(57)【要約】本発明は、イオン性液体を製造するための電気化学的プロセスに関するこのイオン性液体は、疎水性および親水性のイオン性液体であり得る。このイオン性液体は、電気化学セルを電気分解に供することによって、作製され得る。アノードおよびカソードを含む電気化学セルにおいてイオン性液体を調製するためのプロセスであって、該プロセスは、以下：（１）生成されるイオン性液体のための所望のカチオンを含む第１の溶液、および該生成されるイオン性液体のための所望のアニオンを含む第２の溶液を用いて、セルを荷電する工程；（２）該セルを電気分解に供し、溶液中に該所望のイオン性液体を生成する工程；および（３）該イオン性液体を回収する工程、を包含する、プロセス。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードおよびカソードを含む電気化学セルにおいてイオン性液体を調製するためのプロセスであって、該プロセスは、以下：
（１）生成されるイオン性液体のための所望のカチオンを含む第１の溶液、および該生成されるイオン性液体のための所望のアニオンを含む第２の溶液を用いて、セルを荷電する工程；
（２）該セルを電気分解に供し、溶液中に該所望のイオン性液体を生成する工程；および
（３）該イオン性液体を回収する工程、
を包含する、プロセス。
【請求項２】
前記第１の溶液が、オニウム塩の水溶液を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記オニウム塩が、置換または非置換のアンモニウム、ホスホニウム、およびスルホニウムからなる群から選択されるカチオンを含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記カチオンが、置換または非置換のピリジニウム、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、イミダゾリニウム、メチルピロリジニウム、イソチアゾリウム、イソキサゾリウム、オキサゾリウム、ピロリウム、およびチオフェニウムからなる群から選択される、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記カチオンが、アルキル基およびアリール基からなる群から選択される１つ以上の基によって置換されたアンモニウムカチオンである、請求項３に記載のプロセス。
【請求項６】
前記オニウム塩が、ハライド、水酸化物、ホルマート、アルキルスルフェート、トリフレート、トリフルオロアセテート、パーフルオロアルキルカルボキシレート、パーフルオロアルキルスルホネート、およびメチルカーボネートからなる群から選択されるアニオンを含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項７】
前記第２の溶液が、水溶液である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記水溶液が、有機塩、無機塩、有機酸、および無機酸からなる群から選択される、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記水溶液が、酢酸、硝酸、およびそれらの塩からなる群から選択される、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記イオン性液体が、親水性のイオン性液体である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記親水性のイオン性液体が、ＢＭＩＭアセテート、ＢＭＩＭニトレート、ＢＭＩＭトリフレートからなる群から選択される、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記イオン性液体が、エバポレーション、逆浸透、浸透気化法、結晶化、蒸留、共沸蒸留、および乾燥剤によって溶液中の該イオン性液体から回収される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記イオン性液体が、エバポレーションによって、溶液中の該イオン性液体から回収される、請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記電気化学セルが、分割するための手段によって２つ以上の区画に分割される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記分割するための手段が、膜、ナノポア材料、ダイヤグラム、およびアスベストからなる群から選択される、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記膜が、カチオン交換膜、アニオン交換膜、および双極性膜からなる群から選択される、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
ガス状の副生成物が生成される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記ガス状の副生成物が、水素、アンモニア、二酸化炭素、または窒素である、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
請求項１に記載のプロセスの生成物。
【請求項２０】
９９％より高い純度を有するイオン性液体を含む、組成物。
【請求項２１】
アノードおよびカソードを含む電気化学セルにおいてイオン性液体を調製するためのプロセスであって、該プロセスは、以下：
（１）（ａ）電気分解に供せられる際に、生成される該イオン性液体のための所望のカチオンを生成する第１の溶液、および（ｂ）電気分解に供せられる際に、生成される該イオン性液体のための所望のアニオンを生成する第２の溶液、を用いて、セルを荷電する工程；
（２）該セルを電気分解に供し、溶液中で該所望のイオン性液体を生成する工程；および
（３）該イオン性液体を回収する工程、
