JP2020111522A - Method for producing easily decomposable stable perfluoroalkyl radical and its easily decomposable stable perfluoroalkyl radical reagent - Google Patents

Method for producing easily decomposable stable perfluoroalkyl radical and its easily decomposable stable perfluoroalkyl radical reagent Download PDF

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Abstract

To provide a method for producing easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals which easily generate trifluoromethyl radicals, and to provide an easily decomposable stable perfluoro radical reagent.SOLUTION: In a reaction system in which reaction active species in a fluorination reaction become fluorine radicals, a highly hindered perfluoroalkene is fluorinated by the fluorine radical to release a trifluoromethyl radical with decomposition due to β-elimination. In addition, an easily decomposable stable perfluoroalkyl radical whose half-life in the β- elimination reaction is from 0.5 to 24 hours in the range of 50 to 70°C is produced.EFFECT: An easily decomposable stable perfluoroalkyl radical can be provided by adding fluorine radicals to C=C double bonds of highly hindered perfluoroolefin by fluorination using fluorine radicals.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、低温でトリフルオロメチルラジカルを容易に、かつクリーンに発生する易分解性安定パーフルオロアルキルラジカル試薬を提供すること、及び、副反応を含まないそのリサイクルシステムを提供可能とすることを課題とするものである。本明細書において、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルとは、ある程度安定である一方で、熱で容易に分解するという相反した性質を有する物質として定義される。 The present invention provides a readily decomposable stable perfluoroalkyl radical reagent that easily and cleanly generates a trifluoromethyl radical at low temperature, and that it is possible to provide a recycling system thereof that does not contain side reactions. This is an issue. In the present specification, a readily decomposable stable perfluoroalkyl radical is defined as a substance which is stable to some extent but has the contradictory property of being easily decomposed by heat.

トリフルオロメチルラジカルを発生する試薬としては、従来、極安定パーフルオロアルキルラジカルの熱分解が利用されている。しかし、該試薬は、極安定であるために、その熱分解には高い温度が要求され、その使用は限定されていた。 As a reagent for generating a trifluoromethyl radical, thermal decomposition of an extremely stable perfluoroalkyl radical has been conventionally used. However, since the reagent is extremely stable, a high temperature is required for its thermal decomposition, and its use is limited.

一方で、低温でのトリフルオロメチルラジカル発生試薬としては、米国特許第2559630号明細書にビス(パーフルオロアシル)パーオキシドが開示されているが、爆発性があり工業的な使用には危険性を伴うために、その使用については実験室レベルに限定されていた。 On the other hand, as a reagent for generating a trifluoromethyl radical at low temperature, bis(perfluoroacyl)peroxide is disclosed in US Pat. No. 2,559,630, but it is explosive and is dangerous for industrial use. Due to its complicity, its use was limited to the laboratory level.

トリフルオロメチルラジカルは、医薬、農薬、液晶を始めとする様々な機能性化合物合成に有用であるばかりでなく、樹脂を始めとする様々な材料の表面処理や、高分子合成におけるラジカル開始剤としての価値が高いことが知られている。しかし、従来のトリフルオロメチルラジカルは、上記したように、その熱分解には高い温度が要求され、高い温度領域でしか使えない極安定パーフルオロアルキルラジカルや、低温で使用可能でも爆発性があるなど、種々の問題を抱えていた。そのため、近年では、従来のトリフルオロメチルラジカルに代えて、特に、低温で安全かつ容易に利用可能な新しいトリフルオロメチルラジカル発生試薬の開発が求められていた。 The trifluoromethyl radical is not only useful for the synthesis of various functional compounds such as pharmaceuticals, agricultural chemicals and liquid crystals, but also as a radical initiator in the surface treatment of various materials such as resins and polymer synthesis. Is known to be highly valuable. However, as described above, the conventional trifluoromethyl radical requires a high temperature for its thermal decomposition, and is an extremely stable perfluoroalkyl radical that can be used only in a high temperature region, or it is explosive even if it can be used at a low temperature. Etc. had various problems. Therefore, in recent years, it has been desired to develop a new reagent for generating a trifluoromethyl radical, which can be used safely and easily at a low temperature, in place of the conventional trifluoromethyl radical.

フッ素を含む化合物は、医薬・農薬のような部分フッ素化体から、テフロン(登録商標)やフッ素系界面活性剤のような完全フッ素化体に亘る広範な利用がなされているが、特に、トリフルオロメチル基の需要は高く、さまざまなトリフルオロメチル基導入方法が開発されている。とりわけ、近年では、トリフルオロメチルラジカルの利用が、部分フッ素化体合成において注目され、開発がなされているが、金属触媒を用いること、あるいは、光照射を必要とすることなど、その工業的応用において種々の問題を抱えていた。 Compounds containing fluorine have been widely used from partially fluorinated compounds such as pharmaceuticals and agricultural chemicals to completely fluorinated compounds such as Teflon (registered trademark) and fluorochemical surfactants. Demand for fluoromethyl groups is high, and various methods for introducing trifluoromethyl groups have been developed. In particular, in recent years, the use of trifluoromethyl radical has attracted attention and has been developed in the synthesis of partially fluorinated compounds. However, the use of a metal catalyst or the need for light irradiation has led to its industrial application. Had various problems.

このように、これまでに開発されたトリフルオロメチルラジカル発生試薬は、不安定で爆発の危険性があるなどの問題から、工業的な展開が阻まれてきた。このような背景をもとに、安全に取り扱え、かつ、光照射も金属も必要としない簡易なトリフルオロメチルラジカル発生試薬の出現が望まれている。このような望ましい性能を有するトリフルオロメチルラジカル発生試薬に関する先行技術としては、例えば、特許文献1〜3、及び、特許文献4〜5が挙げられる。 As described above, the trifluoromethyl radical generating reagent developed so far has been hindered from industrial development due to problems such as instability and risk of explosion. Based on such a background, it has been desired to develop a simple reagent for generating a trifluoromethyl radical, which can be handled safely and does not require light irradiation or metal. Examples of prior art relating to a reagent for generating a trifluoromethyl radical having such desirable performance include Patent Documents 1 to 3 and Patent Documents 4 to 5, for example.

上記特許文献1が開示する重合触媒として有用な永続性パーフルオロアルキル遊離基は、ヘキサフルオロプロペン三量体をフッ素化することで得られるパーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−3−ペンチル(以後、PPFR1と呼ぶ)、及び、ヘキサフルオロプロペン三量体とPPFR1との混合物を加熱することで得られるパーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(以後、PPFR2と呼ぶ)と呼ばれるパーフルオロアルキルラジカル(特許文献1の実施例;図1、Formula 1及び2)である。 The permanent perfluoroalkyl free radical useful as a polymerization catalyst disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 is perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-3-obtained by fluorinating a hexafluoropropene trimer. Pentyl (hereinafter referred to as PPFR1) and perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl (hereinafter referred to as PPFR2) obtained by heating a mixture of hexafluoropropene trimer and PPFR1. Is a perfluoroalkyl radical (Example of Patent Document 1; FIG. 1, Formula 1 and 2).

また、上記特許文献2では、ヘキサフルオロプロペン三量体とRuppert−Prakash試薬(トリアルキルパーフルオロアルキルシラン:RP試薬)から誘導される前駆体パーフルオロオレフィンをフッ素ガスにより直接フッ素化することで、対応する構造のパーフルオロアルキルラジカルを製造する方法が開示されている。しかしながら、当該特許文献2において実際に合成に成功しているのは、特許文献1の実施例に記載の極安定パーフルオロアルキルラジカルPPFR2のみである(特許文献2の実施例)。 Further, in the above-mentioned Patent Document 2, by directly fluorinating a precursor perfluoroolefin derived from a hexafluoropropene trimer and a Ruppert-Prakash reagent (trialkylperfluoroalkylsilane:RP reagent) with fluorine gas, Methods of making perfluoroalkyl radicals of corresponding structure are disclosed. However, in Patent Document 2, only the extremely stable perfluoroalkyl radical PPFR2 described in the Example of Patent Document 1 actually succeeds in the synthesis (Example of Patent Document 2).

一方、本発明で開示するトリフルオロメチルラジカル発生試薬は、パーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチル−3−ペンチル、及び、パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルと呼ばれるパーフルオロアルキルラジカル(以後、それぞれ易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及び、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIと呼ぶ)に係るものである。 On the other hand, the trifluoromethyl radical generating reagent disclosed in the present invention includes perfluoro-3-ethyl-2,2,4-trimethyl-3-pentyl and perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl. The present invention relates to a perfluoroalkyl radical called -3-pentyl (hereinafter referred to as an easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I and an easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II, respectively).

これらの構造については、先行特許の特許文献2に記載があるが、該文献では、その製造方法については明らかではなく、また、当該文献には、物質を特定するために必要な物理的・化学的情報が全く記載されていない。特に、後者の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIのパーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルについては、前駆体のパーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン(以後、前駆体オレフィンIIと呼ぶ)を無希釈のフッ素ガスでフッ素化しても、パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルII)は得られず、PPFR2のパーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルが得られると記載されている(特許文献2の実施例7;図1、Formula 3)。 These structures are described in Patent Document 2 of the prior patent, but in the document, the manufacturing method thereof is not clear, and in the document, the physical/chemical properties necessary for specifying the substance are disclosed. Information is not listed at all. In particular, for the latter easily degradable stable perfluoroalkyl radical II, perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl, the precursor perfluoro-2,4,4-trimethyl-3 is used. Even if isopropyl-2-pentene (hereinafter referred to as precursor olefin II) is fluorinated with undiluted fluorine gas, perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl (easily decomposable) It is described that stable perfluoroalkyl radical II) is not obtained, and perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl of PPFR2 is obtained (Example 7 of Patent Document 2; FIG. 1, FIG. Formula 3).

実際、特許文献2の実施例7には、パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルII)の前駆体オレフィンII(パーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン)を0℃で純フッ素ガスを用いて4時間フッ素化すると、35.2重量%の収率でPPFR2のパーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルが得られると記載されている(図1、Formula 3)。さらに、該特許文献2には、本実施例7に基づき、パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルII)の前駆体オレフィンIIをフッ素化してPPFR2を合成する方法を、炭素減少極安定パーフルオロアルキルラジカルの製造方法として記載している。従って、先行特許の特許文献2は、実施例を含めて、前駆体オレフィンIIをフッ素化してもパーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルII)を合成できないことを証明しているに等しいと云える。 In fact, in Example 7 of Patent Document 2, a precursor olefin II of perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl (easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II) (perfluoro- Fluorination of 2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene) with pure fluorine gas at 0°C for 4 hours yielded 35.2% by weight of PPFR2 perfluoro-2,4-. Dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl is stated to be obtained (Fig. 1, Formula 3). Further, in Patent Document 2, based on this Example 7, a precursor olefin II of perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl (easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II) A method of fluorinating PPFR2 to synthesize PPFR2 is described as a method for producing a carbon-reduced ultra-stable perfluoroalkyl radical. Therefore, in the patent document 2 of the prior patent, including examples, even if the precursor olefin II is fluorinated, perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl (easily decomposable stable perfluoro) is used. This is equivalent to proving that the alkyl radical II) cannot be synthesized.

