CH328742A - Verfahren zur Herstellung von gesättigten Perfluorkohlenstoffsulfonsäurefluoriden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von gesättigten Perfluorkohlenstoffsulfonsäurefluoriden

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CH328742A
CH328742A CH328742DA CH328742A CH 328742 A CH328742 A CH 328742A CH 328742D A CH328742D A CH 328742DA CH 328742 A CH328742 A CH 328742A
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J Brice Thomas
W Trott Paul
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Minnesota Mining & Mfg
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20Processes
    • C25B3/27Halogenation
    • C25B3/28Fluorination

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Description


      Verfahren        zur    Herstellung von gesättigten     Perfluorkohlenstoffsulfonsäurefluoriden       Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf  ein Verfahren zur Herstellung von gesättig  ten     Perfluorkohlenstoffsulfonsäurefluoriden,     insbesondere solchen mit 1-18 Kohlenstoff  atomen pro Molekül.  



  Die diesen     Sulfonsäurefluoriden    entspre  chenden freien     Sulfonsäuren    können durch  folgende Formel dargestellt werden, wobei     Rr     einen gesättigten     Perfluorkohlenstoffrest    be  deutet.  
EMI0001.0009     
    Der     Perfluorkohlenstoffrest    (RF) kann  eine offene     (acyclische),        geradkettige    oder       verzweigtkettige    Struktur oder eine Ring  struktur (z.

   B.     Perfluorcyclohexyl)    aufweisen,  oder aus einer Kombination von     acyelischen     und     cyclischen        Perfluoralkylgruppen    beste  hen. Das Schwefelatom kann entweder mit  einem     cyclischen    oder einem     acyclischen        Koh-          lenstoffatom    verknüpft sein. Die     acyclischen     und die     cyclischen        Verbindungen    zeigen hin  sichtlich ihrer physikalischen und chemischen  Eigenschaften grosse Ähnlichkeit.

   Die beiden  Arten von Verbindungen zeigen das gleiche  Verhalten und sind im allgemeinen für die  gleichen     Zwecke    (beispielsweise als oberflä  chenaktive Mittel) verwendbar. Die acycli-    sehen     Perfluoralkylgruppen    besitzen die Sum  menformel     C"F2n+1,    und     diejenigen        Gruppen,     die eine     Cyclohexylgruppe    enthalten, die For  mel     C"F2n-i,    wobei n in der ersten Formel  eine ganze Zahl von 1-18     und    in der zweiten  Formel eine ganze Zahl von 6-18 bezeichnet.  



  Gemäss der Erfindung werden die gesät  tigten     Periluorkohlenstoffsulfonylfluoride    da  durch hergestellt, dass ein Gemisch von flüs  sigem     Fluorwasserstoff    und einem gegebenen  falls substituierten     Kohlenwasserstoffsulfon-          säurehalogenid        (RS02Y,    wobei Y ein F-,     Cl-,.          Br-    oder     J-Atom    und R einen gegebenenfalls  substituierten Kohlenwasserstoffrest bedeutet)  in einer     Elektrolysierzelle    mit Nickelanode bei  einer Spannung von     4-6    Volt     elektrolysiert     wird.

   Die so erhaltenen     Perfluorkohlenstoff-          sulfonylfluoride    lassen sich durch Hydrolyse  in heisser     Alkalilösung    zum Beispiel in das  Kalium- öder     Natriumsalz        (RrS03M)    überfüh  ren. Diese Salze werden durch Hydrolyse in  starker Säurelösung, z. B. durch Destillation  aus 100      /o-iger    Schwefelsäure, in die     Perfluor-          kohlenstoffsulfonsäuren        (RFS03H)    überge  führt. Diese     Sulfonsäuren    sind starke, salz  bildende Säuren.

   Durch Umsetzung dieser  Säuren mit Metalloxyden oder     Metallhydroxy-          den    bzw.     Ammoniumhydroxyd    können mit  Leichtigkeit auch andere Salze erhalten wer  den.  



  Die     -Perfluorkohlenstoffsulfonsäuren    wei  sen eine bisher einzig dastehende Kombination      von Eigenschaften auf, die bei keiner der bis  her bekanntgewordenen organischen und an  organischen Säuren beobachtet wurde.  



  Die neuen     Säuren    sind ausserordentlich  starke Säuren. Sie sind stärker und     viel    be  ständiger als die analogen     Kohlenwasserstoff-          sulfonsäuren.    Gegenüber den entsprechenden       Perfluorcarbonsäuren    sind sie stärker, leich  ter löslich, viel     höhersiedend,    weniger flüchtig       und    bei erhöhten Temperaturen in     wässrigen     Lösungen beständiger. Ferner sind ihre Salze  bei viel höheren Temperaturen beständig.  



  Die     niederen    Säuren, die     Trifluormethan-          sulfonsäure        (CF,S03H)        und    die     Pentafluor-          äthanstilfonsätire        (CF3CF2S03H),    die bei  Raumtemperatur flüssig sind, bieten ein be  sonderes Interesse als sehr starke, nichtoxy  dierende, beständige Säuren, die mit Wasser  unbegrenzt mischbar und in     Sauerstoff    ent  haltenden organischen     Lösungsmitteln,    z. B. in       Alkoholen    und     Äthern,    sehr leicht löslich sind.

    Sie sind auch in Aceton und     Essigsäureäthyl-          ester    löslich, verursachen jedoch Verfärbun  gen. In nichtpolaren Lösungsmitteln, wie z. B.       Tetrachlorkohlenstoff,        Benzol,        Heptan    und       Fluorkohlenwasserstoffen,    sind sie nur wenig  löslich. Diese Säuren     sind    als saure Katalysa  toren; beispielsweise an Stelle von     Schwefel-          säiLre,        Trifluoressigsäure    und deren     Anhydrid     sowie HF, verwendbar.

   Sie können auch als       Zwischenprodukte    in chemischen Synthesen  verwendet werden. Die Salze dieser Säuren  sind bei hohen Temperaturen beständig. Das  wasserfreie     NatriLunsalz    der     Trifluormethan-          sulfonsäure        (CF'3S03Na)    schmilzt bei etwa  300  C und ist bei Temperaturen bis zu etwa  4000 C gegen Zersetzung verhältnismässig be  ständig. Das wasserfreie     Natriumsalz    der       PentaflLioräthansulfonsäure        (CF,CF@S03Na)          schmilzt    bei 370-3900 C     und    ist bei Tempera  turen bis zu etwa 4200 C verhältnismässig be  ständig.  



  Die     KaliLimsalze    dieser Säuren,     CF3S03K     lind     CF,CF,S03K,    sind ausserordentlich be  ständig und gleichen in dieser Beziehung den  anorganischen Salzen von starken Mineral  säuren,     unterscheiden    sich jedoch von den  letzteren Salzen durch die     einzigartige    Eigen-    Schaft, bei verhältnismässig tiefen Tempera  turen zu schmelzen und einen ausgedehnten  Bereich des flüssigen Zustandes zu besitzen  (das heisst einen ausgedehnten Temperatur  bereich zwischen der Schmelztemperatur und  der Zersetzungstemperatur aufzuweisen).

