JP5208782B2 - Fluorosulfonylimides and process for producing the same - Google Patents

Fluorosulfonylimides and process for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、フルオロスルホニルイミド類、詳しくは、N−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミド、ジ(フルオロスルホニル)イミド及びその塩等の誘導体、並びに、その製造方法に関する。   The present invention relates to fluorosulfonylimides, and more particularly to derivatives such as N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide, di (fluorosulfonyl) imide and salts thereof, and a method for producing the same.

N−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドや、ジ(フルオロスルホニル)イミド等のフルオロスルホニルイミドやその塩などのフルオロスルホニルイミド類は、N(SO2F)基又はN(SO2F)2基を有する化合物の中間体として有用であり、また、電解質や、燃料電池の電解液への添加物や、選択的求電子フッ素化剤、光酸発生剤、熱酸発生剤、近赤外線吸収色素等として使用されるなど、様々な用途において有用な化合物である。 Fluorosulfonylimides such as N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide, di (fluorosulfonyl) imide and the like, and their salts are N (SO 2 F) groups or N (SO 2 F) Useful as an intermediate for a compound having two groups, an additive for an electrolyte, a fuel cell electrolyte, a selective electrophilic fluorinating agent, a photoacid generator, a thermal acid generator, It is a useful compound in various applications, such as being used as a near infrared absorbing dye.

例えば上記ジ(フルオロスルホニル)イミドは、従来、フッ素化剤を使用して、ジ(クロロスルホニル)イミドをハロゲン交換反応することにより調製されてきた。例えば、非特許文献1では、三フッ化ヒ素(AsF3)、非特許文献2では、三フッ化アンチモン(SbF3)がフッ素化剤として用いられており、また、特許文献1では、KFやCsFなどの1価カチオンのイオン性フルオリドをフッ素化剤として用いて、ジ(クロロスルホニル)イミドをフッ素化する方法が記載されている。また、特許文献2には、尿素の存在下で、フルオロスルホン酸(HFSO3)を蒸留することによってジ(フルオロスルホニル)イミドを調製する方法が開示されている。 For example, the above di (fluorosulfonyl) imide has been conventionally prepared by subjecting di (chlorosulfonyl) imide to a halogen exchange reaction using a fluorinating agent. For example, in Non-Patent Document 1, arsenic trifluoride (AsF 3 ) is used as the fluorinating agent in Non-Patent Document 2, and antimony trifluoride (SbF 3 ) is used as the fluorinating agent. A method for fluorinating di (chlorosulfonyl) imide using an ionic fluoride of a monovalent cation such as CsF as a fluorinating agent is described. Patent Document 2 discloses a method for preparing di (fluorosulfonyl) imide by distilling fluorosulfonic acid (HFSO 3 ) in the presence of urea.

特表2004−522681号公報JP-T-2004-522681 特表平8−511274号公報JP-T 8-511274

John K. RuffおよびMax Lustig、Inorg.Synth. 11,138-140 (1968年)John K. Ruff and Max Lustig, Inorg. Synth. 11,138-140 (1968) Jean’ne M. Shreeveら、Inorg. Chem. 1998, 37 (24), 6295-6303Jean’ne M. Shreeve et al., Inorg. Chem. 1998, 37 (24), 6295-6303

しかしながら、フッ素化剤としてAsF3を使用する場合、生成物からの分離が困難な副生成物の発生が避け難く、また、AsF3は比較的高価であるといった問題がある。なお、AsF3に換えてSbF3を用いることで副生成物の問題は解消されるが、これらAs,Sbはいずれも高い毒性を有する元素であるので、できるだけ使用を控えることが望まれている。また、特許文献2に記載の方法では、反応時にフッ化水素が生じる。フッ化水素は、毒性および腐食性が強い物質であるため、これが生成物中に含まれていると、反応装置はもとより、ジ(フルオロスルホニル)イミドを塩として各種用途に用いる際に、周辺部材を腐食させてしまう虞がある。したがって、このような物質が副生しないようなジ(フルオロスルホニル)イミド類の製造方法が求められている。 However, when AsF 3 is used as the fluorinating agent, it is difficult to avoid the generation of by-products that are difficult to separate from the product, and AsF 3 is relatively expensive. In addition, although the problem of a by-product is eliminated by using SbF 3 instead of AsF 3 , since these As and Sb are both highly toxic elements, it is desired to refrain from using them as much as possible. . In the method described in Patent Document 2, hydrogen fluoride is generated during the reaction. Since hydrogen fluoride is a highly toxic and corrosive substance, if it is contained in the product, it can be used as a peripheral component when using di (fluorosulfonyl) imide as a salt in various applications. May corrode. Accordingly, there is a need for a method for producing di (fluorosulfonyl) imides in which such substances are not by-produced.

さらに、特許文献1に記載の製造方法では、反応に長時間を要するといった問題があった。   Furthermore, the production method described in Patent Document 1 has a problem that a long time is required for the reaction.

本発明は、これらの事情に着目してなされたもので、その目的は、副生成物の生成が抑制され、より安全に、速やかに、且つ、効率良く、N−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドおよびジ(フルオロスルホニル)イミドやこれらの塩等のフルオロスルホニルイミド類が得られる製造方法、および、フルオロスルホニルイミド類を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to these circumstances, and its purpose is to suppress the formation of by-products, and to make N- (fluorosulfonyl) -N— more safely, quickly and efficiently. It is in providing the manufacturing method from which fluorosulfonyl imides, such as (fluoroalkyl sulfonyl) imide and di (fluoro sulfonyl) imide, these salts, etc. are obtained, and fluoro sulfonyl imides.

上記課題を解決した本発明の製造方法とは、下記スキームで示されるフルオロスルホニルイミド塩の製造方法であって、下記スキーム中一般式(I)で表される化合物とオニウム塩とを反応させて一般式(II)で表されるクロロスルホニルイミドのオニウム塩を得る工程と、上記クロロスルホニルイミドのオニウム塩と、第11族〜第15族、第4周期〜第6周期の元素(但し、砒素およびアンチモンは除く)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むフッ化物とを反応させて一般式(III)で表される化合物を得る工程とを、この順で含むところに特徴を有している。   The production method of the present invention that has solved the above problems is a production method of a fluorosulfonylimide salt represented by the following scheme, in which a compound represented by the general formula (I) in the following scheme is reacted with an onium salt. A step of obtaining an onium salt of chlorosulfonylimide represented by the general formula (II), an onium salt of the chlorosulfonylimide, an element of Group 11 to Group 15 and Group 4 to Period 6 (provided that arsenic) And a step of obtaining a compound represented by the general formula (III) by reacting with a fluoride containing at least one element selected from the group consisting of (excluding antimony and antimony). doing.

上記スキーム中の式(I)または式(II)において、R3は、フッ素、塩素又は炭素数1〜6のフッ化アルキル基、式(III)のR4は、フッ素またはフッ化アルキル基、式(II)、式(III)のR5は、オニウムカチオンであり、nはオニウムカチオンR5の価数に相当し、1〜3の整数を示す。 In formula (I) or formula (II) in the above scheme, R 3 is fluorine, chlorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 4 in formula (III) is fluorine or a fluorinated alkyl group, R 5 in the formulas (II) and (III) is an onium cation, and n corresponds to the valence of the onium cation R 5 and represents an integer of 1 to 3.

上記フッ化物はCu,Zn,Biよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むものであるのが好ましく、上記一般式(I)で表される化合物は、出発原料として塩化シアン(CNCl)又はアミド硫酸(HSO3NH2)を用いて得られたものであるのが望ましい。 The fluoride preferably contains at least one element selected from the group consisting of Cu, Zn and Bi, and the compound represented by the general formula (I) is a starting material such as cyan chloride (CNCl) or amide. It is desirable that it is obtained using sulfuric acid (HSO 3 NH 2 ).

上述の方法により得られた一般式(III)で表される化合物を、さらに、アルカリ金属塩と反応させ、下記一般式(VII)で表される化合物を得る工程を含むのが好ましい。   It is preferable to further include a step of further reacting the compound represented by the general formula (III) obtained by the above-described method with an alkali metal salt to obtain a compound represented by the following general formula (VII).

式(VII)中、R2はアルカリ金属、R4は、フッ素又は炭素数1〜6のフッ化アルキル基を示し、lは1である。 In the formula (VII), R 2 represents an alkali metal, R 4 represents fluorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 1 is 1.

上述の製造方法により得られ、上記スキーム中の式(III)で表されるフルオロスルホニルイミド塩、および、一般式(III)とアルカリ金属塩との反応生成物であるフルオロスルホニルイミド塩(VII)も本発明に含まれる。   Fluorosulfonylimide salt obtained by the above-described production method and represented by the formula (III) in the above scheme, and fluorosulfonylimide salt (VII) which is a reaction product of the general formula (III) and an alkali metal salt Are also included in the present invention.

なお、本明細書において「フルオロスルホニルイミド」という表現は、特に言及しない限り、フルオロスルホニル基を2つ有するジ(フルオロスルホニル)イミドと、フルオロスルホニル基と、フルオロアルキルスルホニル基を有するN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドを意味するものとする。また、「クロロスルホニルイミド」についても同様である。上記「フルオロアルキル」とは、炭素数1〜6のアルキル基において、1以上の水素原子がフッ素原子で置換されたフッ化アルキル基を意味し、例えば、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が含まれる。   In this specification, the expression “fluorosulfonylimide” means N ((fluorosulfonyl) imide having two fluorosulfonyl groups, N- (fluorosulfonyl) imide, fluorosulfonyl group, and fluoroalkylsulfonyl group, unless otherwise specified. Sulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide. The same applies to “chlorosulfonylimide”. The “fluoroalkyl” means a fluorinated alkyl group in which one or more hydrogen atoms are substituted with a fluorine atom in an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and examples thereof include a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, and trifluoro A methyl group, a fluoroethyl group, a difluoroethyl group, a trifluoroethyl group, a pentafluoroethyl group and the like are included.