を包含する、プロセス。
【請求項２２】
前記生成されるイオン性液体のための所望のカチオンが、オニウムカチオンを含む、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記オニウムカチオンが、置換または非置換のアンモニウム、ホスホニウム、およびスルホニウムからなる群から選択されるカチオンを含む、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記カチオンが、置換または非置換のピリジニウム、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、イミダゾリニウム、メチルピロリジニウム、イソチアゾリウム、イソキサゾリウム、オキサゾリウム、ピロリウム、およびチオフェニウムからなる群から選択される、請求項２３に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記第２の溶液が、有機塩、無機塩、有機酸、および無機酸からなる群から選択される水溶液である、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記イオン性液体が、親水性のイオン性液体である、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２７】
ガス状の副生成物が生成される、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２８】
請求項２１に記載のプロセスの生成物。
【請求項２９】
アノードおよびカソードを含む電気化学セルにおいてイオン性液体を調製するためのプロセスであって、該プロセスは、以下：
（１）（ａ）生成される該イオン性液体のための所望のカチオンを含む第１の溶液、および（ｂ）電気分解に供せられる際に、該生成されるイオン性液体のための所望のアニオンを生成する第２の溶液、を用いて、セルを荷電する工程；
（２）該セルを電気分解に供し、溶液中に所望のイオン性液体を生成する工程；および
（３）該イオン性液体を回収する工程、
を包含する、プロセス。
【請求項３０】
前記生成されるイオン性液体のための所望のカチオンが、オニウムカチオンを含む、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記オニウムカチオンが、置換または非置換のアンモニウム、ホスホニウム、およびスルホニウムからなる群から選択される、請求項３０に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記カチオンが、置換または非置換のピリジニウム、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、イミダゾリニウム、メチルピロリジニウム、イソチアゾリウム、イソキサゾリウム、オキサゾリウム、ピロリウム、およびチオフェニウムからなる群から選択される、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記第２の溶液が、有機塩、無機塩、有機酸、および無機酸からなる群から選択される水溶液である、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記イオン性液体が、親水性のイオン性液体である、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３５】
ガス状の副生成物が生成される、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３６】
請求項２９に記載のプロセスの生成物。
【請求項３７】
アノードおよびカソードを含む電気化学セルにおいてイオン性液体を調製するためのプロセスであって、該プロセスは、以下：
（１）（ａ）電気分解に供せられる際に、生成される該イオン性液体のための所望のカチオンを生成する第１の溶液、および（ｂ）生成される該イオン性液体のための所望のアニオンを含む第２の溶液、を用いて、セルを荷電する工程；
（２）該セルを電気分解に供し、溶液中に所望のイオン性液体を生成する工程；および
（３）該イオン性液体を回収する工程、
を包含する、プロセス。
【請求項３８】
前記生成されるイオン性液体のための所望のカチオンが、オニウムカチオンを含む、請求項３７に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記オニウムカチオンが、置換または非置換のアンモニウム、ホスホニウム、およびスルホニウムからなる群から選択される、請求項３８に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記カチオンが、置換または非置換のピリジニウム、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、イミダゾリニウム、メチルピロリジニウム、イソチアゾリウム、イソキサゾリウム、オキサゾリウム、ピロリウム、およびチオフェニウムからなる群から選択される、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記第２の溶液が、有機塩、無機塩、有機酸、および無機酸からなる群から選択される水溶液である、請求項３７に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記イオン性液体が、親水性のイオン性液体である、請求項３７に記載のプロセス。
【請求項４３】
ガス状の副生成物が生成される、請求項３７に記載のプロセス。
【請求項４４】
請求項３７に記載のプロセスの生成物。
【請求項４５】
イオン性液体を調製するためのプロセスであって、該プロセスは以下：
（１）電気化学セルにおいて前駆体溶液から該イオン性液体を生成する工程；
（２）該前駆体溶液を該所望のイオン性液体に転化する工程；および