   Das  Salz     CF,S03K    besitzt einen Schmelzpunkt  von etwa - 230  C und zersetzt sich nicht we  sentlich, bevor eine Temperatur von minde  stens 350  C erreicht ist. Das Salz       CF3CF2S03K       schmilzt bei etwa 2800 C und zersetzt sich  nicht wesentlich, bevor eine Temperatur von  mindestens 4250 C erreicht ist. Auf     Grind    die  ser Eigenschaft in Verbindung mit andern  Eigenschaften sind diese     Kaliumsalze    auf ver  schiedenen Gebieten sehr gut brauchbar. Sie  sind beispielsweise     als        schmelzbare        Flussmit-          tel    und Bindemittel verwendbar.

   Die geschmol  zenen Salze sind leicht bewegliche und bestän  dige Flüssigkeiten, weshalb sie als Wärme=       austalischflüssigkeiten        -und    als     Badflüssigkei-          ten    zum Abschrecken von Metallen verwendet  werden können. Auch als Schmiermittel für       hohe    Temperaturen für besondere Zwecke  sind diese Salze     verwendbar.     



  Die höheren Säuren und ihre     Salze    (ins  besondere die Kalium- und     Natriumsalze)    sind  einerseits als Zwischenprodukte für chemische  Synthesen verwendbar und anderseits beson  ders gut brauchbar als     anionische    oberflä  chenaktive Stoffe. Diese     Eigenschaft    der  Oberflächenaktivität ist dann besonders aus  geprägt, wenn das Molekül 5 oder mehr     Kob-          lenstoffatome    enthält, und von besonderem  Nutzen, wenn das Molekül 7 oder mehr     Koh-          lenstoffatome    enthält. Diese höheren Säuren  sind bei Raumtemperatur fest.

   Die lange       Fluorkohlenstoffkette    ist in hohem Mass     inert     und beständig und sowohl     hydrophob    als auch       oleophob,    so dass diese Stoffe in     Tetrachlor-          kohlenstoff,        Kohlenwasserstoffen    und Ölen  eine geringe Löslichkeit aufweisen.

   Mit zu  nehmender Länge der     Fluorkohlenstoffkette     nimmt die     Löslichkeit    in Wasser und in an  dern, Sauerstoff enthaltenden Lösungsmitteln  ab und     wird    die     löslichmachende    Wirkung der      am andern Ende des Moleküls vorhandenen       Sulfonatgruppe    in zunehmendem Masse abge  schwächt.

   Diese Säuren und ihre Salze bewir  ken eine Reduktion der Oberflächenspannung  von     wässrigen    und     nichtwässrigen    Lösungen       (einschliesslich    Ölen und     Kohlenwasserstof-          fen),    selbst unter stark oxydierenden und  reduzierenden Bedingungen, bei hohen Tem  peraturen und     iri    Gegenwart von starken Mi  neralsäuren und von hohen Konzentrationen  an Basen.

   Umsetzungen einer Säure unter Bil  dung eines Salzes in basischen Lösungen oder  eines Salzes unter Bildung einer Säure in  sauren Lösungen haben keinen wesentlichen       Einlluss    auf die Oberflächenaktivität, da so  wohl die Säuren als auch die Salze oberflä  chenaktiv sind und in     wässrigen    Lösungen die  gleichen Anionen liefern. Diese Säuren und  Salze sind für diesen Zweck selbst unter     Be-          dingungen    brauchbar, unter welchen die     Per-          fluoralkylcarbonsäuren    und ihre Salze wegen  ungenügender Löslichkeit, zu rascher Ver  flüchtigung oder     Decarboxylierung    unwirk  sam sind.

   Die entsprechenden     Sulfonylfluoride     sind ebenfalls oberflächenaktiv, jedoch wegen  ihrer grösseren Flüchtigkeit weniger gut  brauchbar.  



  Einer der auffälligsten Unterschiede be  züglich der Eignung als oberflächenaktive  Stoffe zwischen den neuen Verbindungen und  den     Si.lfonsäuren    und Salzen der Kohlenwas  serstoffreihe besteht darin, dass die letzteren  viel grössere     Kettenlängen    aufweisen müssen,  in stark     oxydierend    wirkenden Lösungen (ins  besondere in heissen, sauren, oxydierenden Lö  sungen) nicht, genügend beständig und in  Ölen und     Kohlenwasserstoffen    nicht gut  brauchbar sind, da die Kohlenwasserstoffkette       oleophil    ist und mit zunehmender Kettenlänge  das Molekül in zunehmendem Ausmass     öllös-          lieh    macht.  



  Diese höheren     Perfluorsulfonate    (Säuren  und Salze) eignen sieh wegen ihrer     Ober-          llächenaktivitätseigenschaften    als Netzmittel,  Schaummittel,     Antischaummittel,        Dispergie-          rungsmittel,        Emulgiermittel,    Stabilisierungs  mittel für Emulsionen und Dispersionen, Rei  nigungsmittel, korrosionshindernde Mittel,         Flussmittel    sowie als Oberflächenbehandlungs  mittel, die an der Oberfläche des Substrates       adsorbiert    werden,

   wobei die     Fluorkohlenstoff-          kettefi    nach aussen ragen und so eine     inerte     Oberfläche bilden, die nichtpolar und sowohl       oleophob    als auch     hydrophob    ist.  



  Die besonderen Eigenschaften der neuen  Verbindungen beruhen nicht nur darauf, dass  fluorierte     Kohlenstoffatome    vorhanden sind,  sondern auch darauf, dass keine an Kohlen  stoff gebundenen Wasserstoffatome vorhan  den sind. Selbst ein einziges, an ein     endstän-          diges        Kohlenstoffatom    des Moleküls gebun  denes Wasserstoffatom würde einen wesent  lichen Einfluss auf die Löslichkeit und die       Oberflächenspannungseigenschaften    sowie die  Beständigkeit ausüben, da Wasserstoff elek  tropositiv ist, während Fluor stark elektro  negativ ist.

   Wenn beide Arten von Atomen an  einem endständigen     Kohlenstoffatom    sitzen,  so werden die Eigenschaften des Moleküls  verändert, - indem statt einer nichtpolaren  Gruppe eine polare Gruppe nach aussen ragt  (was zur Folge hat, dass das Molekül an bei  den Enden polare     Gruppen    aufweist), wo  durch die Abspaltung von     Fluorwasserstoff     ermöglicht wird und ein Angriffspunkt für  chemische Reaktionen entsteht.  



  Die neuen     Perfluorkohlenstoffsulfonsäure-          fluoride    können auch zur Herstellung anderer       Fhiorkohlenstoffderivate,    wie z. B. der Säure  chloride,     -bromide    und     -jodide,        Aminsalze,     Ester, Sulfonamide und     Chloramide,    verwen  det werden.  



  Für die     Durchführung    der erfindungs  gemässen elektrolytischen     Fluorierung    ist es  wesentlich, dass die Ausgangsstoffe in flüssi  gem HF löslich sind und eine angemessene  Leitfähigkeit gewährleisten.  



