィニル基、スルホナト基並びにハロゲン原子を、一個または複数個含有していてもよい。
【0028】
さらにまた、式中のXおよびYで表されるヘテロ原子としては、SまたはO原子を挙げることができる。
【0029】
一方、前記一般式(1)の対イオンであるアニオン成分としては、(CF3 SO2)2-、CF3 SO3 - 、CF3 COO- 、PF6 - 、BF4 - 、N( CN)2- 、SO42- 、HSO4 - 、NO3 - 、F- 、Cl- 、Br- 、I- 等を挙げることができる。また、該アニオン成分は複数種組み合わせることもできる。
イオン液体の分子量が大きくなると粘度が増し、導電率が低下する傾向にあるため、前記一般式(1)で示されるカチオンの分子量としては、300以下が好ましく、より好ましくは250以下、さらに好ましくは200以下である。
【実施例】
【0030】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0031】
実施例1
(a) 3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウム硫酸エチルの調製
還流冷却管、滴下ロートおよび攪拌子を備えた三口丸底フラスコを窒素置換し、2−(メチルチオ) −2−チアゾリン 20.0g(150mmol)を入れ、撹拌しながら硫酸ジエチル34.7g(225mmol)を滴下した。窒素気流下で混合物を30℃で72時間攪拌し反応させ、うす黄色透明液体を得た。この液体をエーテルで充分に洗浄し、50℃で5時間真空乾燥することにより、41.0g(収率95%) の3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウム硫酸エチルを得た。
化合物の同定は核磁気共鳴分析装置(BRUKER 社製 BRUKER Ultra Shield 300 NMR Spectrometer)で行なった。スペクトルデータを以下に示す。
1H- NMR(300MHz, 溶媒:acetone-d6, 標準物質: テトラメチルシラン)
δ 4.77(t, 2H)
4.01-3.84(m, 6H)
3.01(s, 3H)
1.42(t, 3H)
1.15(t, 3H)
以下に構造式を示す(式中の点線は、共役構造を示す)。
【0032】
【化5】

【0033】
(b) 3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウムビストリフルオロメタンスルフォニウムイミドの調製
(a) で得られた3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウム硫酸エチル28.7g(100.0mmol)を純水200ml に溶解し、この水溶液中に、リチウムビストリフルオロメタンスルフォニルイミド 28.7g(100.0mmol) を純水200ml に溶解した水溶液を、攪拌しながら加えた。60分間攪拌を続け、反応させて疎水性のうす黄色の透明な液体を得た。得られた疎水性液体を純水で2〜3回洗浄後、ジクロロメタンで抽出した。アルミナカラムで精製し、無色透明な液体とした。その液体を濃縮した後、80℃で10時間真空乾燥することにより、室温で無色透明な液体を39.8g(収率90%) 得た。
化合物の同定は核磁気共鳴分析装置 (BRUKER社製 BRUKER Ultra Shield 300 NMR Spectrometer)で行い、目的物である3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウムビストリフルオロメタンスルフォニルイミドであることを確認した。スペクトルデータを以下に示す。
1H- NMR(300MHz, 溶媒: acetone-d6, 標準物質: テトラメチルシラン)
δ 4.75(t, 2H)
3.99-3.90(m, 4H)
3.01(s, 3H)
1.42(t, 3H)
19F-NMR(282MHz, 溶媒: acetone-d6, 標準物質:CF3Cl)
δ -79.87(s, 6F)
以下に構造式を示す(式中の点線は、共役構造を示す)。
【0034】
【化6】