本発明によれば、クロロスルホニルイミドをオニウム塩とした後にフッ素化反応を行うため、発熱が抑えられ、より安全にフッ素化反応を進行させることができる。また、反応溶媒を適切に選択することで、フッ素化反応で生成する金属塩を容易に除去でき、溶媒の除去も効率よく行えるため、精製工程の作業性が向上する。さらに、本発明によれば、アンチモン(Sb)や砒素(As)など、毒性が高く、高価なフッ素化剤を使用しなくても、副生成物の生成が抑制され、従来法に比べて効率よく、N−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミド、並びに、ジ(フルオロスルホニル)イミド、及び、その塩が得られる。   According to the present invention, since the fluorination reaction is performed after chlorosulfonylimide is converted to an onium salt, heat generation is suppressed, and the fluorination reaction can proceed more safely. In addition, by appropriately selecting the reaction solvent, the metal salt produced by the fluorination reaction can be easily removed and the solvent can be efficiently removed, so that the workability of the purification process is improved. Furthermore, according to the present invention, the production of by-products can be suppressed without using expensive fluorinating agents such as antimony (Sb) and arsenic (As), which is more efficient than conventional methods. Often, N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide and di (fluorosulfonyl) imide and salts thereof are obtained.

本発明の製造方法とは、下記スキームで示されるジ(フルオロスルホニル)イミド塩及びN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミド塩等のフルオロスルホニルイミド塩の製造方法であって、下記スキーム中一般式(I)で表される化合物とオニウム塩とを反応させて一般式(II)で表されるクロロスルホニルイミドのオニウム塩を得る工程と、上記クロロスルホニルイミドのオニウム塩と、第11族〜第15族、第4周期〜第6周期の元素(但し、砒素およびアンチモンは除く)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むフッ化物とを反応させて一般式(III)で表される化合物を得る工程、をこの順で含むところに特徴を有する。   The production method of the present invention is a production method of a fluorosulfonylimide salt such as di (fluorosulfonyl) imide salt and N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide salt represented by the following scheme, A step of reacting a compound represented by the general formula (I) and an onium salt in the following scheme to obtain an onium salt of the chlorosulfonylimide represented by the general formula (II), an onium salt of the chlorosulfonylimide, By reacting with a fluoride containing at least one element selected from the group consisting of elements of Groups 11 to 15 and Groups 4 to 6 (excluding arsenic and antimony), the compound represented by the general formula (III And the step of obtaining a compound represented by

なお、上記スキーム1中、R3は、フッ素(F)、塩素(Cl)又は炭素数1〜6のフッ化アルキル基、R4は、フッ素又はフッ化アルキル基、R5は、オニウムカチオン、nはオニウムカチオンR5の価数に相当し、1〜3の整数を示す。 In the scheme 1, R 3 is fluorine (F), chlorine (Cl), or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 4 is fluorine or a fluorinated alkyl group, R 5 is an onium cation, n corresponds to the valence of the onium cation R 5 and represents an integer of 1 to 3.

以下、本発明の製造方法について、詳細に説明する。まず、本発明の製造方法では、上記スキーム1中、一般式(I)で表される化合物と、オニウム塩とを反応させて、一般式(II)で表される化合物(クロロスルホニルイミドのオニウム塩)を得る。   Hereinafter, the production method of the present invention will be described in detail. First, in the manufacturing method of this invention, the compound represented by general formula (I) and the onium salt are made to react in the said scheme 1, and the compound represented by general formula (II) (onium of chlorosulfonyl imide) Salt).

上記一般式(I)で表される化合物としては、R3が、フッ素、塩素、又は、炭素数1〜6のフッ化アルキル基である化合物が挙げられる。上記フッ化アルキル基の炭素数は1〜4であるのが好ましく、より好ましくは1〜2である。具体的なフッ化アルキル基としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、ペルフルオロ−n−プロピル基、フルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、フルオロブチル基、3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル基、ペルフルオロ−n−ブチル基、ペルフルオロイソブチル基、ペルフルオロ−t−ブチル基、ペルフルオロ−sec−ブチル基、フルオロペンチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロイソペンチル基、ペルフルオロ−t−ペンチル基、フルオロヘキシル基、ペルフルオロ−n−ヘキシル基、ペルフルオロイソヘキシル基等が挙げられる。これらの中でも、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペルフルオロ−n−プロピル基が好ましく、より好ましいのはトリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基である。 Examples of the compound represented by the general formula (I) include compounds in which R 3 is fluorine, chlorine, or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The fluorinated alkyl group preferably has 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 2. Specific fluorinated alkyl groups include fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, fluoroethyl group, difluoroethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group, pentafluoroethyl group, 3,3 , 3-trifluoropropyl group, perfluoro-n-propyl group, fluoropropyl group, perfluoroisopropyl group, fluorobutyl group, 3,3,4,4,4-pentafluorobutyl group, perfluoro-n-butyl group, perfluoro Isobutyl group, perfluoro-t-butyl group, perfluoro-sec-butyl group, fluoropentyl group, perfluoropentyl group, perfluoroisopentyl group, perfluoro-t-pentyl group, fluorohexyl group, perfluoro-n-hexyl group, perfluoroiso Hexyl group It is. Among these, a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, and a perfluoro-n-propyl group are preferable, and a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group are more preferable.

上記一般式(I)で表される化合物は、市販のものを用いてもよいが、塩化シアン(CNCl)を出発原料として合成することもできる(スキーム2)。   A commercially available compound may be used as the compound represented by the general formula (I), but it can also be synthesized using cyanogen chloride (CNCl) as a starting material (Scheme 2).


式(I)中のR3は上述の通りである。

R 3 in formula (I) is as described above.

例えば、式(I)において、R3が塩素であるジ(クロロスルホニル)イミドを合成する場合には、塩化シアンに、無水硫酸(SO3)とクロロスルホン酸とを反応させればよい。この際、まず、塩化シアンと無水硫酸とを反応させる(スキーム2、化合物(IV)→化合物(V))。これら出発原料の配合割合は、1:0.5〜1:10(塩化シアン:無水硫酸、モル比)とするのが好ましい。より好ましくは1:1〜1:5である。 For example, in the case of synthesizing di (chlorosulfonyl) imide in which R 3 is chlorine in formula (I), anhydrous sulfuric acid (SO 3 ) and chlorosulfonic acid may be reacted with cyanogen chloride. At this time, first, cyanogen chloride and sulfuric anhydride are reacted (scheme 2, compound (IV) → compound (V)). The mixing ratio of these starting materials is preferably 1: 0.5 to 1:10 (cyanogen chloride: sulfuric anhydride, molar ratio). More preferably, it is 1: 1 to 1: 5.

塩化シアンと無水硫酸とを反応させる際の条件は特に限定されず、反応の進行状態に応じて適宜調整することができる。例えば、反応温度は0℃〜100℃とするのが好ましく(より好ましくは10℃〜50℃)、反応時間は0.1時間〜48時間(より好ましくは1時間〜24時間)とすればよい。反応は無溶媒で行うことが好ましいが、必要に応じて溶媒を使用してもよい。溶媒としては後述する非プロトン性溶媒が使用するのが好ましい。   Conditions for reacting cyanogen chloride with sulfuric anhydride are not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the progress of the reaction. For example, the reaction temperature is preferably 0 ° C. to 100 ° C. (more preferably 10 ° C. to 50 ° C.), and the reaction time may be 0.1 hour to 48 hours (more preferably 1 hour to 24 hours). . The reaction is preferably carried out without solvent, but a solvent may be used if necessary. As the solvent, an aprotic solvent described later is preferably used.

次いで、得られたクロロスルホニルイソシアネート(ClSO2NCO、上記式(V))を、クロロスルホン酸と反応させることでジ(クロロスルホニル)イミド(上記式(I)、R3はCl)が得られる。クロロスルホニルイソシアネート(化合物(V))とクロロスルホン酸との配合割合は、1:0.5〜1:2(クロロスルホニルイソシアネート:クロロスルホン酸、モル比)とするのが好ましく、より好ましくは1:0.8〜1:1.2である。 Subsequently, the obtained chlorosulfonyl isocyanate (ClSO 2 NCO, the above formula (V)) is reacted with chlorosulfonic acid to obtain di (chlorosulfonyl) imide (the above formula (I), R 3 is Cl). . The mixing ratio of chlorosulfonyl isocyanate (compound (V)) and chlorosulfonic acid is preferably 1: 0.5 to 1: 2 (chlorosulfonyl isocyanate: chlorosulfonic acid, molar ratio), more preferably 1 : 0.8 to 1: 1.2.

尚、クロロスルホニルイソシアネートとクロロスルホン酸との反応は、不活性ガス雰囲気下、50℃〜200℃(より好ましくは70℃〜180℃)で、0.1時間〜48時間(より好ましくは1時間〜24時間)行えばよい。クロロスルホン酸は液状であり、合成反応中は溶媒としても機能するが、必要に応じて、他の溶媒を用いてもよい。   The reaction of chlorosulfonyl isocyanate and chlorosulfonic acid is carried out at 50 ° C. to 200 ° C. (more preferably 70 ° C. to 180 ° C.) under an inert gas atmosphere for 0.1 hour to 48 hours (more preferably 1 hour). Up to 24 hours). Chlorosulfonic acid is liquid and functions as a solvent during the synthesis reaction, but other solvents may be used as necessary.

また、上記一般式(I)においてR3が炭素数1〜6のフッ化アルキル基であるN−(クロロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドは、クロロスルホニルイソシアネートとフッ化アルキルスルホン酸との反応、あるいは、フッ化アルキルスルホニルイソシアネートとクロロスルホン酸との反応により得られる。好ましい化合物としては、トリフルオロメタンスルホン酸が挙げられる。 N- (chlorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide in which R 3 is a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms in the above general formula (I) is chlorosulfonyl isocyanate and fluorinated alkylsulfonic acid. Or a reaction of fluorinated alkylsulfonyl isocyanate and chlorosulfonic acid. A preferred compound is trifluoromethanesulfonic acid.

クロロスルホニルイソシアネート(化合物(V))とフッ化アルキル化合物との配合比は、1:0.5〜1:2(クロロスルホニルイソシアネート:フルオロアルキル化合物、モル比)とするのが好ましく、より好ましくは1:0.8〜1:1.2である。反応条件は、ジ(クロロスルホニル)イミドを合成する際と同様の条件が採用できる。   The compounding ratio of chlorosulfonyl isocyanate (compound (V)) and fluorinated alkyl compound is preferably 1: 0.5 to 1: 2 (chlorosulfonyl isocyanate: fluoroalkyl compound, molar ratio), more preferably 1: 0.8 to 1: 1.2. The reaction conditions can be the same as when di (chlorosulfonyl) imide is synthesized.

