JP2016145147A - Manufacturing method of fluorosulfonylimide compound - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a fluorosulfonylimide compound safely, continuously and efficiently by preventing increase of manufacturing cost and outflow of corrosive materials out of a reaction system.SOLUTION: There is provided a method for providing a fluorosulfonylimide compound represented by the formula (1) by reacting a compound represented by the formula (2) and a compound represented by the composition formula (3) of 1 to 3 equivalence by stoichiometric amount based on 1 mol of the compound in a presence of a solvent of 0 to 4 mass times of the compound. (NHF(HF)(3), where Ris a C1 to 6 fluoroalkyl group, Ris halogen or a C1 to 6 fluoroalkyl group, Cat1and Cat2are monovalent groups and p is an integer of 0 to 10.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明はフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a fluorosulfonylimide compound.

ビス(フルオロスルホニル)イミド化合物、N−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミド化合物といったフルオロスルホニルイミド化合物類はN(SO2F)基を有する化合物の中間体として有用であり、また、電解質、燃料電池の電解液への添加物、選択的求電子フッ素化剤、光酸発生剤、熱酸発生剤、近赤外線吸収色素等として使用されるなど、様々な用途において有用な化合物である。 Fluorosulfonylimide compounds such as bis (fluorosulfonyl) imide compounds and N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide compounds are useful as intermediates for compounds having an N (SO 2 F) group, and It is a useful compound in various applications such as electrolytes, additives to fuel cell electrolytes, selective electrophilic fluorinating agents, photoacid generators, thermal acid generators, near-infrared absorbing dyes, etc. is there.

オニウムをカチオンとするフルオロスルホニルイミドオニウム塩はイオン液体として優れた性質を有することから、電気化学デバイスの電解液用途を中心として様々な検討がなされている。従来フルオロスルホニルイミドオニウム塩の製造方法としては、クロロスルホニルイミドをアルカリ金属フッ化物等と反応させて得られるフルオロスルホニルイミドの金属塩をカチオン交換して、所望のフルオロスルホニルイミドオニウム塩を合成するといった手法が採用されてきた。しかしながら、斯かる手法では一旦フルオロスルホニルイミドの金属塩を経由するため、生成物であるフルオロスルホニルイミドオニウム塩には不純物として金属塩が含まれてしまうといった問題があった。   Since the fluorosulfonyl imido onium salt which uses onium as a cation has excellent properties as an ionic liquid, various studies have been made focusing on the use of an electrolytic solution of an electrochemical device. Conventionally, as a method for producing a fluorosulfonylimide onium salt, a metal salt of fluorosulfonylimide obtained by reacting chlorosulfonylimide with an alkali metal fluoride or the like is subjected to cation exchange to synthesize a desired fluorosulfonylimide onium salt. Techniques have been adopted. However, since such a method once passes through a metal salt of fluorosulfonylimide, there is a problem that the product fluorosulfonylimide onium salt contains a metal salt as an impurity.

生成物への金属不純物の混入を抑制する技術として、特許文献1、2には、クロロスルホニルイミド化合物1molに対して1〜20molのフッ化水素(HF)やフッ化アンモニウム(NH4F)を使用してクロロスルホニルイミド化合物をフッ素化する方法が開示されている。 As a technique for suppressing the mixing of metal impurities into the product, Patent Documents 1 and 2 include 1 to 20 mol of hydrogen fluoride (HF) or ammonium fluoride (NH 4 F) with respect to 1 mol of chlorosulfonylimide compound. A method of using and fluorinating a chlorosulfonylimide compound is disclosed.

国際公開第2012/108284号International Publication No. 2012/108284 国際公開第2012/117961号International Publication No. 2012/117916

このようにフッ素化剤としてフッ化水素やフッ化アンモニウムを使用すれば金属不純物の混入は抑制できる。しかしながら、この場合フッ素化剤の使用量が非常に多くなる傾向があり、原料自体が安価であっても結果的にコストが上昇してしまう不利益がある。また十分に反応を進行させるには比較的高い反応温度を採用する必要があり、未反応原料から腐食性の高いHFが発生し易くなる。さらにこのHFは、副生成物として生成するHClと共にフッ素化反応の反応系外へと流出してしまう。したがって、工業的にフッ素化反応を実施する場合には、フッ素化剤の使用量の増加と高い反応温度とがあいまって腐食性物質の排出量が増加し、周辺環境を悪化させ、製造設備を劣化させてしまうといった問題があった。   Thus, if hydrogen fluoride or ammonium fluoride is used as the fluorinating agent, mixing of metal impurities can be suppressed. However, in this case, the amount of the fluorinating agent tends to be very large, and there is a disadvantage that the cost increases as a result even if the raw material itself is inexpensive. Moreover, it is necessary to employ a relatively high reaction temperature in order to sufficiently advance the reaction, and HF having high corrosiveness is easily generated from unreacted raw materials. Further, this HF flows out of the reaction system of the fluorination reaction together with HCl produced as a by-product. Therefore, when industrially performing fluorination reactions, an increase in the amount of fluorinating agent combined with a high reaction temperature increases the discharge of corrosive substances, worsens the surrounding environment, There was a problem of deteriorating.

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、製造コストの上昇を抑制でき、また腐食性物質の反応系外への流出を抑制して、安全且つ継続的で、効率のよいフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the circumstances as described above, and its purpose is to suppress an increase in manufacturing cost, and to prevent the corrosive substance from flowing out of the reaction system, and to continue safely and continuously. It is an object to provide an efficient and efficient method for producing a fluorosulfonylimide compound.

上記目的を達成し得た本発明の製造方法とは、下記一般式(1)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法であって、   The production method of the present invention capable of achieving the above object is a production method of a fluorosulfonylimide compound represented by the following general formula (1),

Figure 2016145147
Figure 2016145147

(一般式(1)中、R1はF、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Cat1+はR2345+で表される1価のカチオンを表し、R2〜R5は同一又は異なって、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す)
一般式(2)で表される化合物と、
(In the general formula (1), R 1 is F, or represents a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Cat1 + represents a monovalent cation represented by R 2 R 3 R 4 R 5 N +, R 2 to R 5 are the same or different and each represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms)
A compound represented by the general formula (2);

Figure 2016145147
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(一般式(2)中、R6はハロゲン、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Cat2+は水素イオン、又はR2345+で表される1価のカチオンを表し、R2〜R5は一般式(1)と同一である) In (formula (2), R 6 is halogen, or represents a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Cat2 + is hydrogen ion, or R 2 R 3 R 4 R 5 N + represented monovalent be Represents a cation, and R 2 to R 5 are the same as those in formula (1))

一般式(2)で表される化合物1molに対して、化学量論量で1当量以上、3当量以下の一般式(3):NH4F(HF)p(一般式(3)中、pは0〜10の整数を表す)で表される化合物を、一般式(2)で表される化合物の0〜4質量倍の溶媒の存在下で反応させる工程を含むところに特徴を有する。 1 mol or more and 3 equivalents or less of a stoichiometric amount with respect to 1 mol of the compound represented by the general formula (2): General formula (3): NH 4 F (HF) p (in the general formula (3), p Represents an integer of 0 to 10), and includes a step of reacting a compound represented by the general formula (2) in the presence of 0 to 4 times by mass of a solvent.

上記反応は20℃以上、75℃以下で行うのが好ましく、また溶媒としては、ニトリル類及びカルボン酸エステル類よりなる群から選択される少なくとも1種を使用することが望ましい。   The above reaction is preferably carried out at 20 ° C. or higher and 75 ° C. or lower, and it is desirable to use at least one selected from the group consisting of nitriles and carboxylic acid esters as the solvent.

本発明には、上記製法により得られた一般式(1)で表される化合物とアルカリ金属化合物との反応により下記一般式(5)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物を製造する方法も含まれる。   The present invention also includes a method for producing a fluorosulfonylimide compound represented by the following general formula (5) by a reaction between the compound represented by the general formula (1) obtained by the above production method and an alkali metal compound. .

Figure 2016145147
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(一般式(5)中、R1はF、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Mはアルカリ金属を表す) (In the general formula (5), R 1 represents F or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and M represents an alkali metal)

本発明によればフッ素化剤の使用量を低減できるので、製造コストの上昇を抑えつつも、高い転化率で効率よくフルオロスルホニルイミド化合物を製造することができる。また、フッ素化剤使用量の低減により、フッ素化剤から生成する腐食性の強いHFの生成量を減少できるので、HFの反応系外への流出量も低減でき、反応設備の劣化を防いで、安全且つ継続的にフルオロスルホニルイミド化合物が製造できる。   According to the present invention, since the amount of the fluorinating agent can be reduced, a fluorosulfonylimide compound can be efficiently produced at a high conversion rate while suppressing an increase in production cost. Also, by reducing the amount of fluorinating agent used, the amount of highly corrosive HF produced from the fluorinating agent can be reduced, so the amount of HF flowing out of the reaction system can also be reduced, preventing deterioration of the reaction equipment. The fluorosulfonylimide compound can be produced safely and continuously.

本発明の製造方法とは、一般式(1)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法であって、一般式(2)で表される化合物と、一般式(2)で表される化合物1molに対して、化学量論量で1当量以上、3当量以下の一般式(3):NH4F(HF)p(一般式(3)中、pは0〜10の整数を表す)で表される化合物とを、一般式(2)で表される化合物の0〜4質量倍の溶媒の存在下で反応させるところに特徴を有している。 The production method of the present invention is a production method of a fluorosulfonylimide compound represented by the general formula (1), which is a compound represented by the general formula (2) and a compound represented by the general formula (2). 1 mol or more and 1 equivalent or less of the general formula (3): NH 4 F (HF) p (wherein p represents an integer of 0 to 10 in the general formula (3)) with respect to 1 mol. The compound represented by the present invention is characterized in that it is reacted in the presence of 0 to 4 mass times the solvent of the compound represented by the general formula (2).

Figure 2016145147
Figure 2016145147

(一般式(1)中、R1はF、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Cat1+はR2345+で表される1価のカチオンを表し、一般式(2)中、Cat2+は水素イオン又はR2345+で表される1価のカチオンを表し、R2〜R5は同一又は異なって、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、R6はハロゲン、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、pは0〜10の整数を表す。) (In the general formula (1), R 1 is F, or represents a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Cat1 + represents a monovalent cation represented by R 2 R 3 R 4 R 5 N +, in the general formula (2), Cat2 + represents a monovalent cation represented by + hydrogen ions or R 2 R 3 R 4 R 5 N, R 2 ~R 5 are the same or different and each represents a hydrogen atom or a carbon atoms It represents 1-6 alkyl group, R 6 represents halogen, or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, p is an integer of 0.)

