JP2024517932A - スルホン部分を有するシリコーンオリゴマーの合成プロセスおよびスルホン部分を有するケイ素含有化合物 - Google Patents

スルホン部分を有するシリコーンオリゴマーの合成プロセスおよびスルホン部分を有するケイ素含有化合物 Download PDF

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Abstract

本願においてはスルホニルシランの合成のためのプロセスが提供される。また本願においてはこのプロセスにより作成された、種々のスルフェニル化およびスルホニル化ケイ素－含有化合物が提供される。

Description

関連出願に対するクロスリファレンス
この出願は２０２１年５月１２日に出願された米国特許出願第６３／１８７５１５号の優先権を請求しており、その全内容は参照によって本願に取り入れられる。
本発明はスルホニルシランを作成するためのプロセスに関し、このスルホニルシランは種々の商業的および工業的な用途において使用することができる。
リチウムイオン（Ｌｉ－イオン）電池の電解質組成物には、非水溶媒が用いられている。こうした溶媒は、電池の充放電サイクルの間に電気化学的電位が存在することによって、分解しやすい。しかしながら所定の添加剤は、電解質組成物に添加された場合に、そうした分解を防止することが知られている。そのような添加剤は電極に固体電解質界面（ＳＥＩ）層を形成して電極に安定性を付与し、電解質組成物への遷移金属イオンの溶出を防止すると考えられている。そうしたＳＥＩ層形成性の電解質添加剤の１つの群は、スルホニルシランである。
スルホニルシラン電解質添加剤を合成するための従来のプロセスは所望の収率をもたらさず、および／またはコスト集約的であり、それゆえ商業的に実行可能なものではない。例えば、スルホニルシランを作成するための従来の１つの合成経路はヒドロシリル化反応を用いるが、これは白金触媒を必要とする欠点があり、コストがかかる割には所望とする結果をもたらすものではない。
したがって、リチウムイオン電池用の電解質添加剤を高収率かつよりコスト効率的な仕方で製造することのできる、スルホニルシラン合成のための中間体およびプロセスに対するニーズが存在している。
本願の発明者らは驚くべきことに、スルホニルシランを作成する従来のヒドロシリル化反応プロセスと比較して、スルホニルシランのようなスルホニルケイ素含有材料をより大きな純度において、またより低いコストにおいて形成するプロセスを見出した。特に予想外に見出されたのは、スルフェニル金属中間体とのＳｉ－Ｃ結合を先に形成した後にシランの酸化の実行（すなわちスルホン部分の形成）を行うことが、異性体副生物を形成する分子内反応を回避するために重要であり、そしてさらにまた、スルホニルシラン製造のためのコストが低減されたプロセスをもたらすことである。実際のところ、本願に記載するプロセスにおいては、ヒドロシリル化触媒を完全に省略することが可能である。加えて本出願人は、上記したＳｉ－Ｃ結合の形成に続いての酸化という特定順序の工程を逆にすると、生成物が何も得られないことを例証している。
本願において提供されるのはスルホニルシラン（単数または複数）の合成のためのプロセスであり：
式（Ｉ）の化合物：
Ｘ－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （Ｉ）
をＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｓ、Ｓｎ、ＮｉおよびＨｇからなる群より選択される金属（Ｍ）と反応させて式（ＩＩ）のスルフェニル金属中間体：
（Ｘ）ａ－Ｍ－［（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ］ｂ （ＩＩ）
を取得し、スルフェニル金属中間体（ＩＩ）を式（ＩＩＩ）のシラン：
Ｓｉ（Ｘ）２（Ｒ１）２ （ＩＩＩ）
と接触させてスルフェニル化ケイ素含有反応生成物を取得し；そしてスルフェニル化ケイ素含有反応生成物を酸化剤と接触させる工程を含み、
ここでＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンであり；下付き文字ｎの各々は１から約１０の整数であり；Ｒの各々はＨまたは１から約１２の炭素原子を有し任意選択的にＯ、ＮまたはＳのような１つまたはより多くのヘテロ原子を有する１価の有機基であり；Ｒ＊の各々は１から約８の炭素原子を有し任意選択的にＯ、ＮまたはＳのような１つまたはより多くのヘテロ原子を有する２価の有機基であり；そしてＲ１の各々は１から約１２の炭素原子を有し任意選択的にＯ、ＮまたはＳのような１つまたはより多くのヘテロ原子を有する１価の有機基であり；下付き文字ａは０または１であり；そして下付き文字ｂは１から約１０の整数であり、但しａが０である場合ｂは１から約１０であり、そしてａが１である場合ｂは１である。
１つの実施形態においてＸはＣｌであり、下付き文字ｎの各々は２から６の整数であり、Ｒの各々はＨまたは１から約４の炭素原子の１価のアルキル基であり、Ｒ＊の各々は１から約６の炭素原子を有し任意選択的にＯ、ＮまたはＳのような１つまたはより多くのヘテロ原子を有する２価のアルキル基であり、Ｒ１の各々は１から約４の炭素原子の１価のアルキル基であり、下付き文字ａは０または１であり；そして下付き文字ｂは１から約１０の整数であり、但しａが０である場合ｂは１から約１０であり、そしてａが１である場合ｂは１である。
１つの実施形態においてＸはＣｌであり、下付き文字ｎの各々は２から４の整数であり、Ｒの各々は独立してＨ、メチル、エチルまたはプロピルであり、Ｒ＊の各々は１から約４の炭素原子の２価のアルキル基であり、Ｒ１の各々は１から約４の炭素原子の１価のアルキル基であり、下付き文字ａは０または１であり；そして下付き文字ｂは１から約１０の整数であり、但しａが０である場合ｂは１から約１０であり、そしてａが１である場合ｂは１である。