（３）該所望のイオン性液体を回収する工程、
を包含する、プロセス。
【請求項４６】
前記前駆体溶液が、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、アセテート、およびホルマートからなる群から選択されるアニオンを含む、請求項４５に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記転化が、酸を使用する工程を包含する、請求項４５に記載のプロセス。
【請求項４８】
前記酸が、酢酸、硝酸、トリフルオロメタンスルホン酸、メタンスルホン酸、および硫酸からなる群から選択される、請求項４７に記載のプロセス。
【請求項４９】
イオン性液体を含む組成物であって、ここで、該イオン性液体の純度が約９８重量％より高い、組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば化学反応において有機溶媒を置き換えるのに有用であるイオン性液体を製造するための電気化学的プロセスに関する。本発明は、特に、高純度の親水性のイオン性液体を作製するのに有用である。
【背景技術】
【０００２】
イオン性液体は、周囲の温度または周囲の温度付近において液体である塩である。イオン性液体は、多くの用途を有し、これらの用途には、化学プロセスおよび反応において有機溶媒を置き換えること、廃水流からキャパシタおよびバッテリのようなデバイスにおける電解質として有機化合物を抽出することが挙げられる。これは、従来の有機溶媒とは異なり、イオン性液体は不揮発性でかつ不燃性であるからである。これらの特性は、エバポレーションによる損失を軽減し、揮発性有機化合物の放出をなくし、そして安全性を改善するのを助けるのに有利である。
【０００３】
イオン性液体の他の特性もまた有利であることが証明されてきている。例えば、多くのイオン性液体は、液体を保つ広い温度範囲を有し、また広いｐＨ範囲にわたって安定である。これは、要求するｐＨを有する高温プロセスに有利である。さらに、いくつかのイオン性液体系が、溶媒および触媒の両方として使用され得る。例えば、［ｂｍｉｍ］−Ａｌ２Ｃｌ７および［ｅｍｉｍ］−Ａｌ２Ｃｌ７は、Ｆｒｉｅｄｅｌ−Ｃｒａｆｔｓ反応における溶媒および触媒として利用され得、ここでｂｍｉｍは、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムであり、ｅｍｉｍは１−エチル−３−メチルイミダゾリウムである。
【０００４】
イオン性液体は、従来、メタセシス（すなわち、二重分解反応）によって調製され、これによって、２つの化合物の反応は、２つの新しい化合物を形成し、そのうちの１つは、イオン性液体である。例えば、［ｅｍｉｍ］ＣｌとＡｇＮＯ３との反応は、［ｅｍｉｍ］ＮＯ３およびＡｇＣｌを生成する。
【０００５】
不幸にも、このようなメタセシス反応は、１モルの廃棄物（例えば、生成物１モルあたり１モルのＡｇＣｌ）を生成する。さらに、イオン性液体は、しばしば、不完全な反応由来の不純物および溶媒夾雑物を含む。メタセシスに伴うさらなる問題は、そのメタセシスが、生成される２つの化合物の分離を必要とすることである。これは、イオン性液体が疎水性である場合には容易に達成され得るが、イオン性液体が親水性である場合にはより困難である。さらに、必要とされる試薬（例えば、ＡｇＮＯ３）は、高価でありかつリサイクルが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の理由のために、イオン性液体を調製するための新しいプロセスを見出すことが望ましい。このようなプロセスが少量の廃棄物および不純物を伴い有機溶媒を使用することなく、疎水性および親水性のイオン性液体を作製し得る場合、さらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
有利なことに、イオン性液体を作製するための新しいプロセスが、見出されてきている。このプロセスは、アノードおよびカソードを含む電気化学セルを使用することを含む。このセルは、溶液を用いて荷電され、所望のイオン性液体を生成するために電気分解に供せられる。次いで、イオン性液体が回収される。あるいは、イオン性液体の前駆体が、電気化学セル内で作製される。次いで、この前駆体は、所望のイオン性液体に、化学的にまたは他の方法で転化される。本発明のプロセスは、９９％以上の純度を有するイオン性液体を生成し得る。
【０００８】
（発明の詳細な説明）
本明細書において使用される「イオン性液体」とは、カチオンおよびアニオンを含む塩を意味する。この塩は、周囲の温度または周囲の温度付近において液体である。
【０００９】
本明細書において使用される「親水性のイオン性液体」とは、部分的にまたは全体的に水と混和性であるイオン性液体を意味する。
【００１０】
本明細書において使用される「疎水性のイオン性液体」とは、周囲の条件下で水と比較的非混和性である、すなわち二相を形成するイオン性液体を意味する。
【００１１】
本明細書において使用される「組成物」には、組成物を含む材料の混合物、およびこの組成物を含む材料の反応または分解によって形成される生成物が挙げられる。
【００１２】
本明細書において使用される、金属の「混合物」には、合金のような２つ以上の金属の密接混合物、ならびに１つ以上の金属上にコートされた１つ以上の金属を意味する。
【００１３】
本明細書において使用される「から誘導体化される」とは、特定の材料から作製される、または混合されることを意味するが、必ずしもこれらの材料の単純な混合物から構成されない。特定の材料「から誘導体化される」物質は、元の材料の単純な混合物であり得、そしてこれらの材料の反応生成物を含み得、または全体的に元の材料の反応生成物または分解生成物でさえあり得る。
【００１４】