本発明者らは、より安価で、効率のよいフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法を提供すべく検討を重ねていたところ、クロロスルホニルイミド化合物(一般式(2)で表される化合物)の濃度が高い状態でフッ素化剤と反応させれば、より少ないフッ素化剤の量でも高い転化率でフルオロスルホニルイミド化合物が得られることを見出して本発明を完成した。   The inventors of the present invention have been studying to provide a cheaper and more efficient method for producing a fluorosulfonylimide compound. As a result, the concentration of the chlorosulfonylimide compound (the compound represented by the general formula (2)) is increased. The present invention was completed by finding that a fluorosulfonylimide compound can be obtained at a high conversion rate even if the amount of the fluorinating agent is reacted in a high state even with a smaller amount of the fluorinating agent.

本発明法により高転化率でフルオロスルホニルイミド化合物が得られる詳細な理由は明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。第一に、使用する溶媒量を減じて反応溶液における溶質濃度を高めることでクロロスルホニルイミド化合物(一般式(2)で表される化合物)と、フッ素化剤(一般式(3)で表される化合物)より発生するHFとの接触頻度が高められ、その結果クロロスルホニルイミド化合物からフルオロスルホニルイミド化合物への転化率が向上することが考えられる。
第二に、使用する溶媒量を減じることで、反応により副生するHClを系外(反応溶液外)に排除する効果が高まることが考えられる。すなわち、HFよりも酸性度の高いHClが反応系内に過剰に存在する場合には、出発原料として使用するフッ素化剤(NH4F(HF)p)と副生したHClとの間で塩交換反応(NH4F(HF)p+HCl→NH4Cl+(p+1)HF)が生じ、反応に関与する前にHFが系外へと流出してしまう可能性が高まる。しかしながら、沸点の極めて低いHCl(沸点:−85℃)は溶媒等の媒体が存在しなければ反応系内に留まる事ができず直ちに反応系外へと流出してしまう。したがって、無溶媒下や、反応溶液の溶質濃度を高めた濃厚溶液条件下では反応系内におけるHCl濃度が低くなり上記塩交換反応が生じ難くなるため、フッ素化剤の使用量を減らしても高い転化率でフルオロスルホニルイミド化合物が得られるものと考えられる。
Although the detailed reason for obtaining a fluorosulfonylimide compound at a high conversion rate by the method of the present invention is not clear, the present inventors consider as follows. First, by reducing the amount of solvent used and increasing the solute concentration in the reaction solution, a chlorosulfonylimide compound (compound represented by the general formula (2)) and a fluorinating agent (general formula (3) are used. It is conceivable that the contact frequency with HF generated from the compound is increased, and as a result, the conversion rate from the chlorosulfonylimide compound to the fluorosulfonylimide compound is improved.
Secondly, by reducing the amount of solvent used, it is considered that the effect of eliminating HCl by-produced by the reaction out of the system (outside the reaction solution) is enhanced. That is, when HCl having a higher acidity than HF is excessively present in the reaction system, a salt is formed between the fluorinating agent (NH 4 F (HF) p ) used as a starting material and by-produced HCl. An exchange reaction (NH 4 F (HF) p + HCl → NH 4 Cl + (p + 1) HF) occurs, and the possibility that HF flows out of the system before participating in the reaction increases. However, HCl having a very low boiling point (boiling point: −85 ° C.) cannot stay in the reaction system unless a medium such as a solvent is present, and immediately flows out of the reaction system. Therefore, the HCl concentration in the reaction system is low and the salt exchange reaction is difficult to occur under solvent-free conditions or under concentrated solution conditions where the solute concentration of the reaction solution is increased. It is considered that a fluorosulfonylimide compound can be obtained at a conversion rate.

本発明において「フルオロスルホニルイミド」との文言には、フルオロスルホニル基を2つ有するビス(フルオロスルホニル)イミド、フルオロスルホニル基とフルオロアルキルスルホニル基を有するN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドが含まれる。また、同様に、「クロロスルホニルイミド」との文言には、ビス(クロロスルホニル)イミド、N−(クロロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドが含まれる。以下、本発明の製造方法について説明する。   In the present invention, the term “fluorosulfonylimide” includes bis (fluorosulfonyl) imide having two fluorosulfonyl groups, N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkyl having a fluorosulfonyl group and a fluoroalkylsulfonyl group. (Sulfonyl) imide. Similarly, the term “chlorosulfonylimide” includes bis (chlorosulfonyl) imide and N- (chlorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide. Hereinafter, the production method of the present invention will be described.

本発明では一般式(2)で表される化合物(以下、化合物(2)又はクロロスルホニルイミド化合物(2)と称する場合がある)を出発原料として用いる。   In the present invention, a compound represented by the general formula (2) (hereinafter may be referred to as a compound (2) or a chlorosulfonylimide compound (2)) is used as a starting material.

Figure 2016145147
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一般式(2)中、R6はハロゲン、炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表す。ハロゲンとしてはフッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子等が挙げられる。好ましくはフッ素原子又は塩素原子である。 In general formula (2), R 6 represents a halogen or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Examples of the halogen include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom. Preferably they are a fluorine atom or a chlorine atom.

フルオロアルキル基の炭素数は好ましくは1〜4であり、より好ましくは1〜2である。具体的なフルオロアルキル基としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、ペルフルオロ−n−プロピル基、フルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、フルオロブチル基、3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル基、ペルフルオロ−n−ブチル基、ペルフルオロイソブチル基、ペルフルオロ−t−ブチル基、ペルフルオロ−sec−ブチル基、フルオロペンチル基、ペルフルオロ−n−ペンチル基、ペルフルオロヘキシル基、ペルフルオロ−n−ヘキシル基、ペンタフルオロイソヘキシル基等が挙げられる。
6としては、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基が好ましく、より好ましくは塩素原子、トリフルオロメチル基である。
Preferably carbon number of a fluoroalkyl group is 1-4, More preferably, it is 1-2. Specific examples of the fluoroalkyl group include a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a fluoroethyl group, a difluoroethyl group, a 2,2,2-trifluoroethyl group, a pentafluoroethyl group, 3, 3, 3-trifluoropropyl group, perfluoro-n-propyl group, fluoropropyl group, perfluoroisopropyl group, fluorobutyl group, 3,3,4,4,4-pentafluorobutyl group, perfluoro-n-butyl group, perfluoroisobutyl Group, perfluoro-t-butyl group, perfluoro-sec-butyl group, fluoropentyl group, perfluoro-n-pentyl group, perfluorohexyl group, perfluoro-n-hexyl group, pentafluoroisohexyl group and the like.
R 6 is preferably a fluorine atom, a chlorine atom, a trifluoromethyl group or a pentafluoroethyl group, more preferably a chlorine atom or a trifluoromethyl group.

化合物(2)を構成するカチオン:Cat2+は、水素イオン(H+)、又はR2345+である。ここでカチオンR2345+を構成するR2〜R5は、同一又は異なって、水素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。アルキル基の炭素数は1〜4であるのが好ましく、より好ましくは1〜2である。アルキル基は、直鎖状、分枝鎖状、環状、又はこれらの内2以上の構造を有するものであってもよい。好ましくは直鎖状又は分枝鎖状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基がより好ましい。炭素数1〜6のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基が挙げられる。 Cation constituting the compound (2): Cat2 + is hydrogen ion (H +), or R 2 R 3 R 4 R 5 is N +. Here, R 2 to R 5 constituting the cation R 2 R 3 R 4 R 5 N + are the same or different and represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. It is preferable that carbon number of an alkyl group is 1-4, More preferably, it is 1-2. The alkyl group may be linear, branched, cyclic, or one having two or more structures. A linear or branched alkyl group is preferable, and a linear alkyl group is more preferable. Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, s-butyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, and cyclohexyl group. .

一般式:R2345+で表されるカチオンCat2+の具体例としては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラヘプチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム等の第4級アンモニウム類;トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ジメチルエチルアンモニウム、ジブチルメチルアンモニウム等の第3級アンモニウム類;ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム等の第2級アンモニウム類;メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム等の第1級アンモニウム類;及びNH4 +で表されるアンモニウム等が挙げられる。 General formula: Examples of the cation Cat2 + represented by R 2 R 3 R 4 R 5 N + is tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, tetraheptylammonium ammonium, tetrahexyl ammonium, triethyl Quaternary ammoniums such as methylammonium; Tertiary ammoniums such as trimethylammonium, triethylammonium, tributylammonium, diethylmethylammonium, dimethylethylammonium, dibutylmethylammonium; Seconds such as dimethylammonium, diethylammonium, dibutylammonium Primary ammoniums; primary ammoniums such as methylammonium, ethylammonium, butylammonium, hexylammonium; and And ammonium represented by NH 4 + .

化合物(2)のカチオンCat2+がR2345+である場合には、後述するフッ素化反応の際に化合物(2)から遊離のプロトンが生成しないため、この遊離のプロトンと化合物(3)との反応によるHFの生成をなくすことができる。 When the cation Cat2 + of the compound (2) is R 2 R 3 R 4 R 5 N + , no free proton is generated from the compound (2) during the fluorination reaction described later. The formation of HF due to the reaction between the compound and the compound (3) can be eliminated.

化合物(2)には、1種のカチオンCat2+が含まれていてもよく、2種以上のカチオンCat2+が含まれていてもよい。カチオンCat2+は、好ましくは水素イオン、4級アンモニウム類、第3級アンモニウム類、又はアンモニウムであり、より好ましくは水素イオン、テトラエチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、およびアンモニウムであり、より好ましくは水素イオン、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、およびアンモニウムである。特に、カチオンCat2+が、水素イオン、トリエチルアンモニウム、又はアンモニウムである場合にはより高い転化率で反応を進行させることができるので好ましい。またカチオンCat2+が水素イオンである場合は、化合物(2)のカチオン交換反応と、化合物(2)のフッ素化反応との反応を同時に行うことができるため、効率が良く好ましい。 The compound (2) may contain one kind of cation Cat2 +, or may contain two or more kinds of cation Cat2 + . The cation Cat2 + is preferably a hydrogen ion, a quaternary ammonium, a tertiary ammonium, or an ammonium, more preferably a hydrogen ion, tetraethylammonium, triethylmethylammonium, trimethylammonium, triethylammonium, tributylammonium, and ammonium. More preferred are hydrogen ion, trimethylammonium, triethylammonium, tributylammonium, and ammonium. Particularly, when the cation Cat2 + is a hydrogen ion, triethylammonium, or ammonium, the reaction can proceed at a higher conversion rate, which is preferable. Moreover, when the cation Cat2 + is a hydrogen ion, the reaction of the cation exchange reaction of the compound (2) and the fluorination reaction of the compound (2) can be performed simultaneously, which is preferable because of high efficiency.