【0035】
走査型示差熱量計( 島津製作所( 製)DSC8230) による融点測定を行った。融点は20.4℃、結晶化温度は5.0℃であった。また、交流インピーダンス法(北斗電工(株)製電気化学測定システムHZ−3000)による25℃における導電率は0.33Sm-1であった。
【0036】
(c) 3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウムヘキサフルオロホスフェートの調製
(a) で得られた3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウム硫酸エチル4.31g(15mmol) を純水100ml に溶解し、この水溶液中に、LiPF6 2.28g(15mmol) を純水100ml に溶解した水溶液を、攪拌しながら加えた。60分間攪拌を続け、反応させて疎水性の紫色の固体を得た。得られた疎水性固体を純水で2〜3回洗浄後、ジクロロメタンで抽出した。アルミナカラムで精製し、抽出液を濃縮した後、80℃で10時間真空乾燥することにより、25℃において白色固体の化合物を2.9g(収率64%)得た。
化合物の同定は核磁気共鳴分析装置 (BRUKER社製 BRUKER Ultra Shield 300 NMR Spectrometer)で行い、目的物である3−エチル−2−(メチルチオ) −2−チアゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを確認した。スペクトルデータを以下に示す。
1H- NMR(300MHz, 溶媒: acetone-d6, 標準物質: テトラメチルシラン)
δ 4.72(t, 2H)
3.97-3.89(m, 4H)
3.01(s, 3H)
1.42(t, 3H)
19F-NMR(282MHz, 溶媒: acetone-d6, 標準物質:CF3Cl)
δ -71.23 (s, 3F)
-73.74 (s, 3F)
以下に構造式を示す(式中の点線は、共役構造を示す)。
【0037】
【化7】

【0038】
走査型示差熱量計( 島津製作所( 製)DSC8230) による融点測定を行った。融点は57.0℃、結晶化温度は32.0℃であった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(1)で示される有機物をカチオン成分として含むイオン液体。
【化1】

[式中の置換基R1 〜R6 は、互いに独立しており、同一であっても異なっていても良い。置換基R1 〜R6 はそれぞれ、H原子、C1〜C30 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基、複素環基のいずれかを示す。また、これらの置換基R1 〜R6 のうちの単一または複数の置換基に含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、R3 〜R6 は、C1 および/またはC2 原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成してもよい。更に、R2 およびR3 は、C1 および/またはN原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成することもできる。これらの置換基R1 〜R6 に含まれる炭素原子は、-O-, -C(O)-,-C(O)O-,-S-,-S(O)-,-SO2-,-SO3-,-N=,-N=N-,-NH-,-NR'-,-N(R')2, -PR'-,-P(O)R'-,-P(O)R'-O-,-O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的もしくは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す)。XおよびYは、それぞれ独立して、S原子またはO原子を示す。更に、点線は、共役構造を示す。]
【請求項2】
カチオン成分とアニオン成分とからなるイオン液体であって、カチオン成分が下記一般式(1)で示されるカチオン成分の群から選ばれる一種または複数種であるイオン液体。
【化2】