本明細書に記載される任意の数値は、任意の低い値と任意の高い値との間に少なくとも２単位の差がある場合に、１単位の増分での低い値から高い値までの全ての値を含む。例として、成分の量、または例えば、温度、圧力、時間などのようなプロセス変数の値が、例えば、１〜９０、好ましくは２０〜８０、より好ましくは３０〜７０であることが言及される場合、１５〜８５、２２〜６８、４３〜５１、３０〜３２などのような値が本明細書中に明確に列挙されることが意図される。１未満である値の場合、１単位は、０．０００１、０．００１、０．０１または０．１が適切であるとして考慮される。これらは、具体的に意図されるものの例に過ぎず、列挙された最小値と最大値との間の数値の全ての可能な組み合わせが、同様な様式で本願に明確に言及されることが考慮される。
【００１５】
（電気化学セル）
本発明のプロセス全てが、電気化学セルを電気分解に供することを含む。このタイプの電気化学セルは、例えば、出発物質、作製されるイオン性液体、所望される純度、使用されるカソードおよびアノード、ならびに使用される特定の方法に依存して、変更される。適切なアノード、カソード、セル構成、およびセルを分割するための手段は、米国特許第４，７１４，５３０号；同第５，８５３，５５５号；同第５，９６８，３３８号；および同第５，９５１，８４５号に記載され、これらは全体を通して、参考として援用される。用語「電気化学セル」は、例えば、電解セルおよび電気透析セルの両方を含む。
【００１６】
一般に、電気化学セルは、１つ以上のカソードおよび１つ以上のアノードを含み、１つの電解槽から作製され得るか、または並行または直列で２つ以上の電解槽から作製され得る。カソードは、それが所望の生成物を生成するのに十分な自由電子を提供する限り、任意のサイズ、形状、または材料のいずれかであり得る。適切なカソードには、例えば、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、ニッケルめっきチタン、グラファイト、カーボン鋼（鉄）またはそれらの組み合わせが挙げられる。適切なアノードには、例えば、チタン、タンタル、ジルコニウム、ハフニウム、またはそれらの混合物が挙げられる。しばしば、アノードは、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムまたはそれらの混合物もしくは酸化物のような金属性貴金属を含み得る非不動態性の触媒フィルムを有する。
【００１７】
セルはまた、セルを２つ以上の区画に分割するための手段を含み得る。これらの区画は、一般に、カソードおよびカソード液を収容するカソード液区画、ならびにアノードおよびアノード液を収容するアノード液区画を備える。仕切るための手段には、例えば、膜、ナノポア材料、ダイヤグラム、アスベストなどが挙げれ得る。仕切り膜の型には、カチオン交換膜、アニオン交換膜、および双極性膜が挙げられ得る。このような仕切るための手段の用途は、米国特許第４，７１４，５３０号；同第５，８５３，５５５号；同第５，９６８，３３８号；および同第５，９５１，８４５号において議論され、これらは全体を通して参考として援用される。
【００１８】
（電気化学セルの溶液）
本発明のプロセスは、通常、セルを電解に供した際にイオン性液体またはイオン性液体前駆体を形成する溶液を用いて電気化学セルを荷電することを含む。この溶液は、電解に供せられる際に所望のイオン性液体またはイオン性液体前駆体が形成される限り、任意の順番で電気化学セル内に導入され得るか、またはセル内にインサイチュで作製されることさえあり得る。
【００１９】
一般に、電気化学セルは、少なくとも２つの溶液で荷電される。１つの溶液（本明細書以下、「第１の溶液」）は、生成されるイオン性液体の所望のカチオンを含む溶液であるか、または電解に供せられた際に所望のカチオンを生成する溶液である。別の溶液（本明細書以下、「第２の溶液」）は、生成されるイオン性液体の所望のアニオンを含む溶液であるか、または電解に供せられた際に所望のアニオンを生成する溶液である。いくつかの適用の場合、所望のカチオンは、異なるカチオンの混合物であり得、そして／または所望のアニオンは、異なるアニオンの混合物であり得る。一般に、この溶液は水性であるが、電解条件下で有意に反応しない任意の溶媒が、使用され得る。
【００２０】
溶液の濃度は、電解反応が起こり所望の純度で所望のイオン性液体を生成するのに十分に溶液が濃縮される限り、特に重要ではない。一般に、溶液の濃度は、少なくとも約０．５Ｍ、好ましくは少なくとも約１Ｍ、最も好ましくは少なくとも約１．５Ｍであるべきである。一方で、溶液の濃度は、一般に、約３Ｍ未満、好ましくは約２．５Ｍ未満、最も好ましくは約２Ｍ未満であるべきである。
【００２１】
（生成されるイオン性液体のカチオン）
生成されるイオン性液体の所望のカチオンには、例えば、「オニウム」カチオンが挙げられる。オニウムカチオンには、置換または非置換のアンモニウム、ホスホニウム、およびスルホニウムカチオンのようなカチオンが挙げられる。好ましいオニウムカチオンには、例えば、置換または非置換のＮ−アルキル（Ｎ−ａｌｙｋｌ）またはＮ−アリールピリジニウム、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、イミダゾリニウム、メチルピロリジニウム、イソチアゾリウム、イソキサゾリウム、オキサゾリウム、ピロリウム、およびチオフェニウムが挙げられる。置換基には、以下の基：ハロ、アルキル、およびフェニルのようなアリール基の１つ以上が挙げられる。さらに、２つの隣接する置換基は、一緒に結合して、アルキレン基を形成し得、それによってＮ上で集束する環構造を形成する。アルキル基、フェニル基、およびアルキレン基は、さらに置換され得る。別の特に好ましいカチオンは、アルキル基およびアリール基（例えば、フェニル）のような１つ以上の基によって置換されたアンモニウムカチオンである。多くのこのようなカチオンおよび置換されたカチオンは、米国特許第５，８２７，６０２号および同第５，９６５，０５４号に記載され、これらは全体を通して参考として援用される。
【００２２】
