JP2002080985A - 完全フッ素置換有機化合物を電気化学的フッ素置換で製造する方法 - Google Patents

完全フッ素置換有機化合物を電気化学的フッ素置換で製造する方法

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JP2002080985A
JP2002080985A JP2001187991A JP2001187991A JP2002080985A JP 2002080985 A JP2002080985 A JP 2002080985A JP 2001187991 A JP2001187991 A JP 2001187991A JP 2001187991 A JP2001187991 A JP 2001187991A JP 2002080985 A JP2002080985 A JP 2002080985A
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アンドレアス・ブラン
Joachim Herzig
ヨアヒム・ヘルツイーク
Guenter Dr Lailach
ギユンター・ライラツハ
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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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/68Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton from amines, by reactions not involving amino groups, e.g. reduction of unsaturated amines, aromatisation, or substitution of the carbon skeleton
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 完全フッ素置換有機化合物を電気化学的フッ
素置換で製造する方法。 【解決手段】 親化合物であるフッ素置換されていない
か或はある程度フッ素置換されている有機化合物に電気
化学的フッ素置換をヒ素含有量が約10ppm未満のフ
ッ化水素を用いて受けさせることで完全フッ素置換され
た有機化合物を連続的に製造する新規な方法は、電極面
積−時間収率の経時的低下を示すことなく長時間に渡っ
て操作可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】 本発明は完全フッ素置換有機化合物を
ヒ素含有量が低いフッ化水素を用いた電気化学的フッ素
置換で製造する方法に関する。
【0002】電気化学的フッ素置換は、有機化合物とフ
ッ化水素の反応を通してフッ素を前記有機化合物に導入
する公知の電気化学方法である。原則として、前記有機
化合物が有する水素原子の全部が反応過程中にフッ素原
子に置き換わることで完全フッ素置換された化合物が生
じ得る。ある程度フッ素置換された化合物またはそれら
の下流生成物(downstream product
s)およびまた短鎖の分解生成物および重合化合物も副
生成物として生じ得る。電気化学的フッ素置換は、元素
状フッ素を用いたフッ素置換に比較して、出発化合物が
有する官能基が変化しないままであると言った利点を与
える。完全フッ素置換された生成物の収率は、出発材料
が有する炭素鎖の長さに応じて5から90重量%であ
り、この収率は炭素鎖が長ければ長いほど低下する。
【0003】電気化学的フッ素置換の論評がE.Hol
litzer P.Sartori,Chem.−In
g.−Tech.58(1986),No.1,31−
38頁、そしてHouben Weyl,10a巻,O
rgano Fluorine Compounds
(1999),7章 Electrochemical
Introduction of Fluorine,
305−318頁に与えられている。
【0004】電気化学的フッ素置換は空間−時間収率が
低いことから電気化学的フッ素置換を連続的に実施する
方が有利であり得ることが本技術分野で知られている。
【0005】このような方法を上述した従来技術に従っ
て実施すると下記の欠点が生じることを注目すべきであ
る:電解槽を長期間運転、即ち3カ月を越える期間に渡
って運転すると電極の電圧を一定にしたとしても前記槽
の電極面積−時間収率が一定して降下することが分かっ
ている。ここで、「電極面積−時間収率」は、目標生成
物である完全フッ素置換生成物が単位電極面積当たりに
単位時間毎に生じる量である。しかしながら、このよう
に低下した電極面積−時間収率を補う目的で電極の電圧
を高くすると結果として電極が腐食する度合が大きくな
ってしまう。
【0006】従って、本発明の目的は、長期間に渡って
連続的に運転可能で電極面積−時間収率が時間と共に低
下しない完全フッ素置換有機化合物製造方法を提供する
ことにある。
【0007】驚くべきことに、商業的フッ化水素(これ
は一般にヒ素を15から500ppm含有する)の代わ
