JP2021165294A - 新規スルファミン酸リチウム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記一般式(3a):
[化1]
(式中、R1a及びR2aはそれぞれ独立して、一つ以上の水素がフッ素に置換された炭素数1〜7のアルキル基、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7のアルケニル基、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7のアルキニル基、−SO2X(Xは、−H、−F、又は、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよいアルキル基である。)、又は、シアノメチル基である置換基であり、前記置換基はそれらの構造中に一つ以上の酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。)で表される
ことを特徴とする化合物。
【選択図】なし
Description
で表される化合物(3)を得る工程(1)を含むことを特徴とするスルファミン酸リチウムの製造方法(以下「本開示の第1の製造方法」とも記載する)に関する。
リチウム源とを反応させて下記一般式(1):
一般式(5):
で表される化合物(3)を得る工程(3)を含むことを特徴とするスルファミン酸リチウムの製造方法(以下「本開示の第2の製造方法」とも記載する)に関する。
上記一般式(3a)において、R1a及びR2aはそれぞれ独立して、一つ以上の水素がフッ素に置換された炭素数1〜7のアルキル基、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7のアルケニル基、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7のアルキニル基、−SO2X(Xは、−H、−F、又は、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよいアルキル基である。)、シアノメチル基、又は、R1aとR2aが結合して環状構造を形成し該環状構造中に多重結合を含んでもよく一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7の炭化水素基である置換基であることが好ましく、前記置換基はそれらの構造中に一つ以上の酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。
本開示の第1の製造方法は、下記一般式(1):
と下記一般式(2):
で表される化合物(3)を得る工程(1)を含む。
本開示の第1の製造方法は、上記構成を有することによって、新規スルファミン酸リチウムを製造することができる。また、リチウム塩である化合物(1)を用いることで、塩基である化合物(2)との反応熱を抑制できるため、スルファミン酸リチウムを簡便かつ効率よく製造することができる。更に、硫酸リチウムのような分離が困難な化合物が副生しにくい点でも有益である。
なお、上記置換基は、−H、上記の式:−Op−(SiR3 2O)n−SiR4 3で示される基、上記アルキル基、上記アルケニル基、上記アルキニル基、上記アリール基、上記−SO2X1、上記−SO3X2、又は、上記炭化水素基を示している。
上記置換基は、それらの構造中に一つ以上の2〜6価のヘテロ原子を含んでいてもよく、一つ以上の水素がフッ素又は炭素数0〜7の官能基に置換されていてもよい。
上記置換基が有していてもよい官能基としては、例えば、フェニル基、アニシル基、ベンジル基、シアノ基、トリアルキルシリル基(アルキル基の炭素数は1〜4であることが好ましい。)、−SO2X3(X3は、−H、−F、又は、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよいアルキル基である。)、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数1〜7のアルキル基、炭素数1〜7の飽和複素環基、又は、炭素数1〜7のアルコキシ基が好ましい。上記X3におけるアルキル基の炭素数は、例えば、1〜10である。
上記R3及びR4において、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよいアルキル基は、炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜7であることがより好ましい。
一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよいアルケニル基及びアルキニル基は、炭素数が2〜10であることが好ましく、2〜7であることがより好ましい。
一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよいアリール基は、炭素数が6〜8であることが好ましく、6〜7であることがより好ましい。
上記式において、nは0以上の整数であり、2000以下が好ましく、0〜100の整数であることがより好ましく、0〜10であることがさらに好ましい。
2級アミンであれば、
なお、本明細書中で、Meはメチル基、Etはエチル基、n−Prはノルマルプロピル基、i−Prはイソプロピル基を表し、n−Buはノルマルブチル基、i−Buはisо−ブチル基、s−Buはsec−ブチル基、t−Buはtert−ブチル基、TMSはトリメチルシリル基、TBDMSはtert−ブチルジメチルシリル基を表す。また、下記のように記載する場合、ベンゼン環を構成するいずれの炭素原子にRが結合していてもよく、例えば、o−、m−及びp−のいずれの位置にRを有していてもよい。なお、本明細書中の化合物の例示は、当該化合物の幾何異性体(存在する場合)も含むものとし、記載した具体例に限定されるものではない。
上記アミン類としては、例えば、トリエチルアミン、トリ(n−プロピル)アミン、トリ(n−ブチル)アミン、ジイソプロピルエチルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、ピリジン、ルチジン、γ−コリジン、N,N−ジメチルアニリン、N−メチルピペリジン、N−メチルピロリジン、N−メチルモルホリン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)、プロトンスポンジ等が挙げられる。
上記無機塩基としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸セシウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素リチウム、フッ化セシウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウム等が挙げられる。
上記塩基としては、なかでも、上記アミン類が好ましい。上記アミン類としてはトリエチルアミン又はピリジンが好ましい。
上記塩基は、常温で固体であってもよいし、液体であってもよい。固体である場合には、溶媒に溶かして使用することができる。
また、化合物(1)及び(2)が溶解する非水溶媒が好ましい。例えば、室温における化合物(1)の溶解度が0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。
