JP2005314388A - フルオロスルホニル基を含有する化合物、およびその重合体 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち本発明は、下記の発明を提供する。
<1>下式(a)で表される化合物(ただし、nは1〜6の整数を示す。)。
<2>下式(A)で表される単位を含む重合体(ただし、nは1〜6の整数を示す。)。
<3>質量平均分子量が5×103〜5×106である<2>に記載の重合体。
<4>下式(a)で表される化合物を重合させることを特徴とする下式(A)で表される単位を含む重合体の製造方法(ただし、nは1〜6の整数を示す。)。
<7>下式(1)で表される化合物(ただし、nは1〜6の整数を示す。)。
CH2=CH(CH2)nSO2F (1)
重合体における単位とは、モノマーが重合することによって形成する該モノマーに由来するモノマー単位(繰り返し単位ともいう。)を意味するが、本発明における単位は重合反応によって直接形成する単位であっても、重合反応後の化学変換によって形成する単位であってもよい。
前記製造方法において、RAは化合物(d)の入手しやすさの点からは式−(CH2)n−で表される基が好ましい。一方、RAは、液相フッ素化反応の収率や反応のしやすさの点では−(CH2)n−部分の水素原子の1つ以上がフッ素原子で置換された基が好ましく、−SO2F基に隣接する炭素原子に結合する水素原子の1または2個がフッ素原子で置換されている基が特に好ましく、該水素原子の2個がフッ素原子で置換されている基がとりわけ好ましい。
REFの具体例としては、下記の基が挙げられる。
−CF2CF3、−CF(CF3)2、−CF(CF3)CF2CF3、−CF(CF3)O(CF2)3F、−CF(CF3)OCF2CF(CF3)O(CF2)3F。
[反応ルート1]
[反応ルート2]
X1〜X4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基であり、X1とX3が共同して環を形成していてもよい。X5およびX6は、それぞれ独立に、炭素数1〜5のアルキル基であり、または共同して炭素数4〜7の環を形成するアルキレン基でもよい。
(X1X2N)(X3X4N)CF2としては、2,2−ジフルオロ−1,3−ジメチルイミダゾリジンが好ましい。
CH2=CHCH2SO2F、
CH2=CHCH2CH2SO2F、
CH2=CH(CH2)4SO2F。
[方法1]
化合物(1)を配位重合させて重合体を製造する方法。
[方法2]
化合物(1)とテトラフルオロエチレンとをラジカル共重合させて重合体を製造する方法。
[方法3]
化合物(1)と式HSi(RG)3−p(Y)pで表される化合物をヒドロシリル化反応させて式FSO2(CH2)nCH2CH2Si(RG)3−p(Y)pで表されるシラン化合物を得て、該シラン化合物を重縮合反応させて重合体を製造する方法(ただし、nは前記と同じ意味を示し、pは1〜3の整数、RGは炭素数1〜3のアルキル基、およびYは塩素原子または炭素数1〜3のアルコキシ基を示す。)。
CFR4=CR5R6 (m2)
CR7R8=CR9−Q1−CR10=CF2 (m3)。
化合物(m2)の具体例としては、CF2=CF2、CFCl=CF2、CF2=CFCF3、下記化合物(m2−1)、下記化合物(m2−2)、下記化合物(m2−3)、CF2=CFCF2OCF3等が挙げられる。
重合体(A)が架橋されていない重合体である場合には、低抵抗で高い発電効率が得られる観点から、重合体(A)中の全単位に対する単位(A)の割合は、5モル%以上が好ましく、10モル%以上が特に好ましい。また機械的物性の観点から、重合体(A)中の全単位に対する単位(A)の割合は、50モル%以下が好ましく、35モル%以下がより好ましく、30モル%以下が特に好ましい。また重合体(A)がグラフト状である重合体の場合には、グラフト部分は単位(A)のみからなるものがあってもよい。
なお、以下において1,1,2−トリクロロトリフルオロエタンをR−113、CClF2CF2CHClFをR−225cb、CCl2FCF2CCl2CF2CF3をR−419、テトラメチルシランをTMS、と記す。
