JP4946864B2 - ジスルホニルフロリド化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
(1’)FSO2(CH2)3SO2Fの電解フッ素化反応によって、FSO2CF2CF2CF2SO2Fを得る方法(非特許文献1参照。)。
(2)環状テトラフルオロエチレンポリスルフィドを、塩素および過酸化水素を用いて酸化的に開環してClSO2(CF2)2SO2Clを得て、つぎにフッ化カリウムを用いてフッ素化してFSO2(CF2)2SO2Fを得る方法(非特許文献2参照。)。
(3)I(CF2)pI(ただし、pは3、4、または6を示す。)をスルフィン酸ナトリウムおよび塩素を用いてClSO2(CF2)pSO2Clに変換して、つぎにフッ化カリウムによってフッ素化してFSO2(CF2)pSO2Fを得る方法(非特許文献3参照。)。
(4)エチレンと下式(A)で表される化合物を電解カップリング反応させて、下式(C)で表される化合物(ただし、qは1または2を示す。)を得る方法(非特許文献4参照。)。
FSO2(CF2)2OCFCF(CF3)COOH (A)
FSO2(CF2)2OCFCF(CF3)(CH2CH2)qCF(CF3)O(CF2)2SO2F (C)。
また、電解フッ素化で入手したFSO2CF2CF2CF2SO2Fとアンモニアを反応させて環状ペルフルオロ脂肪族ジスルホンイミドアンモニウム塩を得る方法(特許文献1参照。)が知られている。
(1’)の方法は、FSO2(CH2)3SO2Fを製造するために、出発原料のBr(CH2)3Brから3工程の反応が必要であり、煩雑であった。また、(1’)の方法で用いる電解フッ素化反応は、収率が不充分であった。
(2)の方法は、環状テトラフルオロエチレンポリスルフィドの入手が困難であり、かつ、工程が多く、総合収率が低かった。
(3)の方法は、原料が高価であり、かつ工程が多く、総合収率が低かった。
(4)の方法においては、下式(B)で表される化合物が収率30%で副生する。
FSO2(CF2)2OCF(CF3)CF(CF3)O(CF2)2SO2F (B)
しかし、(4)の方法は、エチレンと式(A)で表される化合物を電解カップリング反応して式(C)で表される化合物を得るのが目的であり、式(B)で表される化合物のみを得る場合は、該化合物を単離精製する必要があった。
また、(4)の方法において開示される化合物は、末端構造が−CF(CF3)COOHの化合物のみである。よって、該末端構造以外の、カルボキシル基が結合する末端構造を有し、かつフルオロスルホニル基を有する化合物において、電解カップリング反応が実施できるか否かは、これまで全く不明であった。
〈1〉下式(1’)で表される化合物を、Yがフッ素原子である場合は光カップリング反応させて、また、Yが水酸基、−OMa、または−O(Mb)1/2である場合は電解カップリング反応させて、下式(2)で表される化合物を得ることを特徴とする下式(2)で表される化合物の製造方法。
FSO2−E−CX2−COY (1’)
FSO2−E−CX2−CX2−E−SO2F (2)
ただし、式中の記号は下記の意味を表す。
E:単結合、エーテル性酸素原子、炭素数1〜20のエーテル性酸素原子を含んでいてもよいアルキレン基、または該アルキレン基の水素原子の1個以上がフッ素原子および/または塩素原子に置換された基。
X:それぞれ独立に、水素原子、塩素原子、またはフッ素原子。
Y:フッ素原子、水酸基、−OMa(Maはアルカリ金属原子である。)、または−O(Mb)1/2(Mbはアルカリ土類金属原子である。)。
〈2〉上記〈1〉に記載の製造方法によって式(2)で表される化合物を得て、該式(2)で表される化合物とアンモニアとを反応させる下式(3)で表される化合物の製造方法。ただし、式中の記号は前記と同じ意味を示す。
〈5〉上記〈3〉に記載の製造方法によって式(4)で表される化合物を得て、該式(4)で表される化合物と式Mで表されるn価の金属を含む金属塩とを反応させる下式(5)で表される化合物の製造方法。
〈6〉〈3〉に記載の製造方法によって式(4)で表される化合物を得て、該式(4)で表される化合物とフッ素とを反応させる下式(6)で表される化合物の製造方法。ただし、式中の記号は前記と同じ意味を表す。
〈9〉上記〈3〉に記載の製造方法によって式(4)で表される化合物を得て、該式(4)で表される化合物と下式(8)で表される化合物とを反応させる下式(9)で表される化合物の製造方法。
[(Z1)+(R1)(R2)(R3)(R4)]k(L)k− (8)
本明細書において、Eが単結合であるとは、本発明における化合物において、スルホニルフルオリド基(−SO2F)とCX2とが、直接結合していることを意味する。
