离子液体及其制备方法

专利名称：离子液体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及离子液体及其制备方法。
背景技术：
离子液体(又称为离子性液体，离子性流体或常温熔盐)，是由阳离
子与阴离子组合而成的熔盐。离子液体的特点是在-5(rc 4ocrc的宽的温
度范围内呈液体状态，已有多种在室温(25°C)下呈液体状态的熔盐为人 们所知。
除了在宽的温度范围内处于液体状态的特点，离子液体还有蒸气压极 低且呈现不挥发性、具有良好的热稳定性和电化学稳定性、粘度低、以及 离子导电性高等特点。利用这些特点，离子液体被应用于溶解了电解液或 电解质的电解液组合物、染色敏化太阳能电池、燃料电池、锂离子二次电 池以及双电荷层电容器等的电子器件中。
此外，离子液体还呈现出源于非质子性的离子结构的高极性，对有机 化合物和无机化合物表现出良好的溶解性。有很多利用这个特性，将离子 液体作为有机合成反应溶剂使用的例子。在将离子液体作为反应溶剂使用 时，溶质只被离子溶剂化(solvation),与用水或有机溶剂作为反应溶剂的 时候相比，在完全不同的环境下进行反应。此外，有些离子液体具有不易 溶解于水和极性低的有机溶剂的性质，可以提供多向反应的反应环境。此 外，离子液体因为几乎不具有挥发性，从安全面考虑也很理想，因此作为 反应溶剂离子液体倍受关注。
作为离子液体一般的制备方法，有阴离子交换法、酸酯法和中和法等。 在这些里面，因为酸酯法和中和法可以合成的离子液体的种类有限，所以 一般最常用阴离子交换法。阴离子交换法是应用了阴离子交换反应的合成 法，是将含有构成目标离子液体的阳离子的卤化物，与含有构成目标离子液体的阴离子的盐发生反应而合成离子液体的方法(例如，参考非专利文 献1)。
如上所述，离子液体是阳离子与阴离子组合而成的熔盐，以只由阳离 子和阴离子组成为理想。但是在实际中，离子液体中含有例如水等的微量 杂质。这些杂质主要是在离子液体的合成过程中生成或者混入的，对制备 得到的离子液体有很大影响。例如，离子液体中含有水分时，离子液体中 所含有的水分会引起离子液体粘性下降等，对离子液体物理性质产生影 响。此外，使用离子液体作为反应溶剂时，例如因为催化剂金属配位影响 反应速度等，会对反应性产生影响，使用离子液体作为电解液时，容易生 成副产物，是引起产品劣化的一个原因。
作为混入水分的其他原因，可以举例为吸收大气中的水分。对大气中
水分的吸M，特别是在亲水性的离子液体中是个严重的问题，在疏水性的 离子液体中也会产生i重量百分比左右的水分吸湿。因此，无论亲水性离 子液体或疏水性离子液体，在离子液体的制备过程中，有必要除去离子液 体中的水分。
为了除去离子液体中的水分，公知的除水方法是在高真空而且高温的 条件下进行真空干燥，以及用分子筛、硅胶或氧化铝等进行吸附脱水。此 外，在专利文献i中，公开了使用水的电解将离子液体中的水分解成氢和
氧的除水方法。此外，还有将离子液体的合成反应本身，在能够在ppm级 别进行水分控制的干燥室内进行的方法。
非专利文献1:大野弘幸监修《离子性液体》日本CMC出版社(2003
年)
专利文献1:国际公开第2003/091198号小册子(2003年1月19日公
开)

发明内容
但是，使用上述公知方法的除水方法存在种种问题。例如，真空干燥 除水时，为了将制备的离子液体干燥到不影响离子液体物理性质的含水 率，需要24小时以上的时间，除水操作所需时间的长时间成为问题。特 别是在亲水性离子液体中，吸湿性非常高，即使进行24小时的干燥，也可能没有完全除水。因此，在亲水性离子液体的制备中，除了作为反应溶 剂的水之外，在合成反应中的水分控制也需要严密进行，这使离子液体的 制备方法复杂化，且工业化生产极为困难。
此外，在吸附脱水时，需要对吸附剂进行干燥，增加离子液体制备过 程中的步骤，制备方法变得复杂。此外，制备的离子液体粘性高时不能使 用吸附剂。而且，干燥室的设置不仅设置费用非常高，而且在合成过程中 不能使用水，能够制备的离子液体的种类受限制。此外，在应用水的电解 时，为了进行工业化生产，需要使用大量的电能源，会提高离子液体的制 备成本。
本发明是针对上述问题点进行的，其目的主要是提供一种可以不限制 所制备的离子液体的种类，成本低廉，容易，而且在短时间内能够制备含 水率低的禽子液体的制备方法。
本发明人等经过精心研究，明确了与除去离子液体的水分相比，从离 子液体中除去有机溶剂更加容易。此外，向在生成熔盐而得到的熔盐液中， 通过添加能够进行水解而生成有机溶剂的化合物，可以将熔盐液中的水分 转化为有机溶剂，从而完成了本发明。
本发明提供一种离子液体的制备方法，从含有由阳离子部位和阴离子 部位组合而成的熔盐的熔盐液，制备以熔盐为主成分的离子液体，其特征 在于，包括在上述熔盐液中混合由下述通式(1)表示的化合物的除水工 序，
<formula>formula see original document page 8</formula>
在该通式中，R' R4中至少2个表示碳原子数1 8的垸氧基，其余 表示氢原子或碳原子数1 8的垸基。
此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法，优选为还包括合成上述 熔盐的合成工序，并且，在上述除水工序中，向从上述合成工序中得到的熔盐液中混合上述化合物。
根据上述构成条件，上述通式(o所表示的化合物被熔盐液中所含
的水分水解，生成酮或酯，以及醇。也就是说，将非常难以除去的熔盐液 中的水分，变换成了容易除去的有机溶剂。
由此，可以大幅度縮短除水所需时间的同时，不使用分子筛或硅胶等 的吸附剂就能够除去水分，不需要进行干燥吸附物质的繁杂工序。此外， 没有必要新添置高价的设备，可以有效地抑制离子液体的制备成本。
此外，上述通式(1)所示的化合物的水解反应是上述通式(1)所示 的化合物与水的反应，无论亲水性离子液体或疏水性离子液体，均可以有 效地除去熔盐液中含有的水分。
在本说明书中，[熔盐液]是指，生成由阳离子部位和阴离子部位组合
而成的熔盐而得到的溶液，含水率大于200ppm，以熔盐为主成分的溶液。
此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法中，上述通式(1)所示 的化合物，优选为縮醛(acetal)或原酸酯(orthoester)化合物。
縮醛(acetal)或原酸酯(orthoester)化合物是稳定的化合物，容易操 作，引起副反应的可能性非常低，容易进行上述水解反应。
此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法中，作为上述縮醛(acetal) 或原酸酯(orthoester)化合物，优选为二甲氧基甲烷(dimethoxymethane)、 二乙氧基甲'腐(diethoxymethane)、 l,l-二甲氧基乙'烷(l,l-dimethoxyethane)、 1,1- 二乙氧基乙烷(l,l-diethoxyethane ) 、 1,1- 二甲氧基丙烷 (l,l-dimethoxypropane)、 1,1-二乙氧基丙烷(l，l-diethoxypropane)、 2,2-二甲氧基丙烷 (2,2-dimethoxypropane ) 、 2，2- 二乙氧基丙烷 (2,2-diethoxypropane )、 1,1-二甲氧基丁烷(l,l-methoxybutane)、 1,1-二 乙氧基丁烷(1 ,l-ethoxybutane) 、 2 ， 2-二甲氧基丁烷(2,2-dimethoxybutane)、 2 ， 2-二乙氧基丁烷(2,2-diethoxybutane)、原甲酸甲酯(orthomethyl formate)、 原甲酸乙酯(orthoethyl formate)、原乙酸甲酯(orthomethyl acetate )、或 者原乙酸乙酉旨(orthoethyl acetate)。
此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法中，还包括从上述除水工 序中得到的混合物中除去下述通式(2)所示的化合物或下述通式(3)所 示的醇的至少一方的精制工序，