  Es müsste eigentlich angenommen werden,  dass     Kohlenwasserstoffsulfonsäuren    günstige  Ausgangsstoffe für die elektrolytische     Fluo-          rierung    zu     Perfluorkohlenstoffsitlfonylfluori-          den    seien.

   Die isolierten Reaktionsprodukte  haben sich jedoch grösstenteils als Spaltpro  dukte erwiesen, in welchen die     Kohlenstoff-          Schwefel-Bindung    nicht mehr besteht; so  wurde der Schwefel in Form von     S02        F2"        SFO         usw.     und    die     fluorierten        Alkylgruppen    in  Form von     Fluorkohlenstoffen    vorgefunden.

    Die Versuche,     Fluorkohlenstoffsulfonsäuren     aus den entsprechenden     Fluorkohlenstoff.-          monocarbonsäuren    durch chemische Synthese  herzustellen, sind     erfolglos    geblieben.  



  Die     erfindungsgemäss    erhaltenen     Fluor-          kohlenstoffsulfonylfluoride    besitzen das glei  che     Kohlenstoff-Schwefel-Skelett    wie die Aus  gangsverbindungen. Hingegen sind die Was  serstoffatome der Ausgangsstoffe durch Fluor  atome und, falls die Ausgangsstoffe Chloride,       Bromide    oder     Jodide    sind, die Chlor-,     Brom-          oder    Jodatome durch Fluor ersetzt. Es kön  nen auch     ungesättigte    Ausgangsstoffe, wie  z. B.     Arylsitlfonylhalogenide,    verwendet wer  den.

   In diesem Fall erfolgt bei der     Fluorie-          rung    auch eine Anlagerung von Fluor. Es er  folgt dabei eine     AbsättigLUng,    und eine     Phe-          nylgruppe    wird zu einer     Perfluorcyclohexyl-          gruppe.    Infolge Spaltung der Kohlenstoff  Kohlenstoff-Bindung in einigen Molekülen  entstehen. auch Nebenprodukte, die weniger       Kohlenstoffatome    als die Ausgangsverbindung  enthalten. Bei dieser Spaltung bilden sich  auch     nichtcyclische    Nebenprodukte, wenn     cy-          elische    Ausgangsstoffe verwendet werden.

   Die  ses elektrochemische Verfahren eignet sich  nicht nur zur Herstellung von Verbindungen  mit bis zu 18     Kohlenstoffatomen    pro Molekül,       sondern    auch zur Herstellung von noch höhe  ren     Fluorkohlenstoffsulfonylfluoriden.     



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren kann bei       Verwendung    geeigneter Ausgangsstoffe auch  zur Herstellung von     Fluorkohlenstoffsulfonyl-          fluoriden,    die eine vom     Cyclohexylring    ver  schiedene, beständige Ringstruktur aufweisen,  beispielsweise von Verbindungen, die eineu       perfluorierten    fünfgliedrigen oder     sieben-          gliedrigen        carbocyclischen    Ring enthalten,  verwendet werden.

   Ebenso können     poly-          cyclische    gesättigte     Perfluor-Verbindungen     mit einem kondensierten Ringsystem herge  stellt werden, z. B. aus Naphthalin- und     Phen-          anthrensulfonylhalogeniden.    Bei     Verwendung     von     Naphthalinsulfonylchloriden    werden die       Perfluorderivate    der     Decahydronaphthalin-          siilfonylfluoride    sowie infolge Ringspaltung    der     perfluorierten    - Moleküle andere     Fluor-          kohlenstoffsulfonylfluoride    als Nebenprodukte  

  erhalten.  



  Es können nicht nur     Monosulfonsäure-          halogenide    als Ausgangsstoffe verwendet wer  den, sondern auch     Polysnlfonylhalogenide,    wo  bei neben den entsprechenden     perfluorierten          Polysulfonylfluoriden    infolge Abspaltung der  einen oder mehreren     Sulforiylgruppen    auch       Monosulfonylfluoride    erhalten werden.

   So  kann man beispielsweise     Decan-1,10-disulfo-          nylchlorid,        (CH2)io(S02C1)2,    als Ausgangs  material verwenden, wobei ein Gemisch von       Perfluordecan-1,10-disulfonylfluorid,          (CF2)        1a        (S02F)        21     und     Perfluordecanmonosulfonylfluorid,          CF3        (CF2)        9S02F,     erhalten     wird,    das durch fraktionierte Destil  lation getrennt werden kann.

   Wenn man von       Benzoldisulfonylchlorid    ausgeht, so erhält  man     Perfluoreyclohexandisulfonylfluorid,          C6F10        (S02F)    2    und     Perfluorcyclohexanmonosulfonylfluorid,          C.FxiS0,F.    Aus     Diphenyldisulfonylchlorid     entsteht     bis-(Perfluorcyclohexansulfonylfluo-          rid,        (Cr,H")2(S02F)2,    und     bis-Perfluorcyclo-          hexan)-sulfonylfluorid,        F(C6Fla)

  2S02F.    Bei  Verwendung von     Naphthalindisulfonylhalo-          geniden,    z. B.     -ehloriden,    erhält man     perfluo-          rierte        Decahydronaphtha.lindisulfonyl-    und       -monosulfony        lfluoride.     



  Die Kohlenwasserstoffreste der Ausgangs  stoffe können auch     Substituenten    tragen, z. B.  Chlor     und        Hydroxylgruppen,    die ebenfalls  durch Fluor ersetzt werden.  



  Wie bereits erwähnt, kann man als Aus  gangsstoffe     Sulfonylchloride,        -bromide    und       -jodide    verwenden. Die     Sulfonylchloride    rea  gieren     normalerweise    nicht leicht mit flüs  sigem     Fluorwasserstoff    unter Bildung von       Sulfonylfluoriden    (was daran erkennbar ist,  dass. sie nach Auflösung im flüssigen Fluor  wasserstoff unverändert wieder zurückgewon  nen     werddn    können) ; unter den Bedingungen  der Elektrolyse erfolgt jedoch der Ersatz des      Chlors durch Fluor.

   Man kann auch     Sulfonyl-          fluoride    als Ausgangsmaterialien     verwenden.     Diese Arbeitsweise ist insofern zu bevorzugen,  als dabei die höchsten Ausbeuten an den ent  sprechenden     Perfluorsulfonylfluoriden    erhal  ten werden.  



  Die bei der Elektrolyse anfallenden     Fluor-          kohlenstoffsulfonylfluoride    sind in flüssigem       Fluorwasserstoff    unlöslich und werden des  halb, je nach ihrer Flüchtigkeit und den Ar  beitsbedingungen, entweder im Gemisch mit  dem Wasserstoff und andern Zellengasen ent  weichen, oder sich im Gemisch mit. andern Pro  dukten am Boden der Zelle niederschlagen.  Das Reaktionsprodukt kann durch fraktio  nierte Destillation aus dem Gemisch abge  trennt werden. Es braucht aber nicht isoliert  zu werden, sondern kann in Form des Ge  misches, in welchem es enthalten ist, 'in ein  Derivat (z.

   B. ein Salz) umgewandelt werden,  das in roher oder gereinigter Form isoliert  werden kann und seinerseits zur     Herstellung     eines weiteren Derivates verwendet werden  kann.  