上記のように、イオン性液体の所望のカチオンは、生成されるイオン性液体の所望のカチオンを含む溶液の一部であり得るか、または所望のカチオンは、電解に供せられた際に所望のカチオンを生成する溶液から生成され得る。いずれの場合において、代表的には、好ましくは、生成されるイオン性液体の所望のアニオンと異なる随伴したアニオンが存在する。このアニオンの種類は、それが所望のイオン性液体の形成を妨害しない限り、重要ではない。適切なアニオンには、例えば、クロロ、フルオロ、ブロモ、およびヨードのようなハライドアニオン、水酸化物、エチルスルフェート、トリフレート、ホルマート、アルキルスルフェート、トリフレート、トリフルオロアセテート、パーフルオロアルキルカルボキシレート、パーフルオロアルキルスルホネート、およびメチルカーボネートなどが挙げられる。
【００２３】
生成されるイオン性液体の所望のカチオンを含む溶液がまた、望ましくないアニオンとして、電気化学的にまたは他の方法で、水素、アンモニア、二酸化炭素、または窒素のようなガス状副生成物に転化されるアニオンを含むプロセスを使用することもまた、しばしば有利である。この様式において、望ましくないガスが溶液から発生し、イオン性液体の所望のイオンから分離される溶液中において望ましくないイオンはほとんど存在しない。
【００２４】
（生成されるイオン性液体のアニオン）
生成されるべきイオン性液体の所望のアニオンは、溶液の一部としてセルを荷電し得るか、電気分解を受けるときに、所望のアニオンを生成する溶液から生成され得る。例えば、アセテートがこのイオン性液体の所望のアニオンである場合、そのときは、酢酸溶液が採用され得るか、またはアルデヒドもしくはエステル溶液が採用され得、そして酢酸溶液に電気化学的に転換される。
【００２５】
所望のアニオンがセルを荷電する溶液の一部である場合、そのときは、一般に、好ましくは、生成されるべきイオン性液体の所望のカチオンとは異なる関連カチオンが存在する。関連するカチオンのタイプは、それが所望のイオン性液体の形成を妨害しない限り、重要ではない。適切な関連するカチオンは、例えば、水素、アンモニウム、ナトリウム、ホスホニウム、スルホニウム、カリウムなどを包含する。所望のアニオンを生成する溶液の例は、有機塩、無機塩、有機酸、および無機酸を包含する。好ましい溶液は、酢酸、硝酸、およびそれらの塩の水性溶液を含む。
【００２６】
生成されるべきイオン性液体の所望のアニオンを含む溶液がまた、所望されないカチオンとして、電気化学的に、またはそうでなければガス状副産物（例えば、水素、アンモニア、二酸化炭素、または窒素）に変換されるカチオンを含むプロセスを採用することもまたしばしば有利である。このようにして、所望されない気泡は、溶液から泡立ち、そして溶液中に、所望されるものから分離されるべき、より少ない所望されないイオンが存在する。
【００２７】
（電気分解）
採用されるべき電流の量および持続時間は、一般に、セルおよび電極のサイズ、形状、および組成、ならびに、電気化学セル中の溶液の濃度および性質に依存する。一般に、電流の量が大きくなるほど、反応時間は短くなり、そしてその逆もまた真実である。しかし、電流の量が大き過ぎると、そのときは、所望されない副反応が生じ得るか、または電力消費が過剰であり得る。同様に、電流の量が小さ過ぎる場合、そのときは、反応が起こらないかも知れないし、または反応が遅すぎる可能性がある。一般に、当業者は、所定のセルに対する適正な量の電流を決定するためにファラデーの法則のような電気化学的原理を容易に用い得る。
【００２８】
この電気分解は、バッチ様式または連続的にイオン性液体を生成するために実施され得る。電気分解がバッチ様式で実施される場合、そのときは、一般に、電流は、イオン性液体がその所望の量および純度で形成されるまで印加される。これは、しばしば、反応の程度を示すための手段を用いることにより決定され得る。１つのこのような手段は、ｐＨメーターである。この電気分解が連続的に実施されるべき場合、そのときは、反応が進行するとき、出発溶液は補給され、そして所望の産物が、連続的に回収され得る。このイオン性液体回収プロセスにおいて、さらなる工程は、水を蒸発する前に残存酸（例えば、酢酸）を除去することであり得る。酸は、とりわけ、アニオン交換樹脂により除去され得る。
【００２９】
（イオン性液体回収）
イオン性液体は、イオン性液体のタイプおよび所望の純度、ならびにセルのタイプに依存して変動し得る手段のうち、最も効率的な任意の適切な手段によって回収され得る。回収の好ましい手段は、回転蒸発または蒸留、共沸蒸留、結晶化、浸透気化法、乾燥剤、および逆浸透を包含する。
【００３０】
（前駆体法）
電気分解を用いるイオン性液体を生成する前記の方法の改変例は、電気化学セル中のイオン性液体に前駆体溶液を生成すること、この前駆体溶液を所望のイオン性液体に変換すること、およびそれを回収することを含む。電気分解により生成され得る適切な前駆体溶液は、例えば、水酸イオン、炭酸イオン、重炭酸イオン、酢酸イオン、およびギ酸イオンのようなアニオンを含む溶液を含む。特に好ましい溶液は、オニウムヒドロキシドを含む。このようなプロセスは、例えば、それらの全体が参考として援用される、米国特許第４，７１４，５３０号；同第５，８５３，５５５号；同第５，９６８，３３８号；および同第５，９５１，８４５号中に記載されている。一旦、この前駆体溶液が、電気分解を経由して作製されると、それは、化学的またはその他である、任意の適切な手段により変換され、所望のイオン性液体を生成し得る。特に好ましい変換方法は、酢酸、硝酸、トリフルオロメタンスルホン酸（ｔｒｉｆｌｉｃ）、メタンスルホン酸、または硫酸のような酸を採用する。
【００３１】
（電気化学的プロセスのイオン性液体の特徴）
本発明のプロセスにより生成されるイオン性液体の純度は、しばしば９８％より大きく、好ましくは９９％より大きく、より好ましくは９９．９％より大きく、最も好ましく９９．９９％より大きい。これは、多くのイオン性液体が、１００ｐｐｍより少ないハライド（例えば、塩化物）、および２０ｐｐｍより少ないナトリウム不純物で作製され得ることを意味する。これは、電子産業におけるような高純度物質を必要とするプロセスにとって有利である。