9〇R7 —OH …(3)在上述通式中，R5以及R6表示氢原子、碳原子数1 8的烷基或烷氧 基，R7表示碳原子数l 8的烷基。通过包括上述工序，可以得到含杂质非常少，高纯度的离子液体。此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法中，上述通式(2)所示 的化合物，优选为酮、醛或酯。酮、醛或酯是稳定的化合物，因此可以抑制其在离子溶液中分解而生 成其他的副产物。因此，除去酮、醛或酯，就能够得到高纯度的离子液体。此外，在本发明所涉及的离子液体的制备方法中，上述通式(2)所 示的化合物以及上述通式(3)所示的醇的沸点，优选为20(TC以下。根据上述构成条件，可以从离子溶液中容易地除去由水解生成的通式 (2)所示的化合物以及上述通式(3)所示的醇。此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法中，上述阳离子部位进一 步优选为，是下述通式(4)所示的季铵阳离子，或者是具有含氮杂环骨 架的阳离子， [化学式3]IR11—N+—R9 …(4) IR10该通式中，R8 R"表示饱和垸基、不饱和烷基、环垸基、杂环基、芳 基或烷氧基烷基。此外，在本发明所涉及的离子液体的制备方法中，优选具有上述杂环 骨架的阳离子是下述通式(5)所示的咪唑阳离子(imidazolium cation)、 下述通式(6)所示的吡啶阳离子(pyridinium cation)或下述通式(7)所 示的三嗪t行生物阳离子(triazine derivative cation), [化学式4]<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 12</formula>上述通式中，BJ2 R26表示氢原子、饱和烷基、不饱和烷基、环烷基、 芳基或垸氧基烷基。此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法中，上述阳离子部位，优选为下述通式(8)所示的季磷阳离子(quaternary phosphonium cation)，或具有含磷杂环骨架的阳离子，[通式5]R30— p+—R28 ,,-(8)在该通式中，R27 R3。表示饱和烷基、不饱和烷基、环烷基、杂环基、芳基、乙烯基或烷氧基烷基。此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法中，上述阴离子部位，优选为卤化物离子(halideion)、三氟甲磺酸阴离子(triflate anion)、、四氟 硼酸阴离子(tetrafluoroborate anion)、六氟磷酸阴离子(hexafluorophosphate anion)、硝酸根离子、硫酸根离子、N (CF3S02)广、N (CN) 2—、 C (CN) 3—、 CH3OSO「、 (C2H5) 2P04—、 N (C2F5S02) 2—、 N (CF3CO) 2—、 N (CF孤)(CF3CO) — 、 N (FS02)广或CF3C00—。此外，使用上述离子液体制备方法所制备的离子液体也属于本发明的 范围内。根据上述构成条件，可以将离子液体中所含水分的影响降低到最小限12度。由此，将离子液体作为反应溶剂使用时，可以将催化剂金属的配位对 反应速度的影响降到最低。作为电解液使用时，可以抑制副产物的生成从 而防止产品的劣化。此外，本发明所涉及的离子溶液中，上述通式(2)所示化合物以及 上述通式(3)所示的醇浓度，优选为200ppm以下。根据上述构成条件，可以得到离子液体中含有杂质非常少的，高纯度 的离子液体，例如，可以更好地作为反应溶剂使用或使用在电子器件中。本发明其他的目的、特征以及优点，可从下述记载中充分了解。关于 本发明的优点，也可参考附图与


。
具体实施方式
[实施方式1]下面，对本发明所涉及的离子液体制备方法的一个实施方式进行说明。在这一部分，首先对离子液体的制备方法详细进行说明，接下来对适 合应用于本发明所涉及的离子液体制备方法中的物质加以说明。 (离子液体的性质)离子液体又被称为离子性液体，离子性流体或常温熔盐的组合物，具 体来讲，是由阳离子部位和阴离子部位组合而成的熔盐作为主成分的组合 物。在本说明书中，[主成分]指的是在组合物的全部成分中，质量百分比 50%以上的成分，优选为质量百分比90%以上，进一步优选为质量百分比 100%。此外，在本说明书中，[熔盐]指的是由阳离子部位和阴离子部位组合而成的，在-5(TC 40(TC范围内呈液体状态的盐，优选为在室温(25°C) 条件下呈液体状态的盐。关于适合应用于本发明的离子液体，以及其阳离子部位和阴离子部 位，将在后文中详细说明。 (离子液体的制备方法)本发明中所涉及的离子液体的制备方法，包括从含有熔盐的熔盐液中 除去水分的除水工序。此外，本发明所涉及的离子液体的制备方法，包括工序得到的混合物进行精制的精制工 序。以下对这些工序分别进行说明。在本说明书中，[离子液体]指的是含水率200ppm以下的熔盐。[熔盐 液]指的是生成熔盐而得到的溶液，是含有的水分多于200ppm的以熔盐为 主成分的溶液。 (合成工序)合成工序，是合成由阳离子部位和阴离子部位组合而成的熔盐的工 序，可以使用现有公知的合成方法。作为熔盐的合成方法，具体来讲可以 举例为阴离子交换法、酸酯法以及中和法等。在此之中，从能够合成的熔 盐的种类多，适合工业化生产的观点来看，优选使用阴离子交换法。在本实施方式中，以下对于使用阴离子交换法合成熔盐的例子进行举 例说明。阴离子交换法，是将含有构成目标离子液体的阳离子的盐，与含 有构成目标离子液体的阴离子的盐进行反应来合成熔盐的方法。在合成工序中使用阴离子交换法时，在阴离子交换反应中有副产物盐 生成，因此需要包括将副产物盐除去的除盐工序。除盐工序可以使用现有公知的方法。具体来讲，在疏水性离子液体的 制备方法中，用水进行分液可以容易地除去副产物盐。在亲水性离子液体 的制备方法中，因为无法使用水进行分液操作， 一般通过柱层析法或过滤 来除去副产物盐。具体来讲，柱层析法可以举例为使用填充了氧化铝的柱。 使用过滤除去副产物盐的方法，例如可以举例为在原料中使用硝酸盐等的 银盐，使生成的副产物变成不能溶解于熔盐液的银盐。此外，可以通过使熔盐液中溶解的副产物盐析出，通过过滤除去析出 的副产物盐。具体来讲，在阴离子交换反应结束后，除去合成反应中使用 的溶剂而使副产物盐和熔盐液呈浆体状，再向浆体状的副产物盐和熔盐液 中，添加溶剂使副产物盐析出。使副产物盐析出的溶剂，优选为副产物盐溶解度低的溶剂，即副产物 盐的不良溶剂。具体来讲，进一步优选为酮类溶剂或卤化物类溶剂，更加 优选为丙酮或氯仿。通过使用副产物盐的不良溶剂作为使副产物盐析出的溶剂，可以降低 副产物盐去除工序成本的同时，可以容易地将副产物盐除去。此外，使用不良溶剂析出副产物盐来去除副产物盐的方法，可以应用在亲水性离子液 体或疏水性萬子液体任意一方的制备方法中。因此，在疏水性离子液体的 制备方法中的除盐工序中不需要用到水，可以减低在下述说明的除水工序 中需要除去的水分的量。
此外，与使用了硝酸银等的银盐的过滤不同，原料的种类不被特别限 定，含有构成离子液体的阴离子的盐的阳离子，优选为碱金属阳离子或碱 土金属阳离子。也就是说，副产物盐优选为碱金属盐或碱土金属盐。由此， 通过副产物盐的不良溶剂，可以容易地析出副产物盐。 (除水工序)
除水工序，是用来除去含有熔盐的熔盐液中所含水分的工序。在除水 工序中，可以是除去在上述合成工序中合成熔盐得到的熔盐液中的水分。 如上所述，离子液体中含水分多时，会影响离子液体的物理性质，在使用 离子液体作为反应溶剂时，例如因为催化剂金属配位而影响反应速度等而 影响反应性，作为电解液使用时容易生成副产物，成为引发产品劣化的原 因。
熔盐液中所含的水分，是源于熔盐的合成工序中作为溶剂使用的水的 混入和从大气中吸收的水分。离子液体的主成分，是由阳离子部位和阴离 子部位组合而成的熔盐，在其性质上即使是疏水性离子液体，也会吸收1 重量百分比的水分。因此，不只是在亲水性离子液体的制备方法中，即使 在疏水性离子液体的制备方法中也有必要除去熔盐液中的水分。
此外，本发明所涉及的除水工序，是将熔盐液中的含水率降低到
200ppm以下的工序。
本发明中所涉及的离子液体的制备方法中的除水工序，具体来讲是向 熔盐液中混合下属通式(1)所示化合物的工序。 [化学式6]<formula>formula see original document page 15</formula>(通式中，W R4中的至少2个表示碳原子数1 8的烷氧基，其余表示 氢原子或碳原子数1 8的烷基。)
此外，在本说明书中，氢原子包括氘原子和氚原子。
通过将上述通式(1)所示的化合物混合于熔盐液中，该化合物被熔 盐液中的水分水解，生成酮或酯，和醇。也就是说，可以将熔盐液中含有 的非常难以除去的水分，变成容易除去的有机溶剂。
由此，可以大幅缩短除水需要时间的同时，不使用分子筛和硅胶等的 吸附剂就可以除去水分，不需要进行干燥吸附物质的繁杂工序。此外，不 需要新配置高价的设备，可以控制离子液体的制备成本。
此外，本说明书中的[水解]，是水分子的氧原子攻击上述通式(1)中 的1位碳原子，切断上述通式(1)中含有的至少2个烷氧基的任意一个 化学键而引起的。也就是说，为了引发上述水解，需要上述通式(1)中 的1位碳原子处于缺电子状态，上述通式(1)中1位的碳原子，需要至 少与2个吸电子能力强的氧原子相结合。
因此，上述通式(1)所示的化合物中，R' R4中的至少2个是碳原 子数1 8的烷氧基即可，从化合物稳定性的观点来讲，优选为R' R4中 至少2个是碳原子数1 8的烷氧基的縮醛，或3个是碳原子数1 8的烷 氧基的原酸酯化合物。此外，本说明书中，[原酸酯化合物]指的是1， 1， l一三醇盐(l,U-trialkoxide)化合物的总称。
上述通式(1)所示的化合物为原酸酯化合物时，原酸酯化合物依照 下述反应式(1)所示进行反应，生成1分子的原酸酯衍生物的酯，和2 分子的醇。 [化学式7]<formula>formula see original document page 17</formula>
(式中R3' R"表示碳原子数1 8的烷基，R34表示氢原子或碳原子数l 8的垸基。)
此外，上述通式(1)所示的化合物为縮醛的时候，縮醛如下述反应 式(2)进行反应，生成1分子的縮醛衍生物的酮或醛，和2分子的醇。 [化学式8]
<formula>formula see original document page 17</formula>(式中R"和R"表示碳原子数1 8的垸基，1136和R38表示氢原子或碳原 子数1 S的烷基。)
在此，碳原子数1 8的垸氧基，只要是碳原子数1 8即可，可以是 直链状，也可以是有支链的。只要烷氧基的碳原子数在上述范围内，水解 生成的醇的沸点比离子液体的沸点低，在下述说明的精制工序中就能够容 易地除去。
