JP2001335590A - スルホニル基含有ホスファゼン誘導体及びその製造方法 - Google Patents
スルホニル基含有ホスファゼン誘導体及びその製造方法Info
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Abstract
規な構造を有するスルホニル基含有ホスファゼン誘導体
およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 下記一般式(1); (R1 O)3 P=N−SO2 −R2 (1) {式中、R1 はハロゲン原子で置換されていてもよい次
式の基;CH3-( OCH 2 CH2)n - (nは1〜5の整
数を示す。)を示し、R2 はハロゲン原子で置換されて
いてもよい炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子
で置換されていてもよいフェニル基又は炭素数1〜4の
アルキル基で置換されたフェニル基を示し、該アルキル
基で置換されたフェニル基は、該アルキル基がハロゲン
原子で置換されていてもよい。}で表されるスルホニル
基含有ホスファゼン誘導体。
Description
潤滑油等の難燃化に有用な新規なスルホニル基含有ホス
ファゼン誘導体およびその製造方法に関するものであ
る。
エラストマー、ガス分離膜、電解質などに用いられてき
た。近年、非水電解液二次電池は、高電圧、高エネルギ
ー密度という優れた自己放電性を有することから、特に
パソコン、VTR等の情報機器やAVのメモリーのバッ
クアップやそれらの駆動電源用電池として注目され、特
開平06−13108号公報には、非水電解質二次電池
の電解質に、(NPR2)n(式中、Rは一価の有機基、
nは3〜15)で表される環状ホスファゼン誘導体又は
R3 ( P=N) m - PR4 ( 式中、mは1〜20、Rは
一価の有機基、O、又はCの中から選ばれる。)で表さ
れる鎖状型ホスファゼン誘導体を含有させることによ
り、短絡時における破裂、発火の危険性を取り除いた非
水電解質二次電池が提案されている。
に含有させることにより、電解質の難燃性をある程度改
善できるものの、その反面、電池性能が低下するという
問題がある。近年、非水電解液二次電池において、スピ
ネル構造のマンガン酸リチウムを正極活物質を用いた非
水電解液二次電池の電解液にホスファゼン誘導体を含有
させ高温寿命特性を向上させた非水電解液二次電池(特
開平2000−21442号公報)、電解液にホスファ
ゼン誘導体を含有させ、電池特性、特に、充放電サイク
ル特性および難燃性に優れたリチウム二次電池(特開平
2000−30740号公報)、電解液にリン酸エステ
ルとホスファゼン誘導体を含有させた、難燃性と電池の
サイクル特性に優れた非水電解液電池(特開平11−1
91431号公報)等で見られるように、非水電解液電
池の電解液にホスファゼン誘導体を含有させることによ
り、電解液の難燃化だけでなく、電池性能を向上させる
ことが提案されている。
ホスファゼン化合物は、難燃性と電池性能の向上という
点ではそれなりの効果を示しているものの、未だ十分で
はなく、難燃性を付与する機能と共に、優れた電気特性
を持つ新規なホスファゼン化合物の出現が望まれてい
た。
電池の電解液に利用可能な新規な構造を有するスルホニ
ル基含有ホスファゼン誘導体およびその製造方法を提供
することにある。
発明者らは鋭意検討を行った結果、五ハロゲン化リンと
特定のスルホンアミドとを反応させることによりハロゲ
ン化ホスファゼンを得、次いで、該ハロゲン化ホスファ
ゼンと特定のアルコラートとを反応させることにより、
新規なスルホニル基含有ホスファゼン誘導体が得られる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
式の基;CH3-( OCH 2 CH2)n - (nは1〜5の整
数を示す。)を示し、R2 はハロゲン原子で置換されて
いてもよい炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子
で置換されていてもよいフェニル基又は炭素数1〜4の
