JP7440334B2 - Method for producing vinylsulfonyl fluoride - Google Patents
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Description
本発明は、ビニルスルホニルフルオリドの製造方法に関する。より詳細には、燃料電池用隔膜、燃料電池用触媒バインダーポリマー、食塩電解用隔膜等のフッ素系高分子電解質の原材料となり得るビニルスルホニルフルオリドすなわちスルホン酸基含有モノマーを収率良く製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing vinylsulfonyl fluoride. More specifically, it relates to a method for producing in good yield vinylsulfonyl fluoride, that is, a sulfonic acid group-containing monomer, which can be used as a raw material for fluoropolymer electrolytes such as diaphragms for fuel cells, catalyst binder polymers for fuel cells, and diaphragms for salt electrolysis. .
従来、燃料電池用隔膜、食塩電解用隔膜等の主要成分として、下記一般式(I)で表されるペルフルオロポリマーが主に採用されている。
一般式(I)で表されるポリマーは、下記一般式(II)で表されるフッ素化モノマーとテトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体をケン化反応及び酸処理を施すことによって製造できることが知られている。
上記一般式(II)で表されるフッ素化モノマーの中でも、p=1かつq=2~4であるモノマーから製造されるポリマーが上記隔膜の主要成分として広く用いられている。このようなp=1かつq=2~4であるモノマーは、下記のルートで製造できることが知られている。
ところで、上記一般式(I)においてp=0であるポリマーは、pが1以上のポリマーと比べて、主鎖とスルホン酸基との間のスペーサー部が短いため、pが1以上の場合よりも高いガラス転移温度と高い強度を発現することが知られている。 By the way, the polymer in which p=0 in the above general formula (I) has a shorter spacer portion between the main chain and the sulfonic acid group than the polymer in which p is 1 or more, so It is also known that it exhibits a high glass transition temperature and high strength.
しかしながら、このポリマーの原材料となる、p=0の上記一般式(II)で表されるフッ素化モノマーは、合成が困難であるという問題があった。すなわち、p=1の上記一般式(II)で表されるフッ素化モノマーの場合と同様にして、CF3CF(COF)O(CF2)qSO2Fから脱炭酸・ビニル化反応を行うと、環化反応が主反応となるため、短鎖構造を有するp=0の上記一般式(II)で表されるフッ素化モノマーの収率が極めて低くなることが知られている。 However, the fluorinated monomer represented by the above general formula (II) where p=0, which is a raw material for this polymer, has a problem in that it is difficult to synthesize. That is, decarboxylation/vinylation reaction is performed from CF 3 CF(COF)O(CF 2 ) q SO 2 F in the same manner as in the case of the fluorinated monomer represented by the above general formula (II) where p=1. It is known that since the cyclization reaction becomes the main reaction, the yield of the fluorinated monomer represented by the above general formula (II) with p=0 having a short chain structure becomes extremely low.
例えば、下記のスキームに示すように、q=2の場合、環化反応のみが進行し、上記一般式(II)においてp=0、q=2であるフッ素化モノマーを得ることは困難である(例えば、非特許文献1参照)。
このような環化反応を起こさないスルホン酸基含有モノマー(CF2=CFO(CF2)2SO3Na)も開発されており、その製造法として、CF3CF(COF)O(CF2)2SO2Fを水酸化ナトリウム水溶液で中和処理して粉末状のCF3CF(CO2Na)O(CF2)2SO3Naを得た後、加熱・脱炭酸反応によりCF2=CFO(CF2)2SO3Naを取得する方法が開示されている。(例えば、特許文献1参照)
しかしながら、当該特許文献1に記載の方法ではCF3CF(CO2Na)O(CF2)2SO3Naを加熱・脱炭酸反応させる前に、乾燥温度が異なる2段階の乾燥工程により水分を除去する工程を必要とするため、反応操作が煩雑となる。
A sulfonic acid group-containing monomer (CF 2 =CFO(CF 2 ) 2 SO 3 Na) that does not cause such a cyclization reaction has also been developed, and its production method is CF 3 CF (COF) O (CF 2 ). 2 SO 2 F is neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution to obtain powdered CF 3 CF(CO 2 Na)O(CF 2 ) 2 SO 3 Na, and then heated and decarboxylated to form CF 2 =CFO. A method for obtaining (CF 2 ) 2 SO 3 Na is disclosed. (For example, see Patent Document 1)
However, in the method described in Patent Document 1, before heating and decarboxylating CF 3 CF(CO 2 Na)O(CF 2 ) 2 SO 3 Na, moisture is removed through a two-step drying process with different drying temperatures. Since a removal step is required, the reaction operation becomes complicated.
そして、特許文献1に記載の方法において水分の除去が十分でない場合、或いは他の水素源が存在する場合には加熱・脱炭酸反応において水素含有化合物CF3-CHFO(CF2)2SO3Naが生成することが知られている(例えば、非特許文献2参照)。 If water is not removed sufficiently in the method described in Patent Document 1, or if other hydrogen sources are present, the hydrogen-containing compound CF 3 -CHFO(CF 2 ) 2 SO 3 Na is removed in the heating/decarboxylation reaction. is known to be generated (for example, see Non-Patent Document 2).
一方、下記一般式(III)で表される環状化合物から、下記一般式(IV)で表されるスルホン酸基含有モノマー((IV))を製造する方法を開示しているが、当該方法においても環状化合物を反応させるときに水分の除去が十分でない場合、或いは他の水素源が存在する場合には水素含有化合物CF3-CHFO(CF2)2SO3Naが生成することがわかっている(例えば、特許文献2参照)。
上記のように水分又は他の水素源の存在によって生成したCF3-CHFO(CF2)2SO3Naは、目的物の中間体であるCF2=CFO(CF2)2SO3Naと同様の反応性を有する。そのため、ビニルスルホニルフルオリドの製造においては、副生物CF3-CHFO(CF2)2SO2Fが生成する。このような副生物の生成を抑制するために煩雑な水分除去工程が必要であった。 CF 3 -CHFO(CF 2 ) 2 SO 3 Na produced in the presence of moisture or other hydrogen sources as described above is similar to CF 2 =CFO(CF 2 ) 2 SO 3 Na, which is an intermediate of the target product. It has the reactivity of Therefore, in the production of vinylsulfonyl fluoride, a by-product CF 3 --CHFO(CF 2 ) 2 SO 2 F is produced. In order to suppress the production of such by-products, a complicated water removal process is required.
本発明の目的は、上記現状を考慮し、ビニルスルホニルフルオリド、すなわちスルホン酸基含有モノマーを製造する方法であって、煩雑な水分除去工程を必要とせず、生成する水素含有化合物を環状化合物に変換し回収して再利用することで、ビニルスルホニルフルオリドを製造できる方法を提供することである。 The object of the present invention is to provide a method for producing vinyl sulfonyl fluoride, that is, a sulfonic acid group-containing monomer, in consideration of the above-mentioned current situation, which does not require a complicated water removal step and converts the generated hydrogen-containing compound into a cyclic compound. It is an object of the present invention to provide a method for producing vinylsulfonyl fluoride by converting, recovering and reusing it.
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、水素含有化合物に塩基を接触・混合させることにより環状化合物を回収する方法を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors discovered a method of recovering a cyclic compound by contacting and mixing a hydrogen-containing compound with a base, and completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]本発明は、下記一般式(1)で表されるビニルスルホニルフルオリドの製造方法であって、
下記一般式(2)で表される水素含有化合物(2)及び前記ビニルスルホニルフルオリドを含有する混合物(1)から前記水素含有化合物(2)を分離する分離工程と、
前記水素含有化合物(2)に塩基化合物(a)を接触・混合させて、下記一般式(3)で表される環状化合物(3)
を調製する環化工程と、
前記環状化合物(3)から前記混合物(1)を生成する反応混合物生成工程と、
を含むビニルスルホニルフルオリドの製造方法である。
That is, the present invention is as follows.
[1] The present invention is a method for producing vinylsulfonyl fluoride represented by the following general formula (1),
A separation step of separating the hydrogen-containing compound (2) represented by the following general formula (2) from a mixture (1) containing the hydrogen-containing compound (2) and the vinylsulfonyl fluoride;
A cyclic compound (3) represented by the following general formula (3) is obtained by contacting and mixing the basic compound (a) with the hydrogen-containing compound (2).
a cyclization step to prepare
a reaction mixture generation step of generating the mixture (1) from the cyclic compound (3);
This is a method for producing vinylsulfonyl fluoride containing.