此外， 一般来讲，醇在碳链越短时的沸点越低，因此烷氧基的碳原子 数越小越好，优选为碳原子数1 4个，进一步优选为碳原子数是1或2 个。具体来讲，优选为甲氧基、乙氧基、丙氧基或n—丁氧基，更加优选为甲氧基或乙氧基。
R' R4中没有被碳原子数1 8的烷氧基戶/T取代的其余的取代基，是 氢原子或碳原子数1 8的烷基。是碳原子数1 8的烷基时，碳原子数在 上述范围内即可，可以是直链，也可以是有支链的。烷基的碳原子数只要 在上述范围内，水解生成的酯或酮的沸点比离子液体沸点低，在下述说明 的精制工序中，可以容易地从离子液体中除去。此外，没有被烷氧基取代 的其余的取代基中，有任意一个是氢原子时，生成醛。
此外， 一般来讲，酯、酮以及醛，碳链越短时沸点越低，因此烷基的 碳原子数越小越好，优选为碳原子数为1 4个，更优选为碳原子数为1 或2个。具体来讲，优选为甲基、乙基、丙基、异丙基以及丁基，进一步优 选为甲基或乙基。
如上所述，上述通式(1)所示的化合物，在縮醛中优选为二甲氧 基甲烷(dimethoxymethane)、 二乙氧基甲烷(diethoxymethane)、 l，l-二甲 氧基乙烷(l,l-dimethoxyethane)、 1,1-二乙氧基乙烷(1,1-diethoxyethane)、 1,1- 二甲氧基丙烷(l，l-dimethoxypropane ) 、 1,1- 二乙氧基丙烷
(l,l-diethoxypropane)、 2，2-二甲氧基丙烷(2,2-dimethoxypropane)、 2,2-二乙氧基丙垸 (2，2-diethoxypropane ) 、 1,1- 二甲氧基丁烷
(l，l-methoxybutane)、 l，l-二乙氧基丁烷(l，l-ethoxybutane)、 2,2-二甲氧 基丁烷(2，2-dimethoxybutane)、 2,2-二乙氧基丁烷(2，2-diethoxybutane)。 此外，在原酸酯化合物中，优选为原甲酸甲酯(orthomethyl formate)、 原甲酸乙酯(orthoethyl formate)、原乙酸甲酯(orthomethyl acetate )、原 乙酸乙酉旨(orthoethyl acetate )。
此外，通式(1)所示的化合物，可单独使用，也可以两种以上混合 使用。
通式(1)所示的化合物水解所生成的醇，优选为沸点在20(TC以下， 进一步优选为在IO(TC以下。具体来讲，生成的醇优选为甲醇(methanol), 乙醇(ethanol)、正丙醇(l-propanol)、异丙醇(isopropanol)、正丁醇 (n-butanol)、异丁醇(i-butanol)、仲丁醇(s-butanol)、叔丁醇(t-butanoll)，
更加优选为甲醇或乙醇。通过使生成的醇的沸点在上述范围内，在下述的 精制工序中可以容易地除去生成的醇。
18也就是说，通式(1)中IV R4中被烷氧基所取代的取代基，优选为碳原子数1 4，进一步优选为碳原子数1或2。
此外，通式(1)所示的化合物水解而生成 的酯、酮或醛，优选为沸点在20(TC以下，进一步优选为沸点在IO(TC以下。具体来讲，生成的酯、酮或醛，优选为甲醛(formaldehyde )、乙醛(acetaidehyde )、丙醛(propionaldehyde)、 n-丁酉签(n-butylaldehyde)、 丙酮(acetone)、 2-丁酮(2-butanoe)、 2冒戊酮(2-pentanone) 、 3-戊酮(3-pentaone)、甲酸甲酉旨(methylformate)、甲酸乙酯(ethyl formate)、乙酸甲酯(methyl acetate)、乙酸乙酉旨(ethyl acetate )、丙酸甲酉旨(methyl propionate)、丙酸乙酉旨(ethylpropionate)。通过生成沸点在上述范围内的酯、酮或醛，在下述说明的精制工序中可以容易地除去生成的酯、酮或醛。
也就是说，通式(1)中W R4中没有被烷氧基取代的优选为碳原子'数i 4的垸基或氢原子，进一步优选为碳原子数1或2的烷基或氢原子。除水工序后的熔盐液中的含水率在200ppm以下。此外，进一步优选为100ppm以下，更加优选为10ppm以下，最优选为0ppm。
通过将除水工序后的熔盐液的含水率设定在上述范围内时，可以将所制备的离子液体中所含的水对离子液体性质的影响最小化。通过将对离子液体的性质的影响达到最小化，离子液体作为反应溶剂使用时，可以使催化剂金属配位引起的对反应速度的影响最小化，作为电解液使用时，可以抑制因副产物生成而引起的产品劣化。(精制工序)
精制工序，是将在除水工序中生成的酯或酮以及醇，从在除水工序中得到的混合物中除去的工序。
精制工序中所用的方法，只要是从上述混合物中除去有机溶剂的方法既可，不被特别限定。具体来讲，离子液体是不挥发性的，其沸点与生成的酯或酮以及醇相比非常高，优选为使用分馏操作进行分离精制。此外，从在精制工序中縮短时间的观点来讲，进一步优选为使用真空泵等减压浓縮进行分馏。
在使用真空泵等进行减压浓縮时，优选为压力在20mmHg以下，进一步优选为压力在10mmHg以下，更优选为压力在2mmHg以下。此外，减压浓縮时间优选为1小时以上。
通过将减压浓縮的压力和浓缩时间设定在上述范围内，可以完全除去上述混合物中含有的酯或酮以及醇。由此，可以制备更加高纯度的离子液体。
此外，精制工序后的离子液体中所含的酯或酮以及醇的浓度，优选为
200ppm以下，进一步优选为100ppm以下，最优选为Oppm。
通过将精制工序后的离子液体中所含的酯或酮以及醇的浓度设定在上述范围内，可以制备离子液体中所含有的杂质非常少的，更加高纯度的离子液体。(离子液体)
接下来，对适合使用本发明制备的离子液体说明如下。用本发明的制备方法所制备的离子液体，不被特别限定，可以制备亲水性离子液体和疏水性离子液体的双方。也就是说，构成离子液体的阳离子部位和阴离子部位，只要是组合能够构成熔盐即可，不被特别限定。将对适合在本发明中应用的阳离子部位和阴离子部位，详细说明在后文中。此外，本说明书中的[疏水性]，指的是与水的亲和性低的，也就是不容易溶于水的性质，不是指完全不溶于水。此外，本说明书中的[亲水性],指的是与水的亲和性高，也就是容易溶于水的性质。(阳离子部位)
用本发明所涉及的制备方法所制备的离子液体的阳离子部位的结构，可以是链状结构，也可以是环状结构。
阳离子部位的结构是链状结构时，具体来讲，可以举例为下述通式(4)所示的季铵阳离子，和下述通式(8)所示的季磷阳离子。[化学式9]<formula>formula see original document page 21</formula>(8)
(通式中，Rs R"以及R27 R3。显示饱和烷基、不饱和烷基、环垸基、杂
环基、芳基或烷氧基烷基。)
在此之中，进一步优选为三甲基丙基胺阳离子(trimethyl propylammonium cation)、三苯基辛基磷阳离子(triphenyl octyl phosphoni腿cation)、以及三叔丁基辛基磷阳离子(tri-t-butyl octyl phosphonium cation)。
此外，阳离子部位的结构中具有环状结构时，具体来讲，可以举例为具有含氮或含磷的杂环骨架的阳离子。在具有含氮或含磷的杂环骨架的阳离子中，形成杂环骨架的元素数不被特别限定，但优选为五元环或六元环。此外，杂环骨架可以是单环式的，也可以是多环式的。在上述杂环骨架中，除了氮原子或磷原子之外，可以含有氧原子或硫原子。
具有含氮或含磷的杂环骨架的阳离子，具体可以举例为含有下述骨架的化合物。[化学式10]<formula>formula see original document page 22</formula>
(通式中，R39 F^表示氢原子、饱和烷基、不饱和烷基、环烷基、芳基或院氧基綜基。)在此之中，优选为下述通式(5)所示的咪唑阳呙子〔imidazoiiumcation)、 F述通式(6)所示的呢啶阳离子匸pyridimum cation)、或由下述通式(7)所显示的三嗪衍生物阳离子(triazine derivative cation)。[化学式11]
<formula>formula see original document page 23</formula>(通式中，R。 R26表示氢原子、饱和垸基、不饱和烷基、环烷基、芳基或烷氧基烷基。)
在此之中，进一步优选为(5)所示的咪唑阳离子(imidazolium cation),更加优选为乙基甲基咪唑阳离子(ethylmethylimidazolium cation)和丁基 甲基卩米卩坐卩日离予(butylmethyl imidazolium cation )。
(阴离子部位)
依照本发明的制备方法可制备的离子液体的阴离子部位，优选为卤化 物离子(halideion)、三氟甲磺酸阴离子(triflate anion)、四氟硼酸阴离子
(tetrafluoroborate anion)、 六氟磷酸阴离子(hexafluorophosphate anion)、 硝酸根离子(nitrate ion)、硫酸根离子(sulfate ion)、 N (CF3S02) 2—、 N
(CN) 2—、 C (CN)广、CH3OS03—、 (C2H5) 2P04—、 N (C2F5S02) 2 一、N (CF3CO) 2—、 N (CF3S02) (CF3CO) —、 N (FS02) 2^CF3COO 一，进一步优选为N (CF3SO) 2—、 N (CN) 2—、四氟硼酸阴离子
(tetrafluoroborate anion)或六氟磷酸阴离子(hexafluorophosphate anion), 更加优选为N (CN) 2—。