【００３２】
以下の実施例は、本発明を制限する意図はなく、むしろ、本発明が採用され得る２〜３の特定の方法を例示するに過ぎないことが意図される。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
４区画のセルを、アノード、双極性膜、およびアニオン交換膜、およびカチオン交換膜、およびカソードを順番に用いて構築した。双極性膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  Ｓｏｄａにより製造されたＢＰ−１であり、アニオン膜は、これもまたＴｏｋｕｙａｍａ  Ｓｏｄａにより製造されたＡＭＨであり、そしてカチオン交換膜は、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ  １１７であった。セルは、第１の区画には１ＭのＮａＯＨ溶液、第２の区画には１Ｍの塩酸溶液、第３の区画には２Ｍの塩化１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、第４の区画には０．１Ｍの水酸化１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム溶液の各々１ガロンで充填された。電極は、１０×１０ｃｍサイズであり、そしてアノードは、酸化イリジウムでコートされたチタンで構築され（寸法的に安定なアノード、またＤＳＡ）、そしてカソードはニッケルプレートであった。これら電極は、単極設計または双極設計のいずれかであり得る。
【００３４】
８Ａの電流がセルに付与され、そして溶液は、遠心ポンプを用いて再循環された。水を塩酸溶液に添加し、その濃度を１Ｍに保った。８５％の塩化ＢＭＩＭを、第３の区画に連続的に添加し、その区画で２Ｍの濃度を維持した。電流を、第４の区画中の水酸化１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム濃度が１．２Ｍまで上昇するまで付与し、その時点で、カソード液をセルから除去した。次いで、それを、リン酸で中和し、そして回転減圧下で濃縮し、最終産物である、二水素リン酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムを得た。その純度は、１００ｐｐｍ塩化物および９．２２％Ｈ２Ｏであった。
【００３５】
（実施例２）
第２の実施例では、２区画セルを、ＤＳＡアノード、カチオン交換膜（ＤｕＰｏｎｔからのＮａｆｉｏｎ  ９０２）およびＮｉカソードを用いて構築した。２Ｍの塩化１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムおよび１．５Ｍの酢酸の各々１０リットルを、これら２つの区画に添加し、そして１０アンペアの電流を、酢酸を含む溶液のｐＨが７．０まで上昇するまでセルに印加した。次いで、カソード液をセルから除去し、そして酢酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム産物を、上記のように回転蒸留によって水を除去することにより単離した。収率は、７０％であり、そして３２９ｐｐｍのナトリウムおよび８９３ｐｐｍのＣｌを有していた。この産物はまた、１９％の水を含み、これは、減圧蒸発によっては容易に除去され得なかった。しかし、酢酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム産物は、共沸蒸留によりさらに乾燥することができた。湿潤産物を加熱し、ベンゼンを添加してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップを取り付けた丸底フラスコ中で還流した。トラップにもはや水が回収されなくなったとき、ベンゼンを回転蒸発により除去した。ここで、この産物は、＜０．５％Ｈ２Ｏを含んでいた。
【００３６】
（実施例３）
第３の実施例では、３区画のセルを、アノード、カチオン交換膜、アニオン交換膜、およびカソードを順番に用いて構築した。第１の区画には２Ｍの塩化１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム溶液を３リットル添加し、そして第２の区画には３ＭのＨＮＯ３溶液を３リットル添加し、そして第３の区画には１ＭのＫＯＨを０．５リットル添加した。電気を、セルに、硝酸含有溶液のｐＨが７．０に増加するまで印加し、その時点で電気分解を停止し、そして第２の溶液をセルから除去した。８５％の塩化ＢＭＩＭを第１の区画に連続的に添加し、電気分解の間、その区画における２Ｍの濃度を維持した。第２の溶液を弱塩基イオン交換樹脂を通過させ、残存硝酸を除去し、次いで回転減圧下で蒸発した。産物である硝酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムは、５１％の収率で得られ、そして４１８ｐｐｍのカリウム、８５２ｐｐｍの塩素、および３．２４％の水を含んでいた。
【００３７】
（実施例４）
第４の実施例では、４区画のセルを、アノード、双極性膜、およびアニオン交換膜、およびカチオン交換膜、およびカソードを順番に用いて構築する。双極性膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  Ｓｏｄａにより製造されたＢＰ−１であり、アニオン膜は、これもまたＴｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａによるＡＭＨであり、そしてカチオン交換膜は、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ  １１７である。セルは、第１の区画には１ＭのＮａＯＨ溶液、第２の区画には１Ｍの塩酸溶液、第３の区画には２Ｍの塩化Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウム溶液、第４の区画には２Ｍのテトラフルオロホウ酸溶液の各々１ガロンを充填する。電極は、１０×１０ｃｍサイズであり、そしてアノードは、酸化イリジウムでコートされたチタンで構築され（寸法的に安定なアノード、またＤＳＡ）、そしてカソードはニッケルプレートである。これら電極は、単極設計または双極設計のいずれかであり得る。