アルキル基で置換されたフェニル基を示し、該アルキル
基で置換されたフェニル基は、ハロゲン原子で置換され
ていてもよい。}で表されるスルホニル基含有ホスファ
ゼン誘導体を提供するものである。
記一般式(2); H2 N−SO2 −R2 (2) (式中、R2 は前記と同義。)で表されるスルホンアミ
ドとを反応させて、下記一般式(3); X3 P=N―SO2 −R2 (3) (式中、R2 は前記と同義。Xはハロゲン原子を示
す。)で表されるハロゲン化ホスファゼン誘導体を得、
次いで、該ハロゲン化ホスファゼン誘導体と一般式
(4); R1 −OM (4) (式中、R1 は前記と同義。Mはアルカリ金属を示
す。)で表されるアルコラート類とを反応させて、前記
一般式(1)で表されるスルホニル基含有ホスファゼン
誘導体を得る製造方法を提供するものである。
前記一般式(1)中、R1 は次式の基;CH3-( OCH
2 CH2)n - (nは1〜5の整数を示す。)であるか、
又は当該基がハロゲン原子で置換されたものである。n
の好ましい数は1〜3である。置換するハロゲン原子と
しては、特に制限されないが、塩素原子又はフッ素原子
が好ましく、特に好ましくはフッ素原子である。
12のアルキル基、ハロゲン原子で置換された炭素数1
〜12のアルキル基、フェニル基、ハロゲン原子で一部
又は全部が置換されたフェニル基又は炭素数1〜4のア
ルキル基で置換されたフェニル基を示し、炭素数1〜4
のアルキル基で置換されたフェニル基は、アルキル基が
ハロゲン原子で一部又は全部が置換されていてもよい
し、また、アルキル基置換以外のベンゼン環に結合する
水素原子がハロゲン原子で一部又は全部が置換されてい
てもよい。炭素数1〜12のアルキル基としては、具体
的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプ
ロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec- ブチル
基、tert- ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル
基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル
基、n−デシル基、イソデシル基、n−ドデシル基、イ
ソドデシル基等が挙げられ、この中、炭素数1〜3のメ
チル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基が
好ましい。置換するハロゲン原子としては、特に制限さ
れないが、塩素原子又はフッ素原子が好ましく、特に好
ましくはフッ素原子である。
がフッ素置換されたトリフルオロメチル基、テトラフル
オロエチル基、ヘキサフルオロプロピル基;フェニル
基、ハロゲン置換されたフェニル基、メチル基で置換さ
れたフェニル基、ハロゲン化されたメチル基で置換され
たフェニル基が好ましい。
ホニル基を有するホスファゼン誘導体の製造方法につい
て説明する。本発明の前記一般式(1)で表されるスル
ホニル基含有ホスファゼン誘導体は、例えば、五ハロゲ
ン化リンと前記一般式(2)で表されるスルホンアミド
とを反応させて、前記一般式(3)で表されるハロゲン
化ホスファゼン誘導体を得る第一工程、次いで、得られ
た前記一般式(3)で表されるハロゲン化ホスファゼン
誘導体と前記一般式(4)で表されるアルコラート類と
を反応させて、目的とする前記一般式(1)で表される
スルホニル基を有するホスファゼン誘導体を得る第二工
程からなる方法で得ることができる。
ハロゲン化リンとしては、五塩化リン、五臭化リン、五
ヨウ化リンが挙げられ、この中、反応性の面で五塩化リ
ンが好ましい。他方の反応原料の前記一般式(2)で表
されるスルホンアミドの式中、R2 は、炭素数1〜12
のアルキル基、ハロゲン原子で置換された炭素数1〜1
2のアルキル基、フェニル基、ハロゲン原子で一部又は
全部が置換されたフェニル基又は炭素数1〜4のアルキ
ル基で置換されたフェニル基を示し、炭素数1〜4のア
ルキル基で置換されたフェニル基は、アルキル基がハロ
ゲン原子で一部又は全部が置換されていてもよい。炭素