本发明不局限于上述实施方式，在权力要求所示的范围内可以做种种 变更。也就是说，将在权力要求所示范围内作了适当变更的技术方案组合 而得到的实施方式，也包括在本发明的范围内。
以下，给出实施例，对本发明的实施方式进行更加详细的说明。当然， 本发明不局限于下述实施例，细部可以进行种种形式的变更。 [实施例] [实施例1]
(包括离子液体阳离子部位的盐的合成)
向200ml的四口烧瓶中，加入l-甲基咪唑(1-methylimidazole) 16.42g
(0.200mol)、 l-氯丁烷(1-chlorobutane) 20.37g (0.220mol)以及甲苯
(toluene) 10.00g，回流(约106°C)下搅拌17小时，进行反应。反应后， 在将反应液的温度冷却(自然冷却)到7(TC以下后，加入超纯水30.00g， 水浴冷却到室温。
冷却后，进行分液操作除去上层的甲苯层。向下层的水层中，加入甲 苯20.00g，搅拌30分钟后，进行分液操作除去上层的甲苯层。分液操作 后的水层中，含有包括离子液体的阳离子部位的氯化N-甲基-N'-丁基咪唑
(N-methyl-N'-butyl knidazoiium chloride)(以下称为[BMIm]Cl)。
(阴离子交换反应)分液操作后，向下层的水层中，加入96%二氰胺钠(sodium dicyanamkie; NaDCA) 18.55g (0.200moi)和超纯水70.00g，室温下搅拌 3小时，进行了阴离子交换反应。反应后，将反应液转移到200ml茄形烧 瓶中，在6(TC,20mmHg条件下减压浓縮2.5小时除zK，得到以[BMIm]DCA 为溶剂的白色浆体。 (除盐工序)
接下来，向得到的白色浆体中加入氯仿(chloroform) 20.40g，冷却到 0 5i:后，搅拌30分钟，使副产物盐的氯化钠(sodium chloride)以及没 有反应的二氰胺钠析出结晶。在结晶析出后，使用内径55mm的布式漏斗
(buchner flmnd)进行过滤，将得到的结晶用氯仿(60.20g)进行洗涤。 将过滤得到的滤液转移到200ml茄形烧瓶中，在5(TC， 20mmHg条件下减 压浓缩2小时除去了氯仿。向得到的浓缩液中加入氯仿50.00g，冷却到0 5t后，搅拌30分钟，使其再结晶后，进行了过滤。将过滤得到的结晶用 氯仿(34.50g)进行洗涤。将过滤得到的滤液转移到200ml茄形烧瓶中， 在50°C， 20mmHg条件下减压浓縮1小时，接下来在50°C， 1 2mmHg
条件下减压浓縮1小时。
(除水工序和精制工序)
向得到的浓缩液体中，加入原乙酸甲酯(methyl orthoacetate; MOA) 4.81g (0.040mol)，在8(TC下搅拌3小时，与离子液体中没有除去的水分 进行反应。反应后，将MOA水解生成的甲醇(methanol)、乙酸甲酯(methyl acetate)以及没有反应的MOA在50°C ， 20mmHg条件下减压浓縮30分 钟。将浓縮液在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓縮2小时，得到目的产物 二氰月安N-甲基-N，-丁基咪唑(N-methyl-N，-butyl imidazolium dicyanamide; [BMIm]DCA)，收率90.4% (37,lg， 0.181moD。得到的[BMIm]DCA是微 黄色的液体，[BMIm]DCA中的氯离子(Cl —)的浓度为2.66%。
([BMIm]DCA的含水率测定)DCA的含水率，使用了卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。
添加MOA前的含水率为0.95% (9500ppm)，添加了 MOA后的含水率为0% (0ppm)。此外，甲醇、乙酸甲酯以及没有反应的MOA浓缩后的 含水率为0.0061% (61ppm)。
:包括离子液体阳离子部位的盐的合成) [BMIm]Cl是应用了与实施例1相同的方法进行合成的。
(阴离子交换反应)
除了在6(TC， 20mmHg条件下减压浓縮2小时之外，使用与实施例1 相同的方法得到了以[BMIm]DCA为溶剂的白色浆体。
(除盐工序)
接下来，向得到的白色浆体中添加丙酮(acetone) 60.00g，冷却到0 5。C后，搅拌30分钟，将副产物盐的氯化钠(sodium chloride)以及没有 反应的二氰胺钠结晶析出。结晶析出后，用内径55mm的布式漏斗(buchner funnel)进行过滤，用丙酮G0.00g)洗涤得到的结晶。将过滤得到的滤液， 转移到200ml茄形烧瓶中，在5(TC， 20mmHg条件下减压浓縮1小时，接 下来在50°C， 1 2mmHg条件下减压浓縮1小时。
(除水工序以及精制工序)
向得到的浓縮液中，加入原乙酸甲酉旨(methyl orthoacetate; MOA)4.81g
(0.040mol)，在8CTC条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体中的水 分发生反应。反应后，将MOA水解生成的甲醇(methanol),乙酸甲酯
(methyl acetate)以及没有反应的MOA，在5(TC，20mmHg条件下减压浓 縮30分钟。接下来将浓縮液在60°C， 1 2mmHg条件下减压浓縮2小时， 得到目的产物二氰胺N-甲基-N，-丁基咪唑(N-methyl-N，-butyl imidazolhim dicyanamide; [BMIm]DCA)，收率为97.2% (39.9g， (X194mo1)。得到的 [BMIm]DCA是微黄色的液体，[BMIm]DCA中的氯离子(C厂)的浓度是 0.16%。
([BMIm]DCA的含水率测定)DCA的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加MOA之前的含水率为0.39% (3900ppm),添加了 MOA后的含
水率为0% (0ppm)。此外，甲醇、乙酸甲酯以及没有反应的MOA浓縮后
的含水率为0.0019% (19ppm)。〔包括离子液体阳离子部位的盐的合成J
向500ml的四口烧瓶中，加入1-甲基咪唑(l-methylimidazole) 151.9g (1.850mol)、 1-氯丁烷(l-chlorobutane) 188.4g (2,035mol)以及甲苯 (tohiene) 80.00g，回流(约106°C)下搅拌25小日寸，进行反应。反应后，
在将反应液的温度冷却(自然冷却)到7(TC以下后，加入超纯水lOO.OOg，
水浴冷却到室温。
冷却后，进行分液操作除去上层的甲苯层。向下层的水层中，加入甲 苯80.00g，搅拌30分钟后，进行分液操作除去上层的甲苯层。分液操后 的水层中，含有包括离子液体的阳离子部位的氯化N-甲基-N'-丁基咪唑
(N-methyl-N，-butyl imidazolium chloride)(以下禾尔为[BMIm]Cl)。
(阴离子交换反应)
分液操作后，将下层的水层转移到1000ml的四口烧瓶中，加入四氟 硼酸钠(sodium tetrafluoroborate) 223.4g (2.035moD和超纯水250.0g,室 温下搅拌l小时，进行了阴离子交换反应。反应后，分液操作除去下层的 水层。向上层中加入超纯水50.0g，搅拌30分钟。搅拌后形成乳状液，因 此直接过滤，用丙酮(acetone) 50.0g转移到500ml茄形烧瓶中，在60。C， 20mmHg条件下减压浓縮3.5小时，除去水和丙酮，得到以四氟硼酸N-甲基—N，- 丁基咪唑 (N-methyl-N，-butyl imidazolium tetrafluoroborate; [BMIm]BF4)为溶剂的淡黄色浆体。
(除盐工序)
接下来，向得到的淡黄色浆体中加入丙酮100.0g，冷却到0 5t:后， 搅拌30分钟，使副产物的氯化钠(sodiumchloride)以及没有反应的四氟 硼酸钠结晶析出。在结晶析出后，使用内径55mm的布式漏斗(buchner ftmnd)进行过滤，用丙酮(70.0g)对得到的结晶进行洗涤。将过滤得到 的滤液，转移到500ml茄形烧瓶中，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓缩3 小时后，得到了含有目的产物[BMIm]BF4的浓縮液379.8g。该浓縮液的含 水率为0.1284% (1284ppm)。 (除水工序和精制工序) -
将得到的浓縮液中的30.0g转移到50ml茄形烧瓶中，加入原甲酸甲酯(methyl orthoformate; OFM) 0.45g (0.00428mol)，在80。C条件下搅袢4 小时，与没能除去的离子液体中的水分反应。反应后，将OFM水解后生 成的甲醇(methanol)、甲酸甲酯(methyl formate)和没有反应的OFM， 在60°C， 20mmHg条件下减压浓缩1小时，接下来在60°C， 1 2mmHg 条件下减压浓缩2小时，得到了目的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 OFM后的含水率为0.0112% (112ppm)。此外，甲醇、甲酸甲酯和 没有反应的OFM浓縮后的含水率为0.0066% (66ppm)。 [实施例4]