[2]本実施形態において、前記塩基化合物(a)が、ジアルキルリチウムアミド又は炭化水素系リチウム化合物と配位性窒素化合物との組み合わせであることが好ましい。 [2] In this embodiment, the basic compound (a) is preferably a combination of a dialkyl lithium amide or a hydrocarbon lithium compound and a coordinating nitrogen compound.
[3]本実施形態において、前記反応混合物生成工程は、前記環状化合物(3)と下記一般式(4)で表されるシラノール化合物(4)と
を混合攪拌することにより、下記一般式(5)で表される(ビニル)スルホン酸化合物(5)
を含有する混合物(2)を調製する工程(I)を含むことが好ましい。
[3] In the present embodiment, the reaction mixture generation step includes the cyclic compound (3) and the silanol compound (4) represented by the following general formula (4).
By mixing and stirring, a (vinyl)sulfonic acid compound (5) represented by the following general formula (5) is obtained.
It is preferable to include a step (I) of preparing a mixture (2) containing the following.
[4]本実施形態において、前記反応混合物生成工程は、前記混合物(2)と、誘導体化剤とを接触・混合することにより下記一般式(6)で表される(ビニル)スルホン酸誘導体(6)
を含有する混合物(3)を調製する工程(II)をさらに含む、請求項1~3に記載のビニルスルホニルフルオリドの製造方法。
[4] In the present embodiment, the reaction mixture generation step includes contacting and mixing the mixture (2) with a derivatizing agent to produce a (vinyl)sulfonic acid derivative represented by the following general formula (6) ( 6)
The method for producing vinyl sulfonyl fluoride according to claims 1 to 3, further comprising a step (II) of preparing a mixture (3) containing.
[5]本実施形態において、前記反応混合物生成工程は、前記混合物(3)とフッ素化剤とを接触・混合することにより、前記混合物(1)を調製する工程(III)をさらに含むことが好ましい。 [5] In the present embodiment, the reaction mixture generation step may further include a step (III) of preparing the mixture (1) by contacting and mixing the mixture (3) and a fluorinating agent. preferable.
[6]本実施形態において、前記一般式(4)中のMaが、アルカリ金属であることが好ましい。 [6] In this embodiment, M a in the general formula (4) is preferably an alkali metal.
[7]本実施形態において、前記シラノール化合物(4)が、リチウムトリメチルシラノラート、リチウムトリエチルシラノラート、リチウムトリイソプロピルシラノラート、リチウム(tert-ブチル)ジメチルシラノラート、リチウムトリフェニルシラノラート、ジリチウムジメチルシランジオラート、ジリチウムジエチルシランジオラート、ジリチウムジフェニルシランジオラート、ナトリウムトリメチルシラノラート、ナトリウムトリエチルシラノラート、ナトリウムトリイソプロピルシラノラート、ナトリウム(tert-ブチル)ジメチルシラノラート、ナトリウムトリフェニルシラノラート、ジナトリウムジメチルシランジオラート、ジナトリウムジエチルシランジオラート、及びジナトリウムジフェニルシランジオラートからなる群より選択される1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。 [7] In this embodiment, the silanol compound (4) is lithium trimethylsilanolate, lithium triethylsilanolate, lithium triisopropylsilanolate, lithium (tert-butyl)dimethylsilanolate, lithium triphenylsilanolate, dilithium Dimethylsilanediolate, dilithium diethylsilanediolate, dilithium diphenylsilanediolate, sodium trimethylsilanolate, sodium triethylsilanolate, sodium triisopropylsilanolate, sodium (tert-butyl)dimethylsilanolate, sodium triphenylsilanolate , disodium dimethylsilanediolate, disodium diethylsilanediolate, and disodium diphenylsilanediolate.
[8]本実施形態において、前記誘導体化剤が、五酸化リン、五塩化リン、酢酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物、メタンスルホン酸無水物、トリフルオロメタンスルホン酸無水物、p-トルエンスルホン酸無水物、塩化チオニル、ジシクロへキシルカルボジイミド、シアヌール酸クロリド、四塩化チタン、及びベンゼンスルホニルクロリドからなる群より選択される1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。 [8] In this embodiment, the derivatizing agent is phosphorus pentoxide, phosphorus pentachloride, acetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, methanesulfonic anhydride, trifluoromethanesulfonic anhydride, p-toluenesulfonic acid. Preferably, the compound is one or more compounds selected from the group consisting of anhydride, thionyl chloride, dicyclohexylcarbodiimide, cyanuric acid chloride, titanium tetrachloride, and benzenesulfonyl chloride.
[9]本実施形態において、前記フッ素化剤が、フッ化水素、金属フッ化物、4級アンモニウムフルオリド、及び4級ホスホニウムフルオリドからなる群より選択される1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。 [9] In this embodiment, the fluorinating agent is one or more compounds selected from the group consisting of hydrogen fluoride, metal fluoride, quaternary ammonium fluoride, and quaternary phosphonium fluoride. It is preferable that there be.
本発明によれば、煩雑な水分除去工程を必要とせず、含有する水分によって生成した水素含有化合物をビニルスルホニルフルオリド製造の中間体である環状化合物に変換し回収して再利用することでビニルスルホニルフルオリドを製造できる。 According to the present invention, the hydrogen-containing compound produced by the contained moisture is converted into a cyclic compound, which is an intermediate in the production of vinyl sulfonyl fluoride, and is recovered and reused, without requiring a complicated water removal process. Sulfonyl fluoride can be produced.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as "this embodiment") will be described in detail.
本発明に係るビニルスルホニルフルオリドの製造方法は、当該ビニルスルホニルフルオリドの副生成物である水素含有化合物(2)を反応混合物(=混合物(1))から分離する分離工程と、前記水素含有化合物(2)を環化する環化工程と、前記水素含有化合物(2)が環化した環状化合物(3)から混合物(1)を生成する反応混合物生成工程とを有する。 The method for producing vinylsulfonyl fluoride according to the present invention includes a separation step of separating a hydrogen-containing compound (2), which is a by-product of the vinylsulfonyl fluoride, from a reaction mixture (=mixture (1)); The method includes a cyclization step of cyclizing the compound (2), and a reaction mixture production step of producing the mixture (1) from the cyclic compound (3) obtained by cyclizing the hydrogen-containing compound (2).
換言すると、本実施形態におけるビニルスルホニルフルオリドの製造方法は、当該ビニルスルホニルフルオリドが生成される際に生じる副生成物(水素含有化合物(2))を、環状化合物(3)に変えた後、必要により当該環状化合物(3)から前記ビニルスルホニルフルオリド及び水素含有化合物(2)の前駆体への合成を介して、前記ビニルスルホニルフルオリド及び副生成物(水素含有化合物(2))を、前記前駆体或いは前記環状化合物(3)から生成するという工程が繰り返し可能な反応サイクルである。以下、各工程について説明する。 In other words, in the method for producing vinylsulfonyl fluoride in this embodiment, after converting the byproduct (hydrogen-containing compound (2)) produced when the vinylsulfonyl fluoride is produced into a cyclic compound (3), , if necessary, the vinylsulfonyl fluoride and the by-product (hydrogen-containing compound (2)) are synthesized from the cyclic compound (3) into a precursor of the vinylsulfonyl fluoride and the hydrogen-containing compound (2). , the step of producing from the precursor or the cyclic compound (3) is a repeatable reaction cycle. Each step will be explained below.
「分離工程」
本発明は、下記一般式(1)で表されるビニルスルホニルフルオリドと、
下記一般式(2)で表される水素含有化合物(2)と、
を含有する混合物(1)から前記水素含有化合物(2)を分離する分離工程を有する。
"Separation process"
The present invention provides vinylsulfonyl fluoride represented by the following general formula (1),
A hydrogen-containing compound (2) represented by the following general formula (2),
The hydrogen-containing compound (2) is separated from the mixture (1) containing the hydrogen-containing compound (2).
本実施形態において、最終目的物である一般式(1)で表わされるビニルスルホニルフルオリドは、反応物である混合物(1)から回収される。その際、ビニルスルホニルフルオリドを回収する前又は回収した後、或いはビニルスルホニルフルオリドの回収と併せて、前記混合物(1)から一般式(2)で表わされる水素含有化合物(2)を分離することができる。
したがって、本実施形態におけるビニルスルホニルフルオリドの製造方法は、上記式(1)で表わされるビニルスルホニルフルオリドを、混合物(1)から回収する回収工程を有しうる。
In this embodiment, vinylsulfonyl fluoride represented by general formula (1), which is the final target product, is recovered from the mixture (1), which is a reactant. At that time, the hydrogen-containing compound (2) represented by the general formula (2) is separated from the mixture (1) before or after recovering the vinylsulfonyl fluoride, or in conjunction with the recovery of the vinylsulfonyl fluoride. be able to.