純度はガスクロマトグラフィー分析によるピーク面積比より求めた。含フッ素化合物の反応収率はペルフルオロベンゼンを基準とした19F−NMR分析より求めた。
窒素ガス雰囲気下の滴下ロート、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、純度91%の化合物(7−4)(100g)、CH2Cl2(500g)、およびN(CH2CH3)3(112g)を仕込んだ。つぎに氷浴で4つ口丸底フラスコの内温を10〜20℃に保持しながら、CH3SO2Cl(115g)を30分かけて滴下しながら撹拌した。さらに4つ口丸底フラスコの内温を25℃に保持しながら、2時間撹拌した。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、滴下ロート、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、例1−1で得た粗生成物(173g)、およびCH3C(O)CH3(350g)を仕込んだ。つぎに4つ口丸底フラスコの内温を20℃に保持しながら、LiBr(169g)を少しずつ添加しながら撹拌した。さらにフラスコ内溶液を、1時間、加熱還流した。
温度計、撹拌子を備えた3つ口丸底フラスコ(内容積50mL)に化合物(6−4)(10.3g)、(C8H17)3(CH3)NCl(2.0g、商品名:Aliquat336)、およびLiBr(9.6g)を仕込んだ。3つ口丸底フラスコの内温を100℃に保持して、10時間撹拌した。3つ口丸底フラスコの内溶液を1H−NMRで分析した結果、標記化合物の生成(収率80%)を確認した。
ジムロート冷却管、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積1L)に、イオン交換水(283g)およびNa2SO3(68.6g)を仕込み、溶解するまで撹拌した。つぎに例1−2で得た留分(88.5g)を添加して、フラスコ内溶液を6時間、加熱還流した。
ジムロート冷却管、温度計、撹拌子を備えた3つ口丸底フラスコ(内容積200mL)に、イオン交換水(52g)、およびNa2SO3(13.3g)を仕込み、溶解するまで撹拌した。つぎに、3つ口丸底フラスコに化合物(6−4)(13.3g)を添加して、20時間、加熱還流した。3つ口丸底フラスコの内溶液を1H−NMRで分析した結果、標記化合物の生成(収率68%)を確認した。また化合物(6−4)(4.2g)を未反応のまま回収した。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、および撹拌子を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積1L)に、CH2Cl2(356g)、例1−4で得た白色固体(70g)、およびジメチルホルムアミド(0.70g)を仕込んだ。4つ口丸底フラスコの内温を19〜22℃に保持しながら、SOCl2(144g)を10分かけて滴下しながら撹拌した。さらにフラスコ内溶液を7.5時間、加熱還流した。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、および撹拌子を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積300mL)に、例1−6で得た液体(42g)、およびCH3CN(100g)を仕込んだ。4つ口丸底フラスコにKF(27g、森田化学社製商品名:クロキャットF)を添加しながら撹拌して、さらに8時間、加熱還流した。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):52.9(1F)。
ジムロート冷却管、温度計、撹拌子を備えた3つ口丸底フラスコ(内容積100mL)にCH3CN(12.2g)、例1−4で得た白色固体(3.6g)、2,2−ジフルオロ−1,3−ジメチルイミダゾリジン(5.1g)、およびイオン交換水(0.11g)を添加し、つぎに3つ口丸底フラスコの内溶液を加熱還流しながら撹拌した。加熱還流を開始してから、5.5時間後の還流液、8.5時間後の還流液、および17.5時間後の還流液を1H−NMRと19F−NMRで分析した結果、反応収率がそれぞれ59%、74%、および86%で標記化合物の生成を確認した。