また、室温における化合物(2)の溶解度が0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。
また、本開示の製造方法で得られるスルファミン酸リチウムに残留しにくいことから、上記溶媒の沸点は、常圧にて300℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましく、150℃以下が更に好ましい。
リチウム源とを反応させて下記一般式(1):
また、化合物(4)が溶解する非プロトン性溶媒が好ましい。例えば、室温における化合物(4)の溶解度が0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。
また、本開示の製造方法で得られるスルファミン酸リチウムに残留しにくいことから、上記溶媒の沸点は、常圧にて300℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましく、150℃以下が更に好ましい。
工程(2)と工程(1)とを同じ溶媒中で連続して行う場合には上記の回収する工程や精製工程は不要である。
一般式(5):
で表される化合物(3)を得る工程(3)を含む。
本開示の第2の製造方法は、上記構成を有することによって、新規スルファミン酸リチウムを製造することができる。また、反応熱を抑制でき、簡便かつ効率よくスルファミン酸リチウムを製造することができる。更に、硫酸リチウムのような分離が困難な化合物が副生しにくい点でも有益である。
また、化合物(4)及び(5)が溶解する非水溶媒が好ましい。例えば、室温における化合物(4)の溶解度が0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。
また、室温における化合物(5)の溶解度が0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。
また、本開示の製造方法で得られるスルファミン酸リチウムに残留しにくいことから、上記溶媒の沸点は、常圧にて300℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましく、150℃以下が更に好ましい。
本開示の新規化合物は、下記一般式(3a):
一般式(3a)において、R1a及びR2aはそれぞれ独立して、一つ以上の水素がフッ素に置換された炭素数1〜7のアルキル基、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7のアルケニル基、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7のアルキニル基、−SO2X(Xは、−H、−F、又は、一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよいアルキル基である。)、シアノメチル基、又は、R1aとR2aが結合して環状構造を形成し該環状構造中に多重結合を含んでもよく一つ以上の水素がフッ素に置換されていてもよい炭素数2〜7の炭化水素基である置換基であることが好ましく、前記置換基はそれらの構造中に一つ以上の酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。
一般式(3a)において、R1a及びR2aは、それぞれ、4−テトラヒドロピラニル基、アリル基、プロパルギル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、3−オキサペンタン−1,5−ジイル基、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、1,1,2,2−テトラフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル基、ヘプタフルオロプロピル基、2−フルオロアリル基、フルオロフェニル基、シアノメチル基、フルオロスルホニル基、トリフルオロメタンスルホニル基、ペンタフルオロエタンスルホニル基、2,2,2−トリフルオロエタンスルホニル基、又は、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパンスルホニル基であることが好ましい。
<クロロスルホン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(3.0g,71mmol)、ジメチルカーボネート(60mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(9.1g,78mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後、冷却、ろ過して目的のクロロスルホン酸リチウム(8.0g,65mmol,収率92%)を得た。
反応容器にクロロスルホン酸リチウム(2.0g,16mmol)、ジメチルカーボネート(20mL)を加え、そこにジエチルアミン(1.2g,16mmol)とトリエチルアミン(1.7g,16mmol)の混合溶液を滴下した。この溶液を室温で30分撹拌した後、ろ過、ジクロロメタン洗浄して目的のジエチルスルファミン酸リチウム(0.9g,6mmol,収率35%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):1.10〜1.13(t)、3.07〜3.13(q)
<ジエチルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(3.0g,71mmol)、ジメチルカーボネート(60mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(9.1g,78mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ジエチルアミン(6.2g,85mmol)とトリエチルアミン(8.6g,85mmol)の混合溶液を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇5〜10℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、ろ過、ジクロロメタン洗浄して目的の粗ジエチルスルファミン酸リチウム(9.1g)を得た。得られた粗ジエチルスルファミン酸リチウム(2.0g)をメタノール7mL/ジメチルカーボネート7mLで再沈殿して目的のジエチルスルファミン酸リチウム(0.9g,6mmol、トータル収率38%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):1.10〜1.13(t)、3.07〜3.13(q)
<ジイソプロピルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(3.0g,71mmol)、ジメチルカーボネート(60mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(9.1g,78mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ジイソプロピルアミン(8.6g,85mmol)とトリエチルアミン(8.6g,85mmol)の混合溶液を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇5〜10℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、ろ過、ジクロロメタン洗浄して目的のジイソプロピルスルファミン酸リチウム(10.6g,57mmol、収率80%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):1.21〜1.23(d)、3.63〜3.66(sep)
<ジアリルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(3.0g,71mmol)、ジメチルカーボネート(60mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(9.1g,78mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ジアリルアミン(8.3g,85mmol)とトリエチルアミン(8.6g,85mmol)の混合溶液を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇5〜10℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、ろ過、ジクロロメタン洗浄して目的の粗ジアリルスルファミン酸リチウム(8.7g)を得た。得られた粗ジアリルスルファミン酸リチウム(8.7g)をメタノール14mL/ジメチルカーボネート14mLで再沈殿して目的のジアリルスルファミン酸リチウム(3.5g,19mmol、トータル収率27%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):3.65〜3.67(m)、5.07〜5.14(m)、5.86〜5.94(m)
<ペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(3.0g,71mmol)、ジメチルカーボネート(60mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(9.1g,78mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ピペリジン(7.2g,85mmol)とトリエチルアミン(8.6g,85mmol)の混合溶液を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇5〜10℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、ろ過、ジクロロメタン洗浄して目的の粗ペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウム(10.3g)を得た。得られた粗ペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウム(10.3g)をメタノール16mL/ジメチルカーボネート16mLで再沈殿して目的のペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウム(4.7g,27mmol、トータル収率39%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):1.43〜1.48(m)、1.57〜1.62(m)、2.99〜3.02(m)
<3−オキサペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(3.0g,71mmol)、ジメチルカーボネート(60mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(9.1g,78mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、モルホリン(7.4g,85mmol)とトリエチルアミン(8.6g,85mmol)の混合溶液を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇5〜10℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、ろ過、ジクロロメタン洗浄して目的の粗3−オキサペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウム(12.5g)を得た。得られた粗3−オキサペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウム(12.5g)をメタノール140mL/ジメチルカーボネート140mLで再沈殿して目的の3−オキサペンタン−1,5−ジイルスルファミン酸リチウム(3.1g,18mmol、トータル収率25%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):3.00〜3.02(m)、3.67〜3.72(m)
<ブタン−1,4−ジイルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(3.0g,71mmol)、ジメチルカーボネート(60mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(9.1g,78mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ピロリジン(6.0g,85mmol)とトリエチルアミン(8.6g,85mmol)の混合溶液を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇5〜10℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、ろ過、ジクロロメタン洗浄して目的の粗ブタン−1,4−ジイルスルファミン酸リチウム(9.7g)を得た。得られた粗ブタン−1,4−ジイルスルファミン酸リチウム(9.7g)をメタノール100mL/ジメチルカーボネート100mLで再沈殿して目的のブタン−1,4−ジイルスルファミン酸リチウム(3.7g,24mmol、トータル収率33%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):1.78〜1.86(m)、3.09〜3.18(m)
<メチル2,2,2−トリフルオロエチルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(1.0g,24mmol)、ジメチルカーボネート(35mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(3.0g,26mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、メチル2,2,2−トリフルオロエチルアミン(6.4g,57mmol)を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇0〜5℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、トリエチルアミン(6.0g)、ジクロロメタン(50mL)を加えてさらに1日撹拌した。得られた反応混合物をろ過、ジクロロメタン洗浄して目的のメチル2,2,2−トリフルオロエチルスルファミン酸リチウム(2.3g,12mmol、トータル収率49%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):2.79(s)、3.53〜3.60(q)