Therefore, the method for producing vinylsulfonyl fluoride in this embodiment may include a recovery step of recovering vinylsulfonylfluoride represented by the above formula (1) from the mixture (1).
上記分離工程において、ビニルスルホニルフルオリドを含有する混合物(1)から水素含有化合物(2)を分離する方法としては、蒸留、又はカラムクロマトグラフィー等の公知の方法で行うことができる。
例えば、蒸留による分離工程では、単蒸留又は精留のいずれでも実施可能であるが、高純度の目的物及び高い蒸留収率で得る観点から、精留を行うことが好ましい。当該精留条件としては、精留塔の理論段数が好ましくは2段以上20段以下であり、還流比が好ましくは0.1以上20以下である。
また、カラムクロマトグラフィーによる分離工程では、分離対象である化合物分子中の二重結合の数等に応じて分離が行われる銀イオンクロマトグラフィーなどが好ましい。
In the above separation step, the hydrogen-containing compound (2) can be separated from the vinylsulfonyl fluoride-containing mixture (1) by a known method such as distillation or column chromatography.
For example, in the separation step by distillation, either simple distillation or rectification can be carried out, but rectification is preferable from the viewpoint of obtaining a highly pure target product and a high distillation yield. As for the rectification conditions, the number of theoretical plates in the rectification column is preferably 2 or more and 20 or less, and the reflux ratio is preferably 0.1 or more and 20 or less.
Further, in the separation step using column chromatography, silver ion chromatography, etc., in which separation is performed depending on the number of double bonds in the compound molecule to be separated, etc. is preferable.
上記一般式(1)中、X1は、フッ素原子又は炭素数1~3のフルオロアルキル基であり、好ましくはF又はCF3である。 In the above general formula (1), X 1 is a fluorine atom or a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably F or CF 3 .
上記一般式(2)中、X2は、フッ素原子又は炭素数1~3のフルオロアルキル基であり、好ましくはF又はCF3である。 In the above general formula (2), X 2 is a fluorine atom or a fluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably F or CF 3 .
また、目的物である一般式(1)で表されるビニルスルホニルフルオリドを回収する回収工程は、上記分離工程と同様に、蒸留、又はカラムクロマトグラフィー等の公知の方法で行うことができる。 Further, the recovery step of recovering the target product, vinylsulfonyl fluoride represented by general formula (1), can be performed by a known method such as distillation or column chromatography, similar to the above separation step.
「環化工程」
本発明は、上記式(2)で表わされる水素含有化合物(2)に、塩基化合物(a)を接触・混合させて、下記式(3)で表わされる環状化合物(3)
を調製する環化工程を有する。
"Cyclization process"
The present invention produces a cyclic compound (3) represented by the following formula (3) by contacting and mixing a basic compound (a) with the hydrogen-containing compound (2) represented by the above formula (2).
It has a cyclization step to prepare.
上記式(3)において、X3は、F又はCF3であることが好ましい。 In the above formula (3), X 3 is preferably F or CF 3 .
上記水素含有化合物(2)から環状化合物(3)への環化反応のメカニズムは以下のように推定される。水素含有化合物(2)から塩基化合物(a)の作用によって水素が引き抜かれ、生成したカルボアニオンが分子内の硫黄原子を攻撃し環化することにより環状化合物(3)が生成する。 The mechanism of the cyclization reaction from the hydrogen-containing compound (2) to the cyclic compound (3) is estimated as follows. Hydrogen is extracted from the hydrogen-containing compound (2) by the action of the basic compound (a), and the produced carbanion attacks the sulfur atom in the molecule and cyclizes, thereby producing the cyclic compound (3).
本発明における塩基化合物(a)は、水素含有化合物(2)から水素を引き抜くことができる塩基性の化合物であればよい。塩基化合物(a)は、反応性の観点から、例えば、ジアルキルリチウムアミド、又は炭化水素系リチウム化合物と配位性窒素化合物の組み合わせであることが好ましい。
上記ジアルキルリチウムアミドとしては、リチウムジイソプロピルアミド、リチウム-2,2,6,6-テトラメチルピペリジドなどが挙げられる。また、前記ジアルキルリチウムアミドは、n-ブチルリチウムなどの塩基性物質(b)と、ジアルキルアミン等の第二級アミン化合物とを混合して合成することができる。また、予め合成した塩基化合物(a)を水素含有化合物(2)と反応させてもよく、あるいは水素含有化合物(2)と反応させる際に塩基性物質(b)と第二級アミン化合物(例えば、ジアルキルアミン)とを同時に添加して使用してもよい。
当該塩基性物質(b)としてはメチルリチウム、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、tert-ブチルリチウム、フェニルリチウム等が挙げられる。上記第二級アミン化合物としては、ジn-プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn-ブチルアミン、ジtert-ブチルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ピペリジン、ピロリジン、2,6-ジメチルピペリジン、若しくは2,2,6,6-テトラメチルピペリジンなどのジアルキルアミン;或いは、ジフェニルアミン、ジベンジルアミン等の芳香族アミン;又はこれらを有する炭化水素化合物が挙げられる。
The basic compound (a) in the present invention may be any basic compound that can extract hydrogen from the hydrogen-containing compound (2). From the viewpoint of reactivity, the basic compound (a) is preferably, for example, a dialkyl lithium amide or a combination of a hydrocarbon lithium compound and a coordinating nitrogen compound.
Examples of the dialkyllithium amide include lithium diisopropylamide, lithium-2,2,6,6-tetramethylpiperidide, and the like. Further, the dialkyllithium amide can be synthesized by mixing a basic substance (b) such as n-butyllithium with a secondary amine compound such as dialkylamine. Further, the basic compound (a) synthesized in advance may be reacted with the hydrogen-containing compound (2), or when reacting with the hydrogen-containing compound (2), the basic substance (b) and a secondary amine compound (e.g. , dialkylamine) may be added at the same time.
Examples of the basic substance (b) include methyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, tert-butyllithium, and phenyllithium. Examples of the secondary amine compound include di-n-propylamine, diisopropylamine, di-n-butylamine, di-tert-butylamine, dicyclohexylamine, piperidine, pyrrolidine, 2,6-dimethylpiperidine, or 2,2,6,6 - dialkylamines such as tetramethylpiperidine; or aromatic amines such as diphenylamine and dibenzylamine; or hydrocarbon compounds containing these.
上記炭化水素系リチウム化合物と配位性窒素化合物の組み合わせとしては、該配位性窒素化合物が炭化水素系リチウム化合物(例えば、アルキルリチウム)に対して配位可能であればよい。例えば、前記炭化水素系リチウム化合物としては、メチルリチウム、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、若しくはtert-ブチルリチウム等のアルキルリチウム、フェニルリチウム等の芳香族リチウムが挙げられる。また、前記配位性窒素化合物としては、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、N,N’-ジメチルプロピレン尿素、ヘキサメチルリン酸トリアミド等が挙げられる。 The combination of the hydrocarbon-based lithium compound and the coordinating nitrogen compound may be any combination as long as the coordinating nitrogen compound is capable of coordinating with the hydrocarbon-based lithium compound (for example, alkyl lithium). For example, the hydrocarbon-based lithium compound includes alkyllithium such as methyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, or tert-butyllithium, and aromatic lithium such as phenyllithium. In addition, the coordinating nitrogen compounds include N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane, N,N'-dimethylpropylene urea, hexamethyl Examples include phosphoric acid triamide.
操作性の観点から、本発明における塩基化合物(a)は、溶媒で希釈して使用することが好ましい。当該溶媒としては、反応時に不活性であればよく、各種の非プロトン性溶媒を用いることができ、例えば、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素溶媒、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、1,4-ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、4-メチルテトラヒドロピラン等の各種のエーテル基含有溶媒、アセトニトリル等のニトリル基含有溶媒、スルホラン等のスルホン基含有溶媒等が挙げられる。 From the viewpoint of operability, the basic compound (a) in the present invention is preferably used after being diluted with a solvent. The solvent need only be inert during the reaction, and various aprotic solvents can be used, such as aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, and cyclohexane, aromatic solvents such as toluene, xylene, and ethylbenzene. Hydrocarbon solvent, tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,4-dioxane, cyclopentyl methyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, 4- Examples include various ether group-containing solvents such as methyltetrahydropyran, nitrile group-containing solvents such as acetonitrile, and sulfone group-containing solvents such as sulfolane.