なお、上記式(I)においてR3がフッ素であるN−(クロロスルホニル)−N−(フルオロスルホニル)イミドは、クロロスルホニルイソシアネートとフルオロスルホン酸との反応、あるいは、フルオロスルホニルイソシアネートとクロロスルホン酸との反応により得られる。出発原料の配合量および反応条件は、ジ(クロロスルホニル)イミドの場合と同様の条件が採用できる。 N- (chlorosulfonyl) -N- (fluorosulfonyl) imide in which R 3 is fluorine in the above formula (I) is a reaction between chlorosulfonyl isocyanate and fluorosulfonic acid, or fluorosulfonyl isocyanate and chlorosulfonic acid. Is obtained by reaction with The same amount of starting material as in the case of di (chlorosulfonyl) imide can be adopted as the compounding amount and reaction conditions.

さらに、上記ジ(クロロスルホニル)イミドは、アミド硫酸と塩化チオニルとを反応させた後、さらにクロロスルホン酸を反応させることでも合成することができる(例えば、Z. Anorg. Allg. Chem 2005, 631, 55-59参照)。   Furthermore, the above di (chlorosulfonyl) imide can also be synthesized by reacting amide sulfuric acid and thionyl chloride and then further reacting with chlorosulfonic acid (for example, Z. Anorg. Allg. Chem 2005, 631). , 55-59).

アミド硫酸と塩化チオニルの配合割合は、1:1〜1:20(アミド硫酸:塩化チオニル、モル比)とするのが好ましく、より好ましくは1:2〜1:10である。また、クロロスルホン酸の配合割合は、アミド硫酸に対して1:0.5(アミド硫酸:クロロスルホン酸、モル比)とするのが好ましく、より好ましくは1:1〜1:5である。   The mixing ratio of amidosulfuric acid and thionyl chloride is preferably 1: 1 to 1:20 (amidosulfuric acid: thionyl chloride, molar ratio), more preferably 1: 2 to 1:10. The mixing ratio of chlorosulfonic acid is preferably 1: 0.5 (amidosulfuric acid: chlorosulfonic acid, molar ratio) with respect to amidosulfuric acid, more preferably 1: 1 to 1: 5.

アミド硫酸に、塩化チオニル、クロロスルホン酸を反応させる際の条件は特に限定されず、反応の進行状況に応じて適宜調整すればよい。例えば、反応温度は0℃〜200℃とするのが好ましく、より好ましくは50℃〜150℃であり、又、この温度範囲内で段階的に温度を上昇させながら反応を行っても良い。反応時間は0.1時間〜100時間とするのが好ましく、より好ましくは1〜50時間である。反応は無溶媒で行うことが好ましいが、必要に応じて溶媒を用いてもよい。   The conditions for reacting thionyl chloride and chlorosulfonic acid with amidosulfuric acid are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the progress of the reaction. For example, the reaction temperature is preferably 0 ° C. to 200 ° C., more preferably 50 ° C. to 150 ° C., and the reaction may be performed while raising the temperature stepwise within this temperature range. The reaction time is preferably 0.1 hour to 100 hours, more preferably 1 to 50 hours. The reaction is preferably carried out without a solvent, but a solvent may be used if necessary.

次いで、得られた化合物(I)を、オニウム塩と反応させて、一般式(II)で表される化合物(クロロスルホニルイミドのオニウム塩)を得る。Clのフッ素化に先立って、クロロスルホニルイミド類をオニウム塩としておくことで、プロトンを有する場合、すなわちイミド体のままの場合に比べて、フッ素化反応時の発熱を抑制できる。   Next, the obtained compound (I) is reacted with an onium salt to obtain a compound represented by the general formula (II) (an onium salt of chlorosulfonylimide). Prior to the fluorination of Cl, the chlorosulfonylimides are made into an onium salt, so that heat generation during the fluorination reaction can be suppressed as compared with the case of having a proton, that is, in the imide form.

上記オニウム塩としては、下記一般式(VI)で表されるオニウムカチオンとアニオンとからなる塩を用いるのが好ましい。アニオンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンイオン、水酸化物イオン、炭酸イオン及び炭酸水素イオン等が好ましいアニオンとして挙げられる。   As the onium salt, a salt composed of an onium cation and an anion represented by the following general formula (VI) is preferably used. Preferred anions include halogen ions such as fluorine, chlorine, bromine and iodine, hydroxide ions, carbonate ions and bicarbonate ions.

(式中、Lは、C、Si、N、P、S又はOを表す。Rは、同一若しくは異なって、水素又は有機基であり、これらは2以上が互いに結合していてもよい。sは、2、3又は4であり、元素Lの価数によって決まる値である。尚、L−R間の結合は、単結合であっても良く、また二重結合であってもよい。)
上記一般式(VI)で表されるオニウムカチオンとしては、具体的には、下記一般式で表される構造を有するものが挙げられる。尚、式中Rは、一般式(VI)と同様である。
(In the formula, L represents C, Si, N, P, S or O. R is the same or different and each represents hydrogen or an organic group, and two or more thereof may be bonded to each other.) Is 2, 3 or 4, and is a value determined by the valence of the element L. The bond between L and R may be a single bond or a double bond.)
Specific examples of the onium cation represented by the general formula (VI) include those having a structure represented by the following general formula. In the formula, R is the same as in the general formula (VI).

これらのオニウムカチオンは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上記構造を有するオニウムカチオンの中でも、好ましいものとしては、下記(1)〜(4)のオニウムカチオンが挙げられる。   These onium cations may be used alone or in combination of two or more. Among the onium cations having the above structure, the following onium cations (1) to (4) are preferable.

(1)下記一般式で表される9種類の複素環オニウムカチオンの内の1種。   (1) One of nine heterocyclic onium cations represented by the following general formula.

(2)下記一般式で表される5種類の不飽和オニウムカチオンの内の1種。 (2) One of five types of unsaturated onium cations represented by the following general formula.

(3)下記一般式で表される10種類の飽和環オニウムカチオンの内の1種。 (3) One of 10 types of saturated ring onium cations represented by the following general formula.

上記一般式中、R6〜R17は、同一若しくは異なって、水素又は有機基であり、これらは2以上が互いに結合していてもよい。 In the above general formula, R 6 to R 17 are the same or different and are hydrogen or an organic group, and two or more of these may be bonded to each other.

(4)Rが、水素、または、炭素数1〜8のアルキル基である鎖状オニウムカチオン。中でも、一般式(VII)において、LがNであるものが好ましい。例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラヘプチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、メトキシエチルジエチルメチルアンモニウム、トリメチルフェニルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、ジメチルジステアリルアンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、2−メトキシエトキシメチルトリメチルアンモニウム、テトラキス(ペンタフルオロエチル)アンモニウム等の第4級アンモニウム類、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ジメチルエチルアンモニウム、ジブチルメチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム等の第3級アンモニウム類、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム等の第2級アンモニウム類、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、オクチルアンモニウム等の第1級アンモニウム類、N−メトキシトリメチルアンモニウム、N−エトキシトリメチルアンモニウム、N−プロポキシトリメチルアンモニウム及びNH4等のアンモニウム化合物等が挙げられる。これらの中でも、アンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウムおよびジエチルメチル(2−メトキシエチル)アンモニウムが好ましい鎖状オニウムカチオンとして挙げられる。 (4) A chain onium cation in which R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Among these, those in which L is N in the general formula (VII) are preferable. For example, tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, tetraheptylammonium, tetrahexylammonium, tetraoctylammonium, triethylmethylammonium, methoxyethyldiethylmethylammonium, trimethylphenylammonium, benzyltrimethylammonium, benzyltributylammonium , Benzyltriethylammonium, dimethyldistearylammonium, diallyldimethylammonium, quaternary ammoniums such as 2-methoxyethoxymethyltrimethylammonium, tetrakis (pentafluoroethyl) ammonium, trimethylammonium, triethylammonium, diethylmethylammonium, dimethyl Tertiary ammoniums such as ethylammonium, dibutylmethylammonium and tributylammonium, secondary ammoniums such as dimethylammonium, diethylammonium and dibutylammonium, methylammonium, ethylammonium, butylammonium, hexylammonium and octylammonium Examples include primary ammoniums, N-methoxytrimethylammonium, N-ethoxytrimethylammonium, N-propoxytrimethylammonium, and ammonium compounds such as NH 4 . Among these, ammonium, trimethylammonium, triethylammonium, tributylammonium, triethylmethylammonium, tetraethylammonium and diethylmethyl (2-methoxyethyl) ammonium are mentioned as preferable chain onium cations.

上記(1)〜(4)のオニウムカチオンの中でも好ましいものは、下記一般式;   Among the onium cations of the above (1) to (4), preferred are the following general formulas:

(式中、R6〜R17は、上記と同様である。)で表される5種類のオニウムカチオン及び上記(4)の鎖状オニウムカチオンである。上記R6〜R17の有機基としては、直鎖、分岐鎖又は環状の炭素数1〜18の飽和又は不飽和炭化水素基、炭化フッ素基等が好ましく、より好ましくは炭素数1〜8の飽和又は不飽和炭化水素基、炭化フッ素基である。これらの有機基は、水素原子、フッ素原子、アミノ基、イミノ基、アミド基、エーテル基、エステル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルバモイル基、シアノ基、スルホン基、スルフィド基や、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等を含んでもよい。より好ましくは、水素原子、フッ素原子、シアノ基及びスルホン基等のいずれか1種以上を有するものである。なお、2以上の有機基が結合している場合は、当該結合は、有機基の主骨格間に形成されたものでも、また、有機基の主骨格と上述の置換基との間、あるいは、上記置換基間に形成されたものであっても良い。 (Wherein R 6 to R 17 are the same as above), and the chain onium cation of (4) above. The organic group of R 6 to R 17 is preferably a linear, branched, or cyclic saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms, a fluorine group, or the like, more preferably 1 to 8 carbon atoms. A saturated or unsaturated hydrocarbon group or a fluorocarbon group. These organic groups are hydrogen atom, fluorine atom, amino group, imino group, amide group, ether group, ester group, hydroxyl group, carboxyl group, carbamoyl group, cyano group, sulfone group, sulfide group, nitrogen atom, oxygen An atom, a sulfur atom, etc. may be included. More preferably, it has any one or more of a hydrogen atom, a fluorine atom, a cyano group and a sulfone group. In addition, when two or more organic groups are bonded, the bond may be formed between the main skeleton of the organic group, or between the main skeleton of the organic group and the above-described substituent, or It may be formed between the above substituents.