カチオンCat2+がR2345+である化合物(2)は、下記一般式(4)で表されるクロロスルホニルイミド化合物(以下、クロロスルホニルイミド化合物(4)と称する場合がある)とアンモニウム化合物との反応により得られる(カチオン交換反応1)。 The compound (2) in which the cation Cat2 + is R 2 R 3 R 4 R 5 N + is a chlorosulfonylimide compound represented by the following general formula (4) (hereinafter sometimes referred to as a chlorosulfonylimide compound (4)). A) and an ammonium compound (cation exchange reaction 1).

Figure 2016145147
Figure 2016145147

(一般式(4)中、R6は一般式(2)と同様、ハロゲン、炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表す) (In the general formula (4), R 6 represents a halogen or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms as in the general formula (2)).

クロロスルホニルイミド化合物(4)は、市販の物を用いてもよく、また従来公知の方法で合成したものであってもよい。なお、クロロスルホニルイミド化合物(4)は、例えば、塩化シアンと無水硫酸との反応により得られたクロロスルホニルイソシアネートと、クロロスルホン酸との反応(ビス(クロロスルホニル)イミドの製法);クロロスルホニルイソシアネートとフッ化アルキルスルホン酸との反応、フッ化アルキルスルホニルイソシアネートとクロロスルホン酸との反応(N−(クロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドの製法);により得られる。   As the chlorosulfonylimide compound (4), a commercially available product may be used, or one synthesized by a conventionally known method may be used. The chlorosulfonylimide compound (4) is, for example, a reaction of chlorosulfonyl isocyanate obtained by the reaction of cyanogen chloride and sulfuric anhydride with chlorosulfonic acid (production method of bis (chlorosulfonyl) imide); chlorosulfonyl isocyanate And fluorinated alkylsulfonic acid, and fluorinated alkylsulfonyl isocyanate and chlorosulfonic acid (N- (chlorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide)).

アンモニウム化合物としては、上述した化合物(2)を構成するカチオン:Cat2+(R2345+で表される構造であって、R2〜R5は、同一又は異なって、水素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基)に対応するアミン化合物またはそのハロゲン化物を用いることができ、例えば、アンモニア(NH3);エチルアミン、ブチルアミン等の炭素数1〜6のアルキル基を有する第1級アミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン等の炭素数1〜6のアルキル基を有する第2級アミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、エチルジイソプロピルアミン等の炭素数1〜6のアルキル基を有する第3級アミンといったアミン類;フッ化アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム等のハロゲン化アンモニウム、トリエチルアンモニウムクロリド、トリブチルアンモニウムクロリド等の第3級アンモニウム化合物、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、トリエチルメチルアンモニウムクロリド等の第4級アンモニウム化合物といったアンモニウム塩類;等が挙げられる。好ましくはアンモニア、第4級アミン、ハロゲン化アンモニウム、第3級アンモニウム化合物、第4級アンモニウム化合物であり、より好ましくは、アンモニア、第3級アミン、ハロゲン化アンモニウム、第3級アンモニウム化合物であり、さらに好ましくはアンモニア、トリエチルアミン、塩化アンモニウム、トリエチルアンモニウムクロリドである。 The ammonium compound, the cation constituting compounds described above and (2): a structure represented by Cat2 + (R 2 R 3 R 4 R 5 N +, R 2 ~R 5 are the same or different, An amine compound corresponding to a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a halide thereof, for example, ammonia (NH 3 ); an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as ethylamine or butylamine; Secondary amine having a C1-C6 alkyl group such as primary amine, diethylamine, diisopropylamine, etc., tertiary having a C1-C6 alkyl group such as triethylamine, tributylamine, ethyldiisopropylamine Amines such as amines; ammonium halides such as ammonium fluoride, ammonium chloride and ammonium bromide, trie Tertiary ammonium compounds such as tillammonium chloride and tributylammonium chloride; ammonium salts such as quaternary ammonium compounds such as tetraethylammonium chloride, tetrabutylammonium chloride and triethylmethylammonium chloride; and the like. Preferably, ammonia, quaternary amine, ammonium halide, tertiary ammonium compound, quaternary ammonium compound, more preferably ammonia, tertiary amine, ammonium halide, tertiary ammonium compound, More preferred are ammonia, triethylamine, ammonium chloride, and triethylammonium chloride.

アンモニウム化合物の使用量は、1molのクロロスルホニルイミド化合物(4)に対して1mol〜5molとするのが好ましい。より好ましくは1mol〜2.5molである。   It is preferable that the usage-amount of an ammonium compound shall be 1 mol-5 mol with respect to 1 mol chlorosulfonyl imide compound (4). More preferably, it is 1 mol-2.5 mol.

クロロスルホニルイミド化合物(4)とアンモニウム化合物の反応は、無溶媒下で行ってもよく、あるいは後述するクロロスルホニルイミド化合物(2)と化合物(3)との反応に用いられる溶媒下で行ってもよい。クロロスルホニルイミド化合物(4)とアンモニウム化合物の反応に溶媒を使用する場合は、バレロニトリル、イソブチロニトリル、アセトニトリル等の鎖状ニトリル溶媒、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素溶媒が好ましく、より好ましくはトルエン、アセトニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリルである。   The reaction between the chlorosulfonylimide compound (4) and the ammonium compound may be carried out in the absence of a solvent, or may be carried out in the solvent used for the reaction between the chlorosulfonylimide compound (2) and the compound (3) described later. Good. When using a solvent for the reaction between the chlorosulfonylimide compound (4) and the ammonium compound, a chain nitrile solvent such as valeronitrile, isobutyronitrile, acetonitrile or the like, an ester such as ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate or butyl acetate Solvents and aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene are preferred, and toluene, acetonitrile, isobutyronitrile and valeronitrile are more preferred.

クロロスルホニルイミド化合物(4)とアンモニウム化合物の反応条件は特に限定されず、原料であるクロロスルホニルイミド化合物(4)及びアンモニウム化合物の使用量、反応の進行状態に応じて適宜調整すればよい。たとえば、反応温度は−10℃〜100℃とするのが好ましく、0〜90℃がより好ましく、10℃〜80℃がさらに好ましい。反応時間は例えば10分〜1時間とするのが好ましい。   The reaction conditions for the chlorosulfonylimide compound (4) and the ammonium compound are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the amounts of the chlorosulfonylimide compound (4) and ammonium compound used as raw materials and the progress of the reaction. For example, the reaction temperature is preferably −10 ° C. to 100 ° C., more preferably 0 to 90 ° C., and further preferably 10 ° C. to 80 ° C. The reaction time is preferably 10 minutes to 1 hour, for example.

本発明では、上記一般式(2)で表される化合物と、この化合物(2)1molに対して、化学量論量で1当量以上、3当量以下の一般式(3):NH4F(HF)pで表される化合物(以下、化合物(3)と称する場合がある)を、化合物(2)の0〜4質量倍の溶媒の存在下で反応させる(フッ素化反応)。一般式(3)中、pは0〜10の整数を表す。特にNH4F(p=0)、又はNH4FHF(p=1)が好ましい。 In the present invention, the stoichiometric amount of 1 equivalent or more and 3 equivalents or less of the compound represented by the above general formula (2) and 1 mol of the compound (2): NH 4 F ( HF) A compound represented by p (hereinafter sometimes referred to as compound (3)) is reacted in the presence of 0 to 4 times by mass solvent of compound (2) (fluorination reaction). In general formula (3), p represents an integer of 0 to 10. NH 4 F (p = 0) or NH 4 FHF (p = 1) is particularly preferable.

化合物(3)は、1molのクロロスルホニルイミド化合物(2)に対して、化学量論量で1当量〜3当量使用する。好ましくは1当量〜2.5当量であり、より好ましくは1当量〜1.5当量である。化合物(3)の使用量が多すぎると製造コストの増加を招き、さらには化合物(3)が分解してHFが多量に発生する虞があり、一方少なすぎるとフッ素化反応が円滑に進行せず反応が停止してしまう虞がある。本発明によれば、フッ素化剤である化合物(3)を過剰に使用する必要がないため、製造コストの増大を抑制でき、またフッ素化剤に由来する腐食性物質の生成量も低減することができる。   The compound (3) is used in a stoichiometric amount of 1 to 3 equivalents with respect to 1 mol of the chlorosulfonylimide compound (2). Preferably it is 1 equivalent-2.5 equivalent, More preferably, it is 1 equivalent-1.5 equivalent. If the amount of the compound (3) used is too large, the production cost increases, and further, the compound (3) may be decomposed to generate a large amount of HF. On the other hand, if the amount used is too small, the fluorination reaction proceeds smoothly. There is a risk that the reaction stops. According to the present invention, since it is not necessary to use excessively the compound (3) which is a fluorinating agent, it is possible to suppress an increase in production cost and to reduce the amount of corrosive substances derived from the fluorinating agent Can do.