本発明者らは、先行特許の特許文献2が構造を記載しているが、実施例ではむしろ、合成ができないことが示されているパーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルII)を合成する手法を発見し、その物理化学的性状を明らかにした。また、本発明者らは、同様に、先行特許の特許文献2が構造を記載しているが、実施例が無く、その構造を特定するために必要な物理化学的データも存在しないパーフルオロアルキルラジカル(パーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI)についても、合成する手法を発見し、その物理化学的性状を明らかにした。 The present inventors describe the structure in Patent Document 2 of the prior patent, but rather, in the Examples, perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl- which has been shown to be incapable of synthesis. A method for synthesizing 3-pentyl (easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II) was discovered, and its physicochemical properties were clarified. In addition, the present inventors similarly describe the structure in Patent Document 2 of the prior patent, but there are no examples, and there is no physicochemical data necessary for specifying the structure. A radical (perfluoro-3-ethyl-2,2,4-trimethyl-3-pentyl (easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I) was also discovered, and its physicochemical properties were clarified. ..

また、本発明者らは、これらのパーフルオロアルキルラジカル(パーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチル−3−ペンチル、及び、パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル)の構造を特定するために必要なMS(マススペクトル)、ESR(電子スピン共鳴スペクトル)などのスペクトル情報を取得するとともに、それらを単離し、熱安定性、沸点、融点等の物理化学的性状を明らかにすることに成功した。 Moreover, the present inventors have found that these perfluoroalkyl radicals (perfluoro-3-ethyl-2,2,4-trimethyl-3-pentyl, and perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl). -3-Pentyl) to obtain spectral information such as MS (mass spectrum) and ESR (electron spin resonance spectrum) necessary for identifying the structure, and to isolate them to isolate thermal stability, boiling point, melting point, etc. We succeeded in clarifying physicochemical properties.

その結果、これらのパーフルオロアルキルラジカルが、先行特許の特許文献1及び特許文献2が開示するような極安定パーフルオロアルキルラジカルとは異なり、室温付近から70℃程度の温度で容易に分解すると同時にトリフルオロメチルラジカルを放出することを突き止めた。これらのパーフルオロアルキルラジカルは、空気中において室温で容易に扱える程度に安定である一方で、50〜70℃程度の温度で容易に分解する性質を有し、その安定性に明確な相違がある。本発明者らは、これらのパーフルオロアルキルラジカルを、安定ではある一方で易分解性であることから易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルと呼び、従来の極安定パーフルオロアルキルラジカルとの違いを明確化した。 As a result, unlike the super-stable perfluoroalkyl radicals disclosed in Patent Documents 1 and 2 of the prior patents, these perfluoroalkyl radicals are easily decomposed at a temperature of about 70° C. from around room temperature. It was found that the trifluoromethyl radical was released. These perfluoroalkyl radicals are stable enough to be easily handled at room temperature in air, but have the property of easily decomposing at a temperature of about 50 to 70° C., and there is a clear difference in their stability. .. The present inventors call these perfluoroalkyl radicals an easily decomposable stable perfluoroalkyl radical because they are stable but easily decomposable, and clarify the difference from the conventional ultra-stable perfluoroalkyl radicals. Turned into

実際、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIを例に取ると、当該ラジカルは室温(20℃付近)でも徐々に分解しており、例えば、実験室に放置したサンプルの経時的安定性をトレースした結果からは、半減期は凡そ1か月弱となり、易分解性ではあるが室温では取扱い上の問題が起こらない程度に安定であることが判る。一方で、本ラジカルを60℃に加温すると、後述するトリフルオロメチルラジカル放出を伴うβ‐脱離による分解が起こり、当該ラジカルの半減期は3時間を切る程に早く(極安定パーフルオロアルキルラジカルは、この温度では安定である)、易分解性であることが理解できる(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルの熱安定性の詳細は、後述の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIの熱分解特性の項を参照)。 In fact, taking the easily degradable stable perfluoroalkyl radical II as an example, the radical is gradually decomposed even at room temperature (around 20° C.), and for example, the temporal stability of the sample left in the laboratory was traced. The results show that the half-life is about one month or less, and although it is easily degradable, it is stable at room temperature to the extent that handling problems do not occur. On the other hand, when this radical is heated to 60° C., decomposition due to β-elimination accompanied by release of trifluoromethyl radical described later occurs, and the half-life of the radical is as short as less than 3 hours (superstable perfluoroalkyl radical). It can be understood that the radical is stable at this temperature) and is easily decomposable (for the details of the thermal stability of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical, the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I described below, and (See the thermal decomposition properties of II).

すなわち、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルは、室温で安定に扱え、ほんの少し室温より温度を上げるとかなりの速度でトリフルオロメチルラジカルを発生する、絶妙な安定性と分解性を保有した物質であることが理解でき、極安定パーフルオロアルキルラジカルと比較した場合、工業化学的な有用性に大きな差が生まれる。 In other words, the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical is a substance that possesses exquisite stability and decomposability, which can be handled stably at room temperature and generate a trifluoromethyl radical at a considerable rate when the temperature is raised slightly above room temperature. It can be understood that there is a significant difference in industrial chemistry when compared with the ultra-stable perfluoroalkyl radical.

而して、本明細書では、室温または比較的低い温度(例えば、50〜70℃)でトリフルオロメチルラジカルを提供できる試薬としての易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルを高い収率で、容易に製造する方法を開示するとともに、これら易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルの熱的安定性を含む物理化学的性状の詳細を開示し、易分解性でありながら、安全で取扱いの容易なトリフルオロメチルラジカル発生試薬としての特徴を備えた新規物質としての特徴を明確化した。 Thus, in the present specification, a readily decomposable stable perfluoroalkyl radical as a reagent capable of providing a trifluoromethyl radical at room temperature or a relatively low temperature (for example, 50 to 70° C.) can be easily obtained in a high yield. The details of the physicochemical properties, including the thermal stability, of these easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals are disclosed as well as the production method, and trifluoromethyl, which is easily decomposable, safe and easy to handle. The characteristics as a novel substance having the characteristics as a radical generating reagent were clarified.

本発明は、低温でトリフルオロメチルラジカルを容易に、かつクリーンに発生する易分解性安定パーフルオロラジカル試薬を提供すること、及び、その副反応を含まないリサイクルシステムを提供可能にするものである(化1の式A〜F参照)。そのうち、リサイクルシステムについては、ダイキン工業(株)の特許(特許文献3の特開2003−147008、発明の名称:低分子ラジカル供給方法、ラジカル運搬分子、重合体製造方法及び重合体)に記載の内容に含まれ、それを超えるものでは無いが、後述するように、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルの構造に含まれるパーフルオロ−第三級−ブチル基の三つのトリフルオロメチル基のうちの一つに限定された、単一の分解反応を経由して分解することは、予見できるものでは無く、実験で明らかになったことであることから、本明細書では、意図的に取り上げて記述する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a readily decomposable stable perfluoro radical reagent that easily and cleanly generates a trifluoromethyl radical at low temperature, and can provide a recycling system that does not include its side reaction. (See Formulas AF of Chemical Formula 1). Among them, the recycling system is described in a patent of Daikin Industries, Ltd. (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-147008 of Patent Document 3, title of invention: low-molecular radical supply method, radical-transporting molecule, polymer production method and polymer). Of the three trifluoromethyl groups of the perfluoro-tertiary-butyl group contained in the structure of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical, which is included in the content and not exceeding it, as described below. Decomposition via a single decomposition reaction, which is limited to one, is not foreseeable and has been clarified by experiments. To do.

すなわち、この単一の分解過程を経る反応では、分解生成物として易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIからは、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテン(以後、T−3と呼ぶ)が、易分解性パーフルオロアルキルラジカルIIからは、パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン(以後、PPFR2前駆体と呼ぶ)、が得られ(式A,B)、これらの熱分解生成物パーフルオロオレフィンは、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIの前駆体オレフィンへと誘導することが可能である。すなわち、これらのパーフルオロオレフィンをRP試薬でトリフルオロメチル化することで易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIの前駆体オレフィンであるパーフルオロ−4,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン(以後、前駆体オレフィンIと呼ぶ)、パーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン(前駆体オレフィンII)が、それぞれ合成される(式C,D)。また、これらの熱分解生成物パーフルオロオレフィンは、同時に極安定パーフルオロアルキルラジカル合成の前駆体としても利用が可能となっている(式E,F)ことは、この単一分解過程を経て分解することの重要な特徴と云って良い。リサイクルシステムは、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIに留まらず、極安定パーフルオロアルキルラジカル(PPFR1及びPPFR2)を含む、二つの経路からなり、その融通性とともに、プロセスには無駄が無いため、工業化学的に優れ、非常にクリーンで環境にやさしいシステムが構築される。 That is, in the reaction that goes through this single decomposition process, perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene (hereinafter, T- 3), but perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene (hereinafter referred to as PPFR2 precursor) is obtained from the easily decomposable perfluoroalkyl radical II (formula A, B), these pyrolysis products perfluoroolefins can be derived into precursor olefins of readily degradable stable perfluoroalkyl radicals I and II. That is, by trifluoromethylating these perfluoroolefins with an RP reagent, perfluoro-4,4-dimethyl-3-isopropyl-2- that is a precursor olefin of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II. Pentene (hereinafter referred to as precursor olefin I) and perfluoro-2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene (precursor olefin II) are respectively synthesized (formula C, D). In addition, these thermal decomposition products, perfluoroolefins, can be used as precursors for the synthesis of ultra-stable perfluoroalkyl radicals at the same time (formula E and F), which means that they are decomposed through this single decomposition process. It can be said that this is an important feature of doing. The recycling system consists of two routes, which include not only the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II but also the extremely stable perfluoroalkyl radicals (PPFR1 and PPFR2). Therefore, a system that is excellent in industrial chemistry, very clean, and environmentally friendly is built.

Figure 2020111522
Figure 2020111522

前述したように、トリフルオロメチルラジカルを発生する試薬としては、従来、極安定パーフルオロアルキルラジカルの熱分解が利用されている。しかし、極安定パーフルオロアルキルラジカルの名前から判るように、その熱分解には高い温度が要求され、その使用は限定されていた。 As described above, as a reagent for generating a trifluoromethyl radical, thermal decomposition of an extremely stable perfluoroalkyl radical has been conventionally used. However, as can be seen from the name of the ultra-stable perfluoroalkyl radical, its thermal decomposition requires high temperature, and its use is limited.

一方で、低温でのトリフルオロメチルラジカル発生試薬としては、米国特許第2559630号明細書にビス(パーフルオロアシル)パーオキシドが開示されているが、爆発性があり工業的な使用には危険性を伴うために、その使用については実験室レベルに限定されていた。 On the other hand, as a reagent for generating a trifluoromethyl radical at low temperature, bis(perfluoroacyl)peroxide is disclosed in US Pat. No. 2,559,630, but it is explosive and is dangerous for industrial use. Due to its complicity, its use was limited to the laboratory level.