上記スキーム1の化合物(I)から(II)への反応において、一般式(I)で表される化合物と、オニウム塩との配合割合は、1:0.5〜1:10(モル比)とするのが好ましい。より好ましくは1:1〜1:5である。プロトンからオニウムカチオンへの交換反応は、一般式(I)で表されるクロロスルホニルイミド類と上記オニウム塩とを、溶媒の存在下、混合すればよい。この際の温度としては、0℃〜200℃(より好ましくは1℃〜100℃)であり、0.1時間〜48時間(より好ましくは0.1時間〜24時間)反応させればよい。溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、メチルホルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルオキサゾリジノン、バレロニトリル、ベンゾニトリル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、ニトロメタン、ニトロベンゼン等の非プロトン性溶媒が使用できる。精製時の作業性からは、沸点が低く、水と2層状態を形成し得る溶媒が好ましく、上記例示の溶媒の中でも、バレロニトリル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル及び酢酸ブチルが好ましい。   In the reaction from compound (I) to (II) in Scheme 1 above, the compounding ratio of the compound represented by formula (I) and the onium salt is 1: 0.5 to 1:10 (molar ratio). Is preferable. More preferably, it is 1: 1 to 1: 5. In the exchange reaction from proton to onium cation, the chlorosulfonylimide represented by the general formula (I) and the onium salt may be mixed in the presence of a solvent. The temperature at this time is 0 ° C. to 200 ° C. (more preferably 1 ° C. to 100 ° C.), and the reaction may be performed for 0.1 hour to 48 hours (more preferably 0.1 hour to 24 hours). Examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, dimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 4-methyl. -1,3-dioxolane, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, 3-methyl sulfolane, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N-methyloxazolidinone An aprotic solvent such as valeronitrile, benzonitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, nitromethane, nitrobenzene and the like can be used. From the viewpoint of workability at the time of purification, a solvent having a low boiling point and capable of forming a two-layer state with water is preferable. Among the solvents exemplified above, valeronitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate and butyl acetate are preferable.

次いで、得られた一般式(II)で表されるクロロスルホニルイミドのオニウム塩と、第11族〜第15族、第4周期〜第6周期の元素(但し、砒素およびアンチモンは除く)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むフッ化物とを反応させて、一般式(III)で表される化合物を得る(スキーム1、化合物(II)→化合物(III))。   Subsequently, the obtained onium salt of chlorosulfonylimide represented by the general formula (II) and the elements of Groups 11 to 15 and 4 to 6 (excluding arsenic and antimony) By reacting with a fluoride containing at least one element selected from the group, a compound represented by the general formula (III) is obtained (Scheme 1, Compound (II) → Compound (III)).

上記第11族〜第15族、第4周期〜第6周期の元素(但し、砒素およびアンチモンは除く)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むフッ化物としては、上記元素の中でも2価以上の陽イオンとなる元素を含むものが好ましい。具体的には、Cu,Zn,Sn,Pbなどの2価の陽イオンとなる元素、Biなどの3価の陽イオンとなる元素を含むものが好ましいフッ化物として挙げられる。より好ましいフッ化物としては、CuF2、ZnF2、SnF2、PbF2およびBiF3が挙げられ、より一層好ましくはCuF2、ZnF2、BiF3であり、さらに好ましくはZnF2である。 The fluoride containing at least one element selected from the group consisting of the elements of Groups 11 to 15 and Periods 4 to 6 (excluding arsenic and antimony) includes 2 of the above elements. What contains the element used as the cation more than valence is preferable. Specifically, preferred fluorides include elements that become divalent cations such as Cu, Zn, Sn, and Pb, and elements that become trivalent cations such as Bi. More preferred fluorides include CuF 2 , ZnF 2 , SnF 2 , PbF 2 and BiF 3 , still more preferably CuF 2 , ZnF 2 and BiF 3 , and even more preferably ZnF 2 .

一般式(II)で表されるクロロスルホニルイミドのオニウム塩と上述のフッ化物との配合比は、ジ(クロロスルホニル)イミド(化合物(II))と、2価のフッ化物とを反応させる場合であれば1:0.8〜1:10(化合物(II):フッ化物、モル比)とするのが好ましく、より好ましくは1:1〜1:5であり、さらに好ましくは1:1〜1:2である。また、3価のフッ化物と反応させる場合であれば、1:0.5〜1:7とするのが好ましく、より好ましくは1:0.7〜1:3であり、さらに好ましくは1:0.7〜1:1.3である。一方、化合物(II)としてN−(クロロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドやN−(フルオロスルホニル)−N−(クロロスルホニル)イミドを用いる場合は、2価のフッ化物と反応させる際の配合比を1:0.4〜1:5(化合物(II):フッ化物、モル比)とするのが好ましい。より好ましくは1:0.5〜1:2.5であり、さらに好ましくは1:0.5〜1:1であり、3価のフッ化物と反応させる場合であれば、1:0.3〜1:3とするのが好ましく、より好ましくは1:0.3〜1:0.8であり、さらに好ましくは1:0.3〜1:0.7とするのが好ましい。フッ化物の配合量が少なすぎると、未反応のクロル体が残留する虞があり、一方、フッ化物の配合量が多すぎると未反応原料の除去が困難になるからである。   The compounding ratio of the onium salt of chlorosulfonylimide represented by the general formula (II) and the above-mentioned fluoride is when di (chlorosulfonyl) imide (compound (II)) is reacted with a divalent fluoride. In this case, the ratio is preferably 1: 0.8 to 1:10 (compound (II): fluoride, molar ratio), more preferably 1: 1 to 1: 5, and still more preferably 1: 1 to 1. 1: 2. In the case of reacting with a trivalent fluoride, the ratio is preferably 1: 0.5 to 1: 7, more preferably 1: 0.7 to 1: 3, and still more preferably 1: 0.7-1: 1.3. On the other hand, when N- (chlorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide or N- (fluorosulfonyl) -N- (chlorosulfonyl) imide is used as the compound (II), it is reacted with a divalent fluoride. The blending ratio at that time is preferably 1: 0.4 to 1: 5 (compound (II): fluoride, molar ratio). More preferably, it is 1: 0.5 to 1: 2.5, further preferably 1: 0.5 to 1: 1, and in the case of reacting with a trivalent fluoride, 1: 0.3 ˜1: 3 is preferable, more preferably 1: 0.3 to 1: 0.8, and still more preferably 1: 0.3 to 1: 0.7. If the blending amount of the fluoride is too small, there is a possibility that an unreacted chlor body may remain. On the other hand, if the blending amount of the fluoride is too large, it is difficult to remove the unreacted raw material.

化合物(II)から化合物(III)を得る際の反応条件は、反応の進行状態に応じて適宜調整すればよいが、好ましくは、反応温度を0℃〜200℃とし(より好ましくは10℃〜100℃)、反応時間を0.1時間〜48時間(より好ましくは1時間〜24時間)とすることが推奨される。   The reaction conditions for obtaining compound (III) from compound (II) may be appropriately adjusted according to the progress of the reaction, but preferably the reaction temperature is 0 ° C to 200 ° C (more preferably 10 ° C to 100 ° C.) and a reaction time of 0.1 to 48 hours (more preferably 1 to 24 hours) is recommended.

反応溶媒は、出発原料が液状であり互いに溶解している場合には、必ずしも用いる必要はないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、メチルホルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、アセトニトリル、スルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルオキサゾリジノン、バレロニトリル、ベンゾニトリル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、ニトロメタン、ニトロベンゼン等の非プロトン性溶媒を用いるのが好ましい。なお、フッ素化反応を円滑に進行させる観点からは極性溶媒を使用することが推奨され、上記例示の溶媒の中でも、バレロニトリル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル及び酢酸ブチルが好ましい。これらの溶媒を用いることで、副生する金属塩を効率よく除去できるからである。また、精製時の作業性からは、沸点が低く、水と2層状態を形成し得る溶媒が好ましい。   The reaction solvent is not necessarily used when the starting materials are liquid and are dissolved in each other. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, dimethoxymethane, 1 , 2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate , Acetonitrile, sulfolane, 3-methylsulfolane, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N-methyloxazolidinone, valeronitrile, benzonitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate It is preferable to use an aprotic solvent such as potassium, butyl acetate, nitromethane, or nitrobenzene. In addition, it is recommended to use a polar solvent from the viewpoint of smoothly proceeding the fluorination reaction, and among the solvents exemplified above, valeronitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate and butyl acetate are preferable. This is because by using these solvents, the by-product metal salt can be efficiently removed. From the viewpoint of workability during purification, a solvent having a low boiling point and capable of forming a two-layer state with water is preferable.

上記式(III)で表されるジ(フルオロスルホニル)イミド又はN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドのオニウム塩は、常温で溶融した状態を安定に保つ常温溶融塩となり(例えば、100℃以下で液体の状態をとる)、長期間の使用に耐える電気化学デバイスのイオン伝導体の材料、すなわち、リチウム二次電池、キャパシタ、イオン性液体などの電解液に溶解させる電解質として有用である。   The onium salt of di (fluorosulfonyl) imide or N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide represented by the above formula (III) becomes a room temperature molten salt that stably maintains a molten state at room temperature ( For example, it takes a liquid state at a temperature of 100 ° C. or lower), and is an ionic conductor material of an electrochemical device that can withstand long-term use, that is, an electrolyte that is dissolved in an electrolytic solution such as a lithium secondary battery, capacitor, or ionic liquid Useful.

さらに、上記式(III)で表されるフルオロスルホニルイミドのオニウム塩は、適当な塩と反応させることで、式(III)中、R5で示されるオニウムカチオンを交換することができ、これにより、化合物(VII)が得られる。 Furthermore, the onium salt of fluorosulfonylimide represented by the above formula (III) can exchange the onium cation represented by R 5 in the formula (III) by reacting with an appropriate salt. Compound (VII) is obtained.

上記(VII)式中、R2は、Li,Na,K,Rb,Csなどのアルカリ金属であるのが好ましい。さらに好ましくはLiである。また、R4は、フッ素又は炭素数1〜6のフッ化アルキル基を示し、lは1である。上記カチオン交換反応により得られる化合物(VII)であるジ(フルオロスルホニル)イミド及びN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドのアルカリ金属塩も、リチウム二次電池、キャパシタ、イオン性液体等の電解液に溶解させる電解質として好適である。 In the formula (VII), R 2 is preferably an alkali metal such as Li, Na, K, Rb, Cs. More preferably, it is Li. R 4 represents fluorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 1 is 1. Alkali metal salts of di (fluorosulfonyl) imide and N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide, which are compounds (VII) obtained by the cation exchange reaction, also include lithium secondary batteries, capacitors, and ionicity. It is suitable as an electrolyte to be dissolved in an electrolytic solution such as a liquid.