なお、クロロスルホニルイミド化合物(2)は化合物(3)と反応し得る基を1乃至2有する。したがって、フッ素化剤として一般式(3)においてpが0である化合物(すなわち、NH4F)を使用する場合、「化合物(3)の使用量がクロロスルホニルイミド化合物(2)1molに対し、化学量論量で1当量以上、3当量以下」とは、例えばR6がフッ素原子又はフルオロアルキル基のときは化合物(3)と反応し得る官能基は1つであるので、クロロスルホニルイミド化合物(2)1molに対して化合物(3)を1mol〜3molの範囲内で使用することを意味する。この場合、化合物(3)の使用量は、好ましくは1mol〜2.5molであり、より好ましくは1mol〜1.5molである。一方、R6がフッ素原子以外のハロゲン原子である場合は化合物(3)と反応し得る官能基は2つであるので、「化合物(3)の使用量がクロロスルホニルイミド化合物(2)1molに対し、化学量論量で1当量以上、3当量以下」とは、クロロスルホニルイミド化合物(2)1molに対して化合物(3)を2mol〜6molの範囲内で使用することを意味する。化合物(3)の使用量は、好ましくは2mol〜5molであり、より好ましくは2mol〜3molである。なお、一般式(3)においてpが1(すなわちNH4F・HF)を使用する場合は、化合物(3)に含まれるフッ素原子はp=0の時と比較して倍になるので、フッ素化剤である化合物(3)の使用量は上述の範囲の半分にすればよい。化合物(3)の使用量が多すぎると製造コストの増加を招き、さらには化合物(3)が分解してHFが多量に発生する虞があり、一方少なすぎるとフッ素化反応が円滑に進行せず反応が停止してしまう虞がある。一般式(3)においてpが2以上の場合にも同様にして化合物(3)の使用量を調整すればよい。 The chlorosulfonylimide compound (2) has 1 to 2 groups capable of reacting with the compound (3). Therefore, when using a compound in which p is 0 in the general formula (3) as the fluorinating agent (that is, NH 4 F), “the amount of the compound (3) used is 1 mol of the chlorosulfonylimide compound (2), The stoichiometric amount of 1 equivalent or more and 3 equivalents or less "means that when R 6 is a fluorine atom or a fluoroalkyl group, for example, there is one functional group that can react with the compound (3). (2) It means that the compound (3) is used within a range of 1 mol to 3 mol with respect to 1 mol. In this case, the amount of the compound (3) used is preferably 1 mol to 2.5 mol, more preferably 1 mol to 1.5 mol. On the other hand, when R 6 is a halogen atom other than a fluorine atom, there are two functional groups that can react with the compound (3), so that “the amount of the compound (3) used is 1 mol of the chlorosulfonylimide compound (2)”. In contrast, the stoichiometric amount of 1 equivalent or more and 3 equivalents or less ”means that the compound (3) is used in the range of 2 mol to 6 mol with respect to 1 mol of the chlorosulfonylimide compound (2). The amount of compound (3) to be used is preferably 2 mol to 5 mol, more preferably 2 mol to 3 mol. In addition, when p is 1 in the general formula (3) (that is, NH 4 F · HF), the fluorine atom contained in the compound (3) is doubled compared to when p = 0. The amount of the compound (3) used as the agent may be half of the above range. If the amount of the compound (3) used is too large, the production cost increases, and further, the compound (3) may be decomposed to generate a large amount of HF. On the other hand, if the amount used is too small, the fluorination reaction proceeds smoothly. There is a risk that the reaction stops. In the case where p is 2 or more in general formula (3), the amount of compound (3) used may be adjusted in the same manner.

本発明では、クロロスルホニルイミド化合物(2)の0質量倍(すなわち無溶媒)〜4質量倍の溶媒の存在下で、クロロスルホニルイミド化合物(2)と化合物(3)とを反応させる。溶媒使用量を上記範囲内とすることにより、クロロスルホニルイミド化合物(2)と、化合物(3)より発生するHFとの接触頻度が高まり、また反応により副生するHClが反応系外に排除されやすくなるため、化合物(3)(フッ素化剤)を過剰に使用しなくても高い転化率でフッ素化反応を進行させることができる。   In the present invention, the chlorosulfonylimide compound (2) is reacted with the compound (3) in the presence of 0 mass times (that is, no solvent) to 4 mass times the solvent of the chlorosulfonylimide compound (2). By making the amount of the solvent used within the above range, the contact frequency between the chlorosulfonylimide compound (2) and HF generated from the compound (3) is increased, and HCl by-produced by the reaction is excluded from the reaction system. Since it becomes easy, even if it does not use compound (3) (fluorinating agent) excessively, a fluorination reaction can be advanced with high conversion.

本発明で使用できる溶媒としては、例えば、アセトニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状炭酸エステル類;エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソピロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等のカルボン酸エステル類;ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、シクロペンチルメチルエーテル等の鎖状又は環状エーテル類;ジメチルスルホキシド、スルホラン、3−メチルスルホラン等の鎖状又は環状スルホン類;ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ化合物類;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルオキサゾリジノン等の窒素含有化合物類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素化合物類;が挙げられる。上記反応を円滑に進行させる観点からは、ニトリル類及びカルボン酸エステル類よりなる群から選択される少なくとも1種の溶媒の存在下、又は無溶媒下で反応を行うのが好ましい。溶媒存在下で反応を行う場合は、アセトニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、酢酸エチル、酢酸イソピロピル、及び酢酸ブチルよりなる群から選択される少なくとも1種の溶媒が好ましく、アセトニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリルよりなる群から選択される少なくとも1種の溶媒がより好ましい。   Examples of the solvent that can be used in the present invention include nitriles such as acetonitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, and benzonitrile; chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate; ethylene carbonate, butylene carbonate , Cyclic carbonates such as propylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, isopropylpyrate, butyl acetate, and methyl propionate; Chain or cyclic ethers such as methane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxolane, cyclopentylmethyl ether Ters; linear or cyclic sulfones such as dimethyl sulfoxide, sulfolane and 3-methylsulfolane; nitro compounds such as nitromethane and nitrobenzene; nitrogen-containing compounds such as N, N-dimethylformamide and N-methyloxazolidinone; And aromatic hydrocarbon compounds such as toluene and xylene. From the viewpoint of allowing the reaction to proceed smoothly, the reaction is preferably carried out in the presence of at least one solvent selected from the group consisting of nitriles and carboxylic acid esters, or in the absence of a solvent. When the reaction is carried out in the presence of a solvent, at least one solvent selected from the group consisting of acetonitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate, and butyl acetate is preferable. Acetonitrile, isobutyronitrile More preferred is at least one solvent selected from the group consisting of valeronitrile.

溶媒の量はクロロスルホニルイミド化合物(2)に対して2質量倍以下とするのが好ましく、より好ましくは1質量倍以下であり、さらに好ましくは0.5質量倍以下である。溶媒の使用量が多すぎると製造コストが高くなるため好ましくない。反応の収率、転化率の面からは溶媒の使用量は少なければ少ないほど好ましい。一方、製造上の面からは溶媒を使用することも好ましく、これにより攪拌効率や伝熱効率を上昇でき、その結果反応効率を向上させることができるため好ましい。また出発原料や生成物が固体である場合には、溶媒の使用により反応途中での固体析出を抑制でき、さらに反応容器の劣化を抑える効果も期待できる。この点からは、溶媒の使用量は0.05質量倍以上であることが好ましく、より好ましくは0.1質量倍以上である。   The amount of the solvent is preferably 2 mass times or less, more preferably 1 mass times or less, and further preferably 0.5 mass times or less with respect to the chlorosulfonylimide compound (2). If the amount of the solvent used is too large, the production cost increases, which is not preferable. From the standpoint of reaction yield and conversion, the smaller the amount of solvent used, the better. On the other hand, it is also preferable to use a solvent from the viewpoint of production, and this is preferable because the stirring efficiency and heat transfer efficiency can be increased, and as a result, the reaction efficiency can be improved. When the starting material or product is a solid, the use of a solvent can suppress solid precipitation during the reaction, and can also be expected to suppress the deterioration of the reaction vessel. From this point, the amount of the solvent used is preferably 0.05 mass times or more, more preferably 0.1 mass times or more.

クロロスルホニルイミド化合物(2)と化合物(3)との反応は、アンモニア、又は直鎖状のアルキル基を有する1〜3級アルキルアミンの存在下で行ってもよい。アンモニア等が反応系内に存在することで、化合物(3)から副生したHFを原料(フッ素化剤)として再生させることができる。これにより、腐食性のHFの反応系外への流出が抑制され、同時に反応溶液中のフッ素化剤濃度の低下も抑制されるため、生成物であるフルオロスルホニルイミドの収率を向上させることができる。特に化合物(2)のカチオンCat2+が水素イオンである場合、フッ素化反応時にカチオン交換反応が起こっても、化合物(2)から生じる遊離のプロトンと、フッ素化反応により生成するClは、アンモニア等と塩を形成するので、HFやHClが生成して反応系外に流出してしまうのを抑制することができる。上記アルキルアミンが有するアルキル基の炭素数としては1〜4であるのが好ましく、より好ましくは1〜2である。直鎖状のアルキル基を有する1〜3級アルキルアミン(以下、単に「アルキルアミン」と称する場合がある)としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミンといった炭素数1〜4のアルキル基を有する第1級アルキルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミンといった炭素数1〜4のアルキル基を有する第2級アルキルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミンといった炭素数1〜4のアルキル基を有する第3級アルキルアミン等のアルキルアミン類が挙げられる。これらの中でも汎用性や取扱い性の点からは、アンモニア、トリエチルアミン等の3級アルキルアミン、ジエチルアミン等の2級アルキルアミンが好ましく、アンモニア、トリエチルアミンがより好ましく、アンモニアがさらに好ましい。 The reaction between the chlorosulfonylimide compound (2) and the compound (3) may be performed in the presence of ammonia or a primary to tertiary alkylamine having a linear alkyl group. When ammonia or the like is present in the reaction system, HF produced as a by-product from the compound (3) can be regenerated as a raw material (fluorinating agent). As a result, the outflow of corrosive HF to the outside of the reaction system is suppressed, and at the same time, the decrease in the concentration of the fluorinating agent in the reaction solution is also suppressed, so that the yield of the product fluorosulfonylimide can be improved. it can. In particular, when the cation Cat2 + of the compound (2) is a hydrogen ion, even if a cation exchange reaction occurs during the fluorination reaction, free protons generated from the compound (2) and Cl generated by the fluorination reaction are ammonia or the like. And the salt is formed, it is possible to prevent HF and HCl from being generated and flowing out of the reaction system. It is preferable that it is 1-4 as carbon number of the alkyl group which the said alkylamine has, More preferably, it is 1-2. Examples of primary to tertiary alkylamines having a linear alkyl group (hereinafter sometimes simply referred to as “alkylamines”) include alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms such as methylamine, ethylamine, propylamine, and butylamine. Having primary alkylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, etc., secondary alkylamine having a C1-4 alkyl group, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, 1 to C1 And alkylamines such as tertiary alkylamines having 4 alkyl groups. Among these, from the viewpoint of versatility and handleability, tertiary alkylamines such as ammonia and triethylamine, and secondary alkylamines such as diethylamine are preferable, ammonia and triethylamine are more preferable, and ammonia is further preferable.