数1〜12のアルキル基としては、具体的には、メチル
基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−
ブチル基、イソブチル基、sec- ブチル基、tert- ブチ
ル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−ヘプチル
基、n−オクチル基、イソオクチル基、n−デシル基、
イソデシル基、n−ドデシル基、イソドデシル基等が挙
げられ、この中、炭素数1〜3のメチル基、エチル基、
n−プロピル基、イソプロピル基が好ましい。該アルキ
ル基を置換するハロゲン原子としては、特に制限されな
いが、塩素原子又はフッ素原子が好ましく、特にフッ素
原子が好ましい。
ドの式中、R2 が炭素数1〜12のアルキル基である場
合の好ましい化合物としては、メチルスルホンアミド、
エチルスルホンアミド、n−プロピルスルホンアミド、
イソプロピルスルホンアミド等が例示される。
ドの式中、R2 がハロゲン原子で置換され炭素数1〜1
2のアルキル基である場合の好ましい化合物としては、
トリフルオロメチルスルホンアミド、テトラフルオロエ
チルスルホンアミド、ヘキサフルオロプロピルスルホン
アミド等が例示される。
ドの式中、R2 がフェニル基、ハロゲン原子で置換され
たフェニル基、炭素数1〜4のアルキル基で置換された
フェニル基及びハロゲン原子で置換された炭素数1〜4
のアルキル基を有するフェニル基である場合の好ましい
化合物としては、ベンゼンスルホンアミド、メチルベン
ゼンスルホンアミド、トリフルオロメチルベンゼンスル
ホンアミド、フルオロベンゼンスルホンアミド、メタジ
フルオロベンゼンスルホンアミド、オルトジフルオロベ
ンゼンスルホンアミド、2,3,6−トリフルオロベン
ゼンスルホンアミド、2,4,5−トリフルオロベンゼ
ンスルホンアミド、3,4,5−トリフルオロベンゼン
スルホンアミド、2,3,5,6−テトラフルオロベン
ゼンスルホンアミド、3,4,5,6−テトラフルオロ
ベンゼンスルホンアミド、2,3,4,5,6−ペンタ
フルオロベンゼンスルホンアミド等を例示することがで
きる。
の反応は、下記反応式(I );
って進行し、五ハロゲン化リンと前記一般式(2)で表
されるスルホンアミドを有機溶媒中で反応させる。五ハ
ロゲン化リンに対するスルホンアミドのモル比は、通
常、0.8〜1.5、好ましくは1.0〜1.1、反応
温度は、通常、0〜80℃、好ましくは20〜40℃で
あり、反応時間は、通常、0.5〜4時間、好ましくは
1〜2時間である。反応溶媒としては、五ハロゲン化リ
ン及び前記一般式(2)で表されるスルホンアミドが溶
解するもので、かつ不活性なものであれば特に制限され
ないが、例えばトルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香
族炭化水素類、アセトニトリル、プロピオニトリル等の
ニトリル類、クロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化
水素及び塩化メチレン、クロロホルム等のハロアルカン
類、テトラヒドロフラン(THF)等が挙げられ、これ
らは1種又は2種以上を組合わせて用いることができ
る。
ことなく溶液のままで前記一般式(3)で表されるハロ
ゲン化ホスファゼン誘導体を得ることが出来る。本発明
では、反応終了後、乾燥して更に、常法の精製手段によ
り精製を行うことができる。
れた前記一般式(3)で表されるハロゲン化ホスファゼ
ン誘導体と、前記一般式(4)で表されるR1-OM(式
中、R1 は前記と同義。Mはアルカリ金属を示す。)で
表されるアルコラート類とを反応させて、目的とする前
記一般式(1)で表されるスルホニル基を有するホスフ
ァゼン誘導体を得る工程である。
ラート類の式中、R1 は、前記一般式(1)で表される
スルホニル基を有するホスファゼン誘導体の式中のR1
に相当し、nは通常1〜5の整数、好ましくは1〜3の
整数を示し、Mは、ナトリウム、カリウム等のアルカリ
金属であり、好ましくはナトリウムである。このハロゲ
ン化ホスファゼン誘導体とアルコラート類との反応は、