化合物(III)から化合物(VII)へのカチオン交換反応としては、所望のカチオンを含む塩と化合物(III)とを反応させる方法、化合物(III)を陽イオン交換樹脂と接触させる方法などが挙げられる。R2がアルカリ金属の化合物(VII)を与える化合物(塩)としては、LiOH,NaOH,KOH,RbOH,CsOH等の水酸化物,Na2CO3,K2CO3,Rb2CO3,Cs2CO3等の炭酸塩,LiHCO3,NaHCO3,KHCO3,RbHCO3,CsHCO3等の炭酸水素化物,LiCl,NaCl,KCl,RbCl,CsCl等の塩化物,LiF,NaF,KF,RbF,CsF等のフッ化物、CH3OLi、Et2OLi等のアルコキシド化合物、及び、EtLi、BuLiおよびt−BuLi(尚、Etはエチル基、Buはブチル基を示す)等のアルキルリチウム化合物が挙げられる。 Examples of the cation exchange reaction from compound (III) to compound (VII) include a method of reacting a salt containing a desired cation with compound (III), a method of contacting compound (III) with a cation exchange resin, and the like. It is done. Examples of the compound (salt) that gives the compound (VII) in which R 2 is an alkali metal include hydroxides such as LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , Cs. 2 carbonates such as CO 3 , hydrides such as LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , RbHCO 3 , CsHCO 3 , chlorides such as LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, LiF, NaF, KF, RbF, Examples include fluorides such as CsF, alkoxide compounds such as CH 3 OLi, Et 2 OLi, and alkyllithium compounds such as EtLi, BuLi, and t-BuLi (where Et represents an ethyl group and Bu represents a butyl group). .

この際、必要に応じて溶媒を使用してもよく、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、メチルホルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、アセトニトリル、スルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルオキサゾリジノン、バレロニトリル、ベンゾニトリル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、ニトロメタン、ニトロベンゼン等の非プロトン性溶媒が好適である。上記例示の溶媒の中でも、バレロニトリル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル及び酢酸ブチルが好ましい。上記化合物(I)から(III)への反応、および、化合物(III)から(VII)への反応を溶媒を変更することなく、同一の溶媒で行うことがきるからである。   At this time, a solvent may be used as necessary. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, dimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Tetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, acetonitrile, sulfolane, 3-methyl sulfolane, dimethyl Sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N-methyloxazolidinone, valeronitrile, benzonitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, nitromethane, nitrobenzene, etc. These aprotic solvents are preferred. Among the solvents exemplified above, valeronitrile, ethyl acetate, isopropyl acetate and butyl acetate are preferable. This is because the reaction from the compound (I) to (III) and the reaction from the compound (III) to (VII) can be carried out in the same solvent without changing the solvent.

化合物(III)とアルカリ金属塩との配合比は、1:1〜1:10(化合物(III):上述の塩、モル比)とするのが好ましい。より好ましくは1:1〜1:5であり、さらに好ましくは1:1〜1:3である。   The compounding ratio of compound (III) and alkali metal salt is preferably 1: 1 to 1:10 (compound (III): the above-mentioned salt, molar ratio). More preferably, it is 1: 1-1: 5, More preferably, it is 1: 1-1: 3.

反応時間および反応温度は特に限定されないが、0℃〜200℃(より好ましくは10℃〜100℃)、0.1時間〜48時間(より好ましくは1時間〜24時間)とすることが推奨される。   The reaction time and reaction temperature are not particularly limited, but it is recommended that the reaction time be 0 to 200 ° C. (more preferably 10 to 100 ° C.), 0.1 to 48 hours (more preferably 1 to 24 hours). The

陽イオン交換樹脂としては、強酸性の陽イオン交換樹脂を用いるのが好ましい。展開溶媒としては、水が挙げられる。   As the cation exchange resin, it is preferable to use a strongly acidic cation exchange resin. An example of the developing solvent is water.

陽イオン交換樹脂を使用する場合、まず、公知の方法で陽イオン交換樹脂のカチオンを所望のカチオンに置換した後、これをカラムに充填し、水に溶解させた上記式(III)の水溶液をカラム中に通液させることで、所望のカチオンに交換された上記式(VII)を含む水溶液が得られる。   When using a cation exchange resin, first, the cation of the cation exchange resin is replaced with a desired cation by a known method, and then the aqueous solution of the above formula (III) dissolved in water is packed in a column. By passing the solution through the column, an aqueous solution containing the above formula (VII) exchanged with a desired cation can be obtained.

本発明の製法により得られるジ(フルオロスルホニル)イミド及びN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミド等のフルオロスルホニルイミド類のオニウム塩は、一次電池、リチウム(イオン)二次電池や燃料電池等の充電/放電機構を有する電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、太陽電池・エレクトロクロミック表示素子等の電気化学デバイスを構成するイオン伝導体の材料として好適に用いられる。また、上記フルオロスルホニルイミド類のオニウム塩から誘導されるフルオロスルホニルイミド類のアルカリ金属塩およびフルオロスルホニルイミドは、リチウム二次電池、キャパシタ、イオン性液体などの電解液に溶解させる電解質あるいはその中間体などとして有用である。   Onium salts of fluorosulfonylimides such as di (fluorosulfonyl) imide and N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide obtained by the production method of the present invention are primary batteries and lithium (ion) secondary batteries. It is suitably used as a material for ion conductors constituting electrochemical devices such as batteries having a charge / discharge mechanism such as fuel cells, electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, solar cells and electrochromic display elements. Further, alkali metal salts of fluorosulfonylimides and fluorosulfonylimides derived from onium salts of fluorosulfonylimides described above are electrolytes or intermediates thereof that are dissolved in an electrolytic solution such as a lithium secondary battery, a capacitor, or an ionic liquid. It is useful as such.

なお、本発明に係るジ(フルオロスルホニル)イミド塩又はN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミド塩を電解液材料として用いる場合、電解液材料としては、更に、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含んでなるものが好ましい。この場合、上記アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩は、本発明に係るジ(フルオロスルホニル)イミド又はN−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドをアニオンとする化合物であってもよいし(上記式(VII)で表される化合物)、あるいは、これとは別に添加される化合物であってもよい。このようなアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含んでなる電解液用材料は、電解質を含有するものとなるので、電気化学デバイスの電解液の材料として好適なものとなる。アルカリ金属塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が好適であり、アルカリ土類金属塩としては、カルシウム塩、マグネシウム塩が好適である。より好ましくは、リチウム塩である。   When the di (fluorosulfonyl) imide salt or N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide salt according to the present invention is used as the electrolyte material, the electrolyte material further includes an alkali metal salt and Those comprising an alkaline earth metal salt are preferred. In this case, the alkali metal salt and / or alkaline earth metal salt is a compound having di (fluorosulfonyl) imide or N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide according to the present invention as an anion. It may be (a compound represented by the above formula (VII)) or a compound added separately. Since the electrolyte solution material containing such an alkali metal salt and / or alkaline earth metal salt contains an electrolyte, it is suitable as a material for an electrolyte solution of an electrochemical device. As the alkali metal salt, a lithium salt, a sodium salt, and a potassium salt are preferable, and as the alkaline earth metal salt, a calcium salt and a magnesium salt are preferable. More preferably, it is a lithium salt.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples as a matter of course, and appropriate modifications are made within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is also possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

合成例1 クロロスルホニルイソシアネートの合成
攪拌器、温度計、還流管、ガス導入管を取り付けた200mlの反応容器に、液体無水硫酸(SO3)80.1g(1.0mol)を入れ、ここに、25℃〜35℃の温度下で、塩化シアンガス(CNCl)61.5g(0.53mol)を2時間かけて導入した後、反応溶液を25℃〜30℃に調整して、0.5時間攪拌した。反応終了後、還流管およびガス導入管を反応容器から外し、常圧で蒸留し、106℃〜107℃の留分として無色透明液体を得た(118.5g、0.83mol、収率83.7%)。
Synthesis Example 1 Synthesis of Chlorosulfonyl Isocyanate 80.1 g (1.0 mol) of liquid sulfuric anhydride (SO 3 ) was placed in a 200 ml reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer, reflux tube, and gas introduction tube. After introducing 61.5 g (0.53 mol) of cyanogen chloride (CNCl) at a temperature of 25 ° C. to 35 ° C. over 2 hours, the reaction solution was adjusted to 25 ° C. to 30 ° C. and stirred for 0.5 hour. did. After completion of the reaction, the reflux tube and the gas introduction tube were removed from the reaction vessel and distilled at normal pressure to obtain a colorless transparent liquid as a fraction of 106 ° C to 107 ° C (118.5 g, 0.83 mol, yield 83. 7%).

合成例2 ジ(クロロスルホニル)イミドの合成
攪拌器、温度計、還流管、滴下装置を取り付けた500mlの反応容器に、クロロスルホン酸(ClSO3H)148.7g(1.28mol)を加え、120℃まで加熱した。ついで、合成例1と同様の方法で得られたクロロスルホニルイソシアネート180.4g(1.27mol)を滴下装置から反応容器内へ2時間かけて加えた後、混合溶液を150℃に加熱し、6時間攪拌した。反応終了後、還流管および滴下装置を反応容器から外し、減圧蒸留を行い、104〜106℃(0.3kPa)の留分として、無色透明の液状物を得た(収量:178.4g、0.83mol、収率65.6%)。
Synthesis Example 2 Synthesis of di (chlorosulfonyl) imide 148.7 g (1.28 mol) of chlorosulfonic acid (ClSO 3 H) was added to a 500 ml reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer, reflux tube, and dropping device. Heated to 120 ° C. Next, 180.4 g (1.27 mol) of chlorosulfonyl isocyanate obtained by the same method as in Synthesis Example 1 was added into the reaction vessel from the dropping device over 2 hours, and then the mixed solution was heated to 150 ° C. Stir for hours. After completion of the reaction, the reflux tube and the dropping device were removed from the reaction vessel, and vacuum distillation was performed to obtain a colorless and transparent liquid as a fraction at 104 to 106 ° C. (0.3 kPa) (yield: 178.4 g, 0 0.83 mol, yield 65.6%).