アンモニア又はアルキルアミン(以下「アンモニア等」と称する場合がある)の反応系内への供給方法は特に限定されない。例えば、アンモニア等が気体の場合には、反応容器内に気体を流通させて反応溶液に溶解させる方法、気体を反応溶液に流通させてバブリングにより反応系内に供給する方法、気体のアンモニア等を予め溶媒に溶解させ溶液(液体)として反応系内に全量を一括で若しくは連続的に、又は全量を数回に分割して断続的に添加する方法;アンモニア又はアルキルアミンが液体(アンモニア等の溶液を含む)である場合は、最初にアンモニア等の全量を他の原料と混合する方法、最初にアンモニア等の溶液の一部を他の原料と混合し、残りを連続フィード添加する方法、又は断続的にパルス添加する方法、或いはこれらを組み合わせた方法;が挙げられる。なおアンモニア又はアルキルアミンが過剰に反応系内に存在すると目的物が分解してしまう虞があるため、アンモニア又はアルキルアミンは連続的、又は全量を数回に分割して断続的に反応系内に添加することが好ましい。具体的には、気体のアンモニア等を反応容器内に流通させる方法、気体のアンモニア等を反応溶液にバブリングする方法、アンモニア等を溶媒に溶解させて反応溶液に滴下する方法、液体のアルキルアミンを反応溶液に滴下する方法のいずれかを採用することが好ましい。なお、アンモニア等の供給は、クロロスルホニルイミド化合物(2)と化合物(3)とを混合した後に開始するのが好ましく、また反応溶液の温度を上昇する前に開始するのがより好ましい。   The method for supplying ammonia or alkylamine (hereinafter sometimes referred to as “ammonia etc.”) into the reaction system is not particularly limited. For example, when ammonia or the like is a gas, a method of circulating the gas in the reaction vessel and dissolving it in the reaction solution, a method of circulating the gas through the reaction solution and supplying it into the reaction system by bubbling, gaseous ammonia or the like A method in which the total amount is dissolved in a solvent in advance as a solution (liquid) in the reaction system all at once or continuously, or the whole amount is divided into several times and added intermittently; ammonia or alkylamine is a liquid (solution of ammonia or the like) First) a method in which the whole amount of ammonia or the like is mixed with other raw materials, a method in which a part of the solution such as ammonia is first mixed with the other raw materials, and the rest is continuously fed, or intermittently. For example, a pulse addition method or a combination thereof. In addition, if ammonia or alkylamine is excessively present in the reaction system, the target product may be decomposed. Therefore, ammonia or alkylamine may be continuously or intermittently divided into several times in the reaction system. It is preferable to add. Specifically, a method of circulating gaseous ammonia or the like in the reaction vessel, a method of bubbling gaseous ammonia or the like into the reaction solution, a method of dissolving ammonia or the like in a solvent and dropping it into the reaction solution, a liquid alkylamine It is preferable to employ any one of the methods of dropping into the reaction solution. The supply of ammonia or the like is preferably started after mixing the chlorosulfonylimide compound (2) and the compound (3), and more preferably started before the temperature of the reaction solution is raised.

アンモニア又はアルキルアミンは、クロロスルホニルイミド化合物(2)1molに対して、1mol〜40molの範囲内で使用するのが好ましい。より好ましくは1mol〜25molであり、さらに好ましくは5mol〜20molである。また、反応系内への単位時間当たりのアンモニア又はアルキルアミンの供給量は、原料として使用したクロロスルホニルイミド化合物(2)の総量に対する化学量論量で、0.3当量/時〜10当量/時の範囲内とするのが好ましい。より好ましくは0.3当量/時〜7当量/時であり、さらに好ましくは1当量/時〜6当量/時である。   Ammonia or alkylamine is preferably used in the range of 1 mol to 40 mol with respect to 1 mol of chlorosulfonylimide compound (2). More preferably, it is 1 mol-25 mol, More preferably, it is 5 mol-20 mol. The supply amount of ammonia or alkylamine per unit time into the reaction system is a stoichiometric amount with respect to the total amount of the chlorosulfonylimide compound (2) used as a raw material, and is 0.3 equivalent / hour to 10 equivalent / It is preferable to be within the time range. More preferably, it is 0.3 equivalent / hour to 7 equivalent / hour, and further preferably 1 equivalent / hour to 6 equivalent / hour.

反応条件は特に限定されず、出発原料である化合物(2)及び化合物(3)の使用量や、反応の進行状況に従って適宜調節すればよい。特定量の溶媒存在下でクロロスルホニルイミド化合物(2)と化合物(3)とを反応させる本発明によれば、より低い反応温度でも高収率でフルオロスルホニルイミド化合物を得ることができる。反応温度としては、例えば20℃以上が好ましく、より好ましくは25℃以上であり、さらに好ましくは40℃以上であり、100℃以下が好ましく、より好ましくは90℃以下であり、さらに好ましくは75℃以下であり、さらに一層好ましくは60℃以下である。本発明によれば、比較的低い温度でも反応を進行させられるので、副生成物であるHFがガスとなって反応系外へ流出してしまうのを抑制することができる。また、反応系内に留まったHFはフッ素化剤として反応に関与するため、フルオロスルホニルイミドへの転化率を向上させることができる。   The reaction conditions are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the amounts of the starting materials (2) and (3) used and the progress of the reaction. According to the present invention in which the chlorosulfonylimide compound (2) and the compound (3) are reacted in the presence of a specific amount of solvent, the fluorosulfonylimide compound can be obtained in a high yield even at a lower reaction temperature. The reaction temperature is, for example, preferably 20 ° C. or higher, more preferably 25 ° C. or higher, further preferably 40 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or lower, more preferably 90 ° C. or lower, still more preferably 75 ° C. Or less, more preferably 60 ° C. or less. According to the present invention, since the reaction can proceed even at a relatively low temperature, it is possible to suppress HF as a by-product from flowing out of the reaction system as a gas. Moreover, since HF remaining in the reaction system is involved in the reaction as a fluorinating agent, the conversion rate to fluorosulfonylimide can be improved.

反応時間は、例えば、19F−NMR等で確認することができる。すなわち、反応の進行によりフッ素に由来するケミカルシフトにピークが出現し、さらに、そのピークの相対強度(積分値)が増大する。したがって、19F−NMRにより反応の進行状態を追跡しながら、フッ素化反応の終了を確認すればよい。なお、反応時間が長すぎる場合には、副生物の生成が顕著となるので、目的物のピークの相対強度が最大となる時点(例えば、反応の開始から0.5時間〜24時間程度)でフッ素化反応を終了するのが好ましい。反応時間は、より好ましくは1時間以上であり、10時間以下であるのがより好ましく、さらに好ましくは6時間以下である。 The reaction time can be confirmed by, for example, 19 F-NMR. That is, a peak appears in the chemical shift derived from fluorine as the reaction proceeds, and the relative intensity (integrated value) of the peak increases. Therefore, the completion of the fluorination reaction may be confirmed while tracking the progress of the reaction by 19 F-NMR. In addition, when reaction time is too long, since the production | generation of a by-product becomes remarkable, at the time (for example, about 0.5 to 24 hours from the start of reaction) when the relative intensity of the peak of a target object becomes the maximum. The fluorination reaction is preferably terminated. The reaction time is more preferably 1 hour or more, more preferably 10 hours or less, and even more preferably 6 hours or less.

反応終了後、生成物を単離して精製してもよく、また反応溶液をそのまま他の反応の出発原料として使用してもよい。精製方法は特に限定されず従来公知の精製方法、例えば、再沈殿法、分液抽出法、再結晶法、晶析法及びクロマトグラフィーによる精製法等が採用できる。これらの精製方法は1種を単独で実施してもよく、2種以上を組み合わせて実施してもよい。   After completion of the reaction, the product may be isolated and purified, or the reaction solution may be used as it is as a starting material for other reactions. The purification method is not particularly limited, and conventionally known purification methods such as a reprecipitation method, a liquid separation extraction method, a recrystallization method, a crystallization method, and a purification method by chromatography can be employed. These purification methods may be implemented individually by 1 type, and may be implemented in combination of 2 or more type.

上記本発明の製造方法により一般式(1)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物(オニウム塩)が得られる。一般式(1)中、R1はF、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Cat1+はR2345+で表される1価のカチオンを表す(化合物(2)の場合と同様)。フルオロアルキル基としてはR6と同様のものが挙げられる。本発明に係るフルオロスルホニルイミド化合物の具体例としては、ビス(フルオロスルホニル)イミドアンモニウム塩、ビス(フルオロスルホニル)イミドトリエチルアンモニウム塩、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアンモニウム塩、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドトリエチルアンモニウム塩、(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドアンモニウム塩、(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドトリエチルアンモニウム塩等が挙げられる。好ましくは、ビス(フルオロスルホニル)イミドアンモニウム塩、ビス(フルオロスルホニル)イミドトリエチルアンモニウム塩、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアンモニウム塩、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドトリエチルアンモニウム塩が挙げられる。 The fluorosulfonylimide compound (onium salt) represented by the general formula (1) is obtained by the production method of the present invention. In the general formula (1), R 1 is F, or represents a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Cat1 + represents a monovalent cation represented by R 2 R 3 R 4 R 5 N + ( Compound Same as (2)). Examples of the fluoroalkyl group are the same as those for R 6 . Specific examples of the fluorosulfonylimide compound according to the present invention include bis (fluorosulfonyl) imide ammonium salt, bis (fluorosulfonyl) imide triethylammonium salt, (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide ammonium salt, (fluorosulfonyl) ) (Trifluoromethylsulfonyl) imide triethylammonium salt, (fluorosulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) imide ammonium salt, (fluorosulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) imide triethylammonium salt, and the like. Preferably, bis (fluorosulfonyl) imide ammonium salt, bis (fluorosulfonyl) imide triethylammonium salt, (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide ammonium salt, (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide triethylammonium salt Is mentioned.

一般式(1)で表される上記フルオロスルホニルイミド化合物(1)は、アルカリ金属化合物と反応させることで、アルカリ金属カチオンを有する一般式(5)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物(アルカリ金属塩)が得られる(カチオン交換反応2)。   The said fluorosulfonyl imide compound (1) represented by General formula (1) is made to react with an alkali metal compound, The fluoro sulfonylimide compound (alkali metal salt) represented by General formula (5) which has an alkali metal cation Is obtained (cation exchange reaction 2).