本実施形態の製造方法において、溶媒の使用量は、撹拌及び溶媒除去の容易さの観点から、水素含有化合物(2)100質量部に対して10~2000質量部であることが好ましく、より好ましくは50~1000質量部である。 In the production method of the present embodiment, the amount of the solvent used is preferably 10 to 2000 parts by mass, more preferably 10 to 2000 parts by mass, based on 100 parts by mass of the hydrogen-containing compound (2) from the viewpoint of ease of stirring and solvent removal. is 50 to 1000 parts by mass.
本実施形態の製造方法において、塩基化合物(a)の使用量は、反応成績の観点から、水素含有化合物(2)のモル当量に対して0.5~6倍用いることが好ましく、水素含有化合物(2)のモル当量に対して1~3倍用いることがより好ましい。
本実施形態において、塩基化合物(a)と溶媒との混合撹拌の温度は、反応成績の観点から、-100℃~100℃であることが好ましく、より好ましくは-80℃~50℃である。
In the production method of the present embodiment, the amount of the basic compound (a) used is preferably 0.5 to 6 times the molar equivalent of the hydrogen-containing compound (2) from the viewpoint of reaction results. It is more preferable to use 1 to 3 times the molar equivalent of (2).
In this embodiment, the temperature at which the basic compound (a) and the solvent are mixed and stirred is preferably -100°C to 100°C, more preferably -80°C to 50°C from the viewpoint of reaction results.
本実施形態において、塩基化合物(a)と溶媒との混合撹拌の時間は、生産性の観点から、0.01~50時間であることが好ましく、より好ましくは0.1~10時間である。 In this embodiment, the time for mixing and stirring the basic compound (a) and the solvent is preferably 0.01 to 50 hours, more preferably 0.1 to 10 hours, from the viewpoint of productivity.
「反応混合物生成工程」
本発明は、上記環状化合物(3)から上記混合物(1)を生成する反応混合物生成工程を有する。当該反応混合物生成工程は、前記環状化合物(3)を開環し、上記一般式(1)で表されるビニルスルホニルフルオリドと、上記一般式(2)で表される水素含有化合物(2)と、を含有する混合物(1)を調製できる合成ルートであればよい。本実施形態における反応混合物生成工程である合成ルートの好ましい態様について以下説明する。
"Reaction mixture generation process"
The present invention includes a reaction mixture production step of producing the mixture (1) from the cyclic compound (3). In the reaction mixture generation step, the cyclic compound (3) is ring-opened, and vinylsulfonyl fluoride represented by the above general formula (1) and the hydrogen-containing compound (2) represented by the above general formula (2) are prepared. Any synthetic route that can prepare the mixture (1) containing the following may be used. A preferred embodiment of the synthesis route, which is the reaction mixture production step in this embodiment, will be described below.
本実施形態において、反応混合物生成工程は、環状化合物(3)と後述のシラノール化合物(4)とを反応させて混合物(2)を調製する工程(I)を有することが好ましい。また、本実施形態において、反応混合物生成工程は、前記混合物(2)と、後述の誘導体化剤とを接触・混合することにより、後述の(ビニル)スルホン酸誘導体(6)を含有する混合物(3)を調製する工程(II)をさらに有することが好ましい。
そして、本実施形態において、反応混合物生成工程は、前記混合物(3)とフッ素化剤とを接触・混合することにより、混合物(1)を調製する工程(III)をさらに有することが好ましい。
In this embodiment, the reaction mixture generation step preferably includes a step (I) of preparing a mixture (2) by reacting a cyclic compound (3) with a silanol compound (4) described below. Furthermore, in the present embodiment, the reaction mixture generation step includes contacting and mixing the mixture (2) with a derivatizing agent described below to form a mixture (vinyl)sulfonic acid derivative (6) as described below. It is preferable to further include step (II) of preparing step 3).
In the present embodiment, the reaction mixture generation step preferably further includes a step (III) of preparing the mixture (1) by contacting and mixing the mixture (3) with a fluorinating agent.
本実施形態において、反応混合物生成工程の特に好ましい態様は、上記工程(I)、上記工程(II)及び上記工程(III)を有する態様である。以下、上記工程(I)~(III)について詳説する。 In this embodiment, a particularly preferred embodiment of the reaction mixture production step is an embodiment including the above step (I), the above step (II), and the above step (III). Below, the above steps (I) to (III) will be explained in detail.
<工程(I):環状化合物(3)とシラノール化合物(4)との反応>
本実施形態において、反応混合物生成工程は、前記環状化合物(3)と下記一般式(4)で表されるシラノール化合物(4)と
を混合攪拌することにより、下記一般式(5)で表される(ビニル)スルホン酸化合物(5)
を含有する混合物(2)を調製する工程(I)を含むことが好ましい。
<Step (I): Reaction between cyclic compound (3) and silanol compound (4)>
In this embodiment, the reaction mixture generation step includes the cyclic compound (3) and the silanol compound (4) represented by the following general formula (4).
By mixing and stirring, a (vinyl)sulfonic acid compound (5) represented by the following general formula (5) is obtained.
It is preferable to include a step (I) of preparing a mixture (2) containing the following.
上記一般式(4)において、Maはアルカリ金属又はアルカリ土類金属であるが、シラノール化合物(4)の入手性、合成のし易さの観点から、Maはアルカリ金属が好ましい。当該アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、又はカリウムが好ましい。 In the above general formula (4), M a is an alkali metal or an alkaline earth metal, but from the viewpoint of availability and ease of synthesis of the silanol compound (4), M a is preferably an alkali metal. The alkali metal is preferably lithium, sodium, or potassium.
上記一般式(4)において、R1~R3は、各々独立して、水素原子又は置換されていてもよい炭素数1~10個の一価の炭化水素基であることが好ましい。
上記一般式(4)中の「一価の炭化水素基」とは、例えば、脂肪族炭化水素基、又はフェニル基等の芳香族炭化水素基が挙げられる。また「置換してもよい」とは、ハロゲン原子(フッ素原子又は塩素原子)又は後述の官能基等の置換基により、前記一価の炭化水素基中の水素原子の一部又は全部が置換されてもよいことをいう。したがって、「置換されていてもよい一価の炭化水素基」とは、例えば、脂肪族炭化水素基、フェニル基等の芳香族炭化水素基、及び炭化水素基中の水素原子が全てフッ素原子に置換された、トリフルオロメチル基等のフッ素置換炭化水素基等が挙げられる。また、一価の炭化水素基は、炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のアルキル基が好ましい。
In the above general formula (4), R 1 to R 3 are preferably each independently a hydrogen atom or an optionally substituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
Examples of the "monovalent hydrocarbon group" in the above general formula (4) include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group. In addition, "may be substituted" means that some or all of the hydrogen atoms in the monovalent hydrocarbon group are substituted with a substituent such as a halogen atom (fluorine atom or chlorine atom) or a functional group described below. It means something that can be done. Therefore, "optionally substituted monovalent hydrocarbon group" refers to, for example, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, and a hydrocarbon group in which all hydrogen atoms are replaced by fluorine atoms. Examples include substituted fluorine-substituted hydrocarbon groups such as trifluoromethyl groups. Further, the monovalent hydrocarbon group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
上記一般式(5)において、X5は、F又はCF3であることが好ましい。また、(ビニル)とは、ビニル基を有する場合があることをいう。そのため、例えば、(ビニル)スルホン酸化合物(5)とは、ビニル基を1以上含有してもよいスルホン酸系化合物をいう。 In the above general formula (5), X 5 is preferably F or CF 3 . Moreover, (vinyl) means that it may have a vinyl group. Therefore, for example, the (vinyl)sulfonic acid compound (5) refers to a sulfonic acid compound that may contain one or more vinyl groups.
なお、上記炭化水素基は、必要に応じて、官能基を有していてもよい。当該官能基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子、ニトリル基(-CN)、エーテル基(-O-)、カーボネート基(-OCO2-)、エステル基(-CO2-)、カルボニル基(-CO-)、スルフィド基(-S-)、スルホキシド基(-SO-)、スルホン基(-SO2-)、ウレタン基(-NHCO2-)等が挙げられる。 In addition, the said hydrocarbon group may have a functional group as needed. Examples of the functional group include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, and bromine atom, nitrile group (-CN), ether group (-O-), carbonate group (-OCO 2 -), and ester group (-CO 2 -), carbonyl group (-CO-), sulfide group (-S-), sulfoxide group (-SO-), sulfone group (-SO 2 -), urethane group (-NHCO 2 -), and the like.