本明細書において、Eがエーテル性酸素原子であるとは、本発明における化合物において、スルホニルフルオリド基とCX2とが−O−を介して結合し、FSO2−O−CX2−になっていることを意味する。エーテル性酸素原子の具体例としては、炭素原子と炭素原子間に存在するC−O−Cのような酸素原子、イオウ原子と炭素原子間に存在するS−O−Cのような酸素原子が挙げられる。
本明細書において、Eが炭素数1〜20のエーテル性酸素原子を含んでいてもよいアルキレン基であるとは、本発明における化合物において、Eが炭素数1〜20のアルキレン基または炭素数1〜20のエーテル性酸素原子を含むアルキレン基であることを意味する。これらの基は、直鎖構造であっても分岐構造であってもよく、直鎖構造が好ましい。分岐構造を有する場合、分岐部分はメチル基が好ましい。これらの基の炭素数は、1〜10が好ましく、特に1〜6が好ましい。
−CF2CF2OCF2CF2−、
−CF2CF2CF2OCF2CF2CF2−、
−CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)−
−CF2CF2OCF(CF3)−
−CF2CF2O−、
−CF2O−、
−CF2−、
−CF2CF2−、
−CF2CF2CF2−、
−CF2CF2CF2CF2−。
本発明におけるXは、それぞれ独立に、塩素原子またはフッ素原子が好ましく、フッ素原子が特に好ましい。−CX2−部分の構造は、−CF2−、−CFCl−、または−CHFが好ましく、−CF2−が特に好ましい。
本発明におけるYは、水酸基、−OMa、または−OMbが好ましく、本発明におけるカップリング反応は電解カップリング反応が好ましい。
Yが−OMa(Maはアルカリ金属原子を示す。)である場合のMaは、反応溶媒に対する化合物(1’)の溶解性が高いことから、NaまたはKが好ましい。Yが−O(Mb)1/2(Mbはアルカリ土類金属原子である。)である場合のMbは、CaまたはMgが好ましい。
FSO2−E−CX2−COF (1’)、
FSO2−E−CX2−COOH (1’)、
FSO2−E−CX2−COOMa (1’)、
(FSO2−E−CX2−COO)2Mb (1’)。
FSO2−E1−CX2−COY (1’)。
FSO2−CX2−COY (1’)、
FSO2−O−CX2−COY (1’)、
FSO2−E10−CX2−COY (1’)、
FSO2−E11−CX2−COY (1’)。
E10の炭素数は、1〜8が好ましい。E11の炭素数は、1〜8が好ましい。
化合物(1’)の例:
FSO2−CF2−COF、
FSO2−CF2−COOH、
FSO2−CF2−COOMa、
(FSO2−CF2−COO)2Mb、
FSO2−CFCl−COF、
FSO2−CFCl−COOH、
FSO2−CFCl−COOMa、
(FSO2−CFCl−COO)2Mb、
FSO2−CHF−COF、
FSO2−CHF−COOH、
FSO2−CHF−COOMa、
(FSO2−CHF−COO)2Mb。
化合物(1’)の例:
FSO2−O−CF2COF、
FSO2−O−CF2COOH、
FSO2−O−CF2COOMa、
(FSO2−O−CF2COO)2Mb。
化合物(1’)の例:
FSO2−CF2CF2−COF、
FSO2−CF2CF2−COOH、
FSO2−CF2CF2−COOMa、
(FSO2−CF2CF2−COO)2Mb。
FSO2−CF2CF2OCF(CF3)−COOH、
FSO2−CF2CF2OCF(CF3)−COOMa、
(FSO2−CF2CF2OCF(CF3)−COO)2Mb、
FSO2−CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)−COOH、
FSO2−CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)−COOMa、
(FSO2−CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)−COO)2Mb。
化合物(1’)の例:
FSO2−OCF2CF2−COF、
FSO2−OCF2CF2−COOH、
FSO2−OCF2CF2−COOMa、
(FSO2−OCF2CF2−COO)2Mb。
電解カップリング反応とは、電解脱炭酸によりラジカル(FSO2−E−CX2・)を生成させ、つぎに該ラジカルの2分子をカップリングさせる反応をいう。電解カップリング反応の手法は、公知の手法を適用できる。
FSO2−E1−CX2−CX2−E1−SO2F (2’)。
FSO2−CX2−CX2−SO2F (2A)、