トリフルオロメチルラジカルは、医薬、農薬、液晶を始めとする様々な機能性化合物合成に有用であるばかりでなく、樹脂を始めとする様々な材料の表面処理や、高分子合成におけるラジカル開始剤としての価値が高いことが知られている。しかしながら、従来のトリフルオロメチルラジカルは、上記したように、高い温度領域でしか使えない極安定パーフルオロアルキルラジカルや、低温で使用可能でも爆発性があるなど、種々の問題を抱えていたため、当技術分野では、特に、低温で安全かつ容易に利用可能な新しいトリフルオロメチルラジカル発生試薬の開発が求められていた。 The trifluoromethyl radical is not only useful for the synthesis of various functional compounds such as pharmaceuticals, agricultural chemicals and liquid crystals, but also as a radical initiator in the surface treatment of various materials such as resins and polymer synthesis. Is known to be highly valuable. However, conventional trifluoromethyl radicals have various problems such as an extremely stable perfluoroalkyl radical that can be used only in a high temperature region and an explosive property that can be used at low temperatures as described above. In the technical field, in particular, there has been a demand for the development of a new trifluoromethyl radical generating reagent that can be used safely and easily at low temperatures.

特開昭60−64935号公報(発明の名称:重合触媒として有用な永続性パーフルオロアルキル遊離基およびその遊離基を使用する重合方法)JP-A-60-64935 (Title of invention: Permanent perfluoroalkyl free radical useful as a polymerization catalyst and polymerization method using the free radical) 特開2003−155257号公報(発明の名称:高度分岐状パーフルオロオレフィン、極安定パーフルオロアルキルラジカル及びこれらの製造方法)JP-A-2003-155257 (Title of invention: highly branched perfluoroolefin, ultra-stable perfluoroalkyl radical, and methods for producing these) 特開2003−147008号公報(発明の名称:低分子ラジカル供給方法、ラジカル運搬分子、重合体製造方法及び重合体)JP, 2003-147008, A (invention title: low-molecular radical supply method, radical-transporting molecule, polymer production method and polymer) 米国特許第4626608号明細書(発明の名称:Fluorinated acyl peroxides)US Pat. No. 4,626,608 (Title of Invention: Fluorinated acyl peroxides) ヨーロッパ特許第0121898号(発明の名称:Persistent perfluoroalkyl free radicals, a polymerization catalyst containing them and processes for polymerization)European Patent No. 0121898 (name of invention: Persistent perfluoroalkyl free radicals, a polymerization catalyst containing them and processes for polymerization)

本発明は、上記現状に鑑み、従来技術では不可能であった低い温度でトリフルオロメチルアルキルラジカルを発生することが可能であり、しかも、安全で容易に取り扱える易分解性安定パーフルオロアルキルラジカル発生試薬を提供することを課題とするものである。 In view of the above situation, the present invention is capable of generating a trifluoromethylalkyl radical at a low temperature, which was impossible in the prior art, and is a safe and easily handleable degradable stable perfluoroalkyl radical generation. It is an object to provide a reagent.

上記課題を解決するための本発明は、高度に枝分かれした構造を有する高度に遮蔽を受けたパーフルオロアルケンをフッ素ラジカルでフッ素化することで易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルを合成する手法と、得られた該易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルをトリフルオロメチルラジカル発生試薬として利用する方法を提供することを特徴とするものである。ここで、本発明において、高度に枝分かれした構造を有する高度に遮蔽を受けたパーフルオロアルケンとは、本発明で用いるパーフルオロ−4,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンやパーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンと同等程度の枝分かれ構造を有するパーフルオロアルケンを意味する。 The present invention for solving the above problems, a method of synthesizing a readily decomposable stable perfluoroalkyl radical by fluorinating a highly shielded perfluoroalkene having a highly branched structure with a fluorine radical, It is a feature of the invention to provide a method of using the obtained easily decomposable stable perfluoroalkyl radical as a reagent for generating a trifluoromethyl radical. Here, in the present invention, the highly shielded perfluoroalkene having a highly branched structure means perfluoro-4,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene or perfluoro-alkene used in the present invention. It means a perfluoroalkene having a branched structure equivalent to that of 2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene.

本発明によれば、従来、パーフルオロアルケンをフッ素ガスと反応させても立体障害に起因して反応が進行しないものについて、フッ素ラジカルを用いてフッ素化することで初めて合成が可能になった。以下にその詳細を説明する。 According to the present invention, conventionally, a perfluoroalkene that does not undergo a reaction due to steric hindrance even when reacted with a fluorine gas can be synthesized only by fluorinating with a fluorine radical. The details will be described below.

本発明で開示する内容は、先行特許の特許文献2に記載されていながら、該文献には、その製造方法も構造を支持する物理化学的情報も存在しない化学種(パーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチル−3−ペンチル、及び、パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル)を、初めて合成することに成功し、MS、ESRを始めとする物理化学的データ並びに、それらの50〜70℃における熱分解特性により該化学種の性状を明らかにしたものである。 The content disclosed in the present invention is described in Patent Document 2 of the prior patent, but the document does not have a chemical species (perfluoro-3-ethyl- 2,2,4-trimethyl-3-pentyl and perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl) were successfully synthesized for the first time, including MS and ESR. The physical and chemical data and their thermal decomposition characteristics at 50 to 70° C. reveal the nature of the chemical species.

先行特許の特許文献2には、パーフルオロアルキルラジカル(パーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチル−3−ペンチル、及び、パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル;本明細書の中では、それぞれ易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及び、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIと呼んでいる)が、それらの前駆体パーフルオロオレフィン(パーフルオロ−4,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン、及び、パーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン)をフッ素ガスでフッ素化することで合成できると記載されている。 In the patent document 2 of the prior patent, a perfluoroalkyl radical (perfluoro-3-ethyl-2,2,4-trimethyl-3-pentyl, and perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl- 3-pentyl; referred to in the present specification as easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I and easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II, respectively, as their precursor perfluoroolefin (perfluoro). -4,4-Dimethyl-3-isopropyl-2-pentene and perfluoro-2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene) are described as being synthesizable by fluorinating with fluorine gas. ing.

しかし、上記特許文献2には、前者の前駆体パーフルオロオレフィン(パーフルオロ−4,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン)をフッ素化することに関する実施例は無く、また、後者の前駆体パーフルオロオレフィンのフッ素化については、一応、実施例7が記載されている。 However, in the above-mentioned Patent Document 2, there is no example relating to fluorination of the former precursor perfluoroolefin (perfluoro-4,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene), and the latter precursor. Regarding the fluorination of the body perfluoroolefin, in the first place, Example 7 is described.

そして、上記実施例7では、実際に前駆体オレフィンII(パーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン)を0℃において無希釈のフッ素ガスでフッ素化した例を記載している。しかし、その結果は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIのパーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルではなく、パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンとそれから導かれるPPFR2(パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル)の混合物が得られると記載している。 Then, in the above-mentioned Example 7, an example in which the precursor olefin II (perfluoro-2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene) was actually fluorinated with undiluted fluorine gas at 0° C. is described. doing. However, the result is not perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II, but perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl- It is stated that a mixture of 2-pentene and PPFR2 (perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl) derived therefrom is obtained.

先行特許の特許文献2は、実施例の欠如、さらには、実施例があっても、その合成が難しいことを示しており、さらに、得られる化合物の物理的・化学的情報が全く示されていない事から、特許文献2は、本発明者らが本明細書で明らかとした易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIとIIと呼ぶ物質についてその特許の記述の範囲で既知物質として存在することを証明したとは云えない内容である。むしろ、該特許の範囲内で、これらの物質の合成が実際には出来ないことを証明したに相当すると考えるべきものである。 Patent Document 2 of the prior patent shows that there is a lack of examples, and that even if there are examples, the synthesis thereof is difficult, and furthermore, physical and chemical information of the obtained compound is shown at all. Therefore, Patent Document 2 discloses that the substances called easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II clarified by the present inventors in the present specification exist as known substances within the range described in the patent. It cannot be said that it has been proved. Rather, it should be considered within the scope of the patent to be equivalent to proving that the syntheses of these materials are not practical.

本発明者らも、先行特許の特許文献2の内容を踏まえ、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIの合成は難しいと考えていた。しかしながら、本発明者らは、「極度に立体的に込み合ったパーフルオロオレフィンがフッ素ラジカルとしか反応しない」(フッ素ガスとの反応速度が極度に小さい場合を含む)という「作業仮説」に基づいて、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIを合成することを目標として鋭意努力した結果、ヘキサフルオロベンゼンに代表されるフッ素分子からフッ素ラジカルの発生を促進する物質を用いてフッ素化を行うことで、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIの合成が達成できるという新規知見を見出した。 The present inventors also considered that it is difficult to synthesize easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II based on the contents of Patent Document 2 of the prior patent. However, the present inventors are based on the "work hypothesis" that "the extremely sterically crowded perfluoroolefin reacts only with fluorine radicals" (including the case where the reaction rate with fluorine gas is extremely low). , As a result of diligent efforts to synthesize easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II, fluorination is performed using a substance that promotes the generation of fluorine radicals from fluorine molecules represented by hexafluorobenzene. Then, a new finding was found that the synthesis of easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II can be achieved.

ここで、本発明開発の契機となった「作業仮説」についてさらに詳しく記述すると、本「作業仮説」は、本発明者らが、PPFR1合成における2種類の前駆体オレフィンであるパーフルオロ−4−メチル−3−イソプロピル−2−ペンテン(以後、T−2と呼ぶ)、及び、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテン(以後、T−3と呼ぶ)のフッ素ガスによるフッ素化挙動の違いを発見したことに基づくものである。 Here, the "work hypothesis" that triggered the development of the present invention will be described in more detail. The "work hypothesis" is the present work hypothesis by the present inventors, namely, perfluoro-4-, which is two kinds of precursor olefins in PPFR1 synthesis. Methyl-3-isopropyl-2-pentene (hereinafter referred to as T-2) and perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene (hereinafter referred to as T-3) with fluorine gas It is based on the discovery of differences in fluorination behavior.

すなわち、本発明者らは、パーフルオロオレフィンとフッ素との反応について、T−2のパーフルオロ−4−メチル−3−イソプロピル−2−ペンテンを無希釈のフッ素ガスでフッ素化すると、T−2はT−2に関して1次の反応であるのに対し、T−3のパーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテンの場合は、T−3に関して0次の反応になっていることを発見した。 That is, in the reaction between perfluoroolefin and fluorine, the present inventors have found that when T-2 perfluoro-4-methyl-3-isopropyl-2-pentene is fluorinated with undiluted fluorine gas, T-2 Is a first-order reaction with respect to T-2, whereas in the case of perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene of T-3, a zero-order reaction with respect to T-3 is obtained. I found that.