本実施形態におけるシラノール化合物(4)としては、リチウムトリメチルシラノラート、リチウムトリエチルシラノラート、リチウムトリイソプロピルシラノラート、リチウム(tert-ブチル)ジメチルシラノラート、リチウムトリフェニルシラノラート、ジリチウムジメチルシランジオラート、ジリチウムジエチルシランジオラート、ジリチウムジフェニルシランジオラート、ナトリウムトリメチルシラノラート、ナトリウムトリエチルシラノラート、ナトリウムトリイソプロピルシラノラート、ナトリウム(tert-ブチル)ジメチルシラノラート、ナトリウムトリフェニルシラノラート、ジナトリウムジメチルシランジオラート、ジナトリウムジエチルシランジオラート、及びジナトリウムジフェニルシランジオラート等が例示される。 The silanol compound (4) in this embodiment includes lithium trimethylsilanolate, lithium triethylsilanolate, lithium triisopropylsilanolate, lithium (tert-butyl)dimethylsilanolate, lithium triphenylsilanolate, and dilithium dimethylsilanediolate. , dilithium diethylsilanediolate, dilithium diphenylsilanediolate, sodium trimethylsilanolate, sodium triethylsilanolate, sodium triisopropylsilanolate, sodium (tert-butyl)dimethylsilanolate, sodium triphenylsilanolate, disodium dimethyl Examples include silanediolate, disodium diethylsilanediolate, and disodium diphenylsilanediolate.
上記シラノール化合物(4)は市販品を使用してもよく、或いはハロゲン化シラン、シラノール、シロキサン等の入手可能な化合物から合成してもよい。 The silanol compound (4) may be a commercially available product, or may be synthesized from available compounds such as halogenated silanes, silanols, and siloxanes.
本実施形態の製造方法において、環状化合物(3)とシラノール化合物(4)と混合撹拌時には、溶媒を用いることが好ましい。 In the manufacturing method of this embodiment, it is preferable to use a solvent when mixing and stirring the cyclic compound (3) and the silanol compound (4).
上記溶媒としては、反応時に不活性であればよく、各種の非プロトン性溶媒を用いることができ、例えば、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素溶媒、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、1,4-ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、4-メチルテトラヒドロピラン等の各種のエーテル基含有溶媒、アセトニトリル等のニトリル基含有溶媒、スルホラン等のスルホン基含有溶媒等が挙げられる。中でも、(ビニル)スルホン酸化合物(5)を収率良く得るため、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、4-メチルテトラヒドロピラン等のエーテル基含有溶媒の使用が好ましい。 The above-mentioned solvent only needs to be inert during the reaction, and various aprotic solvents can be used, such as aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, and cyclohexane, and aromatic solvents such as toluene, xylene, and ethylbenzene. Hydrocarbon solvent, tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,4-dioxane, cyclopentyl methyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, 4- Examples include various ether group-containing solvents such as methyltetrahydropyran, nitrile group-containing solvents such as acetonitrile, and sulfone group-containing solvents such as sulfolane. Among these, in order to obtain the (vinyl)sulfonic acid compound (5) in a good yield, it is preferable to use an ether group-containing solvent such as tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, or 4-methyltetrahydropyran.
本実施形態の製造方法において、上記溶媒の使用量は、撹拌及び溶媒除去の容易さの観点から、環状化合物(3)100質量部に対して10~1000質量部であることが好ましく、より好ましくは50~500質量部である。 In the production method of the present embodiment, the amount of the solvent used is preferably 10 to 1000 parts by mass, more preferably 10 to 1000 parts by mass, based on 100 parts by mass of the cyclic compound (3), from the viewpoint of ease of stirring and solvent removal. is 50 to 500 parts by mass.
本実施形態の製造方法において、シラノール化合物(4)の使用量は、反応成績の観点から、環状化合物(3)のモル当量に対して0.95~4倍用いることが好ましい。 In the production method of the present embodiment, the amount of silanol compound (4) used is preferably 0.95 to 4 times the molar equivalent of cyclic compound (3) from the viewpoint of reaction results.
本実施形態において、環状化合物(3)とシラノール化合物(4)との混合撹拌の温度は、反応成績の観点から、-100℃~200℃であることが好ましい。 In this embodiment, the temperature at which the cyclic compound (3) and the silanol compound (4) are mixed and stirred is preferably -100°C to 200°C from the viewpoint of reaction results.
本実施形態において、環状化合物(3)とシラノール化合物(4)との混合撹拌の時間は、生産性の観点から、0.01~100時間であることが好ましい。 In this embodiment, the time for mixing and stirring the cyclic compound (3) and the silanol compound (4) is preferably 0.01 to 100 hours from the viewpoint of productivity.
本実施形態における工程(I)により得られる混合物(2)は、下記一般式(5-1)で表わされるビニルスルホン酸化合物(5-1)と、
下記式(5-2)で表わされるスルホン酸化合物(5-2)と、
を含有することが好ましい。
The mixture (2) obtained by step (I) in this embodiment includes a vinyl sulfonic acid compound (5-1) represented by the following general formula (5-1),
A sulfonic acid compound (5-2) represented by the following formula (5-2),
It is preferable to contain.
上記ビニルスルホン酸化合物(5-1)はビニルスルホニルフルオリドの前駆体に対応し、スルホン酸化合物(5-2)は水素含有化合物(2)の前駆体に対応する。 The vinyl sulfonic acid compound (5-1) corresponds to the precursor of vinyl sulfonyl fluoride, and the sulfonic acid compound (5-2) corresponds to the precursor of the hydrogen-containing compound (2).
本実施形態の好ましい態様において、ビニルスルホン酸化合物(5-1)は、後述のビニルスルホン酸誘導体(6-1)を介して、目的物のビニルスルホニルフルオリドへ変換されうる。一方、スルホン酸化合物(5-2)は、後述のスルホン酸誘導体(6-2)を介して、水素含有化合物(2)に変換されうる。 In a preferred aspect of this embodiment, the vinyl sulfonic acid compound (5-1) can be converted to the target object, vinyl sulfonyl fluoride, via the vinyl sulfonic acid derivative (6-1) described below. On the other hand, the sulfonic acid compound (5-2) can be converted to the hydrogen-containing compound (2) via the sulfonic acid derivative (6-2) described below.
これにより、副生成物である水素含有化合物(2)をビニルスルホニルフルオリド製造の中間体である環状化合物(3)に変換し回収して再利用することでビニルスルホニルフルオリドを製造できる。 As a result, vinylsulfonyl fluoride can be produced by converting the hydrogen-containing compound (2), which is a by-product, into a cyclic compound (3), which is an intermediate for producing vinylsulfonyl fluoride, and recovering and reusing it.
<工程(II):混合物(2)と、誘導体化剤との反応>
本実施形態において、反応混合物生成工程は、前記混合物(2)と、誘導体化剤とを接触・混合することにより下記一般式(6)で表される(ビニル)スルホン酸誘導体(6)
を含有する混合物(3)を調製する工程(II)をさらに含むことが好ましい。
<Step (II): Reaction of mixture (2) and derivatizing agent>
In this embodiment, the reaction mixture generation step includes contacting and mixing the mixture (2) with a derivatizing agent to produce a (vinyl)sulfonic acid derivative (6) represented by the following general formula (6).
It is preferable to further include a step (II) of preparing a mixture (3) containing the following.
上記一般式(6)において、X6、Xa及びXbは、それぞれ独立して、F又はCF3であることが好ましい。 In the above general formula (6), it is preferable that X 6 , X a and X b are each independently F or CF 3 .