同定は、IR(Varian 2000 FT-IR、バリアン社製、液膜法)により行い、ジ(クロロスルホニル)イミドであることを確認した。
IR(neat):νs (N-H)3155,νas (S-O)1433,1428、νs (S-O)1183、νs (N-S)824cm-1
Identification was performed by IR (Varian 2000 FT-IR, manufactured by Varian, liquid film method), and confirmed to be di (chlorosulfonyl) imide.
IR (neat): ν s (NH) 3155, ν as (SO) 1433, 1428, ν s (SO) 1183, ν s (NS) 824 cm −1

合成例3
合成例3−1 クロロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
20mlの反応容器に、合成例2で得られたジ(クロロスルホニル)イミド2.09g(9.8mmol)、酢酸ブチル4.2gを加え、攪拌した。さらに、ここにトリエチルアミン0.99g(9.8mmol)を加え、室温(25℃)で1時間攪拌した。得られた反応溶液を、1H-NMR(「Unity plus 400型」、バリアン社製、内部標準物質:テトラメチルシラン、積算回数:32回)で分析し、トリエチルアンモニウムジ(クロロスルホニル)イミドが生成していることを確認した。
1H-NMR(CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(t、9H)
Synthesis example 3
Synthesis Example 3-1 Synthesis of onium salt of chlorosulfonylimide 2.09 g (9.8 mmol) of di (chlorosulfonyl) imide obtained in Synthesis Example 2 and 4.2 g of butyl acetate were added to a 20 ml reaction vessel and stirred. did. Further, 0.99 g (9.8 mmol) of triethylamine was added thereto, followed by stirring at room temperature (25 ° C.) for 1 hour. The obtained reaction solution was analyzed with 1 H-NMR (“Unity plus 400”, manufactured by Varian, internal standard substance: tetramethylsilane, cumulative number: 32 times), and triethylammonium di (chlorosulfonyl) imide was analyzed. It was confirmed that it was generated.
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (t, 9H)

合成例3−2 フルオロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
合成例3−1で得られたクロロスルホニルイミドのオニウム塩の溶液に、ZnF21.02g(9.9mmol)を加え、室温(25℃)で3時間反応を行った。その後、100mlの分液ロートに反応溶液を移し、酢酸ブチル12.5gを加えて反応溶液を希釈した。次いで、ここに蒸留水1.9gを加えて混合した後、水相を除去する分液操作を4回行った。生成物を19F-NMR(「Unity plus 400型」、バリアン社製、内部標準物質:トリフルオロメチルベンゼン、積算回数:32回)及び1H-NMR(合成例3−1と同様)で分析し、得られたチャートのピーク面積を計測し、塩素からフッ素への変換割合を定量した結果、トリエチルアンモニウムジ(フルオロスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:1.83g、6.5mmol)。
19F-NMR (CD3CN):δ56.0
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Synthesis Example 3-2 Synthesis of onium salt of fluorosulfonylimide To the solution of onium salt of chlorosulfonylimide obtained in Synthesis Example 3-1, 1.02 g (9.9 mmol) of ZnF 2 was added, and room temperature (25 ° C.). The reaction was carried out for 3 hours. Thereafter, the reaction solution was transferred to a 100 ml separatory funnel, and 12.5 g of butyl acetate was added to dilute the reaction solution. Next, after adding and mixing 1.9 g of distilled water, a liquid separation operation for removing the aqueous phase was performed four times. The product was analyzed by 19 F-NMR (“Unity plus 400”, manufactured by Varian, internal standard substance: trifluoromethylbenzene, cumulative number: 32 times) and 1 H-NMR (similar to Synthesis Example 3-1). As a result of measuring the peak area of the obtained chart and quantifying the conversion ratio from chlorine to fluorine, it was confirmed that triethylammonium di (fluorosulfonyl) imide was produced (yield: 1.83 g, 6 .5 mmol).
19 F-NMR (CD 3 CN): δ 56.0
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例3−3 リチウム塩の合成(カチオン交換反応)
100mlの分液ロートに、合成例3−2で得られたトリエチルアンモニウムジ(フルオロスルホニル)イミドを含む溶液を移し、水酸化リチウム一水和物0.82g(19.5mmol)を蒸留水4.92gに溶解した水溶液を加え、混合した。分液操作により水相を除去した。同様の操作を2回繰り返し行った。得られた有機相から溶媒を蒸発させ乾固することにより、生成物を得た。1H-NMRの分析においてトリエチルアンモニウム由来のピークが消失していたことにより、リチウムジ(フルオロスルホニル)イミドが生成していることを確認した。(収量:0.79g、4.2mmol)。
Synthesis Example 3-3 Synthesis of Lithium Salt (Cation Exchange Reaction)
The solution containing triethylammonium di (fluorosulfonyl) imide obtained in Synthesis Example 3-2 was transferred to a 100 ml separatory funnel, and 0.82 g (19.5 mmol) of lithium hydroxide monohydrate was added to distilled water 4. An aqueous solution dissolved in 92 g was added and mixed. The aqueous phase was removed by a liquid separation operation. The same operation was repeated twice. The product was obtained by evaporating the solvent from the organic phase obtained to dryness. It was confirmed that lithium di (fluorosulfonyl) imide was produced by the disappearance of the triethylammonium-derived peak in 1 H-NMR analysis. (Yield: 0.79 g, 4.2 mmol).

合成例4
合成例4−1 ジ(クロロスルホニル)イミドのオニウム塩の合成
50mlの反応容器に、合成例2で得られたジ(クロロスルホニル)イミド2.00g(9.3mmol)と、バレロニトリル18gを加え、攪拌した。ここにトリエチルアミン0.95g(9.4mmol)を加え、さらに攪拌した。得られた反応溶液を1H-NMRで分析したところ、トリエチルアンモニウムジ(クロロスルホニル)イミドが生成していることを確認した。
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Synthesis example 4
Synthesis Example 4-1 Synthesis of onium salt of di (chlorosulfonyl) imide To a 50 ml reaction vessel, add 2.00 g (9.3 mmol) of di (chlorosulfonyl) imide obtained in Synthesis Example 2 and 18 g of valeronitrile. , Stirred. Triethylamine 0.95g (9.4mmol) was added here, and also it stirred. When the obtained reaction solution was analyzed by 1 H-NMR, it was confirmed that triethylammonium di (chlorosulfonyl) imide was produced.
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例4−2 フルオロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
合成例4−1で得られた反応溶液に、ZnF20.97g(9.4mmol)を加え、室温(25℃)で3時間反応を行った。その後、100mlの分液ロートに反応溶液を移し、水1.9gを加え、混合した後、分液操作により水相を除去した。この操作を4回行い、得られた有機相を19F-NMR及び1H-NMRで分析し、トリエチルアンモニウムジ(フルオロスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:1.30g、4.6mmol)。
19F-NMR (CD3CN):δ56.0
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Synthesis Example 4-2 Synthesis of onium salt of fluorosulfonylimide 0.97 g (9.4 mmol) of ZnF 2 was added to the reaction solution obtained in Synthesis Example 4-1, and the reaction was performed at room temperature (25 ° C.) for 3 hours. It was. Thereafter, the reaction solution was transferred to a 100 ml separatory funnel, 1.9 g of water was added and mixed, and then the aqueous phase was removed by a liquid separation operation. This operation was performed 4 times, and the obtained organic phase was analyzed by 19 F-NMR and 1 H-NMR to confirm that triethylammonium di (fluorosulfonyl) imide was produced (yield: 1.30 g, 4.6 mmol).
19 F-NMR (CD 3 CN): δ 56.0
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例4−3 リチウム塩の合成(カチオン交換反応)
100ml分液ロートに、合成例4−2で得られた有機相を移し、水酸化リチウム一水和物0.58g(13.8mmol)を蒸留水3.5gに溶解した水溶液を加え、混合した。その後、分液操作により水相を除去し、得られた有機相から溶媒を蒸発させ乾固して、生成物を得た。1H-NMR分析においてトリエチルアンモニウム由来のピークが消失していたことにより、リチウムジ(フルオロスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:0.77g、4.1mmol)。
19F-NMR (CD3CN):δ56.0
Synthesis Example 4-3 Synthesis of Lithium Salt (Cation Exchange Reaction)
The organic phase obtained in Synthesis Example 4-2 was transferred to a 100 ml separatory funnel, and an aqueous solution in which 0.58 g (13.8 mmol) of lithium hydroxide monohydrate was dissolved in 3.5 g of distilled water was added and mixed. . Thereafter, the aqueous phase was removed by a liquid separation operation, and the solvent was evaporated from the obtained organic phase to dryness to obtain a product. The disappearance of the peak derived from triethylammonium in 1 H-NMR analysis confirmed that lithium di (fluorosulfonyl) imide was produced (yield: 0.77 g, 4.1 mmol).
19 F-NMR (CD 3 CN): δ 56.0

合成例3、4の結果より、本発明法によれば、従来に比べて安価なフッ素化剤を用いて、効率よくクロロスルホニルイミドのフッ素化を行えることがわかる。また、本発明法は、フッ素化とカチオン交換反応とが、同一の反応溶媒で行え、また、精製も分液操作のみでよいため、作業性に優れるものである。   From the results of Synthesis Examples 3 and 4, it can be seen that according to the method of the present invention, chlorosulfonylimide can be efficiently fluorinated by using a fluorinating agent that is less expensive than conventional methods. Further, the method of the present invention is excellent in workability because the fluorination and the cation exchange reaction can be carried out in the same reaction solvent and the purification can be performed only by a liquid separation operation.

