2021 Fiscal Year Research-status Report
グリーン・サスティナブルケミストリーを指向した実用的なフルオラスイオン液体の創製
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21K05144
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
本田 光典 金沢大学, 物質化学系, 教授 (60242533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 孝浩 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (90272947)
須田 光広 金沢大学, 理工研究域, 技術専門職員 (10377400)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | フルオラス / イオン液体 / ハイブリッド材料 / シリル基 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、粘性の低いフルオラスイオン液体の合成を検討し、このハイブリッド溶媒を実用的な材料へと発展させることにある。また一方で、本申請による研究の下、更なるフルオラス性の向上を目指す。フルオラス性を増強するには単純にパーフルオロアルキル基の数を増やせば良いと考えられるが、その特異な凝集作用も同時に強くなるため、単なる増数では粘性が高くなると予想される。この二律背反を解決するための新たなフルオラスタグの開発を標的とする。
フルオラスタグに適した構造を検索するために、ケイ素原子上にパーフルオロアルキル基を3つもつシリル基を導入したハロゲン化アルキルの合成を検討した。具体的には、トリデカフルオロヨードオクタンをt-ブチルリチウムで処理した後、3-クロロプロピルトリクロロシランまたは4-(クロロメチル)フェニルトリクロロシランと反応させた化合物を、ヨウ化ナトリウムを用いてハロゲン交換し、ハロゲンとシリル基の間にメチレンスペーサーを３つ、またはベンジル基をもつ２種のシリルアルキルヨージドを得た。
以上に述べたケイ素原子上にパーフルオロアルキル基を3つもつシリルアルキル基をフルオラスタグとして用い、ピロリジン、またはイミダゾールの窒素原子上に２つのタグをもつヨージド塩を合成し、アニオン交換によりライブラリーを構築した。
合成したイオン液体のフルオラス性を、一般的な有機溶媒とフルオラス溶媒によって液-液抽出を行い、分配係数を算出して見積もったところ、いずれのアンモニウム塩も極めて高い値を示した。
以上の結果は、タグを構成する骨格の改変によりイオン液体の高いフルオラス性を維持したままで、融点や粘度低下させる可能性があることを示唆するものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度における本研究の目的は、ケイ素原子上にパーフルオロアルキル基を3つもつシリル基を有するハロゲン化アルキルを合成し、その際にハロゲンとシリル基の間に種々のスペーサをもつものを合成し、これをフルオラスタグとして調製することにある。これらのタグを導入したイオン液体を合成することにより、高いフルオラス性を維持しながら、タグの構造とイオン液体の粘度の相関を調査し、低粘性のハイブリッドイオン液体のライブラリー構築を目指した。
本研究では、ハロゲンとシリル基の間にメチレンスペーサーを３つ、またはベンジル基をもつ２種のシリルアルキルヨージドを調製し、これらをフルオラスタグとして用いてピロリジン、またはイミダゾールの窒素原子上に２つのタグをもつヨージド塩の合成に成功した。これらを種々アニオン交換して対応する塩に変換したところ、ベンジル骨格を有するタグをもつものの一部に融点が高いものがあったが、それ以外は概ね液体となり、これらが新規イオン液体として利用可能であることを明らかにした。得られた塩類についてトルエン／パーフルオロメチルシクロヘキサンに対する分配係数を求め、フルオラス性を算出して見積もったところ、固体、液体の区別無くいずれのアンモニウム塩も極めて高い値を示した。
上述のように、ケイ素原子上にパーフルオロアルキル基を3つもつシリル基を有するタグを導入したアンモニウム塩を合成することにより、高いフルオラス性をもつイオン液体の合成に成功し、タグ中のスペーサー部分の構造と融点や粘度の相関の解明も進行している。しかしながら、スペーサー部分におけるアルキル鎖の骨格変更だけでは物性の調整に限界があることが明らかになりつつあり、現時点で全体として概ね予定通りと考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に得られた知見をもとに、ケイ素原子上にパーフルオロアルキル基を3つもつシリル基を導入したシロキサン構造を構築する。近年シロキサン骨格の導入によってイオン液体の粘度の高さの解決が図られている。また、トリシロキサンを側鎖にもつ塩が従来のイオン液体に比べ粘度が低く分子拡散が速いことも報告されている。加えて、シロキサンを有する塩は高い熱安定性を示すことも分かっており、シロキサン骨格をフルオラスイオン液体に導入すれば低粘性かつ分子拡散速度の速い、新規機能性イオン液体となることが期待できる。そこで、パーフルオロアルキル基を導入したシロキサン構造をタグとして利用するにあたり、シロキサン骨格の鎖長を望むままにコントロールする手法を開発する。得られるシロキサン構造をタグとして用い、ピロリジン、またはイミダゾールの窒素原子上に２つのタグをもつ塩類の合成を検討し、生成するイオン液体の粘度を低下させる。また、シロキサン構造へのパーフルオロアルキル基の導入数や導入部位の調整を図り、フルオラス性や粘性等の物性のチューニングの可能性を見極めたい。
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