このT−2とT−3のフッ素化挙動の違いは、フッ素分子との反応(Fとの反応)で進行するT−2に対し、フッ素分子が解離して生成するフッ素ラジカル(F→・F+・F)との反応(フッ素ラジカルの拡散律速反応;・Fとの反応)でフッ素化が進行するT−3 という反応機構の違いとして解釈された。 Differences in fluorination behavior of the T-2 and T-3, compared T-2 to proceed the reaction with molecular fluorine (reaction with F 2), fluorine radicals (F 2 fluorine molecules generated by dissociation →·F+·F) (diffusion-controlled reaction of fluorine radicals; reaction with F) was interpreted as a difference in the reaction mechanism called T-3 in which fluorination proceeds.

従って、T−3はT−3の濃度に依存せずに反応が進行する、すなわち、フッ素ラジカルの拡散律速反応となっていると解釈された。図2は、T−2及びT−3の反応機構が異なることを示す説明図である。 Therefore, it was interpreted that the reaction of T-3 proceeds independently of the concentration of T-3, that is, it is a diffusion-controlled reaction of fluorine radicals. FIG. 2 is an explanatory diagram showing that T-2 and T-3 have different reaction mechanisms.

PPFR1合成における上記2種類の前駆体オレフィンのT−2とT−3は、同じ化学式で表される構造異性体で、C=C二重結合の位置異性体となっている。構造的な特徴は、T−2が三置換オレフィンであり、T−3が四置換オレフィンとなっている。 T-2 and T-3 of the above-mentioned two kinds of precursor olefins in PPFR1 synthesis are structural isomers represented by the same chemical formula, and are positional isomers of C=C double bond. Structurally, T-2 is a tri-substituted olefin and T-3 is a tetra-substituted olefin.

従って、より多くの置換基を有する四置換オレフィンのT−3のC=C二重結合のほうが、三置換オレフィンのT−2のC=C二重結合よりも、より立体的に遮蔽されている。すなわち、フッ素分子は、より多くの遮蔽を受けた四置換オレフィンであるT−3のC=C二重結合には十分に近づけないが、遮蔽の少ない三置換オレフィンであるT−2のC=C二重結合には近づいて反応に至ると解される。 Therefore, the C=C double bond of T-3 of a tetra-substituted olefin having more substituents is more sterically shielded than the C=C double bond of T-2 of a tri-substituted olefin. There is. That is, the fluorine molecule does not come close enough to the C=C double bond of the more screened tetra-substituted olefin, T-3, but the C= of the less screened tri-substituted olefin, T=. It is understood that the C double bond is approached to reach the reaction.

一方、フッ素分子が解離して生成するフッ素ラジカルは、フッ素分子より反応活性であること、また、そのサイズが小さいことに起因して、T−3のC=C二重結合のように、より遮蔽を受けた四置換オレフィンのC=C二重結合に接近することが出来るので、反応してPPFR1を生成する。 On the other hand, the fluorine radical generated by dissociation of the fluorine molecule is more reactive than the fluorine molecule, and due to its small size, more like the C=C double bond of T-3, The C=C double bond of the screened tetrasubstituted olefin is accessible and thus reacts to produce PPFR1.

T−3について0次の反応になるのは、フッ素分子の解離定数が非常に小さく、生成するフッ素ラジカルの量が少量であるために、そのフッ素ラジカルの拡散律速となり、T−3の濃度に依存しなくなると解釈された。 The 0th order reaction of T-3 is that the dissociation constant of the fluorine molecule is very small and the amount of the generated fluorine radicals is small, so that the diffusion rate of the fluorine radicals is rate-determined and the concentration of T-3 increases. Interpreted as independent.

本発明者らは、このようにパーフルオロオレフィンのC=C二重結合の立体遮蔽による反応機構の変化に注目した。下記の化2は、パーフルオロオレフィンのC=C二重結合の立体遮蔽による反応機構の変化を示す説明である。 The present inventors have thus noted the change in the reaction mechanism due to the steric shielding of the C=C double bond of perfluoroolefin. Chemical formula 2 below is an explanation showing a change in the reaction mechanism due to steric shielding of the C═C double bond of perfluoroolefin.

Figure 2020111522
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上記式において、3置換オレフィンのT−2は、C=C二重結合に試薬であるFが近づけるが、4置換オレフィンのT−3では、C=C二重結合が立体的に完全に遮蔽されており、Fが近づけない。一方、Fラジカル(・F)は、いずれの場合にもC=C二重結合に近づくことが出来るので反応することができる。立体障害の違いが、このような反応機構の違いを生んでいる。 In the above formula, 3 T-2 substituted olefins, C = C double bond, but close the F 2 is a reagent, the T-3 of 4-substituted olefins, C = C double bond is sterically completely It is shielded and F 2 cannot get close to it. On the other hand, the F radical (.F) can react because it can approach a C=C double bond in any case. The difference in steric hindrance makes such a difference in reaction mechanism.

特に、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI或いは、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの前駆体オレフィンI及びII(パーフルオロ−4,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン、及び、パーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン)のように高度に遮蔽を受けたパーフルオロオレフィンの場合は、T−3のC=C二重結合と同様にフッ素ラジカルとしか反応しないことが予想された。 In particular, the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I or the precursors olefins I and II (perfluoro-4,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene and the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II) In the case of a highly shielded perfluoroolefin such as fluoro-2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene), a fluorine radical is formed in the same manner as the C=C double bond of T-3. It was expected to react only.

本発明者らは、以上の考察に基づき、T−3よりさらに立体的に遮蔽を受けた易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルの前駆体パーフルオロオレフィンのフッ素化反応について、フッ素ラジカルが大量に生成する反応系を形成することが合成に重要な寄与をすると考え、実験を重ね、ヘキサフルオロベンゼンをフッ素ガスと共存させた系(フッ素ラジカルを大量に発生する)でフッ素化を行うことで初めて、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIのパーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチル−3−ペンチルや、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIのパーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルを良い収率(ガスクロで求めた収率はそれぞれ約90%)で合成できることを発見した。 Based on the above consideration, the inventors of the present invention produced a large amount of fluorine radicals in the fluorination reaction of perfluoroolefin, which is a precursor of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical that is sterically shielded from T-3. We believe that the formation of a reaction system that makes an important contribution to the synthesis, repeat experiments, and perform fluorination in a system in which hexafluorobenzene coexists with fluorine gas (generates a large amount of fluorine radicals). Perfluoro-3-ethyl-2,2,4-trimethyl-3-pentyl of easily degradable stable perfluoroalkyl radical I and perfluoro-2,2,4-trimethyl of easily degradable stable perfluoroalkyl radical II It was discovered that -3-isopropyl-3-pentyl can be synthesized in good yield (the yields obtained by gas chromatography are about 90% each).

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIは、ガスクロマトグラフィー(GC)分析が可能であるため、本発明者らは、その熱分解挙動をGCで解析し、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIについては、49.0℃、58.8℃、68.0℃における熱分解反応の半減期が、それぞれ、23.9hr、6.5hr、1.9hrであり、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIについては、49.0℃、58.5℃、67.7℃における熱分解反応の半減期が、それぞれ10.5hr、2.64hr、0.80hrであることを突き止めた(詳しくは、後述の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIの熱分解特性の項を参照)。 Since the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II can be analyzed by gas chromatography (GC), the present inventors have analyzed their thermal decomposition behavior by GC to show that they are easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals. Regarding I, the half-lives of the thermal decomposition reaction at 49.0° C., 58.8° C., and 68.0° C. were 23.9 hr, 6.5 hr, and 1.9 hr, respectively, and the easily decomposable stable perfluoroalkyl was obtained. Regarding the radical II, it was found that the half-lives of the thermal decomposition reaction at 49.0° C., 58.5° C. and 67.7° C. were 10.5 hr, 2.64 hr and 0.80 hr, respectively (for details, (See the thermal decomposition characteristics of easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II below).

すなわち、本発明者らは、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIは、先行特許の特許文献1、及び2にあるように、極めて安定(そのために、極安定パーフルオロアルキルラジカルと呼んでいる)ではなく、上述の半減期が示すように、室温付近でもかなりの速度で分解することを発見した。 That is, the present inventors have pointed out that the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II are extremely stable as described in Patent Documents 1 and 2 of the prior patent (henceforth, they are called super-stable perfluoroalkyl radicals). However, as shown by the above-mentioned half-life, it has been found that it decomposes at a considerable rate even at around room temperature.

従って、これらの易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIは、これまで知られている極安定パーフルオロアルキルラジカルとは熱分解特性が大きく異なることを踏まえ、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルと呼び、従来の極安定パーフルオロアルキルラジカルと明確に区別した。 Therefore, these easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II have greatly different thermal decomposition characteristics from the super stable perfluoroalkyl radicals known so far. , Which was clearly distinguished from the conventional superstable perfluoroalkyl radical.

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIは、おのおの式(式A,B)に示される熱分解過程を経て、トリフルオロメチルラジカルを発生して分解する。分解生成物の解析から、上記易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIの熱分解過程は立体的に最も混みあったパーフルオロ第三級−ブチル基を構成するトリフルオロメチル基がβ‐脱離する経路のみを経由することが判った。 The easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II each generate a trifluoromethyl radical through the thermal decomposition process represented by the formula (formula A, B) to decompose. From the analysis of the decomposition products, the thermal decomposition process of the above-mentioned easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II shows that the trifluoromethyl group constituting the sterically most crowded perfluorotertiary-butyl group is β-deprotected. It was found that only the separated route was taken.

このような単一の熱分解過程を経ることは、その構造から予想することは難しく、むしろ、複数の分解経路を含む複雑な分解反応となることが考えられた。例えば、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIでは、下記の化3に示すような複数の分解過程が予想されるが、実際は、パーフルオロ第三級−ブチル基を構成する三つのトリフルオロメチル基のどれかがβ―脱離して分解することが判った。本発明は、このような単一の熱分解過程を経る効果として、トリフルオロメチルラジカル以外の活性種を含まないクリーンなトリフルオロメチルラジカル発生源を提供できることを意味している。 It was thought that such a single thermal decomposition process would be difficult to predict from its structure, and rather, it would be a complicated decomposition reaction including multiple decomposition pathways. For example, in the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II, a plurality of decomposition processes shown in the following chemical formula 3 are expected, but in reality, three trifluoromethyl groups constituting the perfluorotertiary-butyl group are actually used. It was found that one of them decomposed by β-elimination. The present invention means that a clean trifluoromethyl radical generation source containing no active species other than trifluoromethyl radical can be provided as an effect of passing through such a single thermal decomposition process.

Figure 2020111522
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上記化3に示されるように、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの熱分解過程には複数存在すると予想されるが、実際は、単一の分解経路で分解する。 As shown in the above chemical formula 3, although it is expected that a plurality of easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals II are present in the thermal decomposition process, in reality, they are decomposed by a single decomposition route.