[式中の置換基R1 〜R6 は、互いに独立しており、同一であっても異なっていても良い。置換基R1 〜R6 はそれぞれ、H原子、C1〜C30 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基、複素環基のいずれかを示す。また、これらの置換基R1 〜R6 のうちの単一または複数の置換基に含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、R3 〜R6 は、C1 および/またはC2 原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成してもよい。更に、R2 およびR3 は、C1 および/またはN原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成することもできる。これらの置換基R1 〜R6 に含まれる炭素原子は、-O-, -C(O)-,-C(O)O-,-S-,-S(O)-,-SO2-,-SO3-,-N=,-N=N-,-NH-,-NR'-,-N(R')2, -PR'-,-P(O)R'-,-P(O)R'-O-,-O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的もしくは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す)。XおよびYは、それぞれ独立して、S原子またはO原子を示す。更に、点線は、共役構造を示す。]
【請求項3】
前記アニオン成分が、 [RSO3] - , [Rf SO3]- ,[(Rf SO2)2N] - ,[(Rf SO2)3C] - ,[(FSO2)3C] - ,[RCH2OSO3] - ,[RC(O)O] - , [Rf C(O)O]- ,[CCl3C(O)O]- ,[(CN)3C] - ,[(CN)2CR]- , [(RO(O)C)2CR] - ,[R2P(O)O]- ,[RP(O)O2]2-,[(RO)2P(O)O] - , [(RO) P(O)O2]2- , [(RO)(R) P(O)O] - , [Rf 2P(O)O] - ,[R f P(O)O2]2- ,[B(OR)4] - ,[N(CF3)2]- ,[N(CN)2] - ,[AlCl4]- , PF6 - , BF4 - , SO42- ,HSO4 - ,NO3- ,F- ,Cl - ,Br - , およびI - [式中の置換基Rは、H原子、ハロゲン原子、C1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C10 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C10 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基のいずれかを示す。この置換基Rに含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、この置換基Rに含まれる炭素原子は、-O- ,-C(O)-, -C(O)O-, -S-, -S(O)-, -SO2-, -SO3-, -N=, -N=N-, -NR'-, -N(R')2, -PR'-, -P(O)R'-, -P(O)R'-O-, -O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的もしくは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す)。また、R f はフッ素含有置換基である。] の群の中から選ばれる一種または複数種である請求項2記載のイオン液体。
【請求項4】
前記一般式(1)中のR1 〜R6 が、それぞれC1 〜C6 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基(R1 〜R6 は互いに同種でも異種であってもよい)である請求項1〜3のいずれかに記載のイオン液体。
【請求項5】
前記一般式(1)中のYが、S原子である請求項1〜4のいずれかに記載のイオン液体。
【請求項6】
前記アニオン成分が、 (CF3 SO2)2-、CF3 SO3 - 、CF3 COO- 、PF6 - 、BF4 - 、N (CN)2- 、SO42- 、HSO4 - 、NO3 - 、F- 、Cl- 、Br- 、およびI- の群の中から選ばれる一種または複数種であり、かつ、前記一般式(1)中のR1 およびR2 が、それぞれC1 〜C6 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基(R1 およびR2 は互いに同種でも異種であってもよい)であり、R3 〜R6 がH原子であり、YがS原子である請求項2記載のイオン液体。
【請求項7】
前記一般式(1)中のR1 およびR2 の一方がメチル基であり、もう一方がエチル基またはプロピル基であり、R3 〜R6 がH原子であり、かつ、前記アニオン成分が(CF3 SO2)2-、PF6 - またはBF4 - のいずれかである請求項2記載のイオン液体。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれかに記載のイオン液体を電解液として含む蓄電用デバイス。
【請求項9】
請求項1〜7のいずれかに記載のイオン液体を含むリチウム二次電池。
【請求項10】
請求項1〜7のいずれかに記載のイオン液体を含む電気二重層キャパシター。
【請求項11】
請求項1〜7のいずれかに記載のイオン液体を含む色素増感型太陽電池。
【請求項12】
請求項1〜7のいずれかに記載のイオン液体を含む燃料電池。
【請求項13】
請求項1〜7のいずれかに記載のイオン液体を含む反応溶媒。
【請求項14】
下記一般式(2) または(3)で示される有機物をアルキル化することを特徴とする前記一般式(1)で示される有機物をカチオン成分として含むイオン液体の製造方法。
【化3】

[式中の置換基R1 〜R6 は、互いに独立しており、同一であっても異なっていても良い。置換基R1 〜R6 はそれぞれ、H原子、C1〜C30 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の二重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルケニル基、C2〜C30 の単一もしくは複数の三重結合を持つ直鎖状または側鎖を有するアルキニル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、アリール基、アルコキシアルキル基、複素環基のいずれかを示す。また、これらの置換基R1 〜R6 のうちの単一または複数の置換基に含まれるH原子は、ハロゲン原子によって部分的にもしくは完全に置換でき、あるいは、CN基、NO2 基によって部分的に置換できる。また、R3 〜R6 はC1 および/またはC2 原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成してもよい。更に、R2 およびR3 はC1 および/またはN原子と共同して環状構造または芳香環構造または複素環構造を形成することもできる。これらの置換基R1 〜R6 に含まれる炭素原子は、-O-, -C(O)-,-C(O)O-,-S-,-S(O)-,-SO2-,-SO3-,-N=,-N=N-,-NH-,-NR'-,-N(R')2, -PR'-,-P(O)R'-,-P(O)R'-O-,-O-P(O)R'-O-,および-P(R')2=N-の群から選択される原子および/または原子団によって置換できる(ここで、R'はC1〜C10 の直鎖状または側鎖を有するアルキル基、またはF原子によって部分的あるいは完全に置換されたアルキル基、飽和状態または部分的にもしくは完全に不飽和状態のシクロアルキル基、非置換もしくは置換されたフェニル基、または非置換もしくは置換されたヘテロシクルスを示す)。XおよびYは、それぞれ独立して、S原子またはO原子を示す。]
【請求項15】
前記アルキル化後、得られた塩とアニオン交換する請求項14記載のイオン液体の製造方法。

【公開番号】特開2006−315963(P2006−315963A)
【公開日】平成18年11月24日(2006.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−137441(P2005−137441)
【出願日】平成17年5月10日(2005.5.10)
【出願人】(000157119)関東電化工業株式会社 (68)
【Fターム(参考)】