19F−NMR(重メタノール、δppm):−72.35〜−72.30(m)
<ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)スルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(1.0g,24mmol)、ジメチルカーボネート(35mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(3.0g,26mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)アミン(10.3g,57mmol)を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇0〜5℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、トリエチルアミン(6.0g)、ジクロロメタン(50mL)を加えてさらに1日撹拌した。得られた反応混合物をろ過、ジクロロメタン洗浄して目的のビス(2,2,2−トリフルオロエチル)スルファミン酸リチウム(3.4g,13mmol、トータル収率54%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):3.80〜3.83(q)
19F−NMR(重メタノール、δppm):−71.34〜−71.23(m)
<ビス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)スルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(1.0g,24mmol)、ジメチルカーボネート(35mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(3.0g,26mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ビス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)アミン(13.3g,57mmol)を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇0〜5℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、トリエチルアミン(6.0g)、ジクロロメタン(50mL)を加えてさらに1日撹拌した。得られた反応混合物をろ過、ジクロロメタン洗浄して目的のビス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)スルファミン酸リチウム(6.3g,17.2mmol、収率72%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):3.87〜3.95(t)
19F−NMR(重メタノール、δppm):−121.10〜−120.96(m)、−86.24〜−86.21(m)
<ビス(シアノメチル)スルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に塩化リチウム(1.0g,24mmol)、ジメチルカーボネート(35mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(3.0g,26mmol)を滴下した。この溶液を80℃で1時間撹拌した後冷却して室温に戻し、ビス(シアノメチル)アミン(5.4g,57mmol)をアセトニトリル(30mL)に溶解させた混合溶液を氷水浴下で滴下した(反応液温度上昇5〜10℃)。この溶液を室温で1時間撹拌した後、トリエチルアミン(6.0g)、ジクロロメタン(50mL)を加えてさらに1日撹拌した。得られた反応混合物をろ過、ジクロロメタン洗浄して目的のビス(シアノメチル)スルファミン酸リチウム(3.9g,22mmol、トータル収率91%)を得た。
1H−NMR(重メタノール、δppm):4.18(s)
<ビス(フルオロスルホニル)スルファミン酸リチウムの合成>
反応容器にリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(3.5g,19mmol)、ジエチルエーテル(30mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(2.2g,19mmol)を滴下した(発熱無し)。この溶液を室温で1日撹拌した後、溶媒留去して目的のビス(フルオロスルホニル)スルファミン酸リチウムを含む混合物(4.5g)を得た。
19F−NMR(重メタノール、δppm):55.70(s)
<ビス(トリフルオロメタンスルホニル)スルファミン酸リチウムの合成>
反応容器にリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(3.9g,14mmol)、ジエチルエーテル(30mL)を加え、そこにクロロスルホン酸(1.6g,14mmol)を滴下した(発熱無し)。この溶液を室温で1日撹拌した後、溶媒留去して目的のビス(トリフルオロメタンスルホニル)スルファミン酸リチウムを含む混合物(4.5g)を得た。
19F−NMR(重メタノール、δppm):−74.08(s)
<ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)スルファミン酸リチウムの合成>
反応容器に予め調製したリチウムビス(2,2,2−トリフルオロエチル)イミド(2.1g,11mmol)、テトラヒドロフラン(60mL)を加え−15℃まで冷却した後、クロロスルホン酸(1.3g,11mmol)を滴下した(反応液温度上昇0〜5℃)。この溶液を室温で1日撹拌した後、溶媒留去して目的のビス(2,2,2−トリフルオロエチル)スルファミン酸リチウムを得た(2.2g,8.1mmol、収率74%)。
1H−NMR(重メタノール、δppm):3.80〜3.83(q)
19F−NMR(重メタノール、δppm):−71.34〜−71.23(m)
<ジエチルスルファミン酸リチウムの合成>
反応容器にジエチルアミン(6.0g,82mmol)、ジクロロメタン30mLを加え、そこにクロロスルホン酸(10.5g,90mmol)をドライアイス/アセトン浴中で反応液温度を−30℃〜−10℃にキープしながら滴下した(1滴滴下で反応液温度上昇10〜15℃)。この溶液を室温まで自然に昇温しながら5時間撹拌した後、溶媒留去してジエチルエーテル120mLを加えて1日撹拌して洗浄し、析出した固体をろ過してジエチルスルファミン酸を含む混合物(10.8g)を得た。得られた混合物1gを反応容器に移して、0.8Mの水酸化リチウム水溶液8mLを加えて3時間撹拌し、溶媒留去して白色固体を得た。得られた固体の1H−NMR測定結果より、目的のジエチルスルファミン酸リチウム(NMR収率約10%)が生成したと判断した。
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