１つの実施形態においてＸはＣｌであり、下付き文字ｎの各々は２から４の整数であり、Ｒの各々は独立してＨ、メチル、エチルまたはプロピルであり、Ｒ＊の各々は－（ＣＨ２）－であり、Ｒ１の各々はメチルであり、下付き文字ａは０または１であり；そして下付き文字ｂは１から約１０の整数であり、但しａが０である場合ｂは１から約１０であり、そしてａが１である場合ｂは１である。
本願においては式（ＩＶ）：
Ｑ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （ＩＶ）
のスルフェニル化ケイ素含有化合物が提供され、ここでＱはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンであり；または式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分であり；または式－Ｏ－［Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ］ｙ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分であり、そしてここでＲ１、Ｒ＊およびＲの各々は上記で定義した通りであり、そしてここで下付き文字ｎの各々は約１から約１０の整数であり、またｙは１から約１０の整数である。１つの実施形態において、ｙは１から３の整数である。
本願においてはまた、式（ＶＩ）：
Ｑ＊Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒ （ＶＩ）
のスルホニル化ケイ素含有化合物が提供され、ここでＱ＊はＱ2*またはＱ3*であり；ここでＱ2*は式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒの部分であり；そしてＱ3*は式－Ｏ－［Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ］ｙ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒの部分であり、そしてここでＲ１、Ｒ＊およびＲの各々は上記で定義した通りであり、そして下付き文字ｎおよびｙの各々は上記で定義した通りである。
本願の明細書および特許請求の範囲において、以下の用語および表現は以下に示すように理解される。
単数形「ある」、「１つの」および「その」は複数形を含んでおり、また特定の数値に対する参照は、文脈において特に断りがない限り、少なくともその特定の数値を含んでいる。
本願において提示されるあらゆるすべての例示、または例示的な用語（例えば「のような」）の使用は、単に本発明をよりわかりやすく説明することを意図したものであり、特に断りがない限り本発明の範囲に対して制限を課するものではない。
「含む」、「包含する」、「含有する」、「特徴とする」という用語、およびこれらの文法的に等価な表現は、包括的または非限定的な用語であって、付加的な記載されていない構成要素または方法的過程を排除するものではなく、またより限定的な用語である「からなる」および「から本質的になる」を含むものであることが理解される。
本明細書におけるいかなる用語も、特許請求の範囲に記載されていない構成要素が本発明の実施に不可欠であることを示すものとして解釈されてはならない。
さらに、構成的、組成的および／または機能的に関連する化合物、材料または物質の群に属するものとして本明細書に明示的または黙示的に開示され、および／または請求項において記載されたすべての化合物、材料または物質は、その群の個々の構成因子およびそれらのすべての組み合わせを含むことが理解される。
実施例以外において、または特に断りがない限り、本明細書および特許請求の範囲に記載された材料の量、反応条件、時間の長さ、物質の定量化された特性およびその他を表現するすべての数値は、表現中に用語「約」が使用されているか否かを問わず、すべての場合において用語「約」によって修飾されているものとして理解される。
本願における１つの実施形態においては、本願で記載した任意の数値範囲はその範囲内のすべての部分範囲、およびそうした範囲または部分範囲の種々の端点の任意の組み合わせを、それらが実施例または本明細書の他の部分で記載されているか否かを問わず含むことが理解される。
本願においてはまた、任意の特定の属または種によって記載され、または本明細書の実施例の欄において詳述された本願発明の成分のいずれのものも、１つの実施形態においては、その成分に関して本明細書の他の部分に記載された範囲の任意の端点について代替的な定義を規定するために使用することができ、したがって１つの非限定的な実施形態においては、そうした他の部分に記載された範囲の端点を置き換えることができることが理解される。
本開示にしたがって１つまたはより多くの他の物質、構成要素、または成分と最初に接触される直前の時点において存在し、現場で形成され、ブレンドされ、または混合される物質、構成要素、または成分に対する参照が行われる。反応生成物、得られる混合物またはその他として特定される物質、構成要素または成分は、本開示にしたがい常識と関連技術分野の当業者（例えば化学技術者）の通常の知識を適用して行われる接触、現場形成、ブレンド、または混合操作の過程の間における化学反応または変性を通じて、識別性、特性、または特徴を獲得してよい。化学反応物質または出発材料の化学生成物または最終物質への変性は連続的に展開する過程であり、それが生ずる速度とは無関係である。したがって、そうした変性過程が進行するにつれて、出発物質と最終物質の混合物、さらに恐らくは熱力学的寿命に応じて、当業者に知られた現在の分析技術で検出が容易または困難な中間種との混合物が存在する。
本願の明細書または特許請求の範囲において化学名または化学式によって参照される反応物質および成分は、単数形または複数形のいずれで参照される場合でも、化学名または化学種によって参照される別の物質（例えば別の反応物質または溶媒）と接触するよりも前に存在しているものとして識別されてよい。得られる混合物、溶液、または反応媒体において生ずる予備的および／または遷移的な化学変化、変性、または反応が存在する場合には、中間種、マスターバッチその他として識別され、反応生成物または最終物質の有用性とは別個の有用性を有していてよい。特定された反応物質および／または成分を本開示にしたがって要求される条件の下で一緒に合わせることから、他の後続の変化、変性、または反応がもたらされてよい。こうした他の後続の変化、変性、または反応においては、一緒に合わせられる反応物質、成分または構成要素が、反応生成物または最終物質を特定または指定してよい。
本願において使用される「有機基」という表現は、６０までの炭素原子を含む直鎖または分岐鎖のアルキル、直鎖または分岐鎖のアルケニルといった任意の脂肪族基、アリール、アラルキル、シクロアルキルおよびその他として理解され、これらは本願において記載されるそれぞれの有機基中に任意選択的に少なくとも１つのヘテロ原子、および／または異なるヘテロ原子基を含むことができる。
用語「アルキル」は、任意の１価の飽和した直鎖、分岐鎖、または環状の炭化水素基を意味する。アルキルの非限定的な例には、メチル、エチル、イソプロピル、プロピル、ブチル、およびイソブチルが含まれる。
スルフェニル化ケイ素含有反応生成物という表現は、スルフェニル化シラン化合物およびスルフェニル化シリコーン化合物の両者を含むものと理解されるべきである。
本願発明は、スルフェニルおよびスルホンのような、ヘテロ官能基を有するＳｉ－Ｃ結合を作成する方法を記載している。最終生成物（スルホン基を有するテレケリックシランおよびシロキサン）は添加剤の形成のための中間体であり、Ｌｉ－イオン電池の分野において添加剤としての用途を有することができる。
本願における１つの具体的な非限定的実施形態においては、ハロ－ブロモアルカンが金属アルキルスルフィドと反応して１－クロロ－３－メチルスルファニル－プロパンが形成され、続いてＭｇとの反応が行われ、その後ジメチルジクロロシランとの反応が行われて、クロロ－ジメチル－（３－メチルスルファニルプロピル）シラン）が形成される。１つまたはより多くの実施形態において、ＭｇはＬｉ、Ｎａ、Ａｌ、Ｃｓ、Ｓｎ、ＮｉおよびＨｇの１つによって置き換えることができる。
クロロ－ジメチル－（３－メチルスルファニルプロピル）シラン）と水との反応は、メチルスルファニルプロパン官能性を有するテレケリックシロキサンの形成を導き、これは酸化されるとテレケリックメチルスルホニルプロパンシロキサンの形成を導く。
本願における１つの実施形態において、本発明のプロセスは、工程（ａ）、工程（ｂ）、任意選択的工程（ｂ－１）および工程（ｃ）という以下の反応機構によって説明することができ、ここで一般式のすぐ下側にはその好ましい種を示している：



本願で記載する式（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）、（ＩＶａ）、（ＩＶ）、（Ｖ）および（ＶＩ）は、上述した反応工程（ａ）、（ｂ）、（ｂ－１）、および（ｃ）を非限定的な仕方で参照することによって理解することができる。本願において記載するプロセスにおいては、接触工程（ｂ）が酸化工程（ｃ）に先行しなければならないことが理解されよう。上記の式中において、ＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンであり；下付き文字ｎの各々は１から約１０の整数であり；Ｒの各々はＨまたは１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり；Ｒ＊の各々は１から約８の炭素原子を有する２価の有機基であり、そしてＲ１の各々は１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり；下付き文字ａは０または１であり；そして下付き文字ｂは１から約１０の整数であり、但しａが０である場合ｂは１から約１０であり、そしてａが１である場合ｂは１である。
１つの特定的な実施形態において、本願で記載するプロセスの工程（ａ）の化合物（Ｉ）は、任意の適切な商業的プロセスによって製造することができる。しかしながら、１つの好ましい実施形態において化合物（Ｉ）は、一般式（Ｉａ）の臭素化された有機ハロゲン化合物：
Ｘ－Ｒ＊－Ｂｒ （Ｉａ）
と式（Ｉｂ）のアルカリ金属チオアルコキシド：
Ｙ－Ｓ－Ｒ （Ｉｂ）
の反応から形成することができ、ここでＸはＣｌ、ＢｒおよびＩ、好ましくはＣｌからなる群より選択されるハロゲンであり、そしてＲ＊は上記で定義した通りであり、また最も好ましくは式（Ｉａ）は１－ブロモ－３－クロロプロパンであり、そしてここでＹは非限定的な例がＬｉ、ＮａおよびＫであり、好ましくはＮａであるようなアルカリ金属であり、そしてＲは上記で定義した通りであり、また最も好ましくは式（Ｉｂ）はナトリウムチオメトキシドである。好ましくは反応は、化合物（Ｉａ）と化合物（Ｉｂ）のモル比の範囲が約０.５：２.０から約２.０：０.５において、より好ましくは大体等モル比において行われる。好ましくは、この反応は約２０℃から約３０℃の温度において、好ましくは大体室温において行われる。本願に記載するプロセスの工程の各々は無溶媒で、または有機溶媒の存在下に行うことができ、その非限定的な例としてはヘキサン、ヘプタン、ドデカンなどのアルカン溶媒、シクロペンタン、シクロヘキサンおよびシクロオクタンのような環状アルカン、テトラヒドロフランのようなフラン溶媒、トルエンのような芳香族溶媒、ジオキサンのようなアセタール溶媒、酢酸エチルのようなエステル溶媒、アセトニトリルのようなニトリル溶媒、エチレングリコールジメチルエーテルのようなグリコール溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジフェニルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルエーテルのようなエーテル溶媒、ジメチルスルフィド、ジエチルスルフィド、ジプロピルスルフィド、ジブチルスルフィドのようなスルフィド溶媒、ジメチルスルホキシドのようなスルホキシド溶媒、Ｎ－メチルピロリドンのような環状アミド溶媒、Ｎ,Ｎ－ジメチルホルムアミドのようなホルムアミド溶媒、メチルイミダゾールおよびジメチルイミダゾールのようなイミダゾール溶媒、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン溶媒があり、最も好ましくはトルエンである。加えて、（Ｉａ）と（Ｉｂ）の反応は任意選択的に、当業者に知られた種類の相間移動触媒の存在下に行うことができ、その１つの非限定的な例はテトラブチルアンモニウムブロミドである。この反応は任意の適切な長さの時間にわたって行うことができるが、しかし好ましくは、１時間から１２時間、好ましくは２時間から８時間の長さの時間にわたって行うことができる。
上記式（Ｉａ）の化合物はまた、上記した反応機構の工程において、好ましくは上記した式（Ｉａ）および（Ｉｂ）の反応の未反応反応物質として、本願で記載した反応工程（ａ）における反応開始剤としても存在することができる。好ましくは、式（Ｉａ）の化合物は、本願に記載したプロセスの工程（ａ）における反応物質の重量に基づいて、約２重量％までの量で存在することができ、より好ましくは反応工程（ａ）は約２重量％までのクロロブロモプロパンを含むことができる。特定の状況においては、式（Ｉａ）の化合物の添加は結果として反応工程（ａ）における発熱をもたらすことがあるが、これは本願に記載したような繰り返しての段階的添加、およびドライアイスのような従来からの冷却技術によって制御することができる。幾つかの実施形態においては、繰り返し添加は中間体を滴下により注入することによって実行される。本願の１つの実施形態においては、本願に記載したプロセス工程の任意の１つまたはより多く、特に（ａ）、（ｂ）、（ｂ－１）および（ｃ）は任意選択的に、ジハロアルカン、金属ヨウ化物およびヨウ素、並びに式（Ｉａ）の化合物、最も好ましくはクロロブロモプロパンからなる群より選択される少なくとも１つの開始剤の存在下において行われ、開始剤は反応混合物に対して一度に、または滴下式に添加することができる。
反応工程（ａ）は化合物（Ｉ）の金属（Ｍ）との反応を伴うことができ、この金属は本願に記載の１つまたはより多くを含むことができる。こうした金属は元素形態で、および／または有機化合物中に存在することができる。１つの実施形態において、金属Ｍはグリニャール試薬であることができる。１つの実施形態において、金属はマグネシウムである。幾つかの実施形態において、化合物（Ｉ）は１－ブロモ－３－ハロゲンアルカンである。１つの実施形態において、化合物（Ｉ）は１－ブロモ－３－クロロプロパンである。化合物（Ｉ）と金属Ｍの反応は、本願で記載したような有機溶媒、ＴＨＦおよび／またはキシレン中で、約６０℃から約８０℃の温度において行うことができる。１つまたはより多くの実施形態において、この温度は約６５℃から約８０℃であり、またいくつかの他の実施形態においては、この温度は約７５℃である。幾つかの実施形態において、化合物（Ｉ）と金属Ｍのモル比は約０.５：２.０から２.０：０.５である。幾つかの他の実施形態において、化合物（Ｉ）と金属Ｍのモル比は大体等モル比である。反応は、任意の適切な長さの時間にわたって行うことができる。幾つかの実施形態において、反応は約１０分間から約２時間の長さの時間にわたって行うことができ、幾つかの実施形態において、反応は約３０分間から１.５時間の長さの時間にわたって行うことができる。上述したように、反応工程（ａ）はから開始剤として約２重量％までのクロロブロモプロパンの存在下で行うことができる。ある実施形態において、化合物（Ｉ）の金属Ｍに対する添加は、長時間にわたり、例えば本願で上記したような長さの時間にわたり、滴下により行われる。
反応工程（ａ）は、本願で上記したスルフェニル金属中間体（ＩＩ）を生成する。式（ＩＩ）の１つの実施形態において、下付き文字ａが０である場合、下付き文字ｂは１であり、２官能性またはより大きな官能性のスルフェニル金属中間体がもたらされる。代替的な実施形態においては、ａが１である場合、下付き文字ｂは１であり、そして式（ＩＩ）の化合物はハロゲン化スルフェニル金属中間体である。
工程（ａ）のスルフェニル金属中間体（ＩＩ）は次いで工程（ｂ）において、Ｓｉ－Ｃ結合を形成するために、すなわち一般式（ＩＶａ）：
Ｑ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （ＩＶａ）
のスルフェニル化ケイ素含有反応生成物を得るために、上記したように式（ＩＩＩ）のシランと接触され、ここでＱはＱ１またはＱ２であり、またここでＱ１はＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンであり；またＱ２は式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分であり；そしてここでＲ１、Ｒ＊およびＲの各々は上記された通りに定義され、またより好ましくはＲおよびＲ１は各々メチルであり、そしてＲ＊の各々は－（ＣＨ２）－であり、また下付き文字ｎの各々は１から１０の整数であり、幾つかの実施形態においては２から８であり、幾つかの他の実施形態においては２から４である。ある実施形態においては、工程（ｂ）において使用される上記した一般式（ＩＩＩ）のシランはジメチルジクロロシランである。ある実施形態において、Ｑ１はＣｌである。
工程（ｂ）の非限定的な実施形態において、スルフェニル金属中間体（ＩＩ）、１つの実施形態においてはハロゲン化スルフェニル金属中間体（ＩＩ）は、スルフェニル金属中間体（ＩＩ）のシラン（ＩＩＩ）への繰り返し添加によって、式（ｉｉｉ）のシランに接触される。例えばこの繰り返し添加は、スルフェニル金属中間体（ＩＩ）をシラン（ＩＩＩ）に対して滴下注入することによって行われる。
幾つかの実施形態において、この反応は本願で上記した有機溶媒（単数または複数）、例えばＴＨＦおよび／またはキシレンの存在下に行うことができる。
工程（ｂ）の非限定的な実施形態において、スルフェニル金属中間体（ＩＩ）は式（ＩＩＩ）のシランと接触され、ここで式（ＩＩＩ）のシランは式（ＩＩ）のスルフェニル金属中間体に対して化学量論でモル過剰に存在する。
工程（ｂ）の１つの実施形態において、化合物（ＩＩＩ）と化合物（ＩＩ）のモル比は一般に、約２：１から約７：１のモル過剰といったモル過剰であるが、しかし等モル比もまた考慮されている。上述したスルフェニル金属中間体（ＩＩ）のモル過剰の使用、および／または上述したスルフェニル金属中間体（ＩＩ）の使用は、式（ＩＶａ）のシランダイマー形態の形成、すなわちＱが式-（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分である場合を導きうる。反応工程（ｂ）は、－５℃から約１０℃において、１つの実施形態においては約０℃で行うことができ、また任意の適切な長さの時間にわたって行うことができるが、１つの実施形態においては約３０分間から約３時間であり、１つの実施形態においては約１から２時間である。
しかしながら、本願に記載のプロセスにとって必要という訳ではないが、ある実施形態においては、スルフェニル化ケイ素含有反応生成物（ＩＶａ）はＱがＱ１である実施形態において、反応工程（ｂ－１）において任意選択的に水と接触される。反応生成物（ＩＶａ）に対する水の量は一般に、０.５：１から約２.０モル量までのモル比の範囲にあり、そして１つの実施形態においては、反応生成物（ＩＶａ）の量は水に対して大体等モル量である。反応工程（ｂ－１）は、一般式（Ｖ）：
Ｒ－Ｓ－（Ｒ＊）ｎ－Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ－［Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ］ｘ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （Ｖ）
のスルフェニル化シロキサンを形成し、ここでＲ、Ｒ＊およびＲ１の各々は本願で定義した通りであり、またｎの各々は本願で定義した通りであり、そして下付き文字ｘは０から１０、幾つかの実施形態においては１から８、幾つかの実施形態においては１から４の整数である。反応工程（ｂ－１）は大体室温において、また約１０分間から約２時間といった適切な長さの時間にわたり、１つの実施形態においては約３０分間から約１時間にわたり、行うことができる。反応工程（ｂ－１）における水の使用は、式（Ｖ）のシロキサン（ダイマー）の形成をもたらし、このシロキサン（Ｖ）は次いで反応工程（ｃ）の間、化合物（ＩＶａ）と共に、または（工程（ｂ－１）において生ずる加水分解の量に応じて）単独で作用する。
工程（ｂ）に続いて、存在するなら工程（ｂ－１）、化合物（ＩＶａ）、また存在するなら化合物（Ｖ）が、任意選択的に工程（ｃ）に先立って塩基で処理されることができる。適切な塩基には、アンモニア、アミン、金属水酸化物、例えばＮａＯＨおよびその同類といった、任意の商業的に入手可能な塩基が含まれうる。用いられる塩基の量は、当業者によって決定されることができるが、一般に工程（ｂ）および／または（ｂ－１）の反応生成物に対して、約５から８、幾つかの実施形態において約７のｐＨをもたらすものであるべきである。
スルフェニル化ケイ素含有反応生成物（ＩＶａ）、また存在するならスルフェニル化シロキサン反応生成物（Ｖ）は次いで、工程（ｃ）において酸化剤と接触されて、一般式（ＶＩ）：
Ｑ＊－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒ （ＶＩ）
のスルホニル化ケイ素化合物が形成され、ここでＱ＊はＱ2*またはＱ3*であり、ここでＱ2*は式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒの部分であり；またＱ3*は式－Ｏ－［Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ］ｙ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒの部分であり、そしてここでＲ１、Ｒ＊およびＲの各々は本願において上記で定義した通りであり、また下付き文字ｎおよびｙの各々は本願において定義した通りである。
適切な酸化剤には、酸素、オゾン、過酸化水素、および有機過酸化物が含まれる。酸化はオゾン／発生期の酸素［Ｏ］を使用して実行されてよく、そして加水分解は回避されうる。オゾンの存在下においては、副生物なしに酸化物だけが形成される。過酸化水素の存在下においては、Ｓｉ－Ｃｌ結合は完全に加水分解される。
反応工程（ｃ）は、その非限定的な例がタングステン酸ナトリウム２水和物であるような、任意の適切な酸化触媒の存在下に行うことができる。反応工程（ｃ）はまた、幾つかの実施形態においてアセトニトリルである、本願に記載する任意の有機溶媒の存在下に行うことができる。反応工程（ｃ）は、約６５℃から約８０℃、好ましくは約７０℃から約７５℃の温度において、そして約１時間から約８時間、好ましくは約２時間から４時間の長さの時間にわたって行うことができる。酸化剤に対する化合物（ＩＶ）および／または（Ｖ）の量は一般に、約０.５：２から約２.０：０.５の範囲にあることができ、好ましくは等モル量である。
式（ＶＩ）のスルホニル化ケイ素含有化合物の純度は、幾つかの実施形態においてはデカンテーション、抽出、蒸留、およびその他といった従来からの精製技術を用いる行うことができる反応生成物（ＶＩ）の精製の後に、約９０重量％よりも大きく、幾つかの実施形態において９５重量％よりも大きく、そして最大では幾つかの実施形態において約９９重量％よりも大きいことができ、これらの範囲の各々は工程（ｃ）の反応生成混合物の合計重量に基づく。
一般式（ＶＩ）のスルホニル化ケイ素化合物は次いで、さらに技術的に知られているようにして反応されて、一般式（ＶＩ）のスルホニル化ケイ素化合物の電解質組成物における非限定的な使用や、Ｌｉ－イオン電気に用いられる電解質組成物といった、種々の商業的に適切な材料が生成される。本願に記載の式の他の化合物のいずれもまた、電解質組成物において使用することができる。
実施例
実施例１：
スルフィド前駆体（２）の合成：

オーバーヘッドスターラーおよび添加漏斗を装着した３Ｌの３口丸底フラスコ中で、１－ブロモ－３－クロロプロパン（１）（５００ｇ、３.１８モル）を２３５グラムのトルエンに添加した。テトラブチルアンモニウムブロミド（２５ｇ、０.０８モル）を相間移動触媒として添加した。この混合物を油浴で２４℃まで冷却した。ナトリウムチオメトキシドの２１％水溶液（１０５８ｇ、３.１７モル）を反応混合物に対して３時間の長さの時間にわたって１０～３０℃で一定撹拌しながら滴下により添加した。反応温度を同じ温度でさらに２時間保持した。分離漏斗を使用して有機分画と水性分画を分離した。再度テトラブチルアンモニウムブロミド（７ｇ、０.０２モル）およびナトリウムチオメトキシドの２１％水溶液（１６０ｇ、０.４８モル）を反応混合物に対して２時間の長さの時間にわたって１０～３０℃で一定撹拌しながら滴下により添加した。反応温度を同じ温度でさらに２時間保持した。有機分画を水（２００ｍｌ）で洗浄し、水性分画と合わせてトルエン（５０ｍｌ）で洗浄した。トルエンを減圧下に有機分画から除去し、粗生成物を分留によって精製して未反応の出発物質を除去した。純粋な１－クロロ－３－メチルスルファニル－プロパン９５％（２）が副生物であるジ（メチルスルファニル）プロパン３％および２％のクロロブロモプロパンと共に、～０ｍｂａｒ、５６℃において無色の液体として得られた。反応中に開始剤として作用することから、典型的には２％までのクロロブロモプロパンが混合物中に必要であることが見出されている。
スルフェニル金属中間体（工程（ａ））の形成および続いてのジメチルジクロロシランとの反応（工程（ｂ））とその後の水との接触（工程（ｂ－１））
機構：
反応手順：凝縮器、添加漏斗およびマグネティックスターラーバーを装着した２Ｌの乾燥した４口丸底フラスコに、マグネシウム（２３ｇ、０.９５モル）を秤量して入れた。この反応設定構成を窒素でフラッシュした。１６０ｍｌの無水テトラヒドロフランおよび４００ｍｌのキシレンを窒素雰囲気下で反応容器に添加した。１００ｇ（０.８０モル）の１－クロロ－３－メチルスルファニル－プロパン（２）を添加漏斗に入れた。反応混合物を６５℃に加熱し、～１５％の１－クロロ－３－メチルスルファニル－プロパン（２）を一定撹拌しながらマグネシウムに添加した。この時点では発熱は観察されなかった。続いて反応温度を７５℃に上昇させ、１－ブロモ－３－クロロプロパン（３.２ｇ、０.０２モル）を一度に反応混合物へと添加した。この時点で２０℃の発熱が観察された。この発熱はドライアイスを用いた冷却によって制御し、温度を～７０℃に低下させた。この温度において、残りの１－クロロ－３－メチルスルファニル－プロパン（２）を一定撹拌しながら滴下により添加した。添加の割合と冷却とを同時に制御することによって反応温度を７５℃付近に維持した。反応の進行につれて、反応混合物の色は灰色っぽく変化し、スルフェニル金属中間体の形成が確認された。添加が完了した後、反応混合物はさらに１時間にわたって７５℃で撹拌した。その後加熱を中止し、溶液は窒素雰囲気下に室温まで冷却させた。同時に、オーバーヘッドスターラーと添加漏斗を装着した別の２Ｌの乾燥した４口丸底フラスコをセットし、窒素でフラッシュした。溶液はカニューラを使用して添加漏斗に移した。ジメチルジクロロシラン（３１０ｇ、２.４モル）および４００ｍｌのキシレンを窒素雰囲気下に第２の丸底フラスコに入れた。溶液を～０℃まで冷却し、そして溶液を一定撹拌しながら滴下により添加した。添加の進行と共に、塩化マグネシウムが徐々に析出するのが見られた。添加が完了した後、反応混合物は同じ温度でさらに２時間保持した。反応混合物は次いで室温まで昇温させ、窒素雰囲気下に２時間にわたって撹拌した。続いてＴＨＦおよび未反応のジメチルジクロロシランを減圧下に反応混合物から除去した（～１１ｍｂａｒ、５５℃）。１Ｈ－ＮＭＲ分析により、～１.１ｐｐｍおよび～１.９ｐｐｍにおける多重項によって示されるように（図１）、Ｓｉ－Ｃ結合の形成が示唆された。

Figure 2024517932000007

図１：工程ｂの反応混合物のＣＤＣｌ３中における１Ｈ－ＮＭＲスペクトル
工程（ｃ）：クロロ－ジメチル－（３－メチルスルファニルプロピル）シラン（４）および高次類縁体（５）の酸化
機構：
反応手順：前の工程からの有機分画を、凝縮器、添加漏斗およびマグネティックスターラーバーを装着した２Ｌの３口丸底フラスコに移し替えた。２５０ｍｌのアセトニトリルを反応混合物に添加した。タングステン酸ナトリウム２水和物（５ｇ、１５ミリモル）を４０ｍｌの水に溶解し、反応混合物に添加した。過酸化水素の３０％水溶液（２２０ｇ、１.９４モル）を添加漏斗に入れた。反応混合物を７０℃に加熱し、一定撹拌しながら過酸化水素を２時間かけて滴下により添加した。過酸化水素の添加中に発熱が観察された。冷却およびゆっくりとした添加によって、反応温度を７５℃付近に維持した。添加の完了後、反応混合物はさらに３時間にわたって同じ温度で撹拌した。その後、減圧下にアセトニトリルを反応混合物から除去し、分離漏斗を使用して有機分画を水性相から分離した。水性分画は酢酸エチル（２×１００ｍｌ）で抽出し、溶媒をストリッピングすることによって回収した物質を有機分画に添加した。１Ｈ－ＮＭＲ分析は、出発物質がシロキサンダイマーのスルホン誘導体および高次類縁体（６）へと完全に酸化したことを示した。有機分画は次の工程へとそのまま用いられる。
比較例１：スルフィドの酸化および続いてのジメチルジクロロシランおよびマグネシウムによる処理
工程１：１－クロロ－３－メチルスルファニル－プロパン（２）の酸化
手順：１－クロロ－３－メチルスルファニル－プロパン（１０ｇ、８０ミリモル）を、凝縮器、添加漏斗およびマグネティックスターラーバーを装着した２５０ｍｌの３口丸底フラスコに入れた。キシレン（５０ｍｌ）およびアセトニトリル（５０ｍｌ）をフラスコに添加した。タングステン酸ナトリウム（０.５ｇ、１.５ミリモル）を２ｍｌの水に溶解し、反応混合物に添加した。反応混合物を７５℃に加熱し、そして一定撹拌しながら３０％の過酸化水素水溶液（２０.７ｇ、２００ミリモル）を滴下により添加した。反応混合物は同じ温度で３時間にわたって撹拌した。その後、減圧下にアセトニトリルを反応混合物から除去した。キシレン分画を水性分画から分離し、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去した。１Ｈ－ＮＭＲ分析は、出発物質が１－クロロ－３－メチルスルホニル－プロパンへと完全に酸化したことを示した。
工程２：マグネシウムと１－クロロ－３－メチルスルホニル－プロパンとの反応
手順：凝縮器を備えた１００ｍｌの３口丸底フラスコにマグネシウム（３４０ｍｇ、１４ミリモル）を入れた。この反応設定構成を窒素でフラッシュし、窒素雰囲気下に反応容器へと無水ＴＨＦ（４０ｍｌ）およびキシレン（４０ｍｌ）を添加した。１－クロロ－３－メチルスルホニル－プロパン（２ｇ、１２.８ミリモル）を７５℃において反応混合物へと滴下により添加した。発熱は観察されなかった。同じ温度で撹拌しながら反応を窒素雰囲気下に一晩放置した。回っているマグネシウムが消失するのが見られ、金属の挿入が示唆された。窒素でフラッシュした別の２５０ｍｌの丸底フラスコに、ジメチルジクロロシラン（２.４ｇ、１９.２ミリモル）およびキシレン（４０ｍｌ）を入れた。反応混合物は０℃まで冷却した。同じ温度において、最初の反応容器からの反応混合物をシリンジを用いて滴下により添加した。第２の容器中の混合物は０℃において１時間撹拌し、次いで室温まで昇温させた。１Ｈ－ＮＭＲ分析は、～１.１ｐｐｍおよび１.９ｐｐｍにおいて明確な多重項が欠如していること（図２）により、Ｓｉ－Ｃ結合が形成されていないことを示唆した。

図２：比較例の工程２（酸化後のシランとＭｇでの処理工程）の後の反応混合物の１Ｈ－ＮＭＲ


図３：実施例１の反応後の反応混合物（上側のスペクトル）と比較例１の反応後の反応混合物（下側のスペクトル）の比較。比較例１の場合には、スルフィドからスルホンへの酸化はシランおよびＭｇでの処理の前に行われている。比較例においては、～１.１ｐｐｍおよび１.９ｐｐｍにおける多重項の欠如によって示されるようにＣ－Ｓｉ結合は形成されていない。
本発明を所定の実施形態に関して説明してきたが、本発明の思想から逸脱することなしに、その構成要素に対して種々の変更を行ってよく、また均等物で置換してよいことが、当業者には理解される。加えて、特定の状況または材料に適合するために、本発明の本質的な範囲から逸脱することなしに、本発明の教示に対して多くの修正を行ってよい。したがって本発明は、発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されないことを意図したものであり、また本発明は添付の請求項の範囲内に包含されるすべての実施形態を含むものである。

Claims (19)

  1. スルホニルシランの合成のためのプロセスであって：
    （ａ）式（Ｉ）の化合物：
    Ｘ－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （Ｉ）
    をＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｓ、Ｓｎ、ＮｉおよびＨｇからなる群より選択される金属（Ｍ）と反応させて式（ＩＩ）のスルフェニル金属中間体：
    （Ｘ）ａ－Ｍ－［（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ］ｂ （ＩＩ）
    を取得し、
    （ｂ）スルフェニル金属中間体（ＩＩ）を式（ＩＩＩ）のシラン：
    Ｓｉ（Ｘ）２（Ｒ１）２ （ＩＩＩ）
    と接触させてスルフェニル化ケイ素含有反応生成物を取得し；そして
    （ｃ）スルフェニル化ケイ素含有反応生成物を酸化剤と接触させる工程を含み、
    ここでＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンであり；下付き文字ｎの各々は１から約１０の整数であり；Ｒの各々はＨまたは１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり；Ｒ＊の各々は１から約８の炭素原子を有する２価の有機基であり；そしてＲ１の各々は１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり；下付き文字ａは０または１であり；そして下付き文字ｂは１から約１０の整数であり、但しａが０である場合ｂは１から約１０であり、そしてａが１である場合ｂは１である、プロセス。
  2. 工程（ｂ）のスルフェニル化ケイ素含有反応生成物は式（ＩＶａ）：
    Ｑ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （ＩＶａ）
    を有し、ここでＱはＱ１またはＱ２であり、ここでＱ１はＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンであり；そしてＱ２は式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分である、請求項１のプロセス。
  3. ＱはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンである、請求項２のプロセス。
  4. Ｑは式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分である、請求項２のプロセス。
  5. ＲおよびＲ１はそれぞれメチルであり、Ｒ＊の各々は－（ＣＨ２）－であり、そしてｎの各々は約２から約４の整数である、請求項２のプロセス。
  6. 工程（ｂ）において式（ＩＩ）のスルフェニル金属中間体は式（ＩＩＩ）のシランと接触され、ここで式（ＩＩＩ）のシランは式（ＩＩ）のスルフェニル金属中間体に対して化学量論でモル過剰に存在する、請求項１から５のいずれか１のプロセス。
  7. 工程（ｂ）においてスルフェニル金属中間体（ＩＩ）は、式（ＩＩ）のスルフェニル金属中間体の式（ＩＩＩ）のシランに対する繰り返し添加によって式（ＩＩＩ）のシランと接触される、請求項１から６のいずれか１のプロセス。
  8. 繰り返し添加は、式（ＩＩ）のスルフェニル金属中間体を式（ＩＩＩ）のシランに対して滴下注入することによって行われる、請求項７のプロセス。
  9. 工程（ｂ）のスルフェニル化ケイ素含有反応生成物はスルフェニル化シランであり、水と接触して工程（ｃ）に先立ちスルフェニル化シロキサンを形成する、請求項１から８のいずれか１のプロセス。
  10. スルフェニル化シロキサンは一般式（Ｖ）によって表され：
    Ｒ－Ｓ－（Ｒ＊）ｎ－Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ－［Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ］ｘ－Ｓｉ（Ｒ１）２-－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （Ｖ）
    ここでＲおよびＲ１の各々は独立して１から１２の炭素原子の１価の脂肪族基であり、Ｒ＊の各々は１から８の炭素原子の２価の有機基であり、下付き文字ｎの各々は１から約１０の整数であり、そして下付き文字ｘは０から１０の整数である、請求項９のプロセス。
  11. 工程（ｂ）のスルフェニル化ケイ素含有反応生成物はスルフェニル化シランであり、工程（ｃ）に先立って塩基で処理される、請求項１から１０のいずれか１のプロセス。
  12. 工程（ｃ）の酸化剤は、酸素、オゾン、過酸化水素、および有機過酸化物からなる群より選択される、請求項１から１１のいずれか１のプロセス。
  13. プロセスの工程（ａ）、工程（ｂ）または工程（ｃ）の１つまたはより多くは開始剤の存在下に行われる、請求項１から１２のいずれか１のプロセス。
  14. 開始剤は、ジハロアルカン、金属ヨウ化物およびヨウ素からなる群より選択される、請求項１３のプロセス。
  15. 式（ＩＶ）のスルフェニル化ケイ素含有化合物であって：
    Ｑ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒ （ＩＶ）
    ここでＱはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群より選択されるハロゲンであり；または式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分であり；または式－Ｏ－［Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ］ｙ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒの部分であり、そしてここでＲ１の各々は１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり、Ｒ＊の各々は１から約８の炭素原子を有する２価の有機基であり、Ｒの各々はＨまたは１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり、下付き文字ｎの各々は１から約１０の整数であり、またｙは１から約１０の整数である、スルフェニル化ケイ素含有化合物。
  16. Ｑは－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ－Ｒであり、Ｒ＊の各々は２価の－（ＣＨ２）－基であり、Ｒの各々はＨまたは１から約４の炭素原子を有する１価のアルキル基であり、ｎの各々は約２から約４の整数部分である、請求項１５のスルフェニル化ケイ素含有化合物。
  17. 式（ＶＩ）のスルホニル化ケイ素含有化合物であって：
    Ｑ＊－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒ （ＶＩ）
    ここでＱ＊はＱ2*またはＱ3*であり；Ｑ2*は式－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒの部分であり；そしてＱ3*は式－Ｏ－［Ｓｉ（Ｒ１）２－Ｏ］ｙ－Ｓｉ（Ｒ１）２－（Ｒ＊）ｎ－Ｓ（＝Ｏ）２－Ｒの部分であり、またＲ１の各々は１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり、Ｒ＊の各々は１から約８の炭素原子を有する２価の有機基であり、Ｒの各々はＨまたは１から約１２の炭素原子を有する１価の有機基であり、下付き文字ｎの各々は１から約１０の整数であり；そしてｙは１から約１０の整数である、スルホニル化ケイ素含有化合物
  18. Ｑ＊がＱ2*であるときＲ＊の各々は－（ＣＨ２）－基であり、Ｒの各々はＨまたは１から約４の炭素原子を有する１価のアルキル基である、請求項１７のスルホニル化ケイ素含有化合物。
  19. Ｑ＊がＱ３であるときＲ１の各々は１から約４の炭素原子を有するアルキル基であり、Ｒ＊の各々は－（ＣＨ２）－基であり、そしてＲの各々はＨまたは１から約４の炭素原子を有する１価のアルキル基である、請求項１７のスルホニル化ケイ素含有化合物。
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