【００３８】
１０Ａの電流がセルに付与され、そして溶液は、遠心ポンプを用いて再循環される。水を塩酸溶液に添加し、その濃度を１Ｍに保つ。８５％の塩化Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウムを、第３の区画に連続的に添加し、その区画で２Ｍの濃度を維持する。カソード溶液を、ｐＨが７．０に上昇するまでセル中で維持し、その時点でそれを除去する。次に、その溶液を回転減圧下で加熱し、最終産物である、テトラフルオロホウ酸Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウムを得る。
【００３９】
（実施例５）
第５の実施例では、４区画のセルを、アノード、双極性膜、およびアニオン交換膜、およびカチオン交換膜、およびカソードを順番に用いて構築する。双極性膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  Ｓｏｄａにより製造されたＢＰ−１であり、アニオン膜は、これもまたＴｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａによるＡＭＨであり、そしてカチオン交換膜は、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ  １１７である。セルは、第１の区画には１ＭのＮａＯＨ溶液、第２の区画には１Ｍの塩酸溶液、第３の区画には２Ｍの塩化テトラキス（ヒドロキシメチル）ホスホニウム溶液、そして第４の区画には二酸化炭素の飽和溶液（溶液中にＣＯ２を連続的に通気することにより作製）の各々１ガロンを充填する。電極は、１０×１０ｃｍサイズであり、そしてアノードは、酸化イリジウムでコートされたチタンで構築され（寸法的に安定なアノード、またＤＳＡ）、そしてカソードはニッケルプレートである。これら電極は、単極設計または双極設計のいずれかであり得る。
【００４０】
１０Ａの電流がセルに付与され、そして溶液は、遠心ポンプを用いて再循環される。水を塩酸溶液に添加し、その濃度を１Ｍに保つ。固形物の塩化テトラキス（ヒドロキシメチル）ホスホニウムを、第３の区画に連続的に添加し、その区画で２Ｍの濃度を維持する。電気分解を、カソード液中に１Ｍの重炭酸テトラキス（ヒドロキシメチル）ホスホニウム溶液が形成されるまで（ｐＨ８．０）継続し、その時点でそれを除去する。次に、カソード液を酢酸で中和し、これは、ＣＯ２ガスを発生し、そして酢酸テトラキス（ヒドロキシメチル）ホスホニウム水溶液を生成する。次いで、この溶液を回転減圧下で加熱し、最終産物である酢酸テトラキス（ヒドロキシメチル）ホスホニウムを得る。
【００４１】
（実施例６）
第６の実施例では、４区画のセルを、カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜、アニオン交換膜、およびカチオン交換膜を順番に用いて構築する。アニオン膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａによるＡＭＨであり、そしてカチオン交換膜は、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ  １１７であった。セルは、第１の区画には０．１Ｍの塩化ナトリウム溶液、第２の区画には２Ｍの塩化Ｎ−ブチルピリジニウム溶液、第３の区画には０．１Ｍの硝酸Ｎ−ブチルピリジニウム溶液、そして第４の区画には２Ｍの硝酸ナトリウム溶液の各々１ガロンを充填する。電流を、外部区画中の電極を用いてセル区画のスタックを通過させる。電極は、１０×１０ｃｍサイズであり、そしてアノードは、酸化イリジウムでコートされたチタン（寸法的に安定なアノード、またＤＳＡ）で構築され、これは、第１の区画中に隣接して挿入され、そして双極性膜（Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａによるＢＰ−１）によってそれから分離される。カソードは、第４の区画に隣接して挿入され、そして双極性膜によりそれから分離されるニッケルプレートである。これら電極は、単極設計または双極設計のいずれかであり得る。電極区画は、１Ｍの水酸化ナトリウム溶液で満たされる。
【００４２】
１０Ａの電流がセルに付与され、そして溶液は、遠心ポンプを用いて再循環される。水を塩酸溶液に添加し、その濃度を１Ｍに保つ。８５％の塩化Ｎ−ブチルピリジニウム溶液を、第２の区画に連続的に添加し、その区画で２Ｍの濃度を維持する。酢酸ナトリウムの濃縮溶液を第４の区画に添加し、その濃度を２Ｍに維持する。第３の区画中の溶液を、それが２Ｍの硝酸Ｎ−ブチルピリジニウムに到達するまでセル内に維持し、その時点でそれを除去した。この溶液を、次に、回転減圧下で加熱し、最終産物である硝酸Ｎ−ブチルピリジニウムを得る。
【００４３】
（実施例７）