上記誘導体化剤としては、五酸化リン、酢酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物、メタンスルホン酸無水物、トリフルオロメタンスルホン酸無水物、p-トルエンスルホン酸無水物、塩化チオニル、ジシクロへキシルカルボジイミド、シアヌール酸クロリド、四塩化チタン、ベンゼンスルホニルクロリド、塩化オキサリル、三塩化リン、五塩化リン、塩化スルフリル等が例示されるが、入手性、反応操作の容易性の観点から、五酸化リン、トリフルオロ酢酸無水物、トリフルオロメタンスルホン酸無水物、塩化チオニルが好ましい。上記誘導体化剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the derivatizing agent include phosphorus pentoxide, acetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, methanesulfonic anhydride, trifluoromethanesulfonic anhydride, p-toluenesulfonic anhydride, thionyl chloride, dicyclohexylcarbodiimide, Examples include cyanuric acid chloride, titanium tetrachloride, benzenesulfonyl chloride, oxalyl chloride, phosphorus trichloride, phosphorus pentachloride, sulfuryl chloride, etc. However, from the viewpoint of availability and ease of reaction operation, phosphorus pentoxide, trifluoro Preferred are acetic anhydride, trifluoromethanesulfonic anhydride, and thionyl chloride. The above derivatizing agents may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態の製造方法において、溶媒を使用して反応を行っても、無溶媒下で反応を行っても構わない。溶媒を使用する場合、原料及び反応生成物に不活性な溶媒が好ましい。 In the manufacturing method of this embodiment, the reaction may be carried out using a solvent or without a solvent. When a solvent is used, it is preferably a solvent that is inert to the raw materials and reaction products.
上記混合物(2)と、誘導体化剤との反応温度は通常、-40℃~300℃で行われるが、原料及び反応生成物の熱安定性、及び反応性の観点から、-20℃~280℃が好ましく、0℃~250℃がより好ましく、10℃~200℃が特に好ましい。 The reaction temperature between the mixture (2) and the derivatizing agent is usually -40°C to 300°C, but from the viewpoint of thermal stability and reactivity of the raw materials and reaction products, the reaction temperature is -20°C to 280°C. The temperature is preferably 0°C to 250°C, more preferably 10°C to 200°C.
上記混合物(2)と、誘導体化剤との反応時間は通常、0.01~200時間で行われるが、好ましくは0.1~180時間である。 The reaction time between the mixture (2) and the derivatizing agent is usually 0.01 to 200 hours, preferably 0.1 to 180 hours.
本実施形態の工程(II)において、接触・混合方法は、無溶媒下で反応を行う場合、溶媒を使用して反応を行う場合であっても、一般的に使用される方法であれば特に限定されない。例えば攪拌翼(例えば、ファン、プロペラ、十字、バタフライ、とんぼ、タービン、ディスクタービン、ディスパ、パドル、傾斜パドル、スクリュー等)を用いる方法、粉砕機(ジョークラッシャー、ジャイレトリークラッシャー、インパクトクラッシャー、コーンクラッシャー、ロールクラシャー、カッターミル、スタンプミル、リングミル、ローラーミル、回転ミル、振動ミル、遊星ミル、ハンマーミル、ビーズミル、アトライター、ピンミル等)を用いる方法、共振現象を用いる方法(例えば、共振音響ミキサー)等が挙げられる。これらの方法は、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用しても良い。また、接触・混合をより効率的に行える場合があることから、アルミナビーズ、ガラスビーズ、ジルコニアビーズ、ジルコンビーズ、スチールビーズ等、一般的にビーズミル等で用いられる粉砕メディアを用いることもできる(前記ビーズは、ボールとしても良い)。これらの粉砕メディアは、単独で使用しても、複数を組み合わせて使用しても良い。 In step (II) of the present embodiment, the contacting/mixing method may be a commonly used method, regardless of whether the reaction is carried out without a solvent or using a solvent. Not limited. For example, methods using stirring blades (e.g., fans, propellers, crosses, butterflies, dragonflies, turbines, disc turbines, dispers, paddles, inclined paddles, screws, etc.), crushers (jaw crushers, gyratory crushers, impact crushers, cone crushers, etc.), methods using resonance phenomena (e.g., resonance (acoustic mixer), etc. These methods may be used alone or in combination. In addition, since contact and mixing may be performed more efficiently, it is also possible to use grinding media commonly used in bead mills, such as alumina beads, glass beads, zirconia beads, zircon beads, steel beads, etc. (see above). Beads can also be used as balls). These grinding media may be used alone or in combination.
本実施形態における工程(II)により得られる混合物(3)は、下記一般式(6-1)で表されるビニルスルホン酸誘導体(6-1)と、
下記式(6-2)で表される(ビニル)スルホン酸誘導体(6-2)と、
を含有することが好ましい。
The mixture (3) obtained by step (II) in this embodiment includes a vinyl sulfonic acid derivative (6-1) represented by the following general formula (6-1),
(vinyl)sulfonic acid derivative (6-2) represented by the following formula (6-2),
It is preferable to contain.
上記ビニルスルホン酸誘導体(6-1)はビニルスルホニルフルオリドの前駆体である。(ビニル)スルホン酸誘導体(6-2)のうち、両端にビニル基を有さないスルホン酸誘導体は、水素含有化合物(2)の前駆体である。より詳細には、上記混合物(3)中には、以下の化合物(6-1.1)~(6-2.3):
で表される化合物群が少なくとも混在されていると推定している。現状のNMR測定では、上記化合物群中、(6-1.1)~(6-1.2)及び(6-2.1)~(6-2.2)のグループと、(6-1.3)及び(6-2.3)のグループとは判別できる。また、CF2=CFO-又はCF3-CHFO-も判別は可能である。しかし、(6-1.1)~(6-1.2)及び(6-2.1)~(6-2.2)の各化合物の存在比を特定することが困難である。そのため、本明細書では、(6-1.1)~(6-1.2)及び(6-2.1)~(6-2.2)のグループを、便宜上、(6-1.1)で表される化合物と、(6-2.2)で表される化合物との2つに分けて存在比を確認した。
また、化合物(6-1.1)~(6-2.3)のうち、(6-2.2)及び(6-2.3)で表される化合物は、水素含有化合物(2)の前駆体になり、それ以外は、ビニルスルホニルフルオリドの前駆体になると考えられる。
The vinyl sulfonic acid derivative (6-1) is a precursor of vinyl sulfonyl fluoride. Among the (vinyl)sulfonic acid derivatives (6-2), sulfonic acid derivatives that do not have vinyl groups at both ends are precursors of the hydrogen-containing compound (2). More specifically, the mixture (3) contains the following compounds (6-1.1) to (6-2.3):
It is estimated that at least the compound group represented by is mixed. In the current NMR measurement, among the above compound groups, the groups (6-1.1) to (6-1.2) and (6-2.1) to (6-2.2) and (6-1 It can be distinguished from the groups .3) and (6-2.3). Further, CF 2 =CFO- or CF 3 -CHFO- can also be determined. However, it is difficult to specify the abundance ratio of each compound (6-1.1) to (6-1.2) and (6-2.1) to (6-2.2). Therefore, in this specification, the groups (6-1.1) to (6-1.2) and (6-2.1) to (6-2.2) are referred to as (6-1.1) for convenience. ) and the compound represented by (6-2.2), and the abundance ratio was confirmed.
Furthermore, among the compounds (6-1.1) to (6-2.3), the compounds represented by (6-2.2) and (6-2.3) are the hydrogen-containing compound (2). It is thought that it becomes a precursor, and the others become precursors of vinylsulfonyl fluoride.
<工程(III):混合物(3)とフッ素化剤との反応>
本実施形態において、反応混合物生成工程は、前記混合物(3)とフッ素化剤とを接触・混合することにより混合物(1)を調製することが好ましい。
<Step (III): Reaction of mixture (3) and fluorinating agent>
In this embodiment, in the reaction mixture generation step, the mixture (1) is preferably prepared by contacting and mixing the mixture (3) and a fluorinating agent.
本実施形態におけるフッ素化剤としては、フッ化水素、金属フッ化物、4級アンモニウムフルオリド、4級ホスホニウムフルオリド等が挙げられ、フッ化水素、金属フッ化物、4級アンモニウムフルオリド、4級ホスホニウムフルオリドから少なくとも1種を選択してもよい。 Examples of the fluorinating agent in this embodiment include hydrogen fluoride, metal fluoride, quaternary ammonium fluoride, quaternary phosphonium fluoride, etc. At least one type of phosphonium fluoride may be selected.
本実施形態におけるフッ素化剤としてフッ化水素を使用する場合、フッ化水素のみ、もしくは有機塩基存在下、フッ化水素を反応させる方法が挙げられる。有機塩基を使用する場合、以下の一級アミン、二級アミン、三級アミン、又は含窒素芳香族複素環式化合物が挙げられる。
・一級アミン:メチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン等
・二級アミン:ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、モルホリン等
・三級アミン:トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン等
・含窒素芳香族複素環式化合物:ピリジン、2,6-ルチジン、イミダゾール、キノリンこれらの有機塩基は単独でも2種以上の有機塩基を組み合わせて使用することができる。
When using hydrogen fluoride as the fluorinating agent in this embodiment, examples include a method of reacting hydrogen fluoride alone, or reacting hydrogen fluoride in the presence of an organic base. When using an organic base, the following primary amines, secondary amines, tertiary amines, or nitrogen-containing aromatic heterocyclic compounds may be mentioned.