下記反応式(II);
びR2 は前記に同じ。)に従って進行し、前記一般式
(3)で表されるハロゲン化ホスファゼン誘導体と前記
一般式(4)で表されるアルコラート類とを有機溶媒中
で反応させ、前記一般式(1)で表されるスルホニル基
含有ホスファゼン誘導体を生成させる。ハロゲン化ホス
ファゼン誘導体に対するアルコラート類のモル比は、通
常、2.0〜4.5、好ましくは2.7〜3.3であ
る。反応温度は、通常、−20〜40℃、好ましくは0
〜20℃、反応時間は、通常、2〜12時間、好ましく
は3〜6時間である。反応溶媒としては、ハロゲン化ホ
スファゼン誘導体とアルコール類が溶解でき、かつ不活
性な溶媒であれば特に限定はなく、例えば、炭化水素、
ハロゲン化芳香族炭化水素、ハロアルカン、ジオキサ
ン、テトラヒドロフラン、ジブチルエーテル等のエーテ
ル類、アセトニトリル、プロピオニトリル等が挙げら
れ、このうち、1種又は2種以上を組合わせて用いるこ
とができる。反応終了後は抽出、脱水、乾燥等の常法に
より前記一般式(1)で表されるスルホニル基含有ホス
ファゼン誘導体を得る。
ホニル基含有ホスファゼン誘導体は元素分析、1 H−N
MR、31P−NMR、MASS及びIRにより同定する
ことができる。
ホニル基含有ホスファゼン誘導体は、ホスファゼン化合
物自体の難燃性機能と共に、スルホニル基を有すること
から優れた電気性能が期待できる。従って、例えば、リ
チウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、ポリ
マー電池、ポリマー二次電池等の非水電解液電池、電解
コンデンサー等の電池の電解液に含有させることによ
り、優れた難燃性能と電気特性を付与することができ
る。
するが、これは単に例示であって、本発明を制限するも
のではない。 実施例1 攪拌機を付けた四口フラスコに五塩化リン46.6g
(0.224モル)、メタンスルホンアミド21.3g
(0.224モル)、脱水トルエン62.9g及びTH
F0.2gを仕込み、窒素雰囲気下、室温で2時間反応
させ、トリクロロホスファゾスルホニルメタンを得た。
反応終了後、溶液をそのまま原料として用いた。攪拌機
を付けた四口フラスコに水素化ナトリウム27.8g
(0.695モル)及び脱水THF233.5gを仕込
み、次いで、ジエチレングリコールモノメチルエーテル
136.9g(1.13モル)を滴下し、ジエチレング
リコールモノメチルエーテルのアルコラート溶液を調製
した。攪拌機を付けた四口フラスコにトリクロロホスフ
ァゾスルホニルメタン51.6g(0.224モル)と
トルエン225.6gを仕込み、窒素雰囲気中で、前記
で調製したジエチレングリコールモノメチルエーテルの
アルコラート溶液(0.695モル)を反応系内の温度
を0〜10℃に保持しながら滴下した。滴下終了後、更
に、10℃以下で1.5時間攪拌下に反応させた。反応
終了後、酢酸で中和した。次いで、濾過し、ろ液をクロ
ロホルムで抽出して得られた有機層を、濃縮、脱水し
て、オイル状の物質37.7g(収率83.1%)を得
た。元素分析、1 H−NMR、31P−NMR、MASS
及びIRにより同定したところ、表1に示したスルホニ
ル基を有するホスファゼン誘導体であることが確認され
た。
1 )に対する 計算値;C;39.94%、H;7.54% 、N;2.91% 、S;6.
66% 実測値;C;39.71%、H;8.01% 、N;2.89% 、S;6.
86% ・1 H−NMR(ppm,CDCl3 )δ;3.01(d,3H)、3.40
(m,9H)、3.53(m,6H)、3.65(m,6H)、3.74(m,6H)、4.37(
m,6H) ・31P−NMR(ppm,CDCl3 )δ;−1.81(m) ・IR;ν(KBr )cm-1;2882、1455、1328、1220、
1143、1111 ・MASS(FAB )m/z ;482(M +H) +
(0.151モル)、ベンゼンスルホンアミド23.6
g(0.150モル)、脱水トルエン74.3g及びT
HF1.0gを仕込み、室温で2.5時間攪拌下に反応
させ、トリクロロホスファゾスルホニルベンゼン42.