比較合成例1 ジ(フルオロスルホニル)イミドの合成
20mlの反応容器に、ジ(クロロスルホニル)イミド3.09g(14.4mmol)、アセトニトリル6.18gを加え、攪拌した。ここに、フッ化カリウム3.57g(61.5mmol)を加え、室温(25℃)で24時間反応を行った。反応溶液を濾過し、濾物をアセトニトリル5gで洗浄した後、ろ液と洗浄液とを併せた溶液を合成例3と同様にして19F-NMRで分析した結果、塩素からフッ素への転化率は3%であり、原料の大部分がフッ素化されず、ジ(クロロスルホニル)イミドのままであることが確認された。
19F-NMR(CD3CN):δ55.9
Comparative Synthesis Example 1 Synthesis of di (fluorosulfonyl) imide To a 20 ml reaction vessel, 3.09 g (14.4 mmol) of di (chlorosulfonyl) imide and 6.18 g of acetonitrile were added and stirred. To this, 3.57 g (61.5 mmol) of potassium fluoride was added, and the reaction was performed at room temperature (25 ° C.) for 24 hours. The reaction solution was filtered, and the filtrate was washed with 5 g of acetonitrile, and the combined solution of the filtrate and the washing solution was analyzed by 19 F-NMR in the same manner as in Synthesis Example 3. As a result, the conversion rate from chlorine to fluorine was It was confirmed that most of the raw material was not fluorinated and remained di (chlorosulfonyl) imide.
19 F-NMR (CD 3 CN): δ 55.9

合成例5 N−(クロロスルホニル)−N−(トリフルオロメチルスルホニル)イミドの合成
攪拌器、温度計、還流管及び滴下装置を取り付けた500mlの反応容器に、トリフルオロメタンスルホン酸(CF3SO3H)190.6g(1.27mol)を加え、120℃まで加熱した。次いで、合成例1と同様の手法で得られたクロロスルホニルイソシアネート179.7g(1.27mol)を滴下装置から反応容器内へ2時間掛けて加えた後、混合溶液を150℃に加熱し、6時間攪拌した。反応終了後、還流管、滴下装置を反応容器からはずし、減圧蒸留を行い、無色透明の液状物を得た(収量:212.9g、0.86mol、収率67.7%)。
Synthesis Example 5 Synthesis of N- (chlorosulfonyl) -N- (trifluoromethylsulfonyl) imide A trifluoromethanesulfonic acid (CF 3 SO 3) was added to a 500 ml reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux tube and a dropping device. H) 190.6 g (1.27 mol) was added and heated to 120 ° C. Next, 179.7 g (1.27 mol) of chlorosulfonyl isocyanate obtained by the same method as in Synthesis Example 1 was added into the reaction vessel from the dropping device over 2 hours, and then the mixed solution was heated to 150 ° C. Stir for hours. After completion of the reaction, the reflux tube and the dropping device were removed from the reaction vessel, and vacuum distillation was performed to obtain a colorless and transparent liquid (yield: 212.9 g, 0.86 mol, yield 67.7%).

19F-NMR測定により、生成物がN−(クロロスルホニル)−N−(トリフルオロメチルスルホニル)イミドであることを確認した。 The product was confirmed to be N- (chlorosulfonyl) -N- (trifluoromethylsulfonyl) imide by 19 F-NMR measurement.

合成例6
合成例6−1 オニウム塩の合成
50mlの反応容器に、合成例5で得られたN−クロロスルホニル−N−(トリフルオロメチルスルホニル)イミド2.00g(8.1mmol)と、酢酸ブチル18gを加え、攪拌した。ここにトリエチルアミン0.82g(8.1mmol)を加え、室温(25℃)で1時間攪拌した。得られた反応溶液を1H-NMRで分析し、トリエチルアンモニウムN−(クロロスルホニル)−N−(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが生成していることを確認した。
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Synthesis Example 6
Synthesis Example 6-1 Synthesis of Onium Salt In a 50 ml reaction vessel, 2.00 g (8.1 mmol) of N-chlorosulfonyl-N- (trifluoromethylsulfonyl) imide obtained in Synthesis Example 5 and 18 g of butyl acetate were added. Added and stirred. Triethylamine 0.82g (8.1mmol) was added here, and it stirred at room temperature (25 degreeC) for 1 hour. The obtained reaction solution was analyzed by 1 H-NMR, and it was confirmed that triethylammonium N- (chlorosulfonyl) -N- (trifluoromethylsulfonyl) imide was produced.
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例6−2 フルオロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
合成例6−1で得られた反応溶液にZnF20.88g(8.5mmol)を加え、室温(25℃)で3時間反応を行った。その後、100mlの分液ロートに反応溶液を移し、水1.9gを加え、混合した後、水相を除去する分液操作を4回行った。得られた反応溶液を19F-NMR及び1H-NMRで分析し、トリエチルアンモニウム−N−(フルオロスルホニル)−N−(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:1.63g、4.9mmol)。
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Synthesis Example 6-2 Synthesis of onium salt of fluorosulfonylimide 0.88 g (8.5 mmol) of ZnF 2 was added to the reaction solution obtained in Synthesis Example 6-1 and reacted at room temperature (25 ° C.) for 3 hours. . Thereafter, the reaction solution was transferred to a 100 ml separatory funnel, 1.9 g of water was added and mixed, and then a liquid separation operation for removing the aqueous phase was performed four times. The obtained reaction solution was analyzed by 19 F-NMR and 1 H-NMR, and it was confirmed that triethylammonium-N- (fluorosulfonyl) -N- (trifluoromethylsulfonyl) imide was produced (yield: 1.63 g, 4.9 mmol).
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例7
合成例7−1 オニウム塩の合成
50mlの反応容器に、合成例2で得られたジ(クロロスルホニル)イミド2.00g(9.3mmol)、酢酸ブチル18gを加え、攪拌した。さらに、ここにトリエチルアミン0.94g(9.3mmol)を加え、攪拌した。得られた反応溶液を1H-NMRで分析し、トリエチルアンモニウムジ(クロロスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:1.47g、5.2mmol)。
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Synthesis example 7
Synthesis Example 7-1 Synthesis of Onium Salt To a 50 ml reaction vessel, 2.00 g (9.3 mmol) of di (chlorosulfonyl) imide obtained in Synthesis Example 2 and 18 g of butyl acetate were added and stirred. Further, 0.94 g (9.3 mmol) of triethylamine was added thereto and stirred. The obtained reaction solution was analyzed by 1 H-NMR, and it was confirmed that triethylammonium di (chlorosulfonyl) imide was produced (yield: 1.47 g, 5.2 mmol).
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例7−2 フルオロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
次いで、合成例7−1で得られた反応溶液に、CuF21.00g(0.98mmol)を加え、室温(25℃)で3時間反応を行った。
Synthesis Example 7-2 Synthesis of Onium Salt of Fluorosulfonylimide Next, 1.00 g (0.98 mmol) of CuF 2 was added to the reaction solution obtained in Synthesis Example 7-1 and reacted at room temperature (25 ° C.) for 3 hours. Went.

その後、100mlの分液ロートに反応溶液を移し、ここに蒸留水1.9gを加えて混合した後、水相を除去する分液操作を4回行った。得られた有機相から酢酸ブチルを留去し油状黄色の生成物を得た。生成物を19F-NMR及び1H-NMRで分析し、トリエチルアンモニウムジ(フルオロスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:1.47g、5.2mmol)。
19F-NMR (CD3CN):δ56.0
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Thereafter, the reaction solution was transferred to a 100 ml separatory funnel, and 1.9 g of distilled water was added thereto and mixed, and then a liquid separation operation for removing the aqueous phase was performed four times. Butyl acetate was distilled off from the obtained organic phase to obtain an oily yellow product. The product was analyzed by 19 F-NMR and 1 H-NMR, and it was confirmed that triethylammonium di (fluorosulfonyl) imide was produced (yield: 1.47 g, 5.2 mmol).
19 F-NMR (CD 3 CN): δ 56.0
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例8
合成例8−1 オニウム塩の合成
50mlの反応容器にジ(クロロスルホニル)イミド2.00g(9.3mmol)と、酢酸ブチル18gを加え、攪拌した。ここにトリエチルアミン0.94g(9.3mmol)を加え、攪拌した。得られた反応溶液を1H-NMRで分析したところ、トリエチルアンモニウムジ(クロロスルホニル)イミドが生成していることを確認した。
Synthesis Example 8
Synthesis Example 8-1 Synthesis of Onium Salt To a 50 ml reaction vessel, 2.00 g (9.3 mmol) of di (chlorosulfonyl) imide and 18 g of butyl acetate were added and stirred. Triethylamine 0.94g (9.3mmol) was added here, and it stirred. When the obtained reaction solution was analyzed by 1 H-NMR, it was confirmed that triethylammonium di (chlorosulfonyl) imide was produced.

合成例8−2 フルオロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
合成例8−1で得られた反応溶液に、BiF31.66g(6.2mmol)を加え、室温(25℃)で3時間反応を行った。
Synthesis Example 8-2 Synthesis of onium salt of fluorosulfonylimide 1.66 g (6.2 mmol) of BiF 3 was added to the reaction solution obtained in Synthesis Example 8-1, and the reaction was performed at room temperature (25 ° C.) for 3 hours. It was.

その後、100mlの分液ロートに反応溶液を移し、蒸留水1.9gを加え、混合した後、水相を除去する分液操作を4回行った。得られた有機相を19F-NMR及び1H-NMRで分析し、トリエチルアンモニウムジ(フルオロスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:1.36g、4.8mmol)。
19F-NMR (CD3CN):δ56.0
1H-NMR (CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Thereafter, the reaction solution was transferred to a 100 ml separatory funnel, 1.9 g of distilled water was added and mixed, and then a liquid separation operation for removing the aqueous phase was performed four times. The obtained organic phase was analyzed by 19 F-NMR and 1 H-NMR, and it was confirmed that triethylammonium di (fluorosulfonyl) imide was produced (yield: 1.36 g, 4.8 mmol).
19 F-NMR (CD 3 CN): δ 56.0
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例7および8の結果より、Zn以外の第11族〜第15族、第4周期〜第6周期の元素(但し、砒素およびアンチモンは除く)を有するフッ化物を用いた場合であっても、クロロスルホニルイミドのフッ素化が速やかに進行し、効率よく、また、副生成物も生成することなく、フルオロスルホニルイミド類が得られることが分かる。   From the results of Synthesis Examples 7 and 8, even when a fluoride having an element other than Zn in Groups 11 to 15 and Periods 4 to 6 (excluding arsenic and antimony) is used. It can be seen that fluorination of chlorosulfonylimide proceeds promptly and efficiently, and fluorosulfonylimides can be obtained without generating by-products.

合成例9 リチウム塩の合成
合成例3−2と同様の方法で得られたトリエチルアンモニウムジ(フルオロスルホニル)イミドを酢酸ブチルに溶解させて濃度7.7%に調製した溶液を1688g量り取り(0.46mol)、これを3Lの分液ロートに加えた。ここに、348gの超純水に溶解した水酸化リチウム58g(1.38mol)を加え、混合した後、水相を除去した。目的物の生成は、19F-NMR及び1H-NMRによる分析で、トリエチルアンモニウム由来のピークが消失したことにより確認した。
Synthesis Example 9 Synthesis of Lithium Salt 1688 g of a solution prepared by dissolving triethylammonium di (fluorosulfonyl) imide obtained in the same manner as in Synthesis Example 3-2 in butyl acetate to a concentration of 7.7% (0 .46 mol) was added to a 3 L separatory funnel. To this, 58 g (1.38 mol) of lithium hydroxide dissolved in 348 g of ultrapure water was added and mixed, and then the aqueous phase was removed. The formation of the target product was confirmed by the disappearance of the peak derived from triethylammonium by 19 F-NMR and 1 H-NMR analyses.