・Primary amines: methylamine, ethylamine, isopropylamine, butylamine, etc. ・Secondary amines: dimethylamine, diethylamine, diisopropylamine, morpholine, etc. ・Tertiary amines: trimethylamine, triethylamine, diisopropylethylamine, etc. ・Nitrogen-containing aromatic heterocyclic compounds :Pyridine, 2,6-lutidine, imidazole, quinoline These organic bases can be used alone or in combination of two or more organic bases.
本実施形態におけるフッ素化剤として金属フッ化物を使用する場合、金属としてアルカリ金属(Li、Na、K、Rb、Cs)、アルカリ土類金属(Mg、Ca)、Agが挙げられる。具体例としては、LiF、NaF、KF、RbF、CsF、MgF2、CaF2、AgF等が例示されるが、反応性の観点から、LiF、NaF、KF、RbF、CsF、及びAgFからなる群から選択される少なくとも1種以上の金属フッ化物がより好ましく、NaF又はKFが特に好ましい。 When a metal fluoride is used as the fluorinating agent in this embodiment, examples of the metal include alkali metals (Li, Na, K, Rb, Cs), alkaline earth metals (Mg, Ca), and Ag. Specific examples include LiF, NaF, KF, RbF, CsF, MgF 2 , CaF 2 , AgF, etc., but from the viewpoint of reactivity, the group consisting of LiF, NaF, KF, RbF, CsF, and AgF At least one metal fluoride selected from the following is more preferred, and NaF or KF is particularly preferred.
上記フッ素化剤として4級アンモニウムフルオリドを使用する場合、具体例としてはテトラメチルアンモニウムフルオリド、テトラエチルアンモニウムフルオリド、テトラブチルアンモニウムフルオリド等が例示される。 When quaternary ammonium fluoride is used as the fluorinating agent, specific examples include tetramethylammonium fluoride, tetraethylammonium fluoride, and tetrabutylammonium fluoride.
上記フッ素化剤として4級ホスホニウムフルオリドを使用する場合、具体例としてはテトラメチルホスホニウムフルオリド、テトラエチルホスホニウムフルオリド、テトラブチルホスホニウムフルオリド等が例示される。 When quaternary phosphonium fluoride is used as the fluorinating agent, specific examples include tetramethylphosphonium fluoride, tetraethylphosphonium fluoride, and tetrabutylphosphonium fluoride.
上記フッ素化剤は単独、もしくは2種以上を混合して使用することができる。使用するフッ素化剤の量は、(ビニル)スルホン酸誘導体(6)1モルに対して通常0.95~20モルであるが、未使用のフッ素化剤が残存すると分離が煩雑となるため、好ましくは0.98~10モルである
本実施形態の工程(III)において、溶媒を使用して反応を行っても、無溶媒下で反応を行っても構わない。溶媒を使用する場合、原料及び反応生成物に不活性な溶媒が好ましい。
The above fluorinating agents can be used alone or in combination of two or more. The amount of fluorinating agent used is usually 0.95 to 20 mol per 1 mol of (vinyl)sulfonic acid derivative (6), but if unused fluorinating agent remains, separation becomes complicated. The amount is preferably 0.98 to 10 mol. In step (III) of the present embodiment, the reaction may be carried out using a solvent or without a solvent. When a solvent is used, it is preferably a solvent that is inert to the raw materials and reaction products.
本実施形態において、上記混合物(3)とフッ素化剤との反応温度は通常、-40℃~300℃で行われるが、原料及び反応生成物の熱安定性、及び反応性の観点から、-20℃~280℃が好ましく、0℃~250℃がより好ましく、10℃~200℃が特に好ましい。 In this embodiment, the reaction temperature between the mixture (3) and the fluorinating agent is usually -40°C to 300°C, but from the viewpoint of thermal stability and reactivity of the raw materials and reaction products, - The temperature is preferably 20°C to 280°C, more preferably 0°C to 250°C, and particularly preferably 10°C to 200°C.
本実施形態において、上記混合物(3)とフッ素化剤との反応時間は通常、0.01~40時間で行われるが、好ましくは0.1~20時間である。 In this embodiment, the reaction time between the mixture (3) and the fluorinating agent is usually 0.01 to 40 hours, preferably 0.1 to 20 hours.
以上のように、本発明は、高い耐熱性を備えた燃料電池用隔膜、燃料電池用触媒バインダーポリマー、食塩電解用隔膜等の各種のフッ素系高分子電解質の原材料となり得るビニルスルホニルフルオリドすなわちスルホン酸基含有モノマーを収率良く製造することができる。 As described above, the present invention provides vinylsulfonyl fluoride, that is, sulfone, which can be used as a raw material for various fluoropolymer electrolytes such as highly heat-resistant membranes for fuel cells, catalyst binder polymers for fuel cells, and membranes for salt electrolysis. Acid group-containing monomers can be produced with good yield.
以下、本発明の実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例において使用された分析方法は、以下の通りである。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail using Examples, but the present invention is not limited to these Examples. The analytical methods used in the Examples and Comparative Examples are as follows.
核磁気共鳴分析(NMR):1H-NMR及び19F-NMRによる分子構造解析を用いて、定量を行った。
測定装置:JNM-ECZ400S型核磁気共鳴装置(日本電子株式会社製)
溶媒:重クロロホルム又は重水
基準物質:CFCl3(0ppm)
ガスクロマトグラフィー(GC):化合物の定量
測定装置:GC-2010Plus(島津製作所)
カラム:Rtx-200(RESTEK社製)、長さ60m、内径0.25mm、膜厚1μm
検出器:FID
昇温プロファイル:40℃で10分保持した後、20℃/分で280℃まで昇温し、20分保持した。
Nuclear magnetic resonance analysis (NMR): Quantification was performed using molecular structure analysis by 1 H-NMR and 19 F-NMR.
Measuring device: JNM-ECZ400S type nuclear magnetic resonance device (manufactured by JEOL Ltd.)
Solvent: Deuterated chloroform or heavy water Standard substance: CFCl3 (0ppm)
Gas chromatography (GC): Quantification of compounds Measuring device: GC-2010Plus (Shimadzu Corporation)
Column: Rtx-200 (manufactured by RESTEK), length 60 m, inner diameter 0.25 mm, film thickness 1 μm
Detector: FID
Temperature increase profile: After being held at 40°C for 10 minutes, the temperature was raised to 280°C at 20°C/min and held for 20 minutes.
[実施例1]
<工程(I):環状化合物(3)とシラノール化合物(4)との反応>
窒素雰囲気下、1Lの4口フラスコに、下記式(3-a)で表される環状化合物(3)(140.0g、0.50mol)
<Step (I): Reaction between cyclic compound (3) and silanol compound (4)>
Under a nitrogen atmosphere, a cyclic compound (3) represented by the following formula (3-a) (140.0 g, 0.50 mol) was placed in a 1 L 4-necked flask.