(除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMIm]BF4的浓縮液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中，加原甲酸正丙基酯(n-Propyl orthoformate; OFNP)0.81g
(0.00428mol),在8(TC条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体中的水 分反应。反应后，将OFNP水解生成的甲醇(methanol),甲酸正丙基酯
(n-Propyl formate)和没有反应的OFNP，在6(TC， 20mmHg条件下减压 浓缩1小时，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓縮3小时，得到了 目的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 OFNP后的含水率为0.0037% (37ppm)。此外，甲醇、甲酸正丙基 酯和没有反应的OFNP浓縮后的含水率为0.0046% (46ppm)。 [实施例5]
(除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMm]BF4的浓縮液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中，加入原乙酸乙酯(ethyl orthoacetate; EOA) 0.69g
(0.00425mol)在8(TC条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体中的水 分反应。反应后，将EOA水解后生成的乙醇(ethanol)、乙酸乙酯(ethyl acetate)和没有反应的EOA，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓縮1小时， 接下来在6CTC， 1 2mmHg条件下减压浓縮3小时，得到了目的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
(LBMlmjBF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 EOA后的含水率为0.0042% (42ppm)。此外，乙醇、乙酸乙酯和 没有反应的EOA的浓縮后的含水率为0.0031% (31ppm)。 [实施例6]
(除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMIm]BF4的浓縮液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中，加入原正丁酸甲酯(methyl ortho n-butyrate; MOB)0.63g
(0.00425moi),在8(TC条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体中的水 分反应。反应后，将MOB水解后生成的甲醇(methanol),正丁酸甲酯
(methyl n-butyrate)和没有反应的MOB，在60。C, 20mmHg条件下减压 浓縮1小时，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓縮2小时，得到了 目的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 MOB后的含水率为0.0038% (38ppm)。此外，甲醇、正丁酸甲酯 和没有反应的MOB浓縮后的含水率为0.0072% (72ppm)。 [实施例7]
(除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMm]BF4的浓縮液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中，加入原甲酸乙酯(ethyl orthoformate; OFE) 0.63g
(0.00425mol),在8(TC条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体中的水 分反应。反应后，将OFE经水水解后生成的乙醇(ethanol)、甲酸乙酯(ethyl formate)和没有反应的OFE，在60'C， 20mmHg条件下减压浓縮1小时， 接下来在60°C， 1 2mmHg条件下减压浓缩3小时，得到了目的产物 [BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 OFE后的含水率为0,0085% (85ppm)。此外，乙醇(ethanol)、甲酸乙酯(ethyl formate)和没有反应的OFE浓缩后的含水率为0.0054%
(54ppm)。 [实施例8]
(除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMIm]BF4的浓縮液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中,加入原正辛酸甲酯(methyl orthon-octanoate; ()EC8) 0.87g (0.00426mol)在80。C条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体 中的水分反应。反应后，将OEC8经水水解后生成的甲醇(methanol)、正 辛酸甲酯(methyl n-octanoate)和没有反应的OEC8，在6(TC， 20mmHg 条件下减压浓縮1小时，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓缩3 小时，得到了目的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 OEC8后的含水率为0.0041% (41ppm)。此外，经水水解后生成的 甲醇(methanol)、正辛酸甲酯(methyl n-octanoate)和没有反应的OEC8 浓縮后的含水率为0.0153% (153ppm)。 [实施例9]
(除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMIm]BF4的浓缩液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中，加入2，2-二甲氧基丙烷(2,2-dimethoxypropane; DMP) 0.45g (0.00432mol),在8(TC条件下搅拌6小时，与没能除去的离子液体 中的水分反应。反应后，将DMP经水水解后生成的甲醇(methanol),丙 酮(acetone)和没有反应的DMP，在60。C， 20mmHg条件下减压浓縮1 小时，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓缩3小时，得到了目的产 物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Kari-Fisher)法进行了测定。 添加了 DMP后的含水率为0.0189% (189ppm)。此外，甲醇、丙酮和没有 反应的DMP浓縮后的含水率为0.0164% (164ppm)。 [实施例10](除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMIm]BF4的浓缩液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中，加入1,1-二乙氧基乙垸(U-diethoxyethane; DEE)0,51g
(0.00432mol)，在8(TC条件下搅拌6小时，与没能除去的离子液体中的水 分反应。反应后，将DEE经水水解后生成的乙醇(ethanoi)、乙醛
(acetaldehyde)和没有反应的DEE，在60°C ， 20mmHg条件下减压浓缩 l小时，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓缩3小时，得到了目的 产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 乙醇(ethanol)、乙醛(acetaldehyde)和没有反应的DEE浓縮后的含水率 为0.0100% (100ppm)。 ' [实施例11]
(除水工序和精制工序)
将在实施例3中得到的，含有[BMIm]BF4的浓缩液中的30.0g转移到 50ml茄形烧瓶中，加入l,l-二甲氧基乙垸(l,l-dimethoxyethane; DME) 0.39g (0.00433mol)，在8(TC条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体 中的水分反应。反应后，将DME经水水解后生成的甲醇(methanol)、乙 醛(acetaldehyde)和没有反应的DME，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓 縮1小时，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓縮3小时，得到了目 的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 甲醇(methanol)、乙醛(acetaldehyde)和没有反应的DME，浓縮后的含 水率为0.0058% (58ppm)。 [实施例12]