イオン交換水を用いない以外は例1−8と同様の方法で反応を行った。13時間後の還流液を1H−NMRと19F−NMRで分析した結果、反応収率22.5%で標記化合物の生成を確認した。
窒素ガス雰囲気下の滴下ロート、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、化合物(7−2)(300g)、CH2Cl2(2100g)、およびN(CH2CH3)3(464g)を仕込んだ。つぎに氷浴で4つ口丸底フラスコの内温をおよそ20℃に保持しながら、CH3SO2Cl(476g)を35分かけて滴下しながら撹拌した。さらに4つ口丸底フラスコの内温を約20℃に保持しながら、3時間撹拌した。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積5L)に、例2−1で得た生成物(609g)およびCH3COCH3(2203g)を仕込んだ。つぎに水浴中で、フラスコ内を撹拌しながら、LiBr(473g)を16分かけて添加した。添加中に内温は22℃から34.5℃に上昇した。添加終了後、そのまま1時間、加熱還流してから、常圧にてアセトンを留去した。
ジムロート冷却管、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積5L)に、イオン交換水(1833g)およびNa2SO3(433g)を仕込み、溶解するまで撹拌した。つぎに例2−2で得た留分(464g)を添加して、フラスコ内溶液を約6時間、加熱還流した。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、例2−3で得た白色固体(307g)、CH2Cl2(1033g)およびジメチルホルムアミド(4.41g)を仕込んだ。4つ口丸底フラスコの内温をおよそ20℃に保持しながら、SOCl2(370g)を約10分かけて滴下しながら撹拌した。さらにフラスコ内溶液を9時間、加熱還流した。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、例2−4と同様にして得た反応液(355g)、およびCH3CN(1053g)を仕込んだ。つぎにKF(267g、森田化学社製、商品名:クロキャットF)を添加しながら撹拌して、そのままフラスコ内容液を7時間、加熱還流した。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):53.4(1F)。
ジムロート冷却管、温度計、撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、イオン交換水(940g)およびNa2SO3(227g)を仕込み、溶解するまで撹拌した。つぎに化合物(5−1)(218g)を添加してから、1時間、加熱還流した。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、CH2Cl2(1100g)、例3−1で得た白色固体(220g)、およびジメチルホルムアミド(2.63g)を仕込んだ。4つ口丸底フラスコの内温を20〜22℃に保持しながら、SOCl2(530g)を10分かけて滴下しながら撹拌した。さらにフラスコ内溶液を撹拌しながら、7.5時間、加熱還流した。
ポリ容器(内容積3L)に、KHF2(136.2g)および水(800mL)を添加し、溶解するまで撹拌した。つぎに例3−2で得た粗生成物(112.4g)とCH3CN(800mL)の混合液を添加し、25℃で27時間、撹拌して2層分離液を得た。2層分離液の上層を回収し、硫酸マグネシウムで乾燥してから、NaF(32.7g)を添加して反応粗液を得た。
窒素ガス雰囲気下の、ジムロート冷却管、温度計および撹拌子を備えた四つ口丸底フラスコ(内容積300mL)に、化合物(1−4)(12.7g)とジクロロメタン(150mL)を加えてから、水浴中で撹拌しながらメタクロロ過安息香酸(22g)を添加して12時間撹拌した。フラスコ内容液をろ過して回収したろ液を、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液(100mL)で2回洗浄してから飽和食塩水(100mL)で1回洗浄して反応粗液を得た。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):53.1(1F)。