Figure 2016145147
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一般式(5)中、R1は一般式(1)と同一であり、Mはアルカリ金属を表す。アルカリ金属としては、Li、Na、K、Rb及びCsが好ましく、より好ましくはLi、Na及びKであり、さらに好ましくはLiである。 In general formula (5), R 1 is the same as in general formula (1), and M represents an alkali metal. As the alkali metal, Li, Na, K, Rb, and Cs are preferable, Li, Na, and K are more preferable, and Li is more preferable.

化合物(1)と反応させるアルカリ金属化合物としては、LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH等の水酸化物;Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、Cs2CO3等の炭酸塩;LiHCO3、NaHCO3、KHCO3、RbHCO3、CsHCO3等の炭酸水素化物;LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl等の塩化物;LiF、NaF、KF、RbF、CsF等のフッ化物;MeOLi、EtOLi等のアルコキシド化合物;EtLi、BuLi等のアルキルリチウム化合物;等が挙げられる(Meはメチル基、Etはエチル基、Buはブチル基を示す)。これらの中でもアルカリ金属としてリチウム、ナトリウム又はカリウムを含有する化合物が好ましく、より具体的にはLiOH、NaOH、KOH、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、LiCl、NaCl、KCl、LiF、NaF、KFが好ましく、より好ましくはLiOH、NaOH、KOH、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3であり、さらに好ましくはLiOH、NaOH、KOHである。 Examples of the alkali metal compound to be reacted with the compound (1) include hydroxides such as LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH; Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , Cs 2. Carbonates such as CO 3 ; Carbonates such as LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , RbHCO 3 , CsHCO 3 ; Chlorides such as LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl; LiF, NaF, KF, RbF, CsF And the like; alkoxide compounds such as MeOLi and EtOLi; alkyllithium compounds such as EtLi and BuLi; and the like (Me represents a methyl group, Et represents an ethyl group, and Bu represents a butyl group). Among these, a compound containing lithium, sodium or potassium as an alkali metal is preferable, and more specifically, LiOH, NaOH, KOH, Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , LiCl, NaCl, KCl, LiF, NaF, and KF are preferable, LiOH, NaOH, KOH, Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , and K 2 CO 3 are more preferable, and LiOH, NaOH, and KOH are more preferable.

上記アルカリ金属化合物は、フルオロスルホニルイミド化合物(1)1molに対して1mol〜10molの範囲で使用するのが好ましい。より好ましくは1mol〜5molであり、さらに好ましくは1mol〜2molである。   The alkali metal compound is preferably used in the range of 1 mol to 10 mol with respect to 1 mol of the fluorosulfonylimide compound (1). More preferably, it is 1 mol-5 mol, More preferably, it is 1 mol-2 mol.

フルオロスルホニルイミド化合物(1)と上記アルカリ金属化合物との反応は溶媒の存在下で行うのが好ましい。溶媒としては、クロロスルホニルイミド化合物(2)の合成反応で使用した溶媒又は水が使用できる。上記反応を円滑に進行させる観点からはアセトニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、酢酸エチル、酢酸イソピロピル、酢酸ブチル、又は水が好ましい。溶媒は使用するアルカリ金属化合物に応じて選択すればよい。また溶媒は1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The reaction between the fluorosulfonylimide compound (1) and the alkali metal compound is preferably performed in the presence of a solvent. As the solvent, the solvent used in the synthesis reaction of the chlorosulfonylimide compound (2) or water can be used. From the viewpoint of allowing the above reaction to proceed smoothly, acetonitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, or water are preferred. What is necessary is just to select a solvent according to the alkali metal compound to be used. Moreover, a solvent may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

フルオロスルホニルイミド化合物(1)とアルカリ金属化合物との反応条件は特に限定されず、出発原料であるフルオロスルホニルイミド化合物(1)とアルカリ金属化合物の使用量や、反応の進行状況に従って適宜調節すればよい。例えば、反応温度としては0℃〜100℃が好ましく、より好ましくは10℃〜80℃であり、さらに好ましくは15℃〜40℃である。反応時間は0.1時間〜24時間であるのが好ましく、より好ましくは0.3時間〜10時間であり、さらに好ましくは0.5時間〜5時間である。
反応終了後は、純度を高めるべく生成物を精製してもよい。精製方法は特に限定されず従来公知の精製方法、例えば、再沈殿法、分液抽出法、再結晶法、晶析法及びクロマトグラフィーによる精製法等が使用できる。これらの精製方法は1種を単独で実施してもよく、2種以上を組み合わせて実施してもよい。
The reaction conditions of the fluorosulfonylimide compound (1) and the alkali metal compound are not particularly limited, and may be adjusted as appropriate according to the amount of the starting material fluorosulfonylimide compound (1) and the alkali metal compound used and the progress of the reaction. Good. For example, the reaction temperature is preferably 0 ° C to 100 ° C, more preferably 10 ° C to 80 ° C, and still more preferably 15 ° C to 40 ° C. The reaction time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.3 to 10 hours, and further preferably 0.5 to 5 hours.
After completion of the reaction, the product may be purified to increase the purity. The purification method is not particularly limited, and conventionally known purification methods such as a reprecipitation method, a liquid separation extraction method, a recrystallization method, a crystallization method, and a purification method by chromatography can be used. These purification methods may be implemented individually by 1 type, and may be implemented in combination of 2 or more type.

上記製造方法により得られる一般式(5)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物としては、これらに限定されるものではないが、例えば、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、ナトリウムビス(フルオロスルホニル)イミド、カリウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、カリウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、カリウム(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド等が挙げられ、好ましくはリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドである。   The fluorosulfonylimide compound represented by the general formula (5) obtained by the above production method is not limited to these, but examples thereof include lithium bis (fluorosulfonyl) imide, sodium bis (fluorosulfonyl) imide, Potassium bis (fluorosulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide, potassium (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) imide, potassium (fluoro Sulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) imide and the like, preferably lithium bis (fluorosulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) It is an imide.

本発明の製造方法により得られるフルオロスルホニルイミド化合物(1)(オニウム塩)及びフルオロスルホニルイミド化合物(5)(アルカリ金属塩)は、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、電解キャパシタ、電気二重層キャパシタ等の充電/放電機構を有する電池や一次電池等の電池、燃料電池、太陽電池、エレクトロクロミック表示素子等の電気化学デバイスを構成するイオン伝導体の材料として好適に用いられる。   The fluorosulfonylimide compound (1) (onium salt) and the fluorosulfonylimide compound (5) (alkali metal salt) obtained by the production method of the present invention are a lithium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery, an electrolytic capacitor, an electric capacitor, It is suitably used as a material for an ion conductor constituting an electrochemical device such as a battery having a charging / discharging mechanism such as a double layer capacitor, a battery such as a primary battery, a fuel cell, a solar cell, and an electrochromic display element.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお、以下においては、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味する。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention. In the following, “part” means “part by mass” and “%” means “mass%” unless otherwise specified.

[NMR測定]
19F−NMRの測定は、Varian社製の「Unity Plus−400」を使用して行った(内部標準物質:トリフルオロメチルベンゼン、溶媒:重アセトニトリル、積算回数:16回)。
なお、フルオロスルホニルイミドの転化率は、19F-NMR測定で得られたチャートにおいて、内部標準物質として加えたトリフルオロメチルベンゼンの量、及びこれに由来するピークの積分値と、目的生成物に由来するピークの積分値との比較から、有機層に含まれる反応生成物であるフルオロスルホニルイミド化合物(1)の粗収量を求め、原料として用いたクロロスルホニルイミド化合物(2)に対する粗収量の割合を転化率とした。
転化率(%)=100×{化合物(1)の粗収量(mol)/化合物(2)の仕込み量(mol)}
[NMR measurement]
The 19 F-NMR measurement was performed using “Unity Plus-400” manufactured by Varian (internal standard substance: trifluoromethylbenzene, solvent: deuterated acetonitrile, integration number: 16 times).
The conversion rate of fluorosulfonylimide is the amount of trifluoromethylbenzene added as an internal standard substance in the chart obtained by 19 F-NMR measurement, the integrated value of the peak derived therefrom, and the target product. From the comparison with the integrated value of the peak derived, the crude yield of the fluorosulfonylimide compound (1), which is a reaction product contained in the organic layer, is determined, and the ratio of the crude yield to the chlorosulfonylimide compound (2) used as a raw material Was defined as the conversion rate.
Conversion (%) = 100 × {Rough yield of compound (1) (mol) / Amount of compound (2) charged (mol)}

比較例1 アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造   Comparative Example 1 Production of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide

Figure 2016145147
Figure 2016145147

攪拌装置を備えた容量100mLのPFA(四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体、以下同様)製反応容器内で、ビス(クロロスルホニル)イミド1.07g(5mmol、化合物(2))とバレロニトリル10mL(8.0g、溶媒)とを混合し、0.5mol/Lのビス(クロロスルホニル)イミド溶液を調製した。化合物(2)に対する溶媒の使用量(溶媒/化合物(2))は7.4(質量比)であった。   In a reaction vessel made of 100 mL PFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkoxyethylene, hereinafter the same) equipped with a stirrer, 1.07 g (5 mmol, compound (2) of bis (chlorosulfonyl) imide ) And 10 mL of valeronitrile (8.0 g, solvent) were mixed to prepare a 0.5 mol / L bis (chlorosulfonyl) imide solution. The amount of the solvent used for the compound (2) (solvent / compound (2)) was 7.4 (mass ratio).

次いで、ビス(クロロスルホニル)イミド溶液に酸性フッ化アンモニウムNH4F・HFを0.69g(12mmol)加えた後、反応容器にテフロン(登録商標、以下同様)製冷却器とガラス製連結管を取り付け反応溶液の温度を80℃まで昇温し、この温度で4時間攪拌を続けた。 Next, 0.69 g (12 mmol) of acidic ammonium fluoride NH 4 F · HF was added to the bis (chlorosulfonyl) imide solution, and then a Teflon (registered trademark, the same applies hereinafter) cooler and a glass connecting tube were placed in the reaction vessel. The temperature of the attached reaction solution was raised to 80 ° C., and stirring was continued at this temperature for 4 hours.