(包括离子液体阳离子部位的盐的合成)
向500ml的四口烧瓶中，加入l-甲基咪唑(l-methylimidazole) 82.1g
(l細mol)， 1-氯丁烷(l-chlorobutane) 101.8g (l.lOOmol)以及甲苯
(toluene) 50.00g，回流(约106°C)下搅拌15小时，进行反应。反应后，在将反应液的温度冷却(自然冷却)到70。C以下后，加入超纯水100.0g， 水浴冷却到室温。
冷却后，进行分液操作除去上层的甲苯层。向下层的水层中，加入甲 苯100.0g，搅拌30分钟后，进行分液操作除去上层的甲苯层。分液操作 后的水层中，含有离子液体的阳离子部位的[BMIm]Cl。
(阴离子交换反应)
分液操作后，将含有[BMIm]Cl的水层53.8g (相当于[BMIm]Cl 0.200mol)转移到300ml的锥形瓶中，加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(lkhium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 63.2g (0.220mol)和超纯水50.0g，室温 下搅拌30分钟，进行了阴离子交换反应。反应后，分液除去上层的水层。 向下层中加入超纯水50.0g，在室温下搅拌30分钟，分液除去上层的水层。 将含有离子液体阳离子部位的下层转移到100ml茄形烧瓶中，在60°C, 20mmHg条件下减压浓缩1小时除去水分，得到以双三氟甲垸磺酰亚胺N -甲基-N ， - 丁基咪唑 (N-methyl-N'-butyl imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide; [BMIm]NTf2 )为溶剂的淡黄色液体。
(除盐工序)
接下来，向得到的淡黄色溶液中加入丙酮(acetone) 50.0g，冷却到0 5。C后，搅拌30分钟，使副产物的氯化锂(Uthium chloride)以及没有 反应的加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂 (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)结晶析出。因为没有结晶析出，使用内 径55mm的布式漏斗(buchner fonnel)进行过滤，用丙酮20.0g进行洗涤。 将过滤得到的滤液，转移到200ml茄形烧瓶中，在6(TC, 20mmHg条件下 减压浓缩2小时后，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓缩l小时， 得到了含有目的产物[BMm]NTf2的浓缩液73.8g。该浓縮液的含水率为 0.0111% (lllppm)。 (除水工序和精制工序)
向得到的浓縮液中73.8g中，加入原乙酸乙酯(methyl orthoacetate; MOA) 0.20g (0細66mo1),在8(TC条件下搅拌3小时，与没能除去的离 子液体中的水分反应。反应后，将MOA经水水解后生成的甲醇(methano1)、 乙酸乙酯(methyl acetate)和没有反应的MOA，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓缩1小时，接下来在60°C， 1 2mmHg条件下减压浓縮2小时， 得到了目的产物[BMIm]NTf2的淡黄色液体。
([BMIm]NTf2的含水率测定)NTG的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 MOA后的含水率为0.0032% (32ppm)。此外，甲醇、乙酸乙酯和 和没有反应的MOA浓缩后的含水率为0.0037% (37ppm)。 [实施例13]
(阴离子交换反应)
将在实施例12中得到的，含有[BMIm]Cl的水层79.7g (相当于 [BMIm]Cl 0.296mol)转移到300ml锥形瓶中，加入四氟硼酸钠(sodium tetrafluoroborate ) 36.2g (0.330mol)和超纯水50.0g，室温下搅拌30分钟， 进行了阴禽子交换反应。反应后，加入超纯水50.0g，分液除去上层的水 层。向下层中加入超纯水20.0g，在室温下搅拌30分钟。搅拌后，液面不 发生分离，将含有离子液体阳离子部位的溶液用丙酮(accetone) 20.0g转 移到100ml茄形烧瓶中，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓縮1小时，除去 水分，得到以四氟硼酸N -甲基N'-丁基咪唑(N-methyl-N'-butyl imidazolium tetrafluoroborate; [BMIm]BF4 )为溶剂的淡黄色浆体。
(除盐工序)
接下来，向得到的淡黄色溶液中加入丙酮(acetone) 50.0g，冷却到0 5T后，搅拌30分钟，使副产物的氯化钠(sodium chloride)以及没有反 应的四氟硼酸钠结晶析出。在结晶析出后，使用内径55mm的布式漏斗
(buchnerfonnei)进行过滤，用丙酮20.0g进行洗涤。将过滤得到的滤液， 转移到100ml茄形烧瓶中，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓縮2小时后， 接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓縮l小时，得到了含有目的产物 [BMIm]BF4的浓縮液32.7g。该浓縮液的含水率为0.0233% (233ppm)。
(除水工序和精制工序)
向得到的浓縮液32.7g中，加入原乙酸甲酯(methyl orthoacetate;MOA) 0.20g (0.001:66mo1),在80。C条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体 中的水分反应。反应后，将MOA经水水解后生成的甲醇(methanoi)、乙 酸甲酯(methyl acetate)和没有反应的MOA，在60。C， 20mmHg条件下下减压浓缩2小时，得 到了目的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。
([BMIm]BF4的含水率测定)
(阴离子交換反应)
将在实施例12中得到的，含有[BMIm]Cl的水层134.5g (相当于 [BMIm]Cl 0.500mol)转移到300ml锥形瓶中，加入96%二氰胺钠(sodium dicyanamide; NaDCA) 49.0g (0.528mol)，超纯水150.0g，在室温下搅拌 30分钟，进行了阴离子交换反应。反应后，液面不分层，将含有离子液体 阳离子部位的溶液转移到500ml茄形烧瓶中，在60。C， 20mmHg条件下减 压浓缩1小时，除去其中的水分，得到以二氰胺N-甲基-N'-丁基咪唑
(N-niethyl-N，-butyl imidazolium Dicyanamide; [BMIm]DCA)为溶齐U的淡 黄色浆体。
(除盐工序)
接下来，向得到的淡黄色溶液中加入丙酮(acetone) 100.0g，冷却到 0 5。C后，搅拌30分钟，使副产物的氯化钠(sodium chloride)以及没有 反应的二氰胺钠结晶析出。在结晶析出后，使用内径55mm的布式漏斗
(buchnerfonnel)进行过滤，用丙酮100.0g进行洗涤。将过滤得到的滤液， 转移到300ml茄形烧瓶中，在60°C ， 20mmHg条件下减压浓縮2小对后， 接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓縮l小时，得到了含有目的产物 [BMIm]DCA的浓縮液106.2g。该浓縮液的含水率为0.2794% (2794ppm)。
(除水工序和精制工序)
向得到的浓縮液106.2g中，加入原乙酸甲酯(methyl orthoacetate; MOA) 4.00g (0.0333mol),在80。C条件下搅拌3小时，与没能除去的离 子液体中的水分反应。反应后，将MOA经水水解后生成的甲醇(methano1)、 乙酸甲酯(methyl acetate)和没有反应的MOA，在6(TC， 20mmHg条件 下减压浓縮l小时，接下来在6(TC， 1 2mmHg条件下减压浓縮2小时，得到了目的产物[BMIm]DCA的淡黄色液体。
([BMIm]NTf2的含水率测定)NTf2的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 MOA后的含水率为0.0129% (129ppm)。此外，甲醇、乙酸甲酯和 和没有反应的MOA浓缩后的含水率为0.0089% (89ppm)。 [实施例15]
(包括离子液体阳离子部位的盐的合成)
向300ml的四口烧瓶中，加入三苯基膦(triphenyiphosphine) 39.3g
((U50mo1)， l一溴辛烷(1-bromooctane) 31.9g (CU65mo1)以及甲苯
(tokene) 100.0g，回流(约106。C)下搅拌14小时，使其进行反应。反 应后，在将反应液的温度冷却(自然冷却)到7(TC以下。
冷却后，进行分液操作除去上层的甲苯层。在下层的有机层中，加入 甲苯50.0g，搅拌30分钟后，进行分液操作除去上层的甲苯层。分液操后 的有机层中，含有包括离子液体的阳离子部位的溴化三苯基正辛基膦