  Eine zur     Durchführung    des erfindungs  gemässer.     Verfahrens        _    geeignete Vorrichtung  sowie eine Methode zur     Durchführung    der  elektrochemischen     Fluorierungen    sind im  USA-Patent Nr. 2 519 983 und in einer von der        American        Chemical        Society     in der Zeit-.       schrift         Industrial        and    Engineering     Che-          mistry ,        Bd.43,    Seiten 2332-2334 (Oktober  1951), publizierten Arbeit von E.

   A.     Kauck     und A. R.     Diesslin    beschrieben. Photographien  einer mit 50 A arbeitenden Laboratoriums  elektrolysierzelle und einer mit 2000 A arbei  tenden     Betriebsversuchselektrolysierzelle        sind     auf den Seiten 417 und 448 des mit      Fluo-          rine        Chemistry         (Fluorchemie)    betitelten  Buches von J. H.     Simons    (Herausgeber:     Aca-          demie        Press        Inc.,    New York, 1950) zu finden.

    Man kann eine Zelle mit einem einzigen Ab  teil und ohne     Diaphragmen    von einfacher  Bauart verwenden. Eine Zelle dieser Art  weist am besten ein     Elektrodenaggregat    auf,  das aus abwechselnd und mit kleinen Zwi  schenräumen angeordneten Eisenkathoden  platten und     Nickelanodenplatten    besteht, die    in einem geschlossenen Stahlgefäss eingebaut  sind, das mit     einem    Kühlsystem     sowie        Einlass-          und        Auslassverbindimgen    zum Einführen der  Ausgangsmaterialien und zum Ablässen von  gasförmigen Produkten am obern Ende sowie  von flüssigen Produkten am Boden der Zelle  ausgerüstet ist.

   Die Zelle wird zweckmässig  bei Temperaturen von 0-20  C und praktisch  bei Atmosphärendruck und Zimmertempera  tur oder aber bei höheren Temperaturen und  Drücken betrieben. Das entweichende Gas  gemisch kann durch einen Kühler geleitet wer  den, um den grössten Teil des HF-Dampfes,  der mit den Reaktionsprodukten entweicht, zu  kondensieren. Der auf diese Weise erhaltene  flüssige HF wird am besten in die Zelle zu  rückbefördert. Die an     die    Zelle     angelegte          Gleichstromspannung    beträgt     4-6    Volt. Die  Leitfähigkeit der     Elektrolytlösung    kann durch  Zugabe eines Hilfselektrolyten,     wie    z.

   B.     Na-          triumfluorid    oder Schwefelsäure, erhöht wer  den. Diese Massnahme ist jedoch nicht uner  lässlich.  



  Zur Herstellung von Produkten in Men  gen, die für Studien- und Analysenzwecke  sowie für einen Verbrauch in beschränktem  Umfang genügen, ist eine mit 40 oder 50 A  arbeitende Zelle angemessen. Die meisten der  anschliessend beschriebenen Versuche     wurden     in Zellen dieser Art durchgeführt. Das     Elek--          trodenaggregat    bestand in diesem Falle aus  abwechselnd- und mit Zwischenräumen von  3,2-6,4 mm angeordneten Eisenplatten als  Kathoden und Nickelplatten als Anoden.

   Die  effektive     Gesamtanodenfläche    der     Zellebetrug     etwa 2255     cm2    und die normale Stromdichte  während des Betriebes der Zelle     etwa    215 A  pro m2 Anodenfläche.     Eine    eingehendere Be  schreibung dieser Zelle und der günstigsten       Betriebsbedingungen    ist     -in    Kolonne 9 des  USA-Patentes Nr. 2567011     (l_951)    zu finden.

      <I>Beispiel 1</I>  Eine     40-A-Zelle    der oben beschriebenen  Art wurde mit 2000g wasserfreiem flüssigem       Fluorwasserstoff    und 80 g     Methansulfonyl-          chlorid,        CH3802C1,    beschickt. Beide Ausgangs  materialien wurden von Zeit zu Zeit im Ver-      laufe von 46 Stunden ergänzt, um den Flüs  sigkeitsspiegel konstant zu halten und eine       Konzentration        von        etwa    4     %        der        organischen     Ausgangskomponente aufrechtzuerhalten.

   Die  Ausgangsverbindung löste sich im flüssigen  HF und lieferte eine angemessene Leitfähig  keit. Die Zelle wurde bei Atmosphärendruck       und    bei einer Temperatur von 15-17  C in  Betrieb gehalten. Es     wurden    ein mittlerer  Strom von etwa 40 A und eine Spannung von  5-6 V     verwendet.    Die- mittlere Anodenstrom  dichte betrug etwa 215     A/m2.    Während der  Versuchsdauer wurden etwa 740g     Methansul-          fonylchlorid    verbraucht.  



  Das aus der Zelle entweichende Gas  gemisch wurde (nach Kondensation des Fluor  wasserstoffes, der nach der Zelle zurückbeför  dert wurde) über     Natriumfluorid    geleitet, um  restlichen     Fluorwasserstoff    zu entfernen, und  dann mittels flüssiger Luft kondensiert.     Das     1018 g wiegende Kondensat     wurde    fraktio  niert     destilliert.    Es wurden dabei 634 g von  verhältnismässig reinem     Trifluormethansulfö-          nylfluorid,        CF,SO,F,    das einen Siedepunkt  von     -23     C     aufwies,    erhalten.

   Das gemessene       Molekulargewicht    (aus der Dampfdichte be  stimmt) betrug 152. Dieser Wert stimmt mit  dem berechneten Wert genau überein.  



  Dieses     Sulfonsäurefluorid-Produkt    ist in  neutralen und sauren     wässrigen    Lösungen  gegen Hydrolyse sehr beständig und lässt sich  nicht direkt in befriedigender Ausbeute zur       Sulfonsäure        hydrolysieren.    Eine Probe von  268 g wurde durch Behandlung in einem       Druckgefäss        mit        einem        10        %igen        Überschuss          an        wässriger        20        %iger        Natriumhydroxydlösung     bei 95  C 

  und 6,65     kg/cm2    während 3 Stunden       -tun    entsprechenden     Kaliumsalz        hydrolysiert.          Das    Salz wurde vom Reaktionsprodukt     abfil-          triert    und aus Äthylalkohol umkristallisiert.  Es wurden 283 g des verhältnismässig reinen       Kaliiunsalzes    von     Trifluormethansulfonsäure,          CF3SO3K,    in Form eines weissen kristallinen  Stoffes vom     Smp.    etwa 230  C erhalten.

   Die  angegebene Formel wurde durch Analyse be  stätigt (gefunden: K 22,20/0,S 15,9     1/o;        berech-          net:        K        20,8%;        S        17,00/0).        Dieses        Salz        ist        in     Wasser und in     alkalischen    Lösungen selbst bei    erhöhten Temperaturen bis zu mindestens  250 C sehr beständig. Das wasserfreie     Salz          schmilzt    bei etwa 230  C und kann, ohne dass  es sich merklich zersetzt, auf mindestens  350  C erhitzt werden.  