また、本発明の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIでは、熱分解が単一の経路を経由することから、分解生成物も単一であり、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIからは、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテン(T−3)のみが、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIからは、パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンのみが、回収される(化1の式A,B)。 Further, in the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II of the present invention, since thermal decomposition goes through a single route, the decomposition product is also single. Is only perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene (T-3), but from the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II, perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl is obtained. Only 2-pentene is recovered (formula A, B of formula 1).

従って、これらの回収されたパーフルオロオレフィン(パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテン、及びパーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン)に対し、トリフルオロメチルトリメチルシランを用いてトリフルオロメチル化を行い、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIの前駆体オレフィンを再生するリサイクルシステムを提供できる。このリサイクルシステムに関する方法論については、先行する特許の特許文献2に記載の範囲であると考えられるが、上記易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIの熱分解過程が単一であることは、実験で証明する必要があり、本発明において初めて明らかになったことである。 Therefore, the trifluoroolefins (perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene, and perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene) thus recovered were treated with trisulfate. It is possible to provide a recycling system in which trifluoromethylation is performed using fluoromethyltrimethylsilane to regenerate the precursor olefins of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II. The methodologies relating to this recycling system are considered to be within the range described in Patent Document 2 of the preceding patent, but the fact that the thermal decomposition process of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II is single is It is necessary to prove it by an experiment, and this is the first thing to be revealed in the present invention.

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIの熱分解挙動が従来の極安定パーフルオロアルキルラジカルと異なり、低温で分解する易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルであること、単一の分解過程を経ること、従って、クリーンなトリフルオロメチルラジカル発生試薬となること、リサイクルシステムが副反応を含まない完全なものであること、などが易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIに備わった諸特性であり、本発明は、これらすべての諸特性を兼ね備えた理想的なトリフルオロメチルラジカル発生試薬の提供を実現可能にしている。 The thermal decomposition behavior of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II is different from that of the conventional super-stable perfluoroalkyl radical, and it is an easily decomposable stable perfluoroalkyl radical that decomposes at low temperature. That is, a clean trifluoromethyl radical generating reagent, that the recycling system is a complete one that does not include side reactions, and the like are provided in the easily degradable stable perfluoroalkyl radicals I and II. It is a characteristic and the present invention makes it possible to provide an ideal trifluoromethyl radical generating reagent having all of these characteristics.

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIとIIの構造は、それらの熱分解生成物の構造から支持されるだけでなく、MSやESRからも支持され、本発明に係る易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIは、本発明で初めてその存在が合成と物理化学的性状とともに明らかとされた新規物質に相当するものである。 The structures of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II are supported not only by the structures of their thermal decomposition products, but also by MS and ESR. Radicals I and II correspond to novel substances whose existence was first revealed in the present invention along with their synthesis and physicochemical properties.

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI及びIIの前駆体オレフィンであるパーフルオロ−4,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン、及びパーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンの合成は、文献(J.Fluorine Chem.,196,128−134)に記載の方法で行った。本発明において、「フッ素ラジカル」としては、反応系においてフッ素ラジカルを発生することが可能な材料であればその種類を問わずすべての材料を含むことを意味する。 Perfluoro-4,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene, which is a precursor olefin of easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II, and perfluoro-2,4,4-trimethyl-3-isopropyl- 2-Pentene was synthesized by the method described in the literature (J. Fluorine Chem., 196, 128-134). In the present invention, the “fluorine radical” is meant to include all materials regardless of the type as long as they are materials capable of generating a fluorine radical in the reaction system.

本発明は、以上の構成を採用することにより、以下のような格別の効果を奏するものである。
(1)易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIが、従来の極安定パーフルオロアルキルラジカルに比較して優位性を有することは、極安定パーフルオロアルキルラジカルの場合よりも低い温度で容易、かつ安全にトリフルオロメチルラジカルを発生できる点にあり、特に、表面処理においては、例えば、トリフルオロメチルラジカルによるフッ素化表面処理工程で膨潤したり、熱変形を伴うような高分子系の樹脂に対して適用が可能になることが挙げられる。
The present invention has the following special effects by adopting the above configuration.
(1) It is easy for the easily decomposable stable perfluoroalkyl radicals I and II to have superiority to conventional superstable perfluoroalkyl radicals at a lower temperature than in the case of superstable perfluoroalkyl radicals. In addition, it is possible to safely generate trifluoromethyl radicals. Particularly, in the surface treatment, for example, a polymer resin that swells or undergoes thermal deformation in the fluorination surface treatment step with the trifluoromethyl radicals. Can be applied to.

(2)また、仮に、変形や膨潤が問題にならない材料のフッ素化表面処理についても、極安定パーフルオロアルキルラジカルと比べてより低い温度で同様の効果が得られることは、工業化学的には大きな意味があり、例えば、該技術分野における工程管理や光熱水料などの節減にも繋がり、大きな利点を有する。 (2) Further, even if fluorinated surface treatment of a material in which deformation or swelling does not pose a problem, the same effect can be obtained at a lower temperature as compared with the superstable perfluoroalkyl radical, industrially It has a great meaning, and has a great advantage, for example, in connection with process management in the technical field and reduction of utility heat and water.

(3)さらに、高分子合成におけるラジカル開始剤としての利用について云えば、モノマーの反応性が高いものについては、従来の極安定パーフルオロアルキルラジカルをトリフルオロメチル源とすると、反応が暴走するなどの問題があり、例えば、最初から適用が除外されるか、もしくは、熱の除去、スケールアップなどに問題があったが、極安定パーフルオロアルキルラジカルと比べてより低い温度でトリフルオロメチルラジカルをクリーンに発生する本発明に係る易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルは、そのようなモノマーの重合へ適用が可能となり、その産業応用面での優位性は明らかである。 (3) Further, regarding the use as a radical initiator in polymer synthesis, when a monomer having high reactivity is used, if a conventional ultra-stable perfluoroalkyl radical is used as a trifluoromethyl source, the reaction will run away. There was a problem of, for example, the application was excluded from the beginning, or there was a problem with heat removal, scale-up, etc., but trifluoromethyl radicals at lower temperatures compared to superstable perfluoroalkyl radicals. The easily decomposable stable perfluoroalkyl radical according to the present invention, which is generated cleanly, can be applied to the polymerization of such a monomer, and its superiority in industrial application is clear.

(4)また、医薬、農薬などにおけるトリフルオロメチル基の重要性は、言及するまでもなく、極めて重要であり、特に、医薬品や農薬のように官能基を多数持ち、複雑な構造をしていると、従来の極安定パーフルオロアルキルラジカルを用いるような高い温度での処理は、副反応の生成を誘起する可能性が大きいが、本発明に係る易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルは、低い温度でトリフルオロメチルラジカルを作用させることが可能であり、副反応の生成を抑制することが出来る。
(5)実施例を挙げるまでもなく、極安定パーフルオロアルキルラジカルと易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルが選択枝として挙げられる場合、有機合成化学者が後者の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルを選択することは、明白なことである。
(4) The importance of the trifluoromethyl group in medicines, agricultural chemicals, etc. is, of course, extremely important, and in particular, it has a large number of functional groups like pharmaceuticals and agricultural chemicals and has a complicated structure. In that case, treatment at a high temperature using a conventional ultra-stable perfluoroalkyl radical has a high possibility of inducing the production of a side reaction, but the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical according to the present invention is low. It is possible to act the trifluoromethyl radical at a temperature and suppress the production of side reactions.
(5) Needless to say, if an extremely stable perfluoroalkyl radical and a readily decomposable stable perfluoroalkyl radical are mentioned as the selective branches, an organic synthetic chemist will choose the latter easily degradable stable perfluoroalkyl radical. The choice is obvious.

図中、Formula 1は、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−3−ペンチル(PPFR1)と呼ばれるパーフルオロアルキルラジカルの合成過程を示す。 図中、Formula 2は、パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(PPFR2)の合成過程を示す。 図中、Formula 3は、ヘキサフルオロベンゼンなどのフッ素ラジカル生成を促進する物質が存在しない状態で、フッ素ガスを用いてパーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンをフッ素化しても、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルII(パーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル)は得られず、パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(PPFR2)のみが得られることを示す。In the figure, Formula 1 shows a synthetic process of a perfluoroalkyl radical called perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-3-pentyl (PPFR1). In the figure, Formula 2 indicates a synthetic process of perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl (PPFR2). In the figure, Formula 3 is fluorine-containing perfluoro-2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene using fluorine gas in the absence of a substance that promotes the production of fluorine radicals such as hexafluorobenzene. However, the perfluoroalkyl radical II (perfluoro-2,2,4-trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl) which is easily decomposable is not obtained even if it is converted to perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl. It shows that only -3-pentyl (PPFR2) is obtained. 図2は、PPFR1合成における2種類の前駆体オレフィン(T−2、T−3)のフッ素化挙動の違いについての説明図を示す。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a difference in fluorination behavior of two precursor olefins (T-2, T-3) in PPFR1 synthesis. 図3は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIのマススペクトルを示す。FIG. 3 shows a mass spectrum of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I. 図4は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIのESRスペクトルを示す。FIG. 4 shows the ESR spectrum of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I. 図5は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIのマススペクトルを示す。FIG. 5 shows a mass spectrum of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II. 図6は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIのESRスペクトルを示す。FIG. 6 shows the ESR spectrum of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II. 図7は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの生成反応を示す。FIG. 7 shows a reaction for forming easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II. 図8は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの49.0℃における熱分解反応特性を示す。FIG. 8 shows the thermal decomposition reaction characteristics of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I at 49.0° C. 図9月は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの58.8℃における熱分解反応特性を示す。FIG. 9 shows the thermal decomposition reaction characteristics of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I at 58.8°C. 図10は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの68.0℃における熱分解反応特性を示す。FIG. 10 shows the thermal decomposition reaction characteristics of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I at 68.0° C. 図11は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの49.0℃における熱分解反応特性を示す。FIG. 11 shows the thermal decomposition reaction characteristics of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II at 49.0° C. 図12は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの58.5℃における熱分解反応特性を示す。FIG. 12 shows the thermal decomposition reaction characteristics of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II at 58.5° C. 図13は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの67.7℃における熱分解反応特性を示す。FIG. 13 shows the thermal decomposition reaction characteristics of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II at 67.7° C.

次に、本発明を試験例及び実施例に基づいて具体的に説明する。 Next, the present invention will be specifically described based on test examples and examples.

試験例1
易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIのマススペクトル
(物性値:MSの測定方法)
後記する実施例1で得た易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI(9%のパ−フルオロ−2,2,4−トリメチル−4−エチルペンタンを含む)をキャピラリーカラム(VF−200ms,0.25mm x 60m,0.25μ)を装着したガスクロマトグラフィ−マススペクトロメトリー分析計(Shimadzu GCMS−QP5050A)により分析した。
Test example 1
Mass spectrum of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I (physical property value: MS measurement method)
The easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I (containing 9% of perfluoro-2,2,4-trimethyl-4-ethylpentane) obtained in Example 1 described later was added to a capillary column (VF-200 ms, 0.25 mm). x 60 m, 0.25 μ) equipped with a gas chromatography-mass spectrometry analyzer (Shimadzu GCMS-QP5050A).