反応終了後、反応溶液を室温まで冷却してから、反応容器にアセトニトリル10mLを加え、反応溶液を濾過し固形分を除去した。得られた有機層を試料として19F-NMR(溶媒:重アセトニトリル)測定を行った。得られたチャートにおいて、内部標準物質として加えたトリフルオロメチルベンゼンの量、及びこれに由来するピークの積分値と、目的生成物に由来するピークの積分値との比較から、有機層に含まれるアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの粗収量を求めた(2.5mmol、転化率50%)。使用した反応容器等を目視で確認したところ、ガラス製連結管のつやが失われており腐食が確認された。反応条件及びフルオロスルホニルイミドの転化率を表1に示す。
19F−NMR(溶媒:重アセトニトリル):δ56.0
After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature, 10 mL of acetonitrile was added to the reaction vessel, and the reaction solution was filtered to remove solids. 19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile) was measured using the obtained organic layer as a sample. In the obtained chart, the amount of trifluoromethylbenzene added as an internal standard substance, and the integrated value of the peak derived from this and the integrated value of the peak derived from the target product are included in the organic layer. The crude yield of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was determined (2.5 mmol, conversion 50%). When the used reaction container etc. were confirmed visually, the gloss of the glass connection pipe was lost and corrosion was confirmed. Table 1 shows the reaction conditions and the conversion rate of fluorosulfonylimide.
19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile): δ 56.0

実施例1 アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造   Example 1 Preparation of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide

Figure 2016145147
Figure 2016145147

溶媒(バレロニトリル)を使用しなかったこと以外は、比較例1と同様にしてアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造を行った。原料の使用量、反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表1に示す。   Ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the solvent (valeronitrile) was not used. Table 1 shows the amounts of raw materials used, the reaction conditions, and the conversion rate to fluorosulfonylimide.

実施例2 アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造

Figure 2016145147
Example 2 Preparation of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide
Figure 2016145147

攪拌装置を備えた容量100mLのPFA製の反応容器内で、ビス(クロロスルホニル)イミド1.07g(5mmol)と塩化アンモニウム0.294g(5.5mmol、1.1当量)とを混合し、室温(25℃)で0.5時間攪拌した。   In a reaction vessel made of PFA having a capacity of 100 mL equipped with a stirrer, 1.07 g (5 mmol) of bis (chlorosulfonyl) imide and 0.294 g (5.5 mmol, 1.1 equivalents) of ammonium chloride were mixed and mixed at room temperature. The mixture was stirred at (25 ° C.) for 0.5 hour.

次いで、ビス(クロロスルホニル)イミド溶液に酸性フッ化アンモニウムNH4F・HFを0.69g(12mmol)加えた後、反応容器にテフロン製冷却器とガラス製連結管を取り付け反応溶液の温度を80℃まで昇温し、この温度で4時間攪拌を続けた。反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表1に示す。 Next, 0.69 g (12 mmol) of acidic ammonium fluoride NH 4 F · HF was added to the bis (chlorosulfonyl) imide solution, a Teflon cooler and a glass connecting tube were attached to the reaction vessel, and the temperature of the reaction solution was adjusted to 80 ° C. The temperature was raised to 0 ° C., and stirring was continued at this temperature for 4 hours. The reaction conditions and the conversion rate to fluorosulfonylimide are shown in Table 1.

実施例3、比較例2、4及び6 アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造
各種条件を表1に示すように変更したこと以外は比較例1と同様にして、アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造を行った。原料の使用量、反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表1に示す。
Example 3, Comparative Examples 2, 4 and 6 Production of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide Ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that various conditions were changed as shown in Table 1. Manufactured. Table 1 shows the amounts of raw materials used, the reaction conditions, and the conversion rate to fluorosulfonylimide.

実施例4〜9、比較例3及び5 アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造
各種条件を表1に示すように変更したこと以外は実施例2と同様にして、アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造を行った。原料の使用量、反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表1に示す。
Examples 4 to 9, Comparative Examples 3 and 5 Production of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide Ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was prepared in the same manner as in Example 2 except that various conditions were changed as shown in Table 1. Manufactured. Table 1 shows the amounts of raw materials used, the reaction conditions, and the conversion rate to fluorosulfonylimide.

実施例10 アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造

Figure 2016145147
Example 10 Preparation of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide
Figure 2016145147

攪拌装置を備えた容量100mLのPFA製の反応容器内で、ビス(クロロスルホニル)イミド1.07g(5mmol)とアセトニトリル0.5mLとを混合し、10mol/Lのビス(クロロスルホニル)イミド溶液を調製した。ここに塩化アンモニウム0.27g(5.25mmol、1.05当量)を加えて、室温(25℃)で0.5時間攪拌した。   In a reaction vessel made of PFA having a capacity of 100 mL equipped with a stirrer, 1.07 g (5 mmol) of bis (chlorosulfonyl) imide and 0.5 mL of acetonitrile were mixed to prepare a 10 mol / L bis (chlorosulfonyl) imide solution. Prepared. To this, 0.27 g (5.25 mmol, 1.05 equivalent) of ammonium chloride was added and stirred at room temperature (25 ° C.) for 0.5 hour.

次いで、この混合溶液に酸性フッ化アンモニウムNH4F・HFを0.34g(6mmol)加えた後、反応容器にテフロン製冷却器とガラス製連結管を取り付け、反応溶液へのアンモニアガスの流通(バブリング)を開始した。反応溶液にアンモニアガスをバブリングさせながら(8.8当量/時間。使用したビス(クロロスルホニル)イミドに対する単位時間当たりの供給量(化学量論量))、反応溶液の温度を60℃まで昇温し、この温度で4時間攪拌を続けた。なお、このとき使用したアンモニアガスの使用量は、ビス(クロロスルホニル)イミドに対して35当量であった。反応終了後、使用した反応容器等を目視で確認したが、ガラス製連結管の腐食は確認できなかった。反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表1に示す。 Next, 0.34 g (6 mmol) of acidic ammonium fluoride NH 4 F · HF was added to this mixed solution, and then a Teflon cooler and a glass connecting tube were attached to the reaction vessel, and the ammonia gas flowed into the reaction solution ( Bubbling) started. While bubbling ammonia gas through the reaction solution (8.8 equivalents / hour. Supply amount per unit time (stoichiometric amount) to the bis (chlorosulfonyl) imide used), the temperature of the reaction solution was raised to 60 ° C. The stirring was continued for 4 hours at this temperature. The amount of ammonia gas used at this time was 35 equivalents relative to bis (chlorosulfonyl) imide. After completion of the reaction, the reaction vessel used was visually confirmed, but corrosion of the glass connecting tube could not be confirmed. The reaction conditions and the conversion rate to fluorosulfonylimide are shown in Table 1.

比較例7
反応時間を8時間としたこと以外は比較例1と同様にしてアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造を行った。原料の使用量、反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表1に示す。
Comparative Example 7
Ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the reaction time was 8 hours. Table 1 shows the amounts of raw materials used, the reaction conditions, and the conversion rate to fluorosulfonylimide.

Figure 2016145147
Figure 2016145147

表1中「質量比」とは、化合物(2)に対する溶媒の使用量(溶媒/化合物(2))を意味し、略号はそれぞれバレロニトリル(VN)、無溶媒(neat)、アセトニトリル(MeCN)、酢酸ブチル(BuOAc)を意味する。   In Table 1, “mass ratio” means the amount of solvent used relative to compound (2) (solvent / compound (2)), and abbreviations are valeronitrile (VN), solvent-free (neat), and acetonitrile (MeCN), respectively. , Butyl acetate (BuOAc).

化合物(2)1molに対して3当量以上の化合物(3)(フッ素化剤)を使用した比較例4〜6では、溶媒使用量を変更しても転化率に顕著な変化は確認されなかったが(比較例4〜6)、化合物(3)の使用量を減じると転化率が顕著に低下した(比較例1)。また化合物(3)の使用量を減じた場合には反応時間を8時間まで延長しても転化率は向上しなかった(比較例7)。しかしながら、溶媒使用量を化合物(2)に対して0〜4質量倍とすることで、化合物(3)の使用量を減じても比較例4〜6と同等以上にまで転化率を向上させられることが分かる(実施例1)。これは、溶媒使用量の多い比較例1では、副生成物であるHClが反応溶液中に留まり、これにより化合物(3)と、HClとの間で塩交換反応が進行し、化合物(3)が消費され、反応系内からHFが流出した結果、転化率が低下したのに対して、実施例1では溶媒使用量を減じたことにより副生成物であるHCl反応系内に留まることができなくなった結果、塩交換反応の進行が抑制され、反応溶液中の化合物(3)量を維持できたため高い転化率が達成できたものと考えられる。転化率の向上効果は、予め化合物(2)のカチオン交換反応を行った場合にも同様に確認できた(実施例2)。なお反応終了後、使用した反応容器等を目視で確認したところ、比較例4〜6では、使用したガラス製連結管のつやが失われており腐食が確認された。   In Comparative Examples 4 to 6 using 3 equivalents or more of the compound (3) (fluorinating agent) with respect to 1 mol of the compound (2), no significant change was confirmed in the conversion rate even when the amount of the solvent used was changed. (Comparative Examples 4 to 6), the conversion decreased significantly when the amount of compound (3) used was reduced (Comparative Example 1). When the amount of compound (3) used was reduced, the conversion rate did not improve even when the reaction time was extended to 8 hours (Comparative Example 7). However, when the amount of the solvent used is 0 to 4 times the mass of the compound (2), the conversion rate can be improved to be equal to or higher than that of Comparative Examples 4 to 6 even if the amount of the compound (3) is reduced. (Example 1). This is because, in Comparative Example 1 where the amount of solvent used is large, HCl as a by-product remains in the reaction solution, whereby a salt exchange reaction proceeds between compound (3) and HCl, and compound (3) As a result of the consumption of HF and the outflow of HF from the reaction system, the conversion rate decreased, whereas in Example 1, the amount of solvent used was reduced so that it could remain in the HCl reaction system as a by-product. As a result, the progress of the salt exchange reaction was suppressed, and the amount of the compound (3) in the reaction solution was maintained, so it is considered that a high conversion rate was achieved. The effect of improving the conversion rate was confirmed in the same manner when the cation exchange reaction of the compound (2) was carried out in advance (Example 2). In addition, when the used reaction container etc. were confirmed visually after completion | finish of reaction, in the comparative examples 4-6, the gloss of the used glass connecting pipe was lost and corrosion was confirmed.