窒素ガス雰囲気下の、ジムロート冷却管、温度計および撹拌子を備えた三つ口フラスコ(内容積100mL)に、化合物(g−4)(14g)とCH3COCH3(15mL)を加え、水浴中で撹拌しながらBF3・O(CH2CH3)2(40mg)を添加して6時間撹拌した。化合物(g−4)の反応率が97%に達した時点で、フラスコにCH3C(O)CH2OH(10g)を添加し、さらにフラスコ内を加熱減圧(67℃、13kPa(絶対圧))して低沸点成分を抜き出しながら10時間、撹拌を行った。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):53.0。
窒素ガス雰囲気下の、滴下ロート、冷却管、温度計、撹拌子を備えた三つ口フラスコ(内容積100mL)に、NaF(3.3g)と化合物(e−4)(10g)を加え、氷浴中にて5分間撹拌してからF(CF2)3OCF(CF3)COF(13g)を滴下した。フラスコ内容液をR−225で希釈してからろ過して得たろ液を濃縮して化合物(d−4)(21g)を得た。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):53.0(1F),−80.4(1F),−81.8(3F),−82.5(3F),−86.7(1F),−130.2(2F),−132.3(1F)。
オートクレーブ(内容積3000mL、ニッケル製)に、R−113(1700g)を入れ撹拌し、オートクレーブ内の温度を25℃に保った。オートクレーブのガス出口部には、20℃に保持した冷却器、NaFペレット充填層、および−10℃に保持した冷却器を直列に設置した。また−10℃に保持した冷却器からは凝集した液をオートクレーブに戻すための液体返送ラインを設置した。オートクレーブに窒素ガスを25℃で1時間吹き込んだ後、窒素ガスで20%に希釈したフッ素ガス(以下、20%フッ素ガスと記す。)を25℃で流速16.24L/hで1時間さらに吹き込んだ。
例4−4と同様の方法で得た内容物(72.5gの化合物(c−4)を含む。)を、KF粉末(2.05g)と共にフラスコに仕込み、激しく撹拌しながら、オイルバス中に浸して80℃で1.5時間、90〜95℃で1.5時間加熱した。フラスコを冷却してから減圧蒸留して80〜84℃/4.0kPa(絶対圧)の留分(36.7g)を得た。留分を19F−NMRで分析した結果、化合物(b−4)(反応収率78.5%)および化合物(b−4a)の生成を確認した。またガスクロマトグラフィーで分析した結果、化合物(b−4)の純度は95%であった。
ガラスビーズを充填した流動層型の320℃に加熱した反応管(ステンレス製、内径1.6cm、ガラスビーズ充填高40.5cm)を調整した。つぎに例4−5で得た留分、ペルフルオロヘキサン(3M社製商品名:FC−72)、および窒素ガスを、例4−5で得た留分:パーフルオロヘキサン:窒素ガス=2:3:95の割合(モル比)で混合した混合ガスを、320℃に加熱して2.7cm/sの線速度で反応管に供給した。反応管の出口には冷却器を備えたトラップを設置した。
例4−6の混合ガスにおいて、ペルフルオロヘキサンを使用せずに、例4−5で得た留分と窒素ガスの混合比を5:95(モル比)とする以外は、例4−6と同様の方法を用いて39.2gの化合物(b−4)に相当する混合ガスを流通させてトラップに液体(27.5g)を得た。液体を19F−NMRにより分析した結果、化合物(a−4)の生成を確認した(純度77.6%、反応収率61.3%)。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、および撹拌機を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積2L)に、例2で得た化合物(1−2)(68g)とCH2Cl2(1613g)を加え、さらに内温25℃以下に保持しながら103分かけてm−クロロ過安息香酸(176g、純度65%)を添加し、添加終了後、25℃にて66時間、撹拌した。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):53.3(1F)。