5gを得た(収率96.9%)。攪拌機を付けた四口フ
ラスコに水素化ナトリウム17.9g(0.449モ
ル)及び脱水THF153.3gを仕込み、次いで、エ
チレングリコールモノメチルエーテル58.2g(0.
764モル)を滴下し、エチレングリコールモノメチル
エーテルのアルコラート溶液を調製した。攪拌機を付け
た四口フラスコに前記で調製したトリクロロホスファゾ
スルホニルベンゼン42.69g(0.146モル)と
トルエン145.1gを仕込み、窒素雰囲気中で、前記
で調製したエチレングリコールモノメチルエーテルのア
ルコラート溶液(0.449モル)を反応系内の温度を
0〜10℃に保持しながら滴下した。滴下終了後、更
に、室温で3.5時間攪拌下に反応させた。反応終了
後、塩酸で中和した。次いで、濾過し、ろ液をジクロロ
メタンで抽出して得られた有機層を濃縮、脱水して、オ
イル状の物質47.1g(収率78.4%)を得た。元
素分析、1 H−NMR、31P−NMR、MASS及びI
Rにより同定したところ、表1に示したスルホニル基を
有するホスファゼン誘導体であることが確認された。
)に対する 計算値;C;43.79%、H;6.37% 、N;3.40% 、S;7.
70% 実測値;C;43.71%、H;6.59% 、N;3.54% 、S;8.
02% ・1 H−NMR(ppm ,CDCl3 )δ;3.35(s,9H)、3.58
(m,6H)、4.32(m,6H)、7.47(m,3H)、7.96(m,2H) ・31P−NMR(ppm ,CDCl3 )δ;−2.01(m) ・IR;ν(KBr )cm-1ν;2890、2824、1447、1370、
1203、1155、1133 ・MASS(FAB )m/z ;412(M +H) +
(0.222モル)、4−フルオロベンゼンスルホンア
ミド39.1g(0.222モル)、テトラヒドロフラ
ン8.0g及びトルエン250mlを仕込み、窒素雰囲
気中で2時間、室温で反応させた。反応終了後、溶媒を
留去し、N−4−フルオロベンゼンスルホニル−P,
P,P−トリクロロホスファゼン66.1g(収率9
5.6%)を得た。次いで、攪拌機を付けた四つ口フラ
スコに上記で得たN−4−フルオロベンゼンスルホニル
−P,P,P−トリクロロホスファゼン60.0g
(0.193モル)とテトラヒドロフラン250mLを
仕込み、実施例2と同様にして得られたエチレングリコ
ールモノメチルエーテルのアルコラート溶液(0.63
7モル)を、窒素雰囲気中で、0〜5℃で一昼夜攪拌下
に反応させた。反応終了後、濃硫酸で中和した。次い
で、水洗後、クロロホルムで抽出して得られた有機層を
濃縮、脱水して、オイル状の物質75.2g(収率7
8.9%)を得た。元素分析、1 H−NMR、31P−N
MR、MASS及びIRにより同定したところ、表1に
示したスルホニル基を有するホスファゼン誘導体である
ことが確認された。
)に対する 計算値;C;41.95%、H;5.87% 、N;3.26% 、S;7.
47% 実測値;C;42.34%、H;6.16% 、N;3.36% 、S;7.