次いで、反応溶液を50℃で減圧乾燥して、リチウムジ(フルオロスルホニル)イミド80g(0.43mol)を得た。   Subsequently, the reaction solution was dried under reduced pressure at 50 ° C. to obtain 80 g (0.43 mol) of lithium di (fluorosulfonyl) imide.

合成例10 ジ(クロロスルホニル)イミドの合成
攪拌器、温度計、還流管を取り付けた500mlの反応容器に、アミド硫酸48.5g(0.5mol)、塩化チオニル178.5g、クロロスルホン酸を加え、この混合溶液を、攪拌下、70℃で4時間、130℃で20時間反応させた。反応終了後、還流管を反応容器から外し、減圧蒸留を行い、104℃〜105℃の留分として無色透明の液状物を得た(収量:102.7g、0.48mol、収率96%)。
Synthesis Example 10 Synthesis of di (chlorosulfonyl) imide 48.5 g (0.5 mol) of amidosulfuric acid, 178.5 g of thionyl chloride and chlorosulfonic acid were added to a 500 ml reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer and reflux tube. The mixed solution was reacted under stirring at 70 ° C. for 4 hours and at 130 ° C. for 20 hours. After completion of the reaction, the reflux tube was removed from the reaction vessel and vacuum distillation was performed to obtain a colorless and transparent liquid as a fraction at 104 ° C to 105 ° C (yield: 102.7 g, 0.48 mol, yield 96%). .

同定は、IR(Varian 2000 FT-IR、バリアン社製、液膜法)により行い、ジ(クロロスルホニル)イミドであることを確認した。
IR(neat):νs (N-H)3155,νas (S-O)1433,1428、νs (S-O)1183、νs (N-S)824cm-1
Identification was performed by IR (Varian 2000 FT-IR, manufactured by Varian, liquid film method), and confirmed to be di (chlorosulfonyl) imide.
IR (neat): ν s (NH) 3155, ν as (SO) 1433, 1428, ν s (SO) 1183, ν s (NS) 824 cm −1

合成例11
合成例11−1 クロロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
20mlの反応容器に、合成例2で得られたジ(クロロスルホニル)イミド2.09g(9.8mmol)、酢酸ブチル4.2gを加え、攪拌した。さらに、ここにトリエチルアミン塩酸塩1.35g(9.8mmol)を加え、室温(25℃)で1時間攪拌した。得られた反応溶液を、合成例3−1と同様の条件出1H-NMR分析を行い、トリエチルアンモニウムジ(クロロスルホニル)イミドが生成していることを確認した。
1H-NMR(CD3CN):δ3.1(6H)、1.2(9H)
Synthesis Example 11
Synthesis Example 11-1 Synthesis of onium salt of chlorosulfonylimide 2.09 g (9.8 mmol) of di (chlorosulfonyl) imide obtained in Synthesis Example 2 and 4.2 g of butyl acetate were added to a 20 ml reaction vessel and stirred. did. Further, 1.35 g (9.8 mmol) of triethylamine hydrochloride was added thereto, followed by stirring at room temperature (25 ° C.) for 1 hour. The obtained reaction solution was subjected to the same conditional 1 H-NMR analysis as in Synthesis Example 3-1, and it was confirmed that triethylammonium di (chlorosulfonyl) imide was produced.
1 H-NMR (CD 3 CN): δ 3.1 (6H), 1.2 (9H)

合成例11−2 フルオロスルホニルイミドのオニウム塩の合成
合成例11−1で得られたクロロスルホニルイミドのオニウム塩の溶液に、ZnF21.02g(9.9mmol)を加え、室温(25℃)で3時間反応を行った。その後、100mlの分液ロートに反応溶液を移し、酢酸ブチル12.5gを加えて反応溶液を希釈した。次いで、ここに蒸留水1.9gを加えて混合した後、水相を除去する分液操作を4回行った。生成物を合成例3−2と同様の条件で19F-NMR及び1H-NMR(合成例3−1と同様)分析を行い、得られたチャートのピーク面積を計測し、塩素からフッ素への変換割合を定量した結果、トリエチルアンモニウムジ(フルオロスルホニル)イミドが生成していることを確認した(収量:1.82g、6.4mmol)。
19F-NMR (CD3CN):δ56.0
Synthesis Example 11-2 Synthesis of onium salt of fluorosulfonylimide To the solution of onium salt of chlorosulfonylimide obtained in Synthesis Example 11-1, 1.02 g (9.9 mmol) of ZnF 2 was added, and room temperature (25 ° C.). The reaction was carried out for 3 hours. Thereafter, the reaction solution was transferred to a 100 ml separatory funnel, and 12.5 g of butyl acetate was added to dilute the reaction solution. Next, after adding and mixing 1.9 g of distilled water, a liquid separation operation for removing the aqueous phase was performed four times. The product is subjected to 19 F-NMR and 1 H-NMR (similar to Synthesis Example 3-1) analysis under the same conditions as in Synthesis Example 3-2, and the peak area of the obtained chart is measured. From chlorine to fluorine As a result of quantifying the conversion ratio, it was confirmed that triethylammonium di (fluorosulfonyl) imide was produced (yield: 1.82 g, 6.4 mmol).
19 F-NMR (CD 3 CN): δ 56.0

本発明によれば、クロロスルホニルイミドをオニウム塩とした後にフッ素化反応を行うため、発熱が抑えられ、より安全にフッ素化反応を進行させることができる。また、反応溶媒を適切に選択することで、フッ素化反応で生成する金属塩を容易に除去でき、溶媒の除去も効率よく行えるため、精製工程の作業性が向上する。さらに、本発明によれば、アンチモン(Sb)や砒素(As)など、毒性が高く、高価なフッ素化剤を使用しなくても、副生成物の生成が抑制され、従来法に比べて効率よく、N−(フルオロスルホニル)−N−(フルオロアルキルスルホニル)イミドやジ(フルオロスルホニル)イミド及びその有機塩ならびに金属塩類が得られる。また、本発明法により得られるフルオロスルホニルイミド類は、一次電池、リチウム(イオン)二次電池や燃料電池等の充電/放電機構を有する電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、太陽電池・エレクトロクロミック表示素子等の電気化学デバイスを構成するイオン伝導体の材料として好適に用いられると考えられる。   According to the present invention, since the fluorination reaction is performed after chlorosulfonylimide is converted to an onium salt, heat generation is suppressed, and the fluorination reaction can proceed more safely. In addition, by appropriately selecting the reaction solvent, the metal salt produced by the fluorination reaction can be easily removed and the solvent can be efficiently removed, so that the workability of the purification process is improved. Furthermore, according to the present invention, the production of by-products can be suppressed without using expensive fluorinating agents such as antimony (Sb) and arsenic (As), which is more efficient than conventional methods. Often, N- (fluorosulfonyl) -N- (fluoroalkylsulfonyl) imide, di (fluorosulfonyl) imide and organic salts and metal salts thereof are obtained. In addition, fluorosulfonylimides obtained by the method of the present invention include primary batteries, batteries having a charge / discharge mechanism such as lithium (ion) secondary batteries and fuel cells, electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, solar cells / electrochromics. It is considered that it is suitably used as a material for an ion conductor constituting an electrochemical device such as a display element.

Claims (5)

下記スキームで示されるフルオロスルホニルイミド塩の製造方法であって、
下記スキーム中一般式(I)で表される化合物とオニウム塩とを反応させて一般式(II)で表されるクロロスルホニルイミドのオニウム塩を得る工程、
上記クロロスルホニルイミドのオニウム塩と、第11族〜第15族、第4周期〜第6周期の元素(但し、砒素およびアンチモンは除く)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むフッ化物とを反応させて一般式(III)で表される化合物を得る工程、
をこの順で含むことを特徴とするフルオロスルホニルイミド塩の製造方法。
上記スキーム中、R3は、フッ素、塩素又は炭素数1〜6のフッ化アルキル基、R4は、フッ素又は炭素数1〜6のフッ化アルキル基、R5は、オニウムカチオンであり、nはオニウムカチオンR5の価数に相当し、1〜3の整数を示す。
A method for producing a fluorosulfonylimide salt represented by the following scheme,
A step of obtaining a chlorosulfonylimide onium salt represented by the general formula (II) by reacting a compound represented by the general formula (I) with an onium salt in the following scheme;
A fluoride containing at least one element selected from the group consisting of onium salts of chlorosulfonylimide and elements of Groups 11 to 15 and Groups 4 to 6 (excluding arsenic and antimony) And a step of obtaining a compound represented by the general formula (III),
In this order, a method for producing a fluorosulfonylimide salt.
In the above scheme, R 3 is fluorine, chlorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 4 is fluorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 5 is an onium cation, n Corresponds to the valence of the onium cation R 5 and represents an integer of 1 to 3.
上記フッ化物がCu,Zn,Biよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含むものである請求項1に記載のフルオロスルホニルイミド塩の製造方法。   The method for producing a fluorosulfonylimide salt according to claim 1, wherein the fluoride contains at least one element selected from the group consisting of Cu, Zn, and Bi. 上記一般式(I)で表される化合物が、出発原料として塩化シアンを用いて得られたものである請求項1または2に記載のフルオロスルホニルイミド塩の製造方法。   The method for producing a fluorosulfonylimide salt according to claim 1 or 2, wherein the compound represented by the general formula (I) is obtained using cyanogen chloride as a starting material. 上記一般式(I)で表される化合物が、出発原料としてアミド硫酸を用いて得られたものである請求項1または2に記載のフルオロスルホニルイミド塩の製造方法。   The method for producing a fluorosulfonylimide salt according to claim 1 or 2, wherein the compound represented by the general formula (I) is obtained using amidosulfuric acid as a starting material. 請求項1〜4のいずれかに記載の方法で得られた上記一般式(III)で表される化合物を、さらに、アルカリ金属塩と反応させて、下記一般式(VII)で表される化合物を得る工程を含む請求項1〜4のいずれかに記載のフルオロスルホニルイミド塩の製造方法。

式(VII)中、R2はアルカリ金属、R4は、フッ素又は炭素数1〜6のフッ化アルキル基を示し、lは1である。
A compound represented by the following general formula (VII) obtained by further reacting the compound represented by the general formula (III) obtained by the method according to any one of claims 1 to 4 with an alkali metal salt. The manufacturing method of the fluoro sulfonylimide salt in any one of Claims 1-4 including the process of obtaining.

In the formula (VII), R 2 represents an alkali metal, R 4 represents fluorine or a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 1 is 1.
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