分解が起きないように、カラム温度、セパレーター、イオン源温度を低く設定し(カラム温度は40℃で5分、5分以後は5℃/min.で昇温;セパレーターとイオン源温度は200℃)、電子衝撃イオン化法(70eV)によりイオン化し、マススペクトル測定を行った。得られたマススペクトルを図3に示した。m/z69のトリフルオロメチルイオンが基準ピークとして現れ、その他のフラグメントイオンの強度は極端に低い特徴を有していた。親イオンは見られず、最高質量イオンとして、(M−F)イオン(m/z 500)が相対強度0.11で観測された。電子衝撃イオン化でトリフルオロメチルイオンのみを選択的に生成するMSは、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIが熱分解反応の際に、β−脱離でトリフルオロメチルラジカルを放出して分解する経路のみを通過する単一分解反応を起こすことに対応している。 Column temperature, separator and ion source temperature were set low so that decomposition would not occur (column temperature was 40° C. for 5 minutes, and after 5 minutes the temperature was raised at 5° C./min.; separator and ion source temperature were 200° C. ), was ionized by the electron impact ionization method (70 eV), and the mass spectrum was measured. The obtained mass spectrum is shown in FIG. The trifluoromethyl ion at m/z 69 appeared as a reference peak, and the intensity of the other fragment ions was extremely low. No parent ion was observed, and the (MF) ion (m/z 500) was observed as the highest mass ion at a relative intensity of 0.11. MS, which selectively generates only trifluoromethyl ion by electron impact ionization, decomposes by releasing β-elimination of trifluoromethyl radical when the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I undergoes thermal decomposition reaction. It corresponds to a single decomposition reaction that passes only through the pathway.

試験例2
易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの電子スピン共鳴(ESR)スペクトル
(物性値:ESRの測定方法)
後記する実施例1で得た易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI(9%のパ−フルオロ−2,2,4−トリメチル−4−エチルペンタンを含む)をパーフルオロヘキサンで希釈し、0.1mM濃度としたサンプルをESR測定用石英試料管(外径4mm x 250mm)に入れ、ヘリウムガスを脱気用ガスとしてFreeze−pump−thawのプロセスを5回行った後に熔封した。
Test example 2
Electron Spin Resonance (ESR) Spectra of Easily Degradable Stable Perfluoroalkyl Radical I (Physical Properties: ESR Measurement Method)
The easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I (containing 9% of perfluoro-2,2,4-trimethyl-4-ethylpentane) obtained in Example 1 to be described later was diluted with perfluorohexane, A sample having a concentration of 1 mM was placed in a quartz sample tube for ESR measurement (outer diameter 4 mm x 250 mm), and a process of Freeze-pump-thaw was performed 5 times using helium gas as a degassing gas, followed by sealing.

測定は、ブルカー・バイオスピン社の電子スピン共鳴測定装置(EMXplus型)を用い、磁場強度:3340G、マイクロ波パワー:0.1002mW、変調磁場:0.1G、磁場掃引時間:15sec.、磁場掃引:±50Gで測定を行った。得られたESRスペクトルを図4に示した。中央にある超微細構造(hfs)と、その両脇に大きなカップリング定数でスプリットした二つの超微細構造(hfs)が観測された。従って、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIには、室温で安定な二つのコンフォメーションが存在すると推察された。ラジカル中心炭素の隣に位置するCF基のコンフォメーションに二通りあることが予想されるが、現時点で完全な解釈は出来ていない。 The measurement was carried out using an electron spin resonance measuring device (EMXplus type) manufactured by Bruker BioSpin Co., Ltd., magnetic field strength: 3340 G, microwave power: 0.1002 mW, modulating magnetic field: 0.1 G, magnetic field sweep time: 15 sec. , Magnetic field sweep: ±50 G was measured. The obtained ESR spectrum is shown in FIG. A hyperfine structure (hfs) in the center and two hyperfine structures (hfs) split with large coupling constants were observed on both sides. Therefore, it was speculated that the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I had two stable conformations at room temperature. It is expected that there are two conformations of the CF 2 group located next to the radical central carbon, but a complete interpretation is not possible at this time.

試験例3
易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIのマススペクトル
後記する実施例2で得た易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIを適当な濃度でパーフルオロヘキサンに溶解した溶液を被検試料として、キャピラリーカラム(VF−200ms,0.25mm x 60m,0.25μ)を装着したガスクロマトグラフィ−マススペクトロメトリー分析計(Shimadzu GCMS−QP5050A)により分析した。
Test example 3
Mass spectrum of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II A solution of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II obtained in Example 2 described below in perfluorohexane at an appropriate concentration was used as a test sample, and a capillary column (VF) was used. -200 ms, 0.25 mm x 60 m, 0.25 [mu]) equipped with a gas chromatography-mass spectrometry analyzer (Shimadzu GCMS-QP5050A).

分解が起きないように、カラム温度、セパレーター、イオン源温度を低く設定し(カラム温度は40℃で5分、5分以後は5℃/min.で昇温;セパレーターとイオン源温度は200℃)、電子衝撃イオン化法(70eV)によりイオン化し、マススペクトル測定を行った。得られたマススペクトルを図5に示した。m/z69のトリフルオロメチルイオンが基準ピークとして現れ、その他のフラグメントイオンの強度は極端に低い特徴を有していた。親イオンは見られず、最高質量イオンとして(M−CF)イオン(m/z500)が相対強度0.09で観測された。易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIと同様に、電子衝撃イオン化でトリフルオロメチルイオンのみを選択的に生成するMSは、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIが熱分解反応の際に、β‐脱離でトリフルオロメチルラジカルを放出して分解する経路のみを通過する単一分解反応を起こすことに対応している。 Column temperature, separator and ion source temperature were set low so that decomposition would not occur (column temperature was 40° C. for 5 minutes, and after 5 minutes the temperature was raised at 5° C./min.; separator and ion source temperature were 200° C. ), was ionized by the electron impact ionization method (70 eV), and the mass spectrum was measured. The obtained mass spectrum is shown in FIG. The trifluoromethyl ion at m/z 69 appeared as a reference peak, and the intensity of the other fragment ions was extremely low. Parent ion was not observed, as the highest mass ion (M-CF 3) ion (m / z 500) was observed in the relative intensity 0.09. Similar to the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I, MS that selectively produces only trifluoromethyl ion by electron impact ionization is characterized by β- It corresponds to causing a single decomposition reaction that passes only through the pathway of desorbing and decomposing the trifluoromethyl radical.

試験例4
易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの電子スピン共鳴(ESR)スペクトル
後記する実施例2で得た易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIをパーフルオロヘキサンで希釈し、0.1mM濃度としたサンプルをESR測定用石英試料管(外径4mm x 250mm)に入れ、ヘリウムガスを脱気用ガスとしてFreeze−pump−thawのプロセスを5回行った後に熔封した。
Test example 4
Electron Spin Resonance (ESR) Spectrum of Easily Degradable Stable Perfluoroalkyl Radical II The easily degradable stable perfluoroalkyl radical II obtained in Example 2 described below was diluted with perfluorohexane to give a sample having a concentration of 0.1 mM. It was put in a quartz sample tube for ESR measurement (outer diameter 4 mm x 250 mm), and the process of Freeze-pump-thaw was performed 5 times using helium gas as a degassing gas, followed by sealing.

測定は、ブルカー・バイオスピン社の電子スピン共鳴測定装置(EMXplus型)を用い、磁場強度:3340 G、マイクロ波パワー:0.1002mW、変調磁場:0.1G、磁場掃引時間:15sec.、磁場掃引:±50Gで測定を行った。得られたESRスペクトルを図6に示した。カップリングが可能な多数のフッ素が存在するので、複雑な超微細構造(hfs)が観測された。 The measurement was performed using an electron spin resonance measuring device (EMXplus type) manufactured by Bruker BioSpin Co., Ltd., magnetic field strength: 3340 G, microwave power: 0.1002 mW, modulating magnetic field: 0.1 G, magnetic field sweep time: 15 sec. , Magnetic field sweep: ±50 G was measured. The obtained ESR spectrum is shown in FIG. A complex hyperfine structure (hfs) was observed because of the large number of fluorines that could be coupled.

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの合成
易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの前駆体オレフィンであるパーフルオロ−4,4,−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン(幾何異性体として、Z−体を76.1%、E−体を16.7%(2種の回転異性体があり、一方が11.1%、他方が5.6%含まれている)、不純物として、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテンを4%、構造未知の不純物を1.7%含む)を3g(前駆体オレフィンにして5.7mmole)を取り、150mlのパーフルオロヘキサンに溶解した。得られたパーフルオロヘキサン溶液を500ml容のテフロン(登録商標)製の反応容器に移し、ヘリウムで系内をパージ後(24ml/minで30分)窒素で希釈した20%フッ素ガスを用いてフッ素化を行った。反応は、室温(20〜23℃)でフッ素ラジカルが存在する条件で9時間行った。
Synthesis of Easily Degradable Stable Perfluoroalkyl Radical I Perfluoro-4,4,-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene, which is a precursor olefin of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I (as a geometric isomer, Z -Form is 76.1%, E-form is 16.7% (there are two types of rotamers, one of which is 11.1% and the other of which is 5.6%), and perfluoro as an impurity. 4 g of -3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene and 1.7% of impurities of unknown structure were taken to obtain 3 g (5.7 mmole as a precursor olefin), and added to 150 ml of perfluorohexane. Dissolved. The obtained perfluorohexane solution was transferred to a 500 ml Teflon (registered trademark) reaction container, the system was purged with helium (24 ml/min for 30 minutes), and fluorine was added using 20% fluorine gas diluted with nitrogen. Was made. The reaction was carried out at room temperature (20 to 23° C.) in the presence of fluorine radicals for 9 hours.

すなわち、0.75gのヘキサフルオロベンゼンを75mlのパーフルオロヘキサンに溶解したものを9時間かけてフッ素化の全過程を通じて均一の速度(約8.3ml/hr)で導入した。20%フッ素ガスの流速は、導入されたヘキサフルオロベンゼンが完全フッ素化を受けるに必要なフッ素ガス流量(2.5ml/min.)の約2倍量が維持されるに相当する5ml/minで導入した。反応液のガスクロマトグラフィー(GC)分析により、生成物の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの収率は91%で、残りの9%は飽和体のパーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチルペンタンであることが判った(但し、conversionは96%で出発原料4%が残存)。 That is, 0.75 g of hexafluorobenzene dissolved in 75 ml of perfluorohexane was introduced at a uniform rate (about 8.3 ml/hr) over the entire fluorination process for 9 hours. The flow rate of 20% fluorine gas is 5 ml/min, which is about twice the amount of fluorine gas flow (2.5 ml/min.) required for the introduced hexafluorobenzene to undergo complete fluorination. Introduced. By gas chromatography (GC) analysis of the reaction solution, the yield of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I of the product was 91%, and the remaining 9% was the saturated perfluoro-3-ethyl-2,2. , 4-trimethylpentane (however, the conversion was 96% and 4% of the starting material remained).

