ＬＣＳＴ型の相転移を示すイオン液体／水混合系の相転移メカニズムの解明

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イオン液体は、低融点、難揮発性、難燃性などの性質を有しているため、環境負荷の低い溶媒として認知されている。申請者はこれまでに構成イオン種の疎水性が適切な領域になるように設計したある種のイオン液体が、水と低温では相溶し、高温では相分離する下限臨界溶解温度(LCST)を示すことを報告した。申請者はこの挙動をより詳細に検討するために、イオン液体のカチオンとアニオンを共有結合で結んだZwitterion(ZI)の研究に着手した。比較短いアルキル鎖を有する構造N,N,N-tripentyl -3-sulfonyl-1-propaneammonium (N555C3S)は親水性で水と任意の割合で相溶した。一方、N,N,N-trihexyl -3-sulfonyl-1-propaneammonium (N666C3S)は疎水性で水と常に相分離した。そこで、これらのZIの中間の疎水性になるように設計したN,N-dihexyl-n-monopentyl-3-sulfonyl-1-propaneammonium (N665C3S)を新規に合成し、水との相挙動を検討したところ、LCST型の相転移を示した。相転移温度は水のモル数に依存し、N665C3Sに対して40分子の水を添加するとその混合系の相転移温度は10oCであった。次に疎水性と親水性のZIを混合し、相転移温度の制御を試みた。N555C3SとN666C3Sを等モルになるように混合した場合はLCST型の相転移は観測されなかったが、N555C3Sが過剰な混合系は水とLCST型の相転移を示した。さらに、これらの混合系は冷却しても相分離し、LCST型の相転移だけでなく上限臨界溶解温度（UCST）型の相転移も示すことを新たに見出した。二つの相転移温度はZIも混合比に依存し、親水性のN555C3Sのモル比が大きくと両方の相転移温度は高くなった。一方、水のモル数を大きくするとLCSTは低くなり、なる程LCSTイオン液体/水混合系と同様に疎水性の組成比が大きくなる程、Tcは低下した。さらに、冷却でも相分離し、UCST型の相転移も示すことを新たに見出した。