りにヒ素含有量が低いフッ化水素を電気化学的フッ素置
換の原料として用いると電気化学的フッ素置換を高い電
極面積−時間収率および非常に低い電極腐食率で実施す
ることができることをここに見いだした。
【0008】
【要約】本発明は親化合物であるフッ素置換されていな
いか或はある程度フッ素置換されている有機化合物にフ
ッ化水素を用いた電気化学的フッ素置換を受けさせるこ
とを含んで成る連続的完全フッ素置換有機化合物製造方
法に関し、ここでは、ヒ素含有量が約10ppm未満の
フッ化水素を用いる。以下に行う説明および添付請求の
範囲を参考にすることで本発明の前記および他の特徴、
面および利点がより良好に理解されるであろう。
【0009】
【説明】本発明は、親化合物であるフッ素置換されてい
ないか或はある程度フッ素置換されている有機化合物
(本明細書では以降、出発材料と呼ぶ)にヒ素含有量が
約10ppm未満のフッ化水素を用いた電気化学的フッ
素置換を受けさせることで完全フッ素置換された有機化
合物を連続的に製造する改良方法を提供するものであ
る。
【0010】本発明に従い、ヒ素が好適には多くて約1
ppm、特に好適にはヒ素が多くて約0.3ppmのヒ
素含有量を有するフッ化水素を用いる。これは、フッ化
水素を生じさせる時に特に低ヒ素のほたる石を用いるか
或は商業的フッ化水素に分別蒸留を受けさせてヒ素が豊
富に存在する溜分とヒ素量が低い溜分を生じさせること
を通して調製可能である。好適には、商業的フッ化水素
に存在するヒ素化合物に酸化を受けさせそして特に低ヒ
素のフッ化水素を蒸留の上部で単離することを通して、
そのようなフッ化水素を生じさせる。米国特許第4,6
68,497号(WO 88/06139を参照)に記
述されているように酸化剤としてフッ素または過酸化水
素を用いることができる。
【0011】本発明の目的で、生じさせる完全フッ素置
換有機化合物は、好適には、一般式Cn2n+1SO2
(n≧1)で表されるフッ化パーフルオロアルキルスル
ホニル類、例えばフッ化パーフルオロブチルスルホニル
など、一般式Cn2n+2[式中、nは1から10であ
る]で表されるパーフルオロアルカン類、または一般式
(Cn2n+13N[式中、nは1から10である]で表
されるパーフルオロアルキルアミン類である。
【0012】本発明の方法をフッ化パーフルオロブチル
スルホニルの製造で用いる場合には出発材料として好適
にはスルホラン、スルホレン、ブチルスルホニルフルオ
ライド、ブチルスルホニルクロライドまたはそれらの混
合物を用いる。
【0013】電気分解をフッ化水素中で実施するが、こ
れに電解質塩、例えばフッ化ナトリウムまたはテトラフ
ルオロホウ酸ナトリウムなどを添加しておくことも可能
である(米国特許第5,326,437号を参照)。陽
極で用いる電極材料は一般にニッケルであり、陰極で用
いる材料は一般にニッケルまたは鉄である。
【0014】本発明の方法は4m3に及ぶ容量を有する
槽内で実施可能である。蒸発によって起こるフッ化水素
の損失を最小限にする目的で電解液をポンプ輸送で循環
させて冷却を行うことも可能である。本発明の方法を産
業的に実施する場合、フッ素置換を受けさせるべき材料
(出発材料)を前記槽に連続的に添加する。フッ素置換
過程中にフッ化水素が消費されるにつれてそれを連続的
または不連続的に添加してもよい。完全フッ素置換され
た生成物が約20℃を越える沸点を有していて電解液に
不溶な場合には、これを前記槽から不連続的または連続
的に取り出すことができる。完全フッ素置換された生成
物の沸点が約20℃未満であるか或はそれが電解液に容
易に溶解する場合には、完全フッ素置換された生成物を
電解液から抽出するのが適切である。反応の化学量論に
従う仕込み物の当量に従って添加する出発材料の量を計
算する。
【0015】出発材料は絶え間無く添加可能であるか或
はある期間に渡って一度に添加可能である。そのような
添加期間中、出発材料を反応式に従って化学量論的に連
続または分割して計量して添加してもよい。この添加期
間の長さはこの期間中に添加する量が変わると変わり得
る。
【0016】前記電気分解を一般に約5から約40mA
/cm2、好適には約8から約20mA/cm2の電流密
度で実施する。電圧を一般に約5から約10ボルト、好
適には5から7ボルトにする。温度を0から20℃、好
適には約10から約15℃にすべきである。
【0017】この反応を実施する時の圧力は一般に約1
バールの周囲圧力である。 原則として、従来技術で公
知の如何なる電気化学的フッ素置換用槽も本発明の方法
で用いるに適切である。適切な電気化学的フッ素置換用
槽の例を例えば米国特許第2,519,983号に見る
ことができる。本発明の方法で用いるに適した産業的電
解槽は好適には体積が約2から約4m3の槽である。
【0018】低ヒ素のフッ化水素を用いる結果として、
生成物の収率および電解槽の電極面積−時間収率を長時
間に渡って高いレベルに保持することができかつ電極の
腐食を低く保つことができる。それによって、特に費用
のかかる洗浄および修復手段が従来技術で公知の方法に
比較してかなり軽減される。
【0019】以下に示す説明的実施例で本発明のさらな
る説明を行い、ここで、部およびパーセントは特に明記