減圧下で反応溶媒のパーフルオロヘキサンを除くことで全量が約35gに濃縮した。濃縮した反応液の減圧蒸留で3つのフラクション(Fr.1〜Fr.3)を得た。Fr.1は沸点が54〜57℃/36mmHgで1.2g、Fr.2は沸点が57〜58℃/36mmHgで0.67g、Fr.3は沸点が58℃/36mmHgで0.1gで、残渣は0.4gあった。 By removing perfluorohexane as a reaction solvent under reduced pressure, the total amount was concentrated to about 35 g. The concentrated reaction solution was distilled under reduced pressure to obtain three fractions (Fr.1 to Fr.3). Fr. No. 1 has a boiling point of 54 to 57° C./36 mmHg, 1.2 g, and Fr. 2 has a boiling point of 57 to 58° C./36 mmHg, 0.67 g, and Fr. No. 3 had a boiling point of 58° C./36 mmHg of 0.1 g and a residue of 0.4 g.

GC分析の結果は、表1にまとめた。表1から判るように、いずれのフラクションも80%以上の濃度で目的の化合物を含んでいたが、Fr.1には目的物より炭素数が一つ少ないパーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−3−ペンチルが5.4%、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテンが5.4%含まれているために、多少低い沸点範囲を示していた。 The results of the GC analysis are summarized in Table 1. As can be seen from Table 1, all the fractions contained the target compound at a concentration of 80% or more, but Fr. 1 is 5.4% of perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-3-pentyl, which has one less carbon number than the target compound, and perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene is 5.4%. Content of 5.4%, indicating a somewhat lower boiling point range.

一方、Fr.2では、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−3−ペンチル含量は1.1%、パーフルオロ−3−エチル−2,4−ジメチル−2−ペンテンは2.6%に減少し、留分の85.1%が目的化合物(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI)となっていた。さらにFr.3では、これらの含量は、それぞれ0.5%、及び、2.0%となり、目的化合物が86.2%で、残り8.5%は目的化合物がさらにフッ素化されて生成した飽和体のパーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチルペンタンであった。従って、目的化合物の沸点は、57〜58℃/36mmHgの範囲にあった。 On the other hand, Fr. 2, the perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-3-pentyl content was reduced to 1.1% and the perfluoro-3-ethyl-2,4-dimethyl-2-pentene was reduced to 2.6%. , 85.1% of the fraction was the target compound (easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I). Furthermore, Fr. In the case of 3, the contents were 0.5% and 2.0%, respectively, the target compound was 86.2%, and the remaining 8.5% was the saturated compound produced by further fluorination of the target compound. It was perfluoro-3-ethyl-2,2,4-trimethylpentane. Therefore, the boiling point of the target compound was in the range of 57 to 58° C./36 mmHg.

Figure 2020111522
Figure 2020111522

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの合成
易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの前駆体オレフィンであるパーフルオロ−2,4,4,−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテン(純度100%)3.8gを取り、100mlのパーフルオロヘキサンに溶解した。得られたパーフルオロヘキサン溶液を500ml容のテフロン製の反応容器に移し、ヘリウムで系内をパージ後(24ml/minで30分)窒素で希釈した20%フッ素ガスを用いてフッ素化を行った。反応は、室温(15〜16℃)でフッ素ラジカルが存在する条件で出発原料が無くなるまで行った(54時間)。すなわち、ヘキサフルオロベンゼン1gを100mlのパーフルオロヘキサンに溶解したものをフッ素化の全過程を通じて均一の速度(8.3ml/hr)で導入した。20%フッ素ガスの流速は、導入されたヘキサフルオロベンゼンが完全フッ素化を受けるに必要なフッ素ガス流量(2.5ml/min.)の約5〜6倍量が維持されるに相当する13〜15ml/minで導入した。反応は6時間ごとにGC分析で追跡し、42時間までのデータをプロットした曲線を補外して54時間の反応で出発原料がゼロとなると判断された。従って、反応は54時間で終点とした(図7の易分解性安定パーフルオロラジカルIIの生成反応参照)。
Synthesis of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II Perfluoro-2,4,4,-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene (purity 100%) which is a precursor olefin of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II 3.8 g was taken and dissolved in 100 ml perfluorohexane. The obtained perfluorohexane solution was transferred to a reaction vessel made of Teflon having a capacity of 500 ml, and after purging the system with helium (30 minutes at 24 ml/min), fluorination was performed using 20% fluorine gas diluted with nitrogen. .. The reaction was carried out at room temperature (15 to 16° C.) in the presence of fluorine radicals until the starting materials were consumed (54 hours). That is, 1 g of hexafluorobenzene dissolved in 100 ml of perfluorohexane was introduced at a uniform rate (8.3 ml/hr) throughout the entire fluorination process. The flow rate of 20% fluorine gas corresponds to the amount of fluorine gas that is about 5 to 6 times the flow rate of fluorine gas (2.5 ml/min.) required for the introduced hexafluorobenzene to undergo complete fluorination. It was introduced at 15 ml/min. The reaction was followed every 6 hours by GC analysis and the curve plotting the data up to 42 hours was extrapolated and the starting material was determined to be zero by 54 hours reaction. Therefore, the reaction was terminated at 54 hours (see the reaction for forming easily decomposable stable perfluoro radical II in FIG. 7).

反応液のガスクロマトグラフィー(GC)分析により、生成物の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの収率は91%とピーク面積比より計算された。GCの測定は、キャピラリーカラム(Rtx200 0.25mm x 60m,1μ)を用い、被検物質が分解しない温度条件(注入口温度:120℃、カラム温度:40℃で5分、以後5℃/min.で昇温)で行った。検出器としては、FID(Flame Ionization Detector)を用いた。目的化合物以外に、未知化合物4%と反応中に生成した易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIが、トリフルオロメチルラジカルをβ‐脱離で放出して分解・生成したパーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンがフッ素化されて生成したパーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルが5%含まれていた。 The yield of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II of the product was 91% by gas chromatography (GC) analysis of the reaction solution, which was calculated from the peak area ratio. For the measurement of GC, a capillary column (Rtx200 0.25 mm x 60 m, 1 μ) was used, and temperature conditions (injection port temperature: 120° C., column temperature: 40° C., 5 minutes, and thereafter 5° C./min. Temperature rise). A FID (Frame Ionization Detector) was used as the detector. In addition to the target compound, the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II formed during the reaction with 4% of the unknown compound released and decomposed the trifluoromethyl radical by β-elimination. It contained 5% of perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl produced by fluorination of dimethyl-3-isopropyl-2-pentene.

反応溶媒のパーフルオロヘキサンを減圧下で除き、得られた濃縮液を減圧蒸留(3.8mmHg)し、Fr.1(35〜40℃/3.8mmHg;0.4g)、Fr.2(40〜43℃/3.8mmHg:2.0g)と残渣0.2gを得た。さらに、真空ラインの壁に昇華した無色の固体が約1g回収された。蒸留で得たFr.1とFr.2も室温ですぐに固体となった。Fr.2は、目的化合物の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIで純度90.9%であった。 The reaction solvent, perfluorohexane, was removed under reduced pressure, and the obtained concentrated liquid was distilled under reduced pressure (3.8 mmHg) to obtain Fr. 1 (35 to 40° C./3.8 mmHg; 0.4 g), Fr. 2 (40-43° C./3.8 mmHg: 2.0 g) and a residue of 0.2 g were obtained. Further, about 1 g of a colorless solid sublimated on the wall of the vacuum line was recovered. The Fr. 1 and Fr. 2 also became a solid immediately at room temperature. Fr. 2 was the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II of the target compound, which had a purity of 90.9%.

含まれる不純物としては、上記化合物のパーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンが3.3 %、パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチルが2.5%、構造未知の化合物が3.3%であった。真空ラインから回収した昇華精製物も、目的化合物の易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIで純度90.1%であった。不純物組成も、Fr.2とほぼ同じで、パーフルオロ−2,4−ジメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル含量が2.5%から3.3%に増えていた。融点は、昇華精製物をガラスキャピラリーに詰め、融点測定器(Buchi B−545)を用いて昇温速度1℃/min.で昇温し観測した。昇華精製したものでも、純度が90%程度までしか上がらないためか、融点は38〜43℃程度の幅があった。 Impurities contained were 3.3% of the above compound perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene and 2. 3% of perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl. 5% and 3.3% of compounds of unknown structure. The purified product by sublimation recovered from the vacuum line was also the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II of the target compound and had a purity of 90.1%. The impurity composition is also Fr. Similar to 2, the perfluoro-2,4-dimethyl-3-isopropyl-3-pentyl content was increased from 2.5% to 3.3%. The melting point was measured by packing the sublimated product in a glass capillary and using a melting point measuring device (Buchi B-545) to raise the temperature by 1° C./min. The temperature was raised and observed. Even if it was purified by sublimation, the melting point was in the range of 38 to 43° C., probably because the purity was only up to about 90%.

[易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI、及びIIの熱分解特性]
(1)易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの熱分解反応の速度論
実施例1で得た易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI(77mg)をパーフルオロヘキサン(3.63g)に溶解した溶液を熱分解試験に使用した。調製した易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIのパーフルオロヘキサン溶液を、所定の温度、所定の時間加熱し、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの分解過程をGCで追跡した。易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIは、計測した温度範囲(49.0℃〜68.0℃)で単一の分解経路(β−脱離で最も込み合ったパーフルオロ−t−ブチル基の三つのトリフルオロメチル基の内の一つが放出されて分解生成物のパーフルオロ−2.4−ジメチル−3−エチル−2−ペンテンを生成する)を通って分解する(計測した全てのサンプルのGC分析で確認している)。
[Easily Decomposable Stable Perfluoroalkyl Radicals I and II for Thermal Decomposition]
(1) Kinetics of thermal decomposition reaction of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I A solution of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I (77 mg) obtained in Example 1 in perfluorohexane (3.63 g) Was used for the pyrolysis test. The prepared perfluorohexane solution of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I was heated at a predetermined temperature for a predetermined time, and the decomposition process of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I was traced by GC. The easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I has a single decomposition route (the most crowded perfluoro-t-butyl group in β-elimination) in the measured temperature range (49.0°C to 68.0°C). One of the three trifluoromethyl groups is released to decompose through the decomposition product perfluoro-2.4-dimethyl-3-ethyl-2-pentene) (GC of all measured samples) Confirmed by analysis).