(triphenyl n-octylphosphonium bromide)(以下禾尔为[TPPO]Br)。
(阴离子交換反应)
分液操作后，将含有[TPPO]Br的溶液82.2g (相当于[TPPO]Br (U500mo1)转移到300ml锥形瓶中，加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(l他ium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) 47.4g (0.165mol)，超纯7夂50.0g，在 室温下搅拌l小时，进行了阴离子交换反应。反应后，通过分液操作除去 了下层的水层。将含有离子液体阳离子部位的上层用丙酮(acetone) 20.0g 转移到200ml茄形烧瓶中，在6(TC，20mmHg条件下减压浓縮1小时，除 去其中的溶剂，得到含有双三氟甲烷磺酰亚胺三苯基正辛基膦(triphenyl n-octylphosphonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide;' [TPPO]NTf2)的 淡黄色溶液。
(除盐工序)
接下来，向得到的淡黄色溶液中加入丙酮(acetone) 50.0g，冷却到0 5。C后，搅拌30分钟，使副产物的溴化锂(lithium bromide)以及没有 反应的双三氟甲垸磺酰亚胺锂(lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide)
结晶析出。因为没有结晶析出，直接使用内径55mm的布式漏斗(buchnerfunnel)进行过滤，用丙酮20.0g进行洗涤。将过滤得到的滤液，转移到 200ml茄形烧瓶中，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓缩2小时后，接下来 在60。C,l 2mmHg条件下减压浓缩1小时，得到了含有目的产物 [TPP0]NTf2的浓縮液78.2g。该浓縮液的含水率为0.0732% (732ppm)。
(除水工序和精制工序)
向得到的浓縮液78.2g中，加入原乙酸甲酉旨(methyl orthoacetate; MOA) 4.00g (0.0333mol),在80'C条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体中 的水分反应。反应后，将MOA经水水解后生成的甲醇(methanol),乙酸 甲酯(methyl acetate)和没有反应的MOA，在6(TC,20mmHg条件下减压 浓縮1小时，接下来在6(TC,l 2mmHg条件下减压浓縮2小时，得到了 目的产物[TPPO]NTf2的淡黄色液体。
([TPPO]NTf2的含水率测定)NTf2的含水率，使用卡尔-费休(Kari-Fisher)法进行了测定。 添加了 MOA后的含水率为0.0369% (369ppm)。此外，甲醇、乙酸甲酯和 和没有反应的MOA浓縮后的含水率为0.0027% (27ppm)。 [实施例16]
(包括离子液体阳离子部位的盐的合成)
向300ml的四口烧瓶中，加入吡啶(pyridine) 15.8g (0.200moi)， 1-氯己烷(l-chlorohexane) 26.5g (0.220mol)以及甲苯(toluene) 50.00g， 回流(约106°C)下搅拌22小时，进行反应。反应后，在将反应液的温度 冷却(自然冷却)到7(TC以下后，加入超纯水50.5g，水浴冷却到室温。
冷却后，进行分液操作除去上层的甲苯层。在下层的有机层中，加入 甲苯50.0g，搅拌30分钟后，进行分液操作除去上层的甲苯层。分液操作 后的有机层中，含有包括离子液体的阳离子部位的氯化正己基吡啶
(N-n-hexyl Pyridini鹏chloride)(以下称为[HPy]Cl)。
(阴离子交換反应)。
分液操作后，将含有[HPy]Cl的溶液126.8g(相当于[HPy]Cl 0.200mol) 转移到300ml茄形烧瓶中，加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(lithium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide) 63.2g (0.220mol)，在室温下搅拌1小时， 进行了阴离子交换反应。反应后，通过分液操作除去了上层的水层。向下层加入超纯水50.0g后，室温搅拌30分钟，进行分液操作除去了上层的水 层。将含有离子液体阳离子部位的下辯专移到200ml茄形烧瓶中，在60 。C， 20mmHg条件下减压浓縮1小时，除去其中的溶剂，得到含有双三氟 甲烷磺酰亚胺正己基卩比啶 (N-n-hexyl Pyridinium bis (ti-ifluoromethanesulfonyl) imide; [HPy]NTG )的淡黄色溶液。 (除盐工序)
接下来，向得到的淡黄色溶液中加入丙酮(acetone) 50.0g，冷却到0 5。C后，搅拌30分钟，使副产物的氯化锂(litHium chloride)以及没有 反应的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(lkhium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) 结晶析出。因为没有结晶析出，直接使用内径55mm的布式漏斗(buchner fiinnel)进行过滤，用丙酮20.0g进行洗涤。将过滤得到的滤液，转移到 200ml茄形烧瓶中，在60。C， 20mmHg条件下减压浓縮3小时后，接下来 在6(TC，l 2mmHg条件下减压浓縮1小时，得到了含有目的产物 [HPy]NTf2的浓缩液93.4g。该浓縮液的含水率为0.0069% (69ppm)。
(除水工序和精制工序)
向得到的浓縮液93.4g中，加入原乙酸甲酯(methyl orthoacetate;MOA) 0.20g (0.00166mol)在8(TC条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体 中的水分反应。反应后，将MOA经水水解后生成的甲醇(methanol),乙 酸甲酯(methyl acetate)和没有反应的MOA，在60。C,20mmHg条件下减 压浓縮1小时，接下来在6(TC,l 2mmHg条件下减压浓縮2小时，得到 了目的产物[HPy]NTf2的淡黄色液体。
([HPy]NTf2的含水率测定)NTf2的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 MOA后的含水率为0.0000% (Oppm)。此外，甲醇、乙酸甲酯和没 有反应的MOA浓縮后的含水率为0.0000% (Oppm)。 [实施例17]
(包括离子液体阳离子部位的盐的合成)
向200ml的四口烧瓶中，加入三乙基胺(triethylamine)20.2g(0.200mo1)， 1-溴己烷(l-bromohexane) 36.3g (0.220mol)以及甲苯(toluene) 50.0g， 回流(约106"C)下搅拌23小时，使其进行反应。反应后，在将反应液的温度冷却(自然冷却)到7(TC以下后,加入超纯水50.0g，水浴冷却到室温。 冷却后，进行分液操作除去上层的甲苯层。在下层的水层中，加入甲 苯50.0g，撹拌30分钟后，进行分液操作除去上层的甲苯层。分液操后的 有机层中，含有包括离子液体的阳离子部位的溴化三乙基正己基胺
(triethyl n-hexyl ammonium bromide)(以下称为[TEHA]Br)。
(阴离子交換反应)
分液操作后，将含有[TEHA]Br的溶液94.0g (相当于[TEHA]Br 0.200mol)转移到300ml茄形烧瓶中；加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) 63.2g (0.220mol)，在室温下搅拌1小 时，进行了阴离子交换反应。反应后，通过分液操作除去了上层的水层。 向下层加入超纯水50.0g后，室温搅拌30分钟，进行分液操作除去了上层 的水层。将含有离子液体阳离子部位的下层转移到200ml茄形烧瓶中，在 6CTC,20mmHg条件下减压浓缩1小时，除去其中的溶剂，得到含有三氟甲 烷磺酰亚胺三乙基正己基胺(triethyl n-hexyl ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide; [TEHA]NTf2)的淡黄色溶液。
(除盐工序)