500mLの四つ口フラスコに、上記で得られたCF2=CFOCF2CF2SO3Na(129.4g、0.43mol)、CF3-CHFOCF2CF2SO3Na(14.0g、0.044mol)の混合物と硫酸(163.0g、1.7mol)を入れた後、フラスコ内を30kPaにして70℃で撹拌し、しばらくすると均一に溶解した。次にフラスコ内を0.33kPaにして、このフラスコを145℃まで徐々に昇温すると、液体が留出した(取得量127.6g)。この液体は19F-NMRより、CF2=CFOCF2CF2SO3H(0.41mol、収率96%)、CF3-CHFOCF2CF2SO3H(0.042mol、収率96%)の混合物(2)であることがわかった。 In a 500 mL four-necked flask, CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 Na (129.4 g, 0.43 mol) obtained above and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 Na (14.0 g, 0.4 mol) were placed in a 500 mL four-necked flask. After adding a mixture of 0.044 mol) and sulfuric acid (163.0 g, 1.7 mol), the inside of the flask was set to 30 kPa and stirred at 70° C., and after a while they were uniformly dissolved. Next, the inside of the flask was set to 0.33 kPa and the temperature of this flask was gradually raised to 145° C., and a liquid was distilled out (obtained amount: 127.6 g). According to 19 F-NMR, this liquid has the following properties: CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 H (0.41 mol, yield 96%), CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H (0.042 mol, yield 96%) It was found to be a mixture (2) of
<工程(II):(ビニル)スルホン酸化合物(5)と、誘導体化剤との反応>
乾燥空気雰囲気下のグローブボックス内で500mLの四つ口フラスコに五酸化リン(P2O5)(129.4g、0.91mol)を加えた後、このフラスコにリービッヒ冷却管、滴下ロートを備え付け、窒素気流下で50℃に加熱した。次に滴下ロートから上記で得られたCF2=CFOCF2CF2SO3H(115.1g、0.41mol)、CF3-CHFOCF2CF2SO3H(12.5g、0.042mol)の混合物を滴下した後、フラスコを140℃に昇温するとともに、フラスコ内の圧力を常圧から60kPaにした。さらに160℃に昇温するとともに、フラスコ内の圧力を20kPaに減圧すると液体が留出した(182.1g)。この液体は、19F-NMRより(CF2=CFOCF2CF2SO2)2Oが85質量%(0.15mol、収率74%)、CF2=CFOCF2CF2SO3Hが10質量%(0.033mol)、(CF3-CHFOCF2CF2SO2)2Oが9質量%(0.016mol、収率74%)、及びCF3-CHFOCF2CF2SO3Hが1質量%(0.003mol)含有した混合物(3)であることがわかった。
<Step (II): Reaction of (vinyl)sulfonic acid compound (5) and derivatizing agent>
After adding phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ) (129.4 g, 0.91 mol) to a 500 mL four-necked flask in a glove box under a dry air atmosphere, the flask was equipped with a Liebig condenser and a dropping funnel. , heated to 50° C. under a nitrogen stream. Next, from the dropping funnel, CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 H (115.1 g, 0.41 mol) and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H (12.5 g, 0.042 mol) obtained above were added. After dropping the mixture, the temperature of the flask was raised to 140° C., and the pressure inside the flask was raised from normal pressure to 60 kPa. When the temperature was further raised to 160° C. and the pressure inside the flask was reduced to 20 kPa, a liquid was distilled out (182.1 g). According to 19 F-NMR, this liquid contains 85% by mass (0.15 mol, yield 74%) of (CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O and 10% by mass of CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 H. % (0.033 mol), (CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O is 9 mass % (0.016 mol, yield 74%), and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H is 1 mass % (0.003 mol) was found to be mixture (3).
<工程(III):(ビニル)スルホン酸誘導体(6)とフッ素化剤との反応>
300mLの三つ口フラスコにNaF(10.6g、0.25mol)を秤量後、150℃で1時間、真空下で乾燥後、常圧下、室温に戻した。このフラスコにリービッヒ冷却管、滴下ロートを備え付け、窒素気流下、室温で滴下ロートから、上記で得られた(CF2=CFOCF2CF2SO2)2O、CF2=CFOCF2CF2SO3H、(CF3-CHFOCF2CF2SO2)2O、CF3-CHFOCF2CF2SO3Hの混合物(182.1g)を滴下した後、減圧下(95kPa)、190℃に加熱すると、液体が留出した(46.6g)。この液体は、19F-NMRより、CF2=CFOCF2CF2SO2F(0.15mol)と、CF3-CHFOCF2CF2SO2F(0.015mol)とを含有した混合物(1)であることがわかった。
<Step (III): Reaction of (vinyl)sulfonic acid derivative (6) and fluorinating agent>
After weighing NaF (10.6 g, 0.25 mol) into a 300 mL three-necked flask, it was dried under vacuum at 150° C. for 1 hour, and then returned to room temperature under normal pressure. This flask was equipped with a Liebig condenser and a dropping funnel, and the above-obtained (CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O, CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 3 was added from the dropping funnel at room temperature under a nitrogen stream. After dropping a mixture (182.1 g) of H, (CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O, CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H, the mixture was heated to 190° C. under reduced pressure (95 kPa). A liquid distilled out (46.6g). According to 19 F-NMR, this liquid was a mixture (1) containing CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 2 F (0.15 mol) and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 F (0.015 mol). It turned out to be.
<分離工程及び回収工程:水素含有化合物(2)の分離、ビニルスルホニルフルオリドの回収>
上記で得られたCF2=CFOCF2CF2SO2F(0.15mol)、CF3-CHFOCF2CF2SO2F(0.015mol)の混合物(1)46.6gを、スルザーケムテック社製EXパッキンを充填した充填塔(内径25mm、充填高さ1200mm)を有する蒸留装置で大気圧下、蒸留分離したところ、CF2=CFOCF2CF2SO2Fを主に含む液36.6g(0.13mol、GC純度99.9%)、及びCF3-CHFOCF2CF2SO2Fを主に含む液3.9g(0.013mol、GC純度99.0%)が得られた。これにより、ビニルスルホニルフルオリドを製造し、かつ水素含有化合物(2)を混合物(1)から分離した。
<Separation step and recovery step: separation of hydrogen-containing compound (2), recovery of vinylsulfonyl fluoride>
46.6 g of the mixture (1) of CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 2 F (0.15 mol) and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 F (0.015 mol) obtained above was purchased from Sulzer Chemtech Co., Ltd. When distilled and separated under atmospheric pressure using a distillation apparatus equipped with a packed column (inner diameter 25 mm, packing height 1200 mm) packed with EX packing made by Manufacturer Co., Ltd., 36.6 g of a liquid mainly containing CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 2 F was obtained ( 0.13 mol, GC purity 99.9%) and 3.9 g (0.013 mol, GC purity 99.0%) of a liquid mainly containing CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 F were obtained. This produced vinylsulfonyl fluoride and separated the hydrogen-containing compound (2) from the mixture (1).
<環化工程:水素含有化合物(2)と塩基化合物(a)との反応>
窒素雰囲気下、50mLのフラスコに上記で得られたCF3-CHFOCF2CF2SO2F1.0g(3.3mmol)、テトラヒドロフラン4.0gを加え-80℃に冷却した。次にリチウムジイソプロピルアミドのn‐ヘキサン‐テトラヒドロフラン溶液(関東化学製、1M)を4.0mL(4.0mmol)を加え、-80℃で2時間撹拌した。その後反応液を分析したところ下記式(3-a)で表される環状化合物(3)が生成していることがわかった。(1.8mmol、収率54%)
<Cyclization step: Reaction between hydrogen-containing compound (2) and basic compound (a)>
Under a nitrogen atmosphere, 1.0 g (3.3 mmol) of the CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 F obtained above and 4.0 g of tetrahydrofuran were added to a 50 mL flask, and the mixture was cooled to -80°C. Next, 4.0 mL (4.0 mmol) of a solution of lithium diisopropylamide in n-hexane-tetrahydrofuran (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., 1M) was added, and the mixture was stirred at -80°C for 2 hours. Thereafter, the reaction solution was analyzed and it was found that a cyclic compound (3) represented by the following formula (3-a) was produced. (1.8 mmol, yield 54%)
<2回目の工程(I):環状化合物(3)とシラノール化合物(4)との反応
上記反応(4)で得た環状化合物(3)を含む液に4-メチルテトラヒドロピラン5.0g、水5.0gを加えて振り混ぜた後、油層を回収した。さらに水5.0gを加えて振り混ぜたのち、油層を回収し、モレキュラシーブス3A1/8(富士フイルム和光純薬製、1.0g)を加えて水分を除去し、環状化合物(3)1.8mmolを含む液4.50gを得た。
<Second step (I): Reaction between cyclic compound (3) and silanol compound (4) 5.0 g of 4-methyltetrahydropyran and water are added to the liquid containing the cyclic compound (3) obtained in the above reaction (4). After adding 5.0 g and shaking, the oil layer was collected. After further adding 5.0 g of water and shaking, the oil layer was collected, and Molecular Sieves 3A1/8 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 1.0 g) was added to remove water, and the cyclic compound (3) 1. 4.50 g of a liquid containing 8 mmol was obtained.
窒素雰囲気下、50mLの3口フラスコに、上記の液を入れ0℃に冷却した。次に、4-メチルテトラヒドロピラン2.0gにナトリウムトリメチルシラノラート(シグマアルドリッチ社製、0.40g、3.6mmol)を溶解させた溶液をこのフラスコの中へ1時間かけて滴下した後、さらに室温で2時間撹拌した。得られた反応混合物を減圧濃縮すると固体状の残渣(0.62g)が得られた。この固体状の残渣は19F-NMR(内部標準:トリフルオロエタノール)より、CF2=CFOCF