従って、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIのGCにおける面積をS1、分解生成物のパーフルオロ−2.4−ジメチル−3−エチル−2−ペンテンのGCにおける面積をS2とすると、次式で現される易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの存在量比の対数を時間に対してプロットして線形であれば、本熱分解反応が易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの1次反応であることが判る。 Therefore, assuming that the area of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I in GC is S1 and the area of the decomposition product perfluoro-2.4-dimethyl-3-ethyl-2-pentene in GC is S2, If the logarithm of the abundance ratio of the readily decomposable stable perfluoroalkyl radical I plotted is linear with respect to time, this thermal decomposition reaction is the primary reaction of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I. I know that there is.

式;易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの存在量比=S1/(S1+S2)
熱分解反応は、49.0℃(1時間ごとに分析)、58.8℃(30分ごとに分析)、68.0℃(20分ごとに分析)で行った。各温度での易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの分解過程を図8〜10に示した。
Formula; abundance ratio of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I=S1/(S1+S2)
The thermal decomposition reaction was performed at 49.0° C. (analysis every 1 hour), 58.8° C. (analysis every 30 minutes) and 68.0° C. (analysis every 20 minutes). The decomposition process of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I at each temperature is shown in FIGS.

いずれの温度でも、多少の線形性からのずれが観察され、熱分解反応の初期で多少反応速度が大きい傾向にあった。とりわけ、低い温度でその傾向が顕著で、高い温度では、線形性が良くなっていた。易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIのESRには、大きなカップリング定数を有する2峰性のESRシグナルと、それら2峰性シグナルの間に存在するESRシグナルが現れていたことと考え合わせると、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIには、安定な2種類の回転異性体があり、それらの熱分解速度に多少の差があると考えることで合理的な説明がなされる。 A slight deviation from the linearity was observed at any temperature, and the reaction rate tended to be slightly higher at the initial stage of the thermal decomposition reaction. Especially, the tendency was remarkable at the low temperature, and the linearity was improved at the high temperature. Considering that the ESR of the easily degradable stable perfluoroalkyl radical I has a bimodal ESR signal having a large coupling constant and an ESR signal existing between the bimodal signals, The easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I has two stable rotamers, which can be rationalized by considering that there are some differences in their thermal decomposition rates.

各温度における易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの熱分解反応における半減期は、すべての測定点を含む回帰曲線から求めたもので、二つの回転異性体の平均的な像を表すものと解される。すなわち、49℃、58.8℃、68.0℃における易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIの熱分解反応における半減期は、それぞれ、23.9 hr、6.5hr、1.9hrとなった。 The half-life in the thermal decomposition reaction of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I at each temperature was obtained from a regression curve including all measurement points, and it was determined that it represents an average image of two rotamers. To be done. That is, the half-lives in the thermal decomposition reaction of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I at 49° C., 58.8° C., and 68.0° C. were 23.9 hr, 6.5 hr, and 1.9 hr, respectively. ..

(2)易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの熱分解反応の速度論
パーフルオロヘキサンに対して、面積比で2%程度の量で易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIを含む溶液を所定の温度、所定の時間加熱し、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの分解過程をGCで追跡した。易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIは、計測した温度範囲(49.0℃〜68.0℃)で単一の分解経路(β−脱離で最も込み合ったパーフルオロ−t−ブチル基の三つのトリフルオロメチル基の内の一つが放出されて分解生成物のパーフルオロ−2.4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンを生成する)を通って分解する(計測した全てのサンプルのGC分析で確認している)。
(2) Kinetics of thermal decomposition reaction of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II A solution containing easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II in an area ratio of about 2% with respect to perfluorohexane After heating for a predetermined time at temperature, the decomposition process of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II was traced by GC. The easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II has a single decomposition pathway (the most crowded perfluoro-t-butyl group in β-elimination) in the measured temperature range (49.0°C to 68.0°C). One of the three trifluoromethyl groups is released and decomposes through the decomposition product perfluoro-2.4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene) (GC of all measured samples) Confirmed by analysis).

従って、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIのGCにおける面積をS1、分解生成物のパーフルオロ−2.4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンのGCにおける面積をS2とすると、次式で表される易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの存在量比の対数を時間に対してプロットして線形であれば、本熱分解反応が易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの1次反応であることが判る。 Therefore, if the area of GC of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II is S1 and the area of GC of the decomposition product perfluoro-2.4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene is S2, If the logarithm of the abundance ratio of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II is plotted against time and it is linear, this thermal decomposition reaction is a primary reaction of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II. I know that there is.

式;易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの存在量比=S1/(S1+S2)
熱分解反応は、49.0℃(1時間ごとに分析)、58.5℃(40分ごとに分析)、67.7℃(20分ごとに分析)で行った。各温度での易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの分解過程を図11〜13に示した。
Formula; abundance ratio of easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II=S1/(S1+S2)
The thermal decomposition reaction was performed at 49.0° C. (analysis every 1 hour), 58.5° C. (analysis every 40 minutes), and 67.7° C. (analysis every 20 minutes). The decomposition process of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II at each temperature is shown in FIGS.

いずれも、良い線形性示し、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルIIの熱分解反応は1次反応であることが確認された。これらのデータを元に、一次反応速度定数を求め、それぞれの温度における半減期を求めた。それぞれ、49.0℃、58.5℃、67.7℃における半減期は、10.5hr、2.64hr、0.80hrであった。 All of them showed good linearity, and it was confirmed that the thermal decomposition reaction of the easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II was a first-order reaction. Based on these data, the first-order reaction rate constant was determined and the half-life at each temperature was determined. The half-lives at 49.0°C, 58.5°C, and 67.7°C were 10.5 hr, 2.64 hr, and 0.80 hr, respectively.

以上詳述したように、本発明は、易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルを製造する方法であって、フッ素化反応における反応活性種がフッ素ラジカルとなるような反応系において、高度に遮蔽を受けたパーフルオロアルケンをフッ素化することにより上記パーフルオロアルキルラジカルを合成することを特徴とするパーフルオロアルキルラジカルの製造方法に係るものであり、以上のような具体的な例を挙げるまでもなく、本発明は、低い温度でトリフルオロメチルラジカルを発生する試薬を提供することができる、また、本発明で得られる易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルのトリフルオロメチルラジカル発生試薬としての優位性は、工業化学的な見地から明らかであり、ここで言及したものに限られず、広く適応が展開可能な潜在的能力を有するものである、
フッ素化表面処理の市場は、繊維製品など現行の市場でも大きいが、さらに、プラスチックス製品、nanodiamond(ナノダイヤモンド)、CNT、fullerene(フレーレン)類などに展開が予想され、将来的な市場拡大が見込まれる、特に、フッ素系潤滑油では限界が見えているディスクのコーティング、環境問題が指摘されているPFOAを用いないPTFE製造方法などが想定され、その市場規模は非常に大きくなる可能性がある、という産業上の利用可能性を有するものである。
As described above in detail, the present invention is a method for producing an easily decomposable stable perfluoroalkyl radical, which is highly shielded in a reaction system in which a reactive radical in a fluorination reaction is a fluorine radical. The present invention relates to a method for producing a perfluoroalkyl radical characterized by synthesizing the above perfluoroalkyl radical by fluorinating a perfluoroalkene, without needing to mention the above specific examples. The present invention can provide a reagent that generates a trifluoromethyl radical at a low temperature, and the easily degradable stable perfluoroalkyl radical obtained in the present invention has superiority as a trifluoromethyl radical generating reagent. It is obvious from an industrial chemical point of view and is not limited to those mentioned here, but has the potential for widespread adaptation.
Although the market for fluorinated surface treatment is large in the current market such as textile products, it is expected to expand to plastic products, nanodiamond (nanodiamond), CNT, fullerenes, etc., and future market expansion is expected. Expected, in particular, disk coating, which has reached its limit with fluorinated lubricants, and a PTFE manufacturing method that does not use PFOA, where environmental problems have been pointed out, etc. , Has industrial applicability.

Claims (5)

易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルを製造する方法であって、フッ素化反応における反応活性種がフッ素ラジカルとなるような反応系において、高度に遮蔽を受けたパーフルオロアルケンを該フッ素ラジカルでフッ素化することにより上記パーフルオロアルキルラジカルを合成することを特徴とするパーフルオロアルキルラジカルの製造方法。 A method for producing an easily decomposable stable perfluoroalkyl radical, which comprises fluorinating a highly shielded perfluoroalkene with a fluorine radical in a reaction system in which a reactive radical in a fluorination reaction is a fluorine radical. The method for producing a perfluoroalkyl radical is characterized by synthesizing the above perfluoroalkyl radical. フッ素ラジカルを用いて、高度に遮蔽を受けたパーフルオロアルケンをフッ素化することにより単一の経路を経由して熱分解するパーフルオロアルキルラジカルを合成する、請求項1記載のパーフルオロアルキルラジカルの製造方法。 The perfluoroalkyl radical according to claim 1, wherein the fluorine radical is used to fluorinate a highly shielded perfluoroalkene to synthesize a perfluoroalkyl radical that thermally decomposes via a single route. Production method. フッ素ラジカルを用いて、高度に遮蔽を受けたパーフルオロアルケンとしてのパーフルオロ−4,4−ジメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンをフッ素化することによりパーフルオロ−3−エチル−2,2,4−トリメチル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルI)を合成する、請求項2記載のパーフルオロアルキルラジカルの製造方法。 Perfluoro-3-ethyl-2,2, by fluorinating perfluoro-4,4-dimethyl-3-isopropyl-2-pentene as a highly shielded perfluoroalkene with a fluorine radical. The method for producing a perfluoroalkyl radical according to claim 2, wherein 4-trimethyl-3-pentyl (easily decomposable stable perfluoroalkyl radical I) is synthesized. フッ素ラジカルを用いて、高度に遮蔽を受けたパーフルオロアルケンとしてのパーフルオロ−2,4,4−トリメチル−3−イソプロピル−2−ペンテンをフッ素化することでパーフルオロ−2,2,4−トリメチル−3−イソプロピル−3−ペンチル(易分解性安定パーフルオロアルキルラジカルII)を合成する、請求項2記載のパーフルオロアルキルラジカルの製造方法。 Fluorination of perfluoro-2,4,4-trimethyl-3-isopropyl-2-pentene as a highly shielded perfluoroalkene with a fluorine radical results in perfluoro-2,2,4- The method for producing a perfluoroalkyl radical according to claim 2, wherein trimethyl-3-isopropyl-3-pentyl (easily decomposable stable perfluoroalkyl radical II) is synthesized. 請求項1から4のいずれか一項に記載の製造方法により合成して成るパーフルオロアルキルラジカルであって、β−脱離による分解に伴ってトリフルオロメチルラジカルを放出することが出来、かつ、そのβ−脱離反応における当該パーフルオロアルキルラジカルの半減期が、50〜70℃の範囲で0.5〜24時間の範囲を含む易分解性安定パーフルオロアルキルラジカル。 A perfluoroalkyl radical synthesized by the production method according to any one of claims 1 to 4, which is capable of releasing a trifluoromethyl radical upon decomposition by β-elimination, and A readily decomposable stable perfluoroalkyl radical in which the half-life of the perfluoroalkyl radical in the β-elimination reaction is in the range of 50 to 70°C and 0.5 to 24 hours.
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