窒素ガス雰囲気下のジムロート冷却管、温度計、滴下ロートおよび撹拌子を備えた4つ口丸底フラスコ(内容積300mL)に、CH3COCH3(82ml)とBF3・O(CH2CH3)2(109mg)を加えた。フラスコ内を25℃にて撹拌しながら、例5−1と同様の方法で得た化合物(g−2)(12.3g、純度88.7%)とCH3COCH3(27ml)の混合液を、フラスコ内温を30℃に保持しながら22分かけて滴下した。滴下終了後、25℃にてさらに1時間撹拌して、化合物(f−2)を得た。
19F−NMR(282.7MHz、溶媒:CDCl3、基準:CFCl3)δ(ppm):52.8(1F)、−80.3(1F)、−81.7(3F)、−82.4(3F)、−86.8(1F)、−130.2(2F)、−132.5(1F)。
オートクレーブ(内容積500mL、ニッケル製)に、R−113(312g)を入れ撹拌し、オートクレーブ内の温度を25℃に保った。オートクレーブのガス出口部には、20℃に保持した冷却器、NaFペレット充填層、および−10℃に保持した冷却器を直列に設置した。また−10℃に保持した冷却器からは凝集した液をオートクレーブに戻すための液体返送ラインを設置した。
例5−3における20%フッ素ガスの変わりに窒素ガスで8体積%に希釈したフッ素ガス(以下、8%フッ素ガスと記す。)を用いて8%フッ素ガスの流量を18.80L/hとし、例5−2で得た化合物(d−2)の量を4gとし、かつ該化合物をR−113(120g)に溶解した溶液をオートクレーブに注入する時間を4.1時間とする以外は、例5−3と同様の方法を用いて化合物(d−2)のフッ素化反応を行った。反応後のオートクレーブ内の内容物を回収して19F−NMRで分析した結果、化合物(c−2)の生成を確認した(反応収率55%)。
オートクレーブ(内容積500mL、ニッケル製)に、R−419(350g)を入れ撹拌し、オートクレーブ内の温度を25℃に保った。オートクレーブのガス出口部には、20℃に保持した冷却器を設置した。25℃にて、オートクレーブに窒素ガスを1時間吹き込んでから、窒素ガスで50体積%に希釈したフッ素ガス(以下、50%フッ素ガスという。)を30.02L/hの流量で30分間、吹き込んだ。さらに、オートクレーブ内圧力を0.10MPa(ゲージ圧)まで昇圧してから、50%フッ素ガスを30分間、吹き込んだ。
化合物(c−2)を1257g含むフッ素化反応液を徐々に加温し、減圧度を高めながら、低沸点成分を留去して濃縮した。濃縮終了時の内温は80℃、圧力は1.33kPa(絶対圧)であった。蒸留装置を備えた四つ口フラスコに濃縮液を移し、KF(森田化学製、商品名:クロキャットF)を35.7g添加した。常圧で低沸点成分を抜き出しながら、内温78〜80℃で1時間、次いで90〜93℃で2時間加熱して、化合物(c−2)を化合物(b−2)に変換した。減圧蒸留により化合物(b−2)を636g得た。沸点63.5℃/6.7kPa(絶対圧)。
ガラスビーズ(岳南社製、品番#150)を充填した流動層型の反応管(インコネル製、内径2.6cm、ガラスビーズ充填高45cm)を320℃に加熱した。つぎに流量59mmol/hの化合物(b−2)と流量1.12mol/hの窒素ガスを混合して得た原料ガスを200℃にしてから反応管に導入した。原料ガスの線速は反応温度において3.0cm/sであった。反応管の出口にはドライアイス温度に冷却したトラップと液体窒素温度に冷却したトラップを連結して設置し、反応管の出口ガスから生成物を回収した。
オートクレーブ(内容積30mL、ステンレス製)に、化合物(a−4)(1.49g)、CH3OH(67mg)、R−225cb(26.8g)およびジイソプロピルペルオキシジカーボネート(1.6mg)を入れ、液体窒素で冷却して脱気した。つぎにオートクレーブにCF2=CF2を導入し、内温を40℃に保持して6時間重合を行った。つづいてオートクレーブ内を冷却して重合を停止し、雰囲気をパージした。なお重合開始時の内圧は0.6MPa(ゲージ圧)であり、重合停止時の内圧は0.5MPa(ゲージ圧)であった。