79% ・1 H−NMR(ppm ,CDCl3 )δ;3.24(s,9H)、3.45
(m,6H)、4.17(m,6H)、6.99(m,2H)、7.86(m,2H) ・31P−NMR(ppm ,CDCl3 )δ;−2.2(m) ・IR;ν(KBr )cm-1;2932 、2890、1591、1494、1
371、1280、1218、1150、1039、839 、687 ・MASS(FAB )m/z ;430(M +H) +
(0.051モル)、2,4−ジフルオロベンゼンスル
ホンアミド10.0g(0.052モル)、テトラヒド
ロフラン1.4g及びトルエン100mlを仕込み、窒
素雰囲気中で2時間、室温で反応させた。反応終了後、
溶媒を留去し、N−2,4−ジフルオロベンゼンスルホ
ニル−P,P,P−トリクロロホスファゼン16.1g
(収率96.2%)を得た。次いで、攪拌機を付けた四
つ口フラスコに上記で得たN−2,4−ジフルオロベン
ゼンスルホニル−P,P,P−トリクロロホスファゼン
16.1g(0.0490モル)とテトラヒドロフラン
100mLを仕込み、実施例2と同様にして得られたエ
チレングリコールモノメチルエーテルのアルコラート溶
液(0.160モル)を、窒素雰囲気中で、0〜5℃で
一昼夜攪拌下に反応させた。反応終了後、濃硫酸で中和
した。次いで、水洗後、クロロホルムで抽出して得られ
た有機層を濃縮、脱水して、オイル状の物質17.0g
(収率77.7%)を得た。元素分析、1 H−NMR、
31P−NMR、MASS及びIRにより同定したとこ
ろ、表1に示したスルホニル基を有するホスファゼン誘
導体であることが確認された。
7.4 )に対する 計算値;C;40.27%、H;5.41% 、N;3.13% 、S;7.
17% 実測値;C;40.24%、H;5.48% 、N;3.16% 、S;7.
54% ・1 H−NMR(ppm ,CDCl3 )δ;3.27(s,9H)、3.51
(m,6H)、4.25(m,6H)、6.83(m,2H)、7.89(m,1H) ・31P−NMR(ppm ,CDCl3 )δ;−2.58(m ) ・IR;ν(KBr )cm-1;2893 、2825、1603、1485、1
424、1372、1290、1203、1159、1040 、970 、850 、68
7 、620 ・MASS(FAB )m/z ;448(M +H) +
ゼン誘導体は、ホスファゼン化合物自体の難燃性機能と
共に、スルホニル基を有することから優れた電気性能が
期待できる。従って、例えば、リチウムイオン二次電
池、リチウムイオン一次電池、ポリマー電池、ポリマー
二次電池等の非水電解液電池、電解コンデンサー等の電
池の電解液に含有させることにより、優れた難燃性能と
電気特性を付与することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 下記一般式(1); (R1 O)3 P=N−SO2 −R2 (1) {式中、R1 はハロゲン原子で置換されていてもよい次
式の基;CH3-( OCH 2 CH2)n - (nは1〜5の整
数を示す。)を示し、R2 はハロゲン原子で置換されて
いてもよい炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子
で置換されていてもよいフェニル基又は炭素数1〜4の
アルキル基で置換されたフェニル基を示し、該アルキル
基で置換されたフェニル基は、ハロゲン原子で置換され
ていてもよい。}で表されることを特徴とするスルホニ
ル基含有ホスファゼン誘導体。 - 【請求項2】 五ハロゲン化リンと、下記一般式
(2); H2 N−SO2 −R2 (2) (式中、R2 は前記と同義。)で表されるスルホンアミ
ドとを反応させて、下記一般式(3); X3 P=N―SO2 −R2 (3) (式中、R2 は前記と同義。Xはハロゲン原子を示
す。)で表されるハロゲン化ホスファゼン誘導体を得、
次いで、該ハロゲン化ホスファゼン誘導体と一般式
(4); R1 −OM (4) (式中、R1 は前記と同義。Mはアルカリ金属を示
す。)で表されるアルコラート類とを反応させて、下記
一般式(1); (R1 O)3 P=N−SO2 −R2 (1) {式中、R1 はハロゲン原子で置換されていてもよい次
式の基;CH3-( OCH 2 CH2)n - (nは1〜5の整
数)を示し、R2 はハロゲン原子で置換されていてもよ
い炭素数1〜12のアルキル基、ハロゲン原子で置換さ
れていてもよいフェニル基又は炭素数1〜4のアルキル
基で置換されたフェニル基を示し、該アルキル基で置換
されたフェニル基は、ハロゲン原子で置換されていても
よい。}で表されるスルホニル基含有ホスファゼン誘導
体を得ることを特徴とするスルホニル基含有ホスファゼ
ン誘導体の製造方法。
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