  Die     Trifluormethansulfonsäure,        CF3S03H,     lässt sich aus dem Salz durch Destillation des       letzteren        aus        überschüssiger        l00%iger        Schwe-          felsäure    herstellen. Die Säure ist bei Raum  temperatur eine farblose Flüssigkeit und be  sitzt einen Siedepunkt von 166  C. Bei 3 mm       Hg    Druck liegt der Siedepunkt bei 60  C.

    Diese Flüssigkeit ist eine sehr starke Säure,  die in Wasser, Alkoholen und     Äthern    sehr  leicht löslich, jedoch in     Tetrachlorkohlenstoff,     Benzol,     Heptan    und     Fluorkohlenstoffen    nur  wenig löslich ist. Sie ist in Aceton und     Essig-          säureäthylester    unter Verfärbung des Lö  sungsmittels löslich.     Wässrige    Lösungen dieser  Säure sind bei Temperaturen bis zu minde  stens 250  C beständig.  



  <I>Beispiel 2</I>  Die Arbeitsweise gemäss Beispiel 1 wurde  auch in diesem Beispiel angewendet, mit der  Ausnahme, dass als Ausgangsstoff     Äthansulfo-          nylchlorid,    CH     3CH2S02C1,    verwendet wurde.  Im Verlaufe des 41 Stunden dauernden Ver  suches wurden 735, g dieser Verbindung ver  braucht. Es wurde eine     50-A-Zelle    verwendet,  die während der ganzen Dauer des Versuches  bei etwa 50 A und 5 V in     Betrieb    gehalten  wurde. Das     perfluorierte    Produkt, nämlich       Perfluoräthansulfonylfluorid,        CF3CF2S02F,     wies einen Siedepunkt von 7,5  C auf.

   Das  entsprechende     Kaliumsalz,        CF,CF@S03K,     konnte durch Hydrolyse des     Fluorids    mit       50%igem        wässrigem        KOH        bei        150         C        und     6,65     kg/cm2    hergestellt werden. Dieses Salz  lässt sich durch Destillation aus überschüssiger  100     1/oiger    Schwefelsäure in die Säure über  führen. Die Ausbeute an Säure belief sich auf  310 g.

   Das     Neutraläquivalent    betrug 201, wel  cher Wert mit dem für diese Säure berech  neten Wert von 200     gut    übereinstimmt. Das       wasserfreie    Salz schmilzt bei 300  C und kann,  ohne dass es sich merklich zersetzt, bis auf  mindestens 425  C erhitzt werden.      Diese     Perfluoräthansulfonsäure,          CF3CF2SO3H,     ist bei Raumtemperatur eine farblose Flüssig  keit, die einen Siedepunkt von 175  C besitzt  und bei einem Druck von<B>21,5</B> mm     Hg    bei  810 C siedet.

   Ihre Oberflächenspannung bei  250 C beträgt 21     Dyn/em.    Sie besitzt Eigen  sehaften, die denjenigen der oben beschrie  benen     Trifluormethansulfonsäure    ähnlich sind.  Das gleiche gilt für die entsprechenden Salze  und das     Sulfonylfluorid    selbst.     Wässrige    Lö  sungen dieser Säure unterliegen keiner nen  nenswerten Zersetzung, wenn sie in einem  mit Glas     ausgefütterten        Autoklaven    während  31/2 Stunden auf 250  C erhitzt werden.  



  Die Pyrolyse der Säure in der Dampfphase  in einem mit Kohlenstoff ausgefütterten, lee  ren Rohr bei 475  C liefert bei einer etwa       60%igen        Umsetzung        S02,        CF3COF,        COF2     und     n-C4Flo.     



  Die     Perfluormethan-    und die     Perfluor-          äthansulfonsäure    sind starke, salzbildende  Säuren, die mit konzentrierten     wässrigen    Lö  sungen von     Metallhydroxyden    und     Ammo-          niumhydroxyd    (oder Metalloxyden) leicht un  ter Bildung der entsprechenden Salze reagie  ren.  



  Das     Natriumsalz    der     Perfluoräthansulfon-          säure,        CF@CF,S03Na,    besitzt einen     Smp.    von  370-390  C und unterliegt bis zu einer     Tem-          per        atur    von mindestens 420  C keiner     nennens-          werten    Zersetzung. Es ist gegen neutrale und  alkalische     Hydrolysierungsmittel    beständig.

    Seine     wässrigen    Lösungen weisen keine nen  nenswerte Zersetzung auf, wenn sie in einem  mit Glas     ausgefütterten        Autoklaven    während  31/2 Stunden bei 250  C erhitzt werden. Beim  Erhitzen des Salzes in überschüssiger     0,5n-Na-          triumhydroxydlösungwährend    16 Stunden bei  1.500 C wurde nur eine geringfügige Zerset  zung beobachtet.  



  Bei den trockenen Salzen     CF,CF2S03Li,          CF,CF,S03Ag    und     (CF@CF2S03)2Sr    wurde  praktisch keine Zersetzung beobachtet, wenn  sie bis auf Temperaturen des Bereiches von       350-4000    C erhitzt wurden. Das Silbersalz  schmolz bei 265-2900 C.         t        Beispiel3     <B>,</B>Eine     40-A-Zelle        wurde    mit 1950g wasser  freiem flüssigem     Fluorwasserstoff    und 120 g       Isopentansulfonylchlorid,          (CH3)2CH(CH2)2SO2C1,     beschickt.

   Im Verlaufe des 106 Stunden  dauernden Versuches wurden die verbrauch  ten Ausgangsstoffe laufend ersetzt. Die Zelle  wurde bei Atmosphärendruck, bei einer Tem  peratur von<B>18  C</B> und mit 40 A sowie 5 bis  6 V in Betrieb gehalten. Das     perfluorierte     Produkt     schlug    sich am Boden der Zelle nie-,  der. Durch fraktionierte Destillation von 695 g  des abgelassenen flüssigen Inhalts der Zelle  wurden 380 g     Perfluorisopentansulfonylfluo-          rid,        (CF3)2CF(CF2)2S02F,    erhalten, das bei  Raumtemperatur flüssig ist und einen Siede  punkt von 89-91 C und einen Brechungs  index von<B>1,2881.</B> bei 250 C aufweist.  



  Durch Erhitzen des     Fluorids    mit der     theo-          retischen        Menge        15        %igem        wässrigeni        KOH        un-          ter        Rüekfluss        während    4 Stunden lässt sich  das     Kaliumsalz    herstellen, das in Form eines  weissen kristallinen     Körpers        isoliert    werden  kann und der Formel     (CH.)        2CF(CF2)

  2S0eK          entspricht.        (Analyse:        gefunden:        K        10,7        %,          S        8,13        %;        berechnet:

          K        10,1%,        S        8,25        14).        Die-          ses        Salz        ist        in        Wasser        schwer        löslich        (3        %        bei     250 C), woran erkennbar ist, dass die Länge  der     Fluorkohlenstoffkette    auf die Löslichkeit  einen     Einfluss    hat, und zwar in dem Sinne,

    dass mit zunehmender Anzahl der Kohlen  stoffatome die Löslichkeit abnimmt. Das Salz  ist bei Temperaturen von bis zu     350-400     C  beständig.  