オートクレーブ(内容積100mL、ステンレス製)に、化合物(a−4)(5.73g)、CH3OH(11.4mg)を含有するR−225cb(108g)、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート(6.4mg)を入れ、液体窒素で冷却して脱気した。つぎにオートクレーブにCF2=CF2を導入し、内温を40℃に保持して2時間45分間重合を行った。つづいてオートクレーブ内を冷却して重合を停止し、雰囲気をパージした。なお重合開始時の内圧は0.5MPa(ゲージ圧)であり、重合停止時の内圧は0.4MPa(ゲージ圧)であった。
オートクレーブ(内容積100mL、ステンレス製)に、化合物(a−4)(2.98g)、CH3OH(96.2mg)を含有するR−225cb(88.9g)、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート(5.2mg)を入れ、液体窒素で冷却して脱気した。つぎにオートクレーブにCF2=CF2を導入し、内温を40℃に保持して9時間重合を行った。つづいてオートクレーブ内を冷却して重合を停止し、雰囲気をパージした。なお重合開始時の内圧は0.30MPa(ゲージ圧)であり、重合停止時の内圧は0.24MPa(ゲージ圧)であった。
オートクレーブ(内容積100mL、ステンレス製)に、化合物(a−4)(4.82g)、CH3OH(11.4mg)を含有するR−225cb(108g)、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート(5.9mg)を入れ、液体窒素で冷却して脱気した。つぎにオートクレーブにCF2=CF2を導入し、内温を40℃に保持して3.5時間重合を行った。つづいてオートクレーブ内を冷却して重合を停止し、雰囲気をパージした。なお重合開始時の内圧は0.29MPa(ゲージ圧)であり、重合停止時の内圧は0.22MPa(ゲージ圧)であった。
オートクレーブに、重合体(A4−1)を入れ窒素ガスで20体積%に希釈したフッ素ガスを内圧が0.3MPa(ゲージ圧)になるまで封入してから、180℃にて4時間保持してフッ素ガス処理した。
オートクレーブ(内容積30mL、ステンレス製)に、化合物(a−2)(0.96g)、CH3OH(16.6mg)、R−225cb(26.78g)およびジイソプロピルペルオキシジカーボネート(1.5mg)を入れ、液体窒素で冷却して脱気した。つぎにオートクレーブにCF2=CF2を導入し、内温を40℃に保持して6時間45分間重合を行った。つづいてオートクレーブ内を冷却して重合を停止し、雰囲気をパージした。なお重合開始時の内圧は0.29MPa(ゲージ圧)であり、重合停止時の内圧は0.22MPa(ゲージ圧)であった。
オートクレーブ(内容積30mL、ステンレス製)に、化合物(c−2)(0.99g)、CH3OH(49.4mg)を含有するR−225cb(26.78g)、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート(1.5mg)を入れ、液体窒素で冷却して脱気した。つぎにオートクレーブにCF2=CF2を導入し、内温を40℃に保持して7時間重合を行った。つづいてオートクレーブ内を冷却して重合を停止し、雰囲気をパージした。なお重合開始時の内圧は0.45MPa(ゲージ圧)であり、重合停止時の内圧は0.35MPa(ゲージ圧)であった。
オートクレーブ(内容積100mL、ステンレス製)に、下記化合物(z1)(8.48g)、メタノール(17mg)を含有するR−225cb(76.3g)およびペルフルオロ過酸化ベンゾイル(170mg)を入れ、液体窒素で冷却して脱気した。つぎにオートクレーブにCF2=CF2を導入し、内温を70℃に保持して50分間重合を行った。つづいてオートクレーブ内を冷却して重合を停止し、雰囲気をパージした。重合開始時の内圧は0.97MPa(ゲージ圧)であり、重合停止時の内圧は0.43MPa(ゲージ圧)であった。
Claims (7)
- 質量平均分子量が5×103〜5×106である請求項2に記載の重合体。
- 質量平均分子量が5×103〜5×106である請求項5に記載の重合体。
- 下式(1)で表される化合物(ただし、nは1〜6の整数を示す。)。
CH2=CH(CH2)nSO2F (1)
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