しない限り全部重量である。
【0020】
【実施例】比較実施例 フッ化パーフルオロブチルスルホニルを電気化学的に製
造する目的で、スルホランが95重量%でスルホレンが
5重量%の混合物を電解液にヒ素含有量が37ppmの
商業的フッ化水素と一緒に送り込んだ。電解電圧を7V
にしそして電解液の温度を10℃にした。完全フッ素置
換された化合物を電解液から2番目の相として分離し
た。陽極表面積1cm2当たり29.2Ahの充電を行
うとニッケル陽極の重量が7.9重量%失われることを
確認した。電極面積−時間収率は、電解開始時の陽極面
積1cm2当たり1.7mgのフッ化パーフルオロブチ
ルスルホニル/時から約5,000時間の運転後の陽極
面積1cm2当たり0.86mgのフッ化パーフルオロ
ブチルスルホニル/時にまで降下した。
【0021】実施例1 前記比較実施例で用いた電解槽に新しいニッケル電極を
取り付けて比較実施例と同様に操作した。商業的フッ化
水素の代わりに実験時間全体に渡ってヒ素含有量が4か
ら8ppmの範囲のフッ化水素を用いた。陽極表面積1
cm2当たり27.2Ahの充電を行った後に前記槽の
スイッチを切って電極の分析を行った。ニッケル陽極の
重量損失は1.3重量%であることを確認した。電極面
積−時間収率が降下する度合は、開始時の陽極面積1c
2当たり1.7mgのフッ化パーフルオロブチルスル
ホニル/時から約4,100時間の運転後の陽極面積1
cm2当たり1.05mgのフッ化パーフルオロブチル
スルホニル/時に至ると言った度合であった。
【0022】実施例2 前記比較実施例で用いた電解槽に新しいニッケル電極を
取り付けて比較実施例と同様に操作した。ヒ素を37p
pm含有する商業的フッ化水素の代わりにヒ素含有量が
0.2ppm未満である低ヒ素のフッ化水素を用いた。
陽極表面積1cm2当たり24.3Ahの充電を行った
後に前記槽のスイッチを切って電極の分析を行った。ニ
ッケル陽極の重量損失は全く確認されなかった。使用し
た供給材料混合物を基準にしたフッ化パーフルオロブチ
ルスルホニルの収率は34%であり、電極面積−時間収
率は、4,300時間の運転後の実験終了時まで陽極面
積1cm2当たり1.7mgのフッ化パーフルオロブチ
ルスルホニル/時のままであった。
【0023】本発明を本発明の好適な特定変形を言及す
ることで詳細に記述してきたが、他の変形も可能であ
る。従って、添付請求の範囲の精神および範囲は本明細
書に含めた変形の説明に限定されるべきでない。
【0024】本発明の特徴および態様は以下のとおりで
ある。
【0025】1. 完全フッ素置換有機化合物を連続的
に製造する方法であって、フッ素置換されていないか或
はある程度フッ素置換されている有機化合物に電気化学
的フッ素置換をヒ素含有量が10ppm未満のフッ化水
素を用いて受けさせることを含んで成る方法。
【0026】2. ヒ素含有量が1ppm未満のフッ化
水素を用いる第1項記載の方法。
【0027】3. 生じさせる完全フッ素置換有機化合
物が一般式Cn2n+1SO2F[式中、n≧1]で表され
るフッ化パーフルオロアルキルスルホニル、一般式Cn
2n+ 2[式中、nは1から10である]で表されるパー
フルオロアルカンまたは一般式(Cn2n+13N[式
中、nは1から10である]で表されるパーフルオロア
ルキルアミンである第1項記載の方法。
【0028】4. 前記フッ素置換されていないか或は
ある程度フッ素置換されている有機化合物がスルホラ
ン、スルホレン、ブチルスルホニルフルオライド、ブチ
ルスルホニルクロライドまたはそれらの混合物である第
1項記載の方法。
【0029】5. 前記フッ化水素に電解質塩を添加す
る第1項記載の方法。
【0030】6. 電気分解を約5から約40mA/c
2の電流密度および約5から約10ボルトの電圧で実
施する第1項記載の方法。
【0031】7. 前記反応を約0から約20℃の温度
で実施する第1項記載の方法。
【0032】8. 前記反応を約0.8から約1.2バ
ールの圧力で実施する第1項記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591063187 Bayerwrk,Leverkuse n,BRD (72)発明者 ギユンター・ライラツハ ドイツ47799クレーフエルト・ビスマルク シユトラーセ109 Fターム(参考) 4H006 AA02 AC30 BB31 BE01 4K021 AC20 BA06 BA17 BB01

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 完全フッ素置換有機化合物を連続的に製
    造する方法であって、フッ素置換されていないか或はあ
    る程度フッ素置換されている有機化合物に電気化学的フ
    ッ素置換をヒ素含有量が10ppm未満のフッ化水素を
    用いて受けさせることを含んで成る方法。
JP2001187991A 2000-06-28 2001-06-21 完全フッ素置換有機化合物を電気化学的フッ素置換で製造する方法 Pending JP2002080985A (ja)

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