  Durch Destillieren des Salzes erhält man  die freie Säure     im.    wesentlichen als Mono  hydrat. Die hydratisierte Säure,       (CF3)2CF'(CF2)2SO3H    -     1,201     ist bei Raumtemperatur ein weisser fester Kör  per, der einen     Smp.    von 129-1300 C und  einen     Sdp.    von 2120 C besitzt. Bei einem  Druck von 5 mm siedet die Säure bei 1100 C.  Sie ist in Wasser mässig löslich und ist ober-      flächenaktiv. Die Oberflächenspannung von       wässrigen    Lösungen wird durch diese Säure  erheblich reduziert. Die Konzentration, bei  welcher     Mizellenbildung    bei 25  C stattfindet,       beträgt    3,7 /o.

   Bei dieser Konzentration be  trägt die Oberflächenspannung 39     Dyn/cm     (gegenüber 72     Dyn/cm    für reines Wasser).  <I>Beispiel 4</I>       Eine        40-A-Zelle    wurde mit 1950g wasser  freiem flüssigem     Fluorwasserstoff    und 200 g       n-Hexansulfonylchlorid,        CH3(CH2)5SO2C1,    be  schickt.

   Im Verlaufe des 50 Stunden dauern  den Versuches wurde die Konzentration an  organischem Material durch periodische     Zu-          gaben        auf        etwa        10        %        gehalten.        Die        Zelle        wurde     bei Atmosphärendruck, bei einer Temperatur  von 20-24  C und mit 40 A und 5-6 V in  Betrieb gehalten. Das     perfluorierte    Produkt  schlug sich am Boden der Zelle nieder.

   Durch       fraktionierte    Destillation von 592 g des abge  lassenen flüssigen     Inhaltes    der Zelle wur  den 329 g     Perfluor-n-hexansulfonylfluorid,          CF3(CF2)5S02F,    erhalten, das eine Flüssig  keit mit einem     Sdp.    von 114-1l5  C und  einem Brechungsindex von 1,2918 bei 25  C ist.  



  Durch Erhitzen von 79 g dieses Produktes       mit        dem        gleichen        Gewicht        an        50        %igem          wässrigem        gOH    unter     Rückfluss    während  4     Stunden    erhält man 70 g rohes     Kaliumsalz,          CF3        (CF2)        5SO.,K,    das in Wasser nur schwer  löslich ist.

   Durch Destillation von 50 g des       rohen        Salzes        aus        100        %iger        Schwefelsäure     wurden 33 g     Perfluor-n-hexansulfonsäure,          CF3(CF2)5SO,H,    in Form eines einen     Sdp.     von 95  C bei 3,5 mm aufweisenden, weissen,  festen Materials erhalten. Das     Neutraläquiva-          lent    dieser Säure     beträgt    390     (berechnet:    400).  Diese Säure ist in Wasser mässig löslich und  stark oberflächenaktiv.

      <I>Beispiel s</I>  Eine     40-A-Zelle        wurde    mit 1950 g wasser  freiem flüssigem     Fluorwasserstoff    und 200 g       n-Octansidfonylchlorid,        CH3(CH2)7S02C1,    be  schickt. Die Konzentration an organischem  Material stieg im Verlaufe des 80 Stunden    dauernden Versuches auf etwa 20 0/0. Die Zelle  wurde bei atmosphärischem Druck, bei einer  Temperatur von 17-19  C und     mit    5-6 V bei  einer mittleren     Anodenstromdichte    von etwa  215     A/m2    in Betrieb gehalten.  



  Durch Fraktionierung von 498 g des  hochsiedenden flüssigen Inhaltes der     ZelIe     wurden 162g     Perfluor-n-octansulfonylfluorid,          CF3(CF2)7SO2F,    in Form einer einen     Sdp.     von 154,5  C (bei 744 mm) und einem     Bre-          chiingsindex    von 1,2993 bei 25  C aufweisen  den Flüssigkeit erhalten.  



  Bei der Hydrolyse einer Probe dieses       Fluorids    durch Erhitzen mit dem gleichen       Gewicht        an        50%igein        wässrigem        KOH        unter          Rückfluss    während 4 Stunden.

   wird in einer       Ausbeute        von        82        %        das        Kaliumsalz        der        Per-          fluor-n-oetansulfonsäure,        CF3(CF2)7S03K,        er-          halten        (Analyse:        gefunden:        K7,96%,S5,65%;          bereelinet:

          K        7,24%,        S        5,94%).        Dieses        Salz     ist in Wasser     mir    sehr wenig löslich. Es ist  in neutralen und alkalischen Lösungen selbst  bei erhöhten Temperaturen sehr beständig. In  sauren Lösungen wird es allmählich zur ent  sprechenden Säure     hydrolysiert.    Es besitzt  eine starke Oberflächenaktivität und reduziert  in erheblichem Ausmass die Oberflächenspan  nung von     wässrigen    Lösungen.  



  Durch Destillation einer Probe dieses     Sal-          zes        aus        100%iger        HIS04        wird        in        79%iger     Ausbeute die freie     Perfluor    - n -     octansulfon-          säure,        CF,(CF2)7303H,    in Form eines einen       Sdp.    von 249  C aufweisenden und bei 6 mm  Druck bei 133      C.    siedenden, weissen, festen  Materials erhalten.

   [Es ist von Interesse, die  sen Siedepunkt mit demjenigen der eine       Fluorkohlenstoffkette    mit 8     Kohlenstoffato-          men    enthaltenden     entspreehenden        Carbon-          säure,        CF3(CF2)7COOH,        zu    vergleichen, die  einen viel tieferen Siedepunkt, nämlich einen  solchen von etwa 200  C, aufweist.]. Diese  Säure ist in Wasser mässig löslich, besitzt je  doch in wässriger Lösung eine stark ausge  prägte Oberflächenaktivität.

   Die Konzentra  tion, bei     weleher    bei 25 C     Mizellenbildung     stattfindet, beträgt nur     0,220/9.    Bei dieser  Konzentration beträgt die Oberflächenspan-           nung    der Lösung 35     Dyn/em.    Diese Säure ist  in neutralen und sauren Lösungen selbst bei  erhöhten Temperaturen und unter stark oxy  dierenden Bedingungen sehr beständig und       stellt    deshalb ein wertvolles     beständiges        ober-          Flächenaktives    Mittel dar, das selbst unter  diesen extremen Bedingungen verwendbar ist.

         Wässrige        Lösungen,    der Säure sind bei Tem  peraturen bis zu mindestens 250  C beständig.  Bei Zugabe von 1,0     Gew.o/o    dieser     perfluorier-          ten    Säure zu     90o/oiger        HNO3    (weisse rau  chende Salpetersäure) wird deren Oberflä  chenspannung von 45     Dyn/em    (für reine Sal  petersäure) auf 36     Dyn/cm    reduziert.