また実施例3〜9と比較例2〜3との比較より、化合物(2)に対する溶媒使用量が4質量倍超の場合には反応温度を低下するとほとんどフッ素化反応が進行しないのに対して(比較例2:5%、比較例3:1%)、化合物(2)に対する溶媒使用量を0〜4質量倍の範囲とすることにより、反応温度を低下しても反応を進行させることができ、高い転化率を維持できることが分かる(実施例3〜9:73%〜94%)。   Further, from the comparison between Examples 3 to 9 and Comparative Examples 2 to 3, when the amount of the solvent used with respect to the compound (2) is more than 4 mass times, the fluorination reaction hardly proceeds when the reaction temperature is lowered. (Comparative Example 2: 5%, Comparative Example 3: 1%) By making the amount of solvent used with respect to compound (2) in the range of 0 to 4 times by mass, the reaction can proceed even if the reaction temperature is lowered. It can be seen that a high conversion rate can be maintained (Examples 3 to 9: 73% to 94%).

実施例10の結果より、アンモニアガス気流下で反応を行えば、フッ素化剤量をさらに低減しても転化率を維持できることが分かる。これは、反応系内で発生したHFがNH3(アンモニア)と反応して再びフッ化アンモニウムNH4Fが生成し(NH3+HF→NH4F)、反応系内のNH4F量(フッ素化剤)の低下が抑制されたため、効率的にフッ素化が進行したものと推察される。 From the results of Example 10, it can be seen that the conversion can be maintained even if the amount of the fluorinating agent is further reduced by carrying out the reaction under an ammonia gas stream. This is because HF generated in the reaction system reacts with NH 3 (ammonia) to produce ammonium fluoride NH 4 F again (NH 3 + HF → NH 4 F), and the amount of NH 4 F (fluorine in the reaction system) It is surmised that the fluorination progressed efficiently because the decrease in the agent was suppressed.

実施例11
攪拌装置を備えた容量100mLのPFA製反応容器内で、ビス(クロロスルホニル)イミド1.07g(5mmol、化合物(2))と酢酸プロピル4.0g(溶媒)とを混合し、1.1mol/Lのビス(クロロスルホニル)イミド溶液を調製した。化合物(2)に対する溶媒の使用量(溶媒/化合物(2))は3.7(質量比)であった。
Example 11
In a 100 mL PFA reaction vessel equipped with a stirrer, 1.07 g (5 mmol, compound (2)) of bis (chlorosulfonyl) imide and 4.0 g (solvent) of propyl acetate were mixed, and 1.1 mol / A bis (chlorosulfonyl) imide solution of L was prepared. The amount of the solvent used for the compound (2) (solvent / compound (2)) was 3.7 (mass ratio).

次いで、ビス(クロロスルホニル)イミド溶液に酸性フッ化アンモニウムNH4F・HFを0.69g(12mmol、化合物(3))加えた後、反応容器にテフロン製冷却器とガラス製連結管を取り付け反応溶液の温度を60℃まで昇温し、この温度で4時間攪拌を続けた。 Next, 0.69 g (12 mmol, compound (3)) of acidic ammonium fluoride NH 4 F · HF was added to the bis (chlorosulfonyl) imide solution, and then the reaction was performed by attaching a Teflon cooler and a glass connecting tube to the reaction vessel. The temperature of the solution was raised to 60 ° C., and stirring was continued at this temperature for 4 hours.

反応終了後、反応溶液を室温まで冷却してから、反応容器にアセトニトリル10mLを加え、反応溶液を濾過し固形分を除去した。得られた有機層を試料として19F-NMR(溶媒:重アセトニトリル)測定を行った。得られたチャートにおいて、内部標準物質として加えたトリフルオロメチルベンゼンの量、及びこれに由来するピークの積分値と、目的生成物に由来するピークの積分値との比較から、有機層に含まれるアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの粗収量を求めた(4.35mmol、転化率87%)。反応条件及びフルオロスルホニルイミドの転化率を表2に示す。
19F−NMR(溶媒:重アセトニトリル):δ56.0
After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature, 10 mL of acetonitrile was added to the reaction vessel, and the reaction solution was filtered to remove solids. 19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile) was measured using the obtained organic layer as a sample. In the obtained chart, the amount of trifluoromethylbenzene added as an internal standard substance, and the integrated value of the peak derived from this and the integrated value of the peak derived from the target product are included in the organic layer. The crude yield of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was determined (4.35 mmol, conversion 87%). Table 2 shows the reaction conditions and the conversion rate of fluorosulfonylimide.
19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile): δ 56.0

実施例12
攪拌装置を備えた容量100mLのPFA製の反応容器内で、ビス(クロロスルホニル)イミド1.07g(5mmol)と酢酸イソプロピル3.0gとを混合し、1.5mol/Lのビス(クロロスルホニル)イミド溶液を調製した。ここに塩化アンモニウム0.294g(5.5mmol、1.1当量)を加えて、室温(25℃)で1時間攪拌した。
Example 12
In a 100 mL PFA reaction vessel equipped with a stirrer, 1.07 g (5 mmol) of bis (chlorosulfonyl) imide and 3.0 g of isopropyl acetate were mixed to give 1.5 mol / L of bis (chlorosulfonyl). An imide solution was prepared. To this, 0.294 g (5.5 mmol, 1.1 equivalents) of ammonium chloride was added and stirred at room temperature (25 ° C.) for 1 hour.

次いで、ビス(クロロスルホニル)イミド溶液に酸性フッ化アンモニウムNH4F・HFを0.69g(12mmol)加えた後、反応容器にテフロン製冷却器とガラス製連結管を取り付け反応溶液の温度を80℃まで昇温し、この温度で4時間攪拌を続けた。反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表2に示す。
19F−NMR(溶媒:重アセトニトリル):δ56.0
Next, 0.69 g (12 mmol) of acidic ammonium fluoride NH 4 F · HF was added to the bis (chlorosulfonyl) imide solution, a Teflon cooler and a glass connecting tube were attached to the reaction vessel, and the temperature of the reaction solution was adjusted to 80 ° C. The temperature was raised to 0 ° C., and stirring was continued at this temperature for 4 hours. Table 2 shows the reaction conditions and the conversion rate to fluorosulfonylimide.
19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile): δ 56.0

実施例13、15及び17
各種条件を表2に示すように変更したこと以外は実施例11と同様にして、アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造を行った。原料の使用量、反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表2に示す。
Examples 13, 15 and 17
Ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was produced in the same manner as in Example 11 except that various conditions were changed as shown in Table 2. Table 2 shows the amounts of raw materials used, the reaction conditions, and the conversion rate to fluorosulfonylimide.

実施例14、16及び18
各種条件を表2に示すように変更したこと以外は実施例12と同様にして、アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造を行った。原料の使用量、反応条件及びフルオロスルホニルイミドへの転化率を表2に示す。
Examples 14, 16 and 18
Ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was produced in the same manner as in Example 12 except that various conditions were changed as shown in Table 2. Table 2 shows the amounts of raw materials used, the reaction conditions, and the conversion rate to fluorosulfonylimide.

Figure 2016145147
Figure 2016145147

表2中、「質量比」とは、化合物(2)に対する溶媒の使用量(溶媒/化合物(2))を意味し、略号は酢酸イソプロピル(iPrOAc)、酢酸ブチル(BuOAc)を意味する。   In Table 2, “mass ratio” means the amount of solvent used (solvent / compound (2)) relative to compound (2), and abbreviations mean isopropyl acetate (iPrOAc) and butyl acetate (BuOAc).

表1、及び表2の結果より、化合物(2)の0〜4質量倍の溶媒を使用する場合には、温度や、カチオン交換反応の有無といった条件を変更しても高い転化率で生成物が得られることが分かる。   From the results of Table 1 and Table 2, when using 0 to 4 times mass solvent of the compound (2), the product is obtained with a high conversion rate even if the conditions such as temperature and presence / absence of cation exchange reaction are changed. It can be seen that

Claims (4)

下記一般式(1)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法であって、
Figure 2016145147

(一般式(1)中、R1はF、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Cat1+はR2345+で表される1価のカチオンを表し、R2〜R5は同一又は異なって、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す)
一般式(2)で表される化合物と、
Figure 2016145147

(一般式(2)中、R6はハロゲン、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Cat2+は水素イオン、又はR2345+で表される1価のカチオンを表し、R2〜R5は一般式(1)と同一である)
一般式(2)で表される化合物1molに対して、化学量論量で1当量以上、3当量以下の一般式(3):NH4F(HF)p(一般式(3)中、pは0〜10の整数を表す)で表される化合物を、
一般式(2)で表される化合物の0〜4質量倍の溶媒の存在下で反応させることを特徴とするフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法。
A method for producing a fluorosulfonylimide compound represented by the following general formula (1),
Figure 2016145147

(In the general formula (1), R 1 is F, or represents a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Cat1 + represents a monovalent cation represented by R 2 R 3 R 4 R 5 N +, R 2 to R 5 are the same or different and each represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms)
A compound represented by the general formula (2);
Figure 2016145147

In (formula (2), R 6 is halogen, or represents a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Cat2 + is hydrogen ion, or R 2 R 3 R 4 R 5 N + represented monovalent be Represents a cation, and R 2 to R 5 are the same as those in formula (1))
1 mol or more and 3 equivalents or less of a stoichiometric amount with respect to 1 mol of the compound represented by the general formula (2): General formula (3): NH 4 F (HF) p (in the general formula (3), p Represents an integer of 0 to 10),
A method for producing a fluorosulfonylimide compound, comprising reacting in the presence of a solvent represented by 0 to 4 times by mass of the compound represented by the general formula (2).
反応温度が20℃以上、75℃以下である請求項1に記載のフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法。   The method for producing a fluorosulfonylimide compound according to claim 1, wherein the reaction temperature is 20 ° C or higher and 75 ° C or lower. 上記溶媒が、ニトリル類及びカルボン酸エステル類よりなる群から選択される少なくとも1種である請求項1又は2に記載のフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法。   The method for producing a fluorosulfonylimide compound according to claim 1 or 2, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of nitriles and carboxylic acid esters. 請求項1〜3の何れか1項に記載の方法で得られた一般式(1)で表される化合物とアルカリ金属化合物とを反応させることを特徴とする下記一般式(5)で表されるフルオロスルホニルイミド化合物の製造方法。
Figure 2016145147

(一般式(5)中、R1はF、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表し、Mはアルカリ金属を表す)
The compound represented by the general formula (1) obtained by the method according to any one of claims 1 to 3 is reacted with an alkali metal compound. A method for producing a fluorosulfonylimide compound.
Figure 2016145147

(In the general formula (5), R 1 represents F or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and M represents an alkali metal)
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