第７の実施例では、４区画のセルを、アノード、双極性膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜、およびカソードを順番に用いて構築する。アニオン膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａによるＡＭＨであり、双極性膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａからのＢＰ−１であり、そしてカチオン交換膜は、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ  １１７である。セルは、第１の区画には１．０Ｍの水酸化ナトリウム溶液、第２の区画には１Ｍの塩酸、第３の区画には２Ｍの塩化１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム溶液、そして第４の区画には０．１Ｍのギ酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム溶液の各々１ガロンを充填する。電流を、外部区画中の電極を用いてセル区画のスタックを通過させる。電極は、１０×１０ｃｍサイズであり、そしてアノードは、酸化イリジウムでコートされたチタン（寸法的に安定なアノード、またＤＳＡ）で構築され、これは、第１の区画に隣接して挿入される。カソードは、第４の区画中に挿入されるニッケルプレートである。これら電極は、単極設計または双極設計のいずれかであり得る。
【００４４】
二酸化炭素ガスの定常流れを、第４の溶液を通じて連続的に通気する。１０Ａの電流がセルに付与され、そして溶液は、遠心ポンプを用いて再循環される。水を塩酸溶液に添加し、その濃度を一定に保つ。８５％の塩化１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムを、第３の区画に連続的に添加し、その区画で２Ｍの濃度を維持する。第４の区画中で、ギ酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムの濃度が２Ｍに到達するまで上昇させ、その時点で水を添加しその濃度を２Ｍに維持する。第４の区画のオーバーフローをセルから除去し、そして回転減圧下で加熱し、最終産物であるギ酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムを得た。
【００４５】
（実施例８）
第８の実施例では、４区画のセルを、アノード、双極性膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜、およびカソードを順番に用いて構築する。アニオン膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａによるＡＭＨであり、双極性膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａからのＢＰ−１であり、そしてカチオン交換膜は、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ  １１７である。セルは、第１の区画には１．０Ｍの水酸化ナトリウム溶液、第２の区画には１Ｍの塩酸、第３の区画には２Ｍの塩化（２−オキソ）−プロピル−３−メチルイミダゾリウム溶液、そして第４の区画には０．１Ｍのギ酸（２−ヒドロキシ）プロピル−３−メチルイミダゾリウム溶液の各々１ガロンを充填する。電流を、外部区画中の電極を用いてセル区画のスタックを通過させる。電極は、１０×１０ｃｍサイズであり、そしてアノードは、酸化イリジウムでコートされたチタン（寸法的に安定なアノード、またＤＳＡ）で構築され、これは、第１の区画に隣接して挿入される。カソードは、第４の区画に挿入されるニッケルプレートである。これら電極は、単極設計または双極設計のいずれかであり得る。
【００４６】
二酸化炭素ガスの定常流れを、第４の溶液を通じて連続的に通気する。１０Ａの電流がセルに付与され、そして溶液は、遠心ポンプを用いて再循環される。水を塩酸溶液に添加し、その濃度を一定に保つ。８５％の塩化（２−オキソ）−プロピル−３−メチルイミダゾリウムを、第３の区画に連続的に添加し、その区画で２Ｍの濃度を維持する。第４の区画中で、ギ酸（２−ヒドロキシ）プロピル−３−メチルイミダゾリウム濃度が２Ｍに到達するまで上昇させ、その時点で水を添加しその濃度を２Ｍに維持する。第４の区画のオーバーフローをセルから除去し、そして回転減圧下で加熱し、最終産物であるギ酸（２−ヒドロキシ）プロピル−３−メチルイミダゾリウムを得た。
【００４７】
（実施例９）
第９の実施例では、４区画のセルを、アノード、双極性膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜、およびカソードを順番に用いて構築する。アニオン膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａによるＡＭＨであり、双極性膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  ＳｏｄａからのＢＰ−１であり、そしてカチオン交換膜は、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ  １１７であった。セルは、第１の区画には１．０Ｍの水酸化ナトリウム溶液、第２の区画には１Ｍの塩酸、第３の区画には２Ｍの塩化（２−オキソ）−プロピル−３−メチルイミダゾリウム溶液、そして第４の区画には２Ｍの硫酸溶液の各々１ガロンを充填する。電流を、外部区画中の電極を用いてセル区画のスタックを通過させる。電極は、１０×１０ｃｍサイズであり、そしてアノードは、酸化イリジウムでコートされたチタン（寸法的に安定なアノード、またＤＳＡ）で構築され、これは、第１の区画に隣接して挿入される。カソードは、第４の区画に挿入されるニッケルプレートである。これら電極は、単極設計または双極設計のいずれかであり得る。
【００４８】
１０Ａの電流がセルに付与され、そして溶液は、遠心ポンプを用いて再循環される。水を塩酸溶液に添加し、その濃度を一定に保つ。８５％の塩化（２−オキソ）プロピル−３−メチルイミダゾリウムを、第３の区画に連続的に添加し、その区画で２Ｍの濃度を維持する。第４の区画中で、硫酸（２−ヒドロキシ）プロピル−３−メチルイミダゾリウム水素濃度を、すべての硫酸が消費されるまで上昇させる。次いで、セルから溶液を取り出し、そして回転減圧下で加熱し、最終産物である硫酸（２−ヒドロキシ）プロピル−３−メチルイミダゾリウム水素を得る。
【国際調査報告】
2005529232.tif 000002