   Bei  einer Zugabe von     56/o.    der     perfluorierten    Säure  reduziert sich dieser Wert auf 28     Dyn/cm.    Die       Oberflächenspannung    wurde nach zehnwöchi  gem Stehen der Säure wieder gemessen. Es  wurde keine Veränderung der Oberflächen  spannung beobachtet, was einen Beweis für  die Beständigkeit dieser     perfluorierten    Säure  gegen Oxydation darstellt.  



  Nach dem erfindungsgemässen Verfahren  können noch höhere Glieder der Gruppe der       Perfluor-n-alkansulfonylfluoride    hergestellt  werden. In der folgenden Tabelle sind die  ungefähren     Siedepunkte    von Verbindungen.  mit bis     zit    1.8     Kohlenstoffatomen    pro Molekül  angegeben.

    
EMI0009.0025     
  
    Verbindung <SEP> Sdp. <SEP> ( C)
<tb>  CF3(CF2)9s02F <SEP> 190
<tb>  CF3(CF2)11s02F <SEP> 222
<tb>  CF3 <SEP> (CF2 <SEP> )13S02F <SEP> 250
<tb>  <B>CF3(CF2)15SO2F <SEP> 275</B>
<tb>  CF3(CF2)1<B>7</B>S02F <SEP> 295       Nach der gleichen Arbeitsmethode kann  man unter Verwendung von     Phenylmethan.-          sulfonylchlorid,        C6H5CH2S02C1,    als Ausgangs  material     Perfluorcyclohexylmethansulfonyl-          fluorid,        C,F11CF,S02F,    herstellen.

   Diese Ver  bindung sowie die entsprechende Säure und  ihre Salze sind bezüglich ihrer     Eigenschaften     den oben beschriebenen     offenkettigen    Verbin  dungen, auch hinsichtlich der Oberflächen  aktivität, ähnlich. In gleicher Weise können    auch höhere Glieder dieser Reihe von     Sulfo-          nylfluoriden,        C6F11(CF2)        llS02F,    hergestellt  werden.  



  Im nächsten Beispiel wird die Herstellung  von einen     perfluorierten        Cyclohexylring    ent  haltenden Verbindungen beschrieben, in wel  chen das Schwefelatom direkt an den Ring  gebunden, das heisst direkt mit einem     cycli-          schen        Kohlenstoffatom    eines Ringes verknüpft  ist.    <I>Beispiel 6</I>  Eine     40-A-Zelle    wurde mit 1950g wasser  freiem flüssigem     Fluorwasserstoff    und 120     g          p-Toluolsulfonylchlorid,        p-CH3C6H4SO2C1,    be  schickt.

   Die verbrauchten Mengen an Aus  gangsstoffen     wurden    im Verlaufe des Ver  suches laufend ergänzt. Die Konzentration  des organischen Materials stieg während des  Versuches von einem Anfangswert von     61/o     auf einen Wert von 30 0/0. Die Zelle wurde bei  Atmosphärendruck, bei einer Temperatur von  17  C und mit 35 A und 5,5 V in Betrieb ge  halten.  



  Der abgelassene flüssige Inhalt der Zelle  (500     b)        wurde    mit dem gleichen Gewicht an  50     o/oigem        wässrigem        KOH    unter     Rückfluss    er  hitzt. Das dabei erhaltene rohe Salz wurde  durch     LTmkristallisieren    aus kaltem Wasser  gereinigt. Es     wurden    63 g des verhältnismässig  reinen     Kaliumsalzes    der     Perfluor-(4-methyl-          cyelohexan)    -     sulfonsäure,        _    4-     CF3C6F16s03K,     erhalten.

    
EMI0009.0064     
  
    Analyse
<tb>  gefunden: <SEP> K <SEP> 9,03 <SEP> % <SEP> S <SEP> 6,92 <SEP> o/u
<tb>  berechnet: <SEP> K <SEP> 8,66 <SEP> 0% <SEP> S <SEP> 7,12 <SEP> %       Das trockene Salz war bei Temperaturen  bis zu mindestens 300  C beständig. Es ist in.       Wasser        nur        wenig        löslich        (1,3        %        bei        250        C).     Die Beständigkeit dieses Salzes geht auch aus  einem Versuch     hervor,

      bei welchem eine ge  reinigte Probe während 30 Stunden in     über-          schüssigem.        15o/6igem        KOH    unter     Rückfluss          gekoeht    wurde und dann praktisch quantitativ  wieder zurückgewonnen werden konnte.

        Durch Destillation von 40 g des Salzes aus  überschüssiger     10011/oiger    Schwefelsäure wur  den 28,4 g von verhältnismässig reiner Per  fluor-(4-methyl-cyclohexan)-sulfonsäure,       4-CF3C6F1oS03H,     erhalten, die die folgende     Strukturformel    be  sitzt  
EMI0010.0004     
    Obschon das Schwefelatom direkt mit  einem     cyclischen        Kohlenstoffatom    verknüpft  ist, ist diese Säure in     wässrigen    Lösungen  selbst bei erhöhten Temperaturen (bis zu min  destens 250  C) sehr beständig, was<B>,</B> in auf  fälligem Gegensatz zum Verhalten der     Per-          fluorcyclohexancarbonsäuren    steht,

   die sich  in     wässrigen    Lösungen schon bei Raumtem  peraturen zersetzen. Die Säure ist bei Raum  temperatur     ein    weisser fester Stoff und besitzt  einen Siedepunkt von 2400 C bei normalem  Druck und von 120  C bei 3 mm     Hg    Druck.  Die Säure ist mässig löslich in Wasser, Metha  nol und Äther, jedoch nur wenig löslich in       Tetrachlorkohlenstoff    und in     Kohlenwasser-          Stoffen    sowie in     Fluorkohlenstoffen.    Sie be  sitzt eine bemerkenswerte Oberflächenaktivi  tät.

   Die Konzentration, bei welcher in     wässri-          gen    Lösungen bei 250 C     Mizellenbildung    statt  findet, liegt bei 1,4      /a.    Bei dieser Konzen  tration beträgt die Oberflächenspannung  33     Dyn/em.    Die Korrosion von     Aluminium     durch Salzsäure wird bei Zugabe dieser per  fluorierten Säure stark gehemmt.  



  Das     Natriumsalz,        4-CF@C,F1oS03Na,    ist  ein weisser     kristalliner    Stoff, der in Wasser  leicht     löslich    und sehr beständig ist.     Das    was  serfreie Salz ist bei Temperaturen bis zu etwa  390  C gegen Zersetzung beständig. Das Am  moniumsalz,     4-CF,C,F1oS03NH4,    ist bei Tem  peraturen bis zu etwa 3000 C beständig. Das       Silbersalz    ist bei Temperaturen bis zu etwa  3000 C beständig.    Das     Perfluor-(4-methyl-cyclohexan)-sulfo-          nylfluorid,        4-CF3C6F1oS02F,    ist bei Raum  temperatur flüssig und besitzt einen Siede  punkt von 131,5   C.

   Der Brechungsindex bei  250 C     beträgt    1,318. Diese Verbindung ist in  neutralen     und    sauren Lösungen, selbst bei er  höhten Temperaturen, sehr beständig.  