接下来，向得到的淡黄色溶液中加入丙酮(acetone) 50.0g，冷却到0 5。C后，搅拌30分钟，使副产物的氯化锂(lithium chloride)以及没有 反应的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) 结晶析出。因为没有结晶析出，直接使用内径55mm的布式漏斗(buchner fonnel)进行过滤，用丙酮20.0g进行洗涤。将过滤得到的滤液，转移到 200ml茄形烧瓶中，在6(TC， 20mmHg条件下减压浓縮2小时后，接下来 在6(TC,l 2mmHg条件下减压浓縮1小时，得到了含有目的产物 [TEHA]NTG的浓縮液73.7g。该浓縮液的含水率为0.0085% (85ppm)。 (除水工序和精制工序) .向得到的浓縮液73.7g中，加入原乙酸甲酯(methylorthoacetate;MOA) 0.20g (0.00166mol)在80。C条件下搅拌3小时，与没能除去的离子液体 中的水分反应。反应后，将MOA经水水解后生成的甲醇(methanol)、乙 酸甲酯(methyl acetate)和没有反应的MOA，在6(TC,20mmHg条件下减 压浓縮1小时，接下来在6(TC,l 2mmHg条件下减压浓縮2小时，得到了目的产物[TEHA]NTf2的淡黄色液体。 ([TEHA]NTf2的含水率测定)NTf2的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 添加了 MOA后的含水率为0.0030% (30ppm)。此外，甲醇、乙酸甲酯和 和没有反应的MOA浓縮后的含水率为0.0042% (42ppm)。
将在实施例3中得到的，含有[BMIm]BF4的浓縮液(含水率为0.1284% (1284ppm))中的30.0g转移到50ml茄形烧瓶中，在60°C ， 1 2mmHg 条件下减压浓縮6小时，得到了目的产物[BMIm]BF4的淡黄色液体。BF4的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 减压浓縮后的含水率为0.0389% (389ppm)。 [比较例2]
向在实施例14中得到的[BMIm]DCA中加入超纯水，将含水率调整为 0.3919% (3919ppm)。将[BMIm]DCA 30.0g在60°C ， 1 2mmHg条件下减 压浓縮8小时，得到了目的产物[BMIm]DCA的淡黄色液体。DCA的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 减压浓缩后的含水率为0.1197% (1197ppm)。 [比较例3]
向在实施例14中得到的[BMIm]DCA中加入超纯水，将含水率调整为 0.3528% (3528ppm)。将[BMIm]DCA20.0g中，加入分子筛(3A) l.Qg， 搅拌10分钟后，静置一个晚上，再搅拌一个晚上，进行了脱水处理。DCA的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。 静置一个晚上后的含水率为0.2583% (2583ppm)。搅拌一个晚上后的含水 率为0.1351% (1351ppm)。 [比较例4]
向在实施例14中得到的[BMIm]DCA中加入超纯水，将含水率调整为 0.3528% (3528ppm)。向[BMIm]DCA20.0g中，加入硅胶(蓝色，中等颗 粒)l.Og，搅拌10分钟后，静置一个晚上，再搅拌一个晚上，进行了脱水 处理。DCA的含水率，使用卡尔-费休(Karl-Fisher)法进行了测定。静置一个晚上后的含水率为0.3707% (3707ppm)。搅拌一个晚上后的含水 率为0.3803% (3803ppm)。
本发明所涉及的制备方法，如上所述，包括向熔盐液中添加可以被水 分水解的上述通式(1)所示的化合物的除水工序。
由此，可以大幅度縮短除水所需要的时间，同时不使用分子筛和硅胶 等的吸附剂就可以除去水分。
也就是说，与制备的离子液体的种类无关，可以低成本而且在短时间 内除去熔盐液中的水分。
发明的详细说明中记载的具体实施方案以及实施例，不过是用于明确
本发明的技术内容，不应被狭义理解为局限于这些具体例，在本发明的精 神以及权利要求书的范围内，可以加以各种变更来进行实施。 (工业上的利用可倉f性)
应用本发明所涉及的离子液体的制备方法所制备的离子液体，适合于
应用在有机合成中的反应溶剂、以及电解液或溶解了电解质的电解液组合 物、染色敏化太阳能电池、燃料电池、锂离子二次电池、以及双电荷层电容 器等的电子器件中。
权利要求
1.一种离子液体的制备方法，从含有由阳离子部位和阴离子部位组合而成的熔盐的熔盐液，制备以熔盐为主成分的离子液体，其特征在于，包括在上述熔盐液中混合由下述通式(1)表示的化合物的除水工序，[化学式1]在该通式中，R1～R4中至少2个表示碳原子数1～8的烷氧基，其余表示氢原子或碳原子数1～8的烷基。
2. 如权利要求1所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 还包括合成上述熔盐的合成工序，并且，在上述除水工序中，向从上述合成工序中得到的熔盐液中混合上述化合物。
3. 如权利要求1或者2所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 上述通式(1)表示的化合物是縮醛或者原酸酯化合物。
4. 如权利要求3所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 上述縮醛或者原酸酯化合物是二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、1,1-二甲氧基乙烷、l，l-二乙氧基乙烷、1,1-二甲氧基丙烷、1,1-二乙氧基丙烷、 2,2-二甲氧基丙烷、2,2-二乙氧基丙烷、1,1-二甲氧基丁烷、1,1-二乙氧基丁 烷、2， 2-二甲氧基丁烷、2， 2-二乙氧基丁烷、原甲酸甲酯、原甲酸乙酯、 原乙酸甲酯或者原乙酸乙酯。
5. 如权利要求1或者2所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 还包括从上述除水工序中得到的混合物中除去下述通式(2)所示的化合物或下述通式(3)所示的醇的至少一方的精制工序， [化学式2]<formula>formula see original document page 3</formula>…(2)R5 R6该通式中，R5以及R6表示氢原子、碳原子数1 8的烷基或烷氧基， [化学式3]R7 —OH …(3)该通式中，FJ表示碳原子数1 8的烷基。
6. 如权利要求5所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 上述通式(2)所示的化合物是酮、醛或酯。
7. 如权利要求5所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 上述通式(2)所示的化合物以及上述通式(3)所示的醇的沸点是200'C以下。
8. 如权利要求1或者2所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 上述阳离子部位是下述通式(4)所示的季铵阳离子，或者是具有含氮杂环骨架的阳离子， ' [化学式4]<formula>formula see original document page 3</formula>该通式中，R8 R"表示饱和烷基、不饱和垸基、环烷基、杂环基、芳 基或垸氧基烷基。
9.如权利要求8所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 具有上述杂环骨架的阳离子是下述通式(5)、下述通式(6)所示的吡啶阳呙子或下述通式(7)所示的三嗪衍生物阳离子:[化学式5]N o『+ ) z …(5)R15R14在该通式中，1112 1116表示氢原子、饱和烷基、不饱和烷基、环烷基、 或垸, j学式6]在该通式中，R" r22表示氢原子、饱和烷基、不饱和烷基、环烷基、 芳基或烷氧基烷基， _ [化学式7]在该通式中，R23 R26表示氢原子、饱和烷基、不饱和烷基、环烷基、 芳基或垸氧基烷基。
10.如权利要求1或者2所述的离子液体的制备方法，其特征在于， 上述阳离子部位是下述通式(8)所示的季磷阳离子、或具有含磷杂环骨架的阳离子，[化学式8]R27R30— P+—R28 …(8) R29在该通式中，R27 R3。表示饱和烷基、不饱和烷基、环烷基、杂环基、 芳基、乙烯基或烷氧基烷基。
11. 如权利要求1或者2所述的离子液体的制备方法，其特征在于，上述阴离子部位是卤化物离子、三氟甲磺酸阴离子、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、硝酸根离子、硫酸根离子、N (CF3S02) 2—、 N (CN) 2-、 C (CN)3-、 CH3OS03—、 (C2H5)2P04—、 N(C2F5S02)2—、 N(CF3CO) 2—、 N (CF3S02) (CF3CO) —、 N (FS02) 2—或.CF3COO—。
12. —种离子液体，其由如权利要求1 11中任意一项所述的离子液 体的制备方法所制备。
13. 如权利要求12所述的离子液体，其特征在于，上述通式(2)所 示的化合物以及上述通式(3)所示的醇的浓度为200卯m以下。
全文摘要
本发明提供一种离子液体的制备方法，该方法包括在含有由阳离子部位和阴离子部位组合而成的熔盐的熔盐液中，混合由下述通式(1)(通式中，R¹～R⁴中至少2个表示碳原子数1～8的烷氧基，其余表示氢原子或碳原子数1～8的烷基)表示的化合物的除水工序。由此，不论是亲水性还是疏水性，都能去除熔盐液中的水分。其结果，能够制造的离子液体的种类不受限制，并且能够以低成本、短时间内容易地去除熔盐液中所含的水分。
文档编号C07D233/58GK101679292SQ20088001951
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月11日 优先权日2007年6月12日
发明者三井均, 园部兼士, 柳日馨, 福山高英 申请人:日宝化学株式会社