FSO2−O−CX2−CX2−O−SO2F (2B)、
FSO2−E10−CX2−CX2−E10−SO2F (2C)、
FSO2−E11−CX2−CX2−E11−SO2F (2D)。
化合物(2A)の具体例:
FSO2−CF2−CF2−SO2F、
FSO2−CClF−CClF−SO2F、
FSO2−CHF−CHF−SO2F。
化合物(2B)の具体例:
FSO2−OCF2−CF2O−SO2F。
化合物(2C)の具体例:
FSO2−CF2CF2−CF2CF2−SO2F。
化合物(2D)の具体例:
FSO2−OCF2CF2−CF2CF2O−SO2F。
<スキーム1>
N(R5)(R6)(R7) (1’)、
P(R5)(R6)(R7) (1’)。
[N+(R1)(R2)(R3)(R4)]k(L)k− (8A)
[P+(R1)(R2)(R3)(R4)]k(L)k− (8B)
[N+(R1)(R2)(R3)(R4)](L)− (8A−1)
[N+(R1)(R2)(R3)(R4)]2(L)2− (8A−2)。
<スキーム2>
底部に液抜出しバルブを備え、本体に冷媒流通用ジャケットを備えたガラス製セパラブルフラスコ(内容積1.5L)に、メカニカルスターラー、ジムロートコンデンサー、原料フィード用のプランジャーポンプ、およびガラス製鞘管を設置した。ガラス製鞘管には熱電対を挿入した。電極には20cm×10cmの80メッシュの白金網を使用し、各々をポリエチレンメッシュの袋に入れて短絡防止したものを筒状に重ね合せ、撹拌翼を取り囲むように設置した。ジムロートとジャケットには0℃の冷媒を循環させた。
FSO2CF2COOH(534.0g)、アセトニトリル(1’)、およびイオン交換水(1’)を仕込み、電流値を13.0Aとし、通電時間を6.7時間とする以外は例1と同様にして反応を行い、318.7gの生成物を回収した。なお、通電中の電極間電圧は5〜7Vであった。
生成物をイオン交換水(1’)で3回洗浄すると、305.5gの液が回収された。該液は、GCにより分析した結果、化合物(2A)を99.3%含んでいた。GC収率は76%であり、電流効率は71%であった。
底部に液抜き出しバルブを備え、本体に冷媒流通用ジャケットを備えたガラス製セパラブルフラスコ(内容積50mL)に、メカニカルスターラーおよびガス出口管を設置した。電極としては2cm×2cmの80メッシュの白金網を使用し、各々をポリエチレンメッシュの袋に入れて短絡防止したものを設置した。本体ジャケットには0℃の冷媒を循環させた。
フラスコに、FSO2CFClCOOH(5.84g)、水酸化ナトリウム(0.15g)、アセトニトリル(4.5mL)、およびイオン交換水(30mL)を仕込み、激しく撹拌しながら、電流値を0.5Aとして通電を開始した。反応の進行とともに生成物が反応器底部に沈降した。通電時間は1時間36分であり(電荷量として30ミリファラデーに相当)、通電中の極間電圧は4.5〜5Vであった。生成物(3.10g)を回収し、19FNMRにより分析したところ、化合物(2B)の収率は17%であった。
内部を減圧に保った1Lのオートクレーブを−70℃以下に冷却し、無水THF(1’)を仕込み、続いてアンモニア(1’)を導入した。内温が−70℃以下になったら、例1で得たFO2SCF2CF2SO2F(1’)を無水THF(1’)に溶解した溶液を2時間かけてオートクレーブ内に徐々に滴下した。全量滴下後、内温のコントロールをせずに12時間撹拌した。
撹拌終了後、過剰のアンモニアを徐々にパージし、圧力計の示す値が0MPaになったら撹拌を継続しながら窒素を1時間流通させて系内の残留アンモニアを除去した。
その後、オートクレーブを開放して白色スラリー状の内容物を回収した。オートクレーブ壁面に付着した白色結晶は無水THF(250mL)を用いて回収した。これらを混合した後に加圧濾過を行い、濾液を濃縮して結晶を得た。得られた結晶を40℃で減圧乾燥して、化合物(3A)(1’)を得た。収率は98%であった。
例4で得た化合物(3A)(78g)と濃硫酸(434g)を500mLの3つ口フラスコに仕込み、400〜533Paに減圧し昇温を開始した。内温が82℃となった時点で、化合物(4A)の留出が始まった。内温が97℃に達するまで留出を続けた結果、化合物(4A)(67.5g)を回収した。収率は93%であった。化合物(4A)は25℃で結晶であった。
例4と同様の方法で得た化合物(3A)(52.0g)をTHF(1’)に溶解した。そこに化合物(3A)に対して1.1倍モル量の水酸化リチウム一水和物を添加し加熱還流を行った。4時間後、反応液を濾過し結晶を回収した。該結晶に、該結晶の1.5倍質量の水を加えて溶解し、該結晶の0.2倍質量の活性炭を加えて3時間加熱還流を行った。還流終了後、濾過を行い、濾液を減圧濃縮して得た結晶をTHFに溶解した。さらに不溶物を濾過し、濾液を再び減圧濃縮して結晶を得た。得られた結晶をn−ヘキサン(200mL)を用いて洗浄し、減圧乾燥を2回繰り返すことによって、化合物(5A)(47.8g)を得た。収率は96%であった。