  Nach der gleichen Arbeitsmethode kann  man     -unter    Verwendung von     Benzolsulfonyl-          ehlorid,        Cs1I.S02C1,    als Ausgangsverbin  dung das     Perfluorcyclohexansulfonylfluorid,          C6F11S02F,    das einen     Sdp.    von     100-105     C  besitzt, herstellen. Diese Verbindung sowie die  entsprechende Säure und ihre Salze sind in  ihren Eigenschaften den entsprechenden, oben  beschriebenen     Trifhiormethylverbindungen,     auch hinsichtlich ihrer Oberflächenaktivität,  ähnlich.

   Die Oberflächenaktivität ist jedoch  etwas weniger ausgeprägt, weil die     endstän-          dige        Trifluormethylgruppe    fehlt. Das     Sulfo-          nylfluorid,        C6P411SO2F,    ist auch als Neben  produkt erhältlich, wenn als Ausgangsmate  rial ein     Tohiolsulfonylhalogenid    verwendet       wird,    da in einem Teil der Moleküle des letz  teren die     Methylgruppe    abgespalten wird.

    <I>Beispiel</I>  In ähnlicher Weise wurden unter Ver  wendung von     o-Toluolsulfonylchlorid,          o\CH3C6H4802C1,    _  als Ausgangsmaterial das     Isomere    der im Bei  spiel 6 beschriebenen Verbindung hergestellt.  Die entsprechende Säure besitzt die folgende       Strukturformel     
EMI0010.0057     
    Das     Perfluor-(2-methyl-cyclohexan)-sulfo-          nylfhiorid,        2-CF3C6G1oS02F,    stellt eine Flüs  sigkeit mit einem     Sdp.    -von 1.310 C und einem       Brechungsindex    von 1,318 bei 250 C dar.

   Das      entsprechende     Kaliumsalz,        2-CF3C6F1aS03K,     und die Säure,     2-CF3C6F1oS03H,    sind in ihren  Eigenschaften den im vorangehenden Beispiel  beschriebenen     4-Methylverbindungen    ähnlich,  weisen jedoch etwas geringere Beständigkeit  und Oberflächenaktivität auf.

      <I>Beispiel 8</I>  In ähnlicher Weise     wurden    unter Ver  wendung von     p-Äthyl-benzolsulfonylchlorid,          p-C2H5C6H4SOZC1,    als Ausgangsmaterial       Perfluor-        (4-äthyl-cyclohexan)        -sulfonylfluorid,          4-C.F.CBF1oS02F,    hergestellt, eine beständige       Flüssigkeit    mit einem Siedepunkt von 150 bis  151  C und einem     Brechungsindex    von 1,318  bei 25  C. Das entsprechende     Kaliumsalz,          4-C2F.C6F1oS03K,    ist in Wasser nur sehr  wenig löslich.

   Das wasserfreie Salz ist bei  Temperaturen bis zu etwa 200  C verhältnis  mässig beständig. Die entsprechende Säure,  die     Perfluor-(4-äthyl-cyclohexan)-sulfonsäure,          4-C2FSC6F"S03H,    ist ein weisses festes Mate  rial, das in Wasser mässig löslich ist. Sie weist  wegen der grösseren Länge ihrer     Fluorkohlen-          stoffkette    eine höhere Oberflächenaktivität  auf als die Säure     4-CF,C@F1oS03H.     



  In ähnlicher Weise wurde unter Verwen  dung von     p-Isopropyl-benzolsulfonylchlorid     als Ausgangsmaterial das     Perfluor-(4-isopro-          pyl-eyelohexan)-sulfonylfluorid,          4-(CF3)        2CF'C6F1aS02F,       eine beständige Flüssigkeit mit einem     Sdp.     von     1.70 C    und einem Brechungsindex von  <B>1.,323</B> (bei 25  C), hergestellt.  



  Unter Verwendung von     p-sek.-Butyl-ben-          zolsiilfonylchlorid    als Ausgangsmaterial wurde  das     Perfluor-(4-sek.-butyl-eyclohexan)-sulfo-          nylfluorid,        4-(C.1I5)(CF3)CFC@F1oS02F,    eine  beständige Flüssigkeit mit einem Siedepunkt  von etwa 190  C, hergestellt.  



  Es können noch höhere Glieder der vor  liegenden Reihe von     Fluoriden    hergestellt wer  den. So können zum Beispiel Verbindungen  mit 18     Kohlenstoffatomen    hergestellt wer  den, wie aus     p-Dodecylbenzolsulfonylchlorid,            p-C12H25C"H"SO2C1,    als Ausgangsmaterial       Perfluor-        (4-dodecyl-cyclohexan)    -     sulfonylfluo-          rid,        4-C12F25C,FI0SO2F.    Dieses     Fluorid    weist  einen     Sdp.    von etwa 300  C auf.  



  <I>Beispiel 9</I>  Dieses Beispiel betrifft die     Verwendung     eines     Sulfonylfluorides    als Ausgangsmaterial.  Eine     30-A-Zelle    wurde mit 2000g wasser  freiem flüssigem     Fluorwasserstoff    und 200     g          n-Octansulfonylfliiorid,        CH3(CH2)7S02F,    be  schickt. Die Zelle wurde bei atmosphärischem  Druck, einer Temperatur von 18-20 C     und     mit 5,7-6,0 Volt bei einer mittleren Anoden  stromdichte von 215     A/m2    in Betrieb gehal  ten. Während des 69 Stunden dauernden Ver  suches wurden 470 g     n-Octansulfonylfluorid     verbraucht.

   Durch fraktionierte Destillation  von 509 g der aus der Zelle abgelassenen hoch  siedenden Flüssigkeit wurden 298g     Perfluor-          n-octansulfonylfluorid,        CF3(CF2)7S02F,    er-'  halten.         Herstellung   <I>der Ausgangsstoff e</I>  Die     Arylsulfonylchloride    können nach be  kannten Methoden direkt aus dem entspre  chenden aromatischen Kohlenwasserstoff und       Chlorsulfonsäure    hergestellt werden. Die       Arylsulfonylfluoride    können in ähnlicher  Weise unter Verwendung von     Fluorsulfon-          säure    hergestellt werden.  



  Die     aliphatischen        Sulfonylchloride    können  aus den entsprechenden     Alkylbromiden    durch  Überführung der letzteren. in die     Natriumsul-          fonate    mit     wässrigem        Natriumsizlfit    und Um  setzung der     Natriumsulfonate    mit     Phosphor-          pentachlorid    unter Anwendung bekannter  Methoden hergestellt werden.

   Die entspre  chenden     Sulfonylfluoride    können durch Um  setzung der     Sulfonylchloride    mit     wässrigem          Kaliumfluorid    hergestellt werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung gesättigter Per- fluorkohlenstoffsulfonsäurefliioride, dadurch gekennzeichnet, da.ss ein Gemisch von flüs- sigem Fluorwasserstoff und einem gegebenen falls substituierten Kohlenwasserstoffsiilfon- säurehalogenid in einer Elektrolysierzelle mit Nickelanode bei einer Spannung von 4-6 V elektrolasiert wird.
    UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenwasserstoff- sulfonsäur efluorid verwendet wird.
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