例5で得た化合物(4A)(30.0g)をオルト酢酸トリメチル(305g)に氷冷下で溶解し、8時間加熱還流を行った。その後、過剰のオルト酢酸トリメチルを大気圧で留去した後、減圧蒸留を行った。2Pa、内温50℃にて化合物(7A)の留出が始まった。内温が63℃に達するまで留出を続け、無色透明な液体を回収した。得られた液体を−30℃で12時間保管したところ結晶が析出したので、減圧濾過を行った。濾紙上に残った結晶をドライアイスで冷却したHFC225(旭硝子社製、商品名:アサヒクリン225)で洗浄した後に結晶を回収した。この結晶を減圧乾燥して、化合物(7A)(1’)を得た。収率は49%であった。
ガス導入口およびガス排出口を設けた30mLのPFA製反応容器に、化合物(4A)(0.46g)をR419(20mL)に溶解した溶液を仕込んだ。反応容器を60℃に加熱し、20%フッ素ガスを6.5mmol/hの速度で1.5時間吹き込んだ。反応液(0.12g)を採取し、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンを内部標準物質として19FNMR分析を行った。この結果、化合物(6A)が40%(NMRの面積%)生成していることを確認した。
19FNMR(283MHz,CDCl3):−13.6(br,N−F),−115.0(s,CF2CF2)。
ガス導入口およびガス排出口を設けた200mLのニッケル製反応容器に、化合物(4A)(3.0g)をR419(1’)に溶解した溶液を仕込んだ。反応容器を60℃に加熱し、この中に20%フッ素ガスを13mmol/hの速度で4.9時間吹き込んだ。反応液を減圧蒸留して、化合物(6A)(1’)を得た。
500mlのフラスコに化合物(7A)(35.72g、139mmol)と、N-エチルイミダゾール(1’)、溶媒としてCF2ClCF2CFCl2(200ml)を加え、6時間還流させた。冷却後、溶媒と過剰のイミダゾールを留去し、140℃に加熱しながら減圧乾燥させたところ、目的化合物(1’)が48.9g得られた。単離収率99%であった。
50mlのフラスコに化合物(7A)(1’)と、トリエチルアミン(30ml)を加え、6時間還流させた。冷却後、過剰のトリエチルアミンを留去し、140℃に加熱しながら減圧乾燥させたところ、目的化合物(1’)が2.50g得られた。単離収率95%であった。
300mlのフラスコに化合物(4A)(20.0g、82.3mmol)と、塩化トリエチルメチルアンモニウム(1’)、CF2ClCF2CFCl2(1’)、アセトニトリル(40ml)とを加え、4時間還流させた。冷却後、溶媒を留去し、140℃に加熱しながら減圧乾燥した。得られた白色結晶をn−ブタノールより再結晶を実施した後真空乾燥して、24.3gの化合物(9A−10)を得た。単離収率は85%であった。
なお、2005年4月1日に出願された日本特許出願2005−106573号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (10)
- 下式(1’)で表される化合物を、Yがフッ素原子である場合は光カップリング反応させて、また、Yが水酸基、−OMa、または−O(Mb)1/2である場合は電解カップリング反応させて、下式(2)で表される化合物を得ることを特徴とする下式(2)で表される化合物の製造方法。
FSO2−E−CX2−COY (1’)
FSO2−E−CX2−CX2−E−SO2F (2)
ただし、式中の記号は下記の意味を表す。
E:単結合、エーテル性酸素原子、炭素数1〜20のエーテル性酸素原子を含んでいてもよいアルキレン基、または該アルキレン基の水素原子の1個以上がフッ素原子および/または塩素原子に置換された基。
X:それぞれ独立に、水素原子、塩素原子、またはフッ素原子。
Y:フッ素原子、水酸基、−OMa(Maはアルカリ金属原子である。)、または−O(Mb)1/2(Mbはアルカリ土類金属原子である。)。 - 請求項3に記載の製造方法によって式(4)で表される化合物を得て、該式(4)で表される化合物と下式(8)で表される化合物とを反応させる下式(9)で表される化合物の製造方法。
[(Z1)+(R1)(R2)(R3)(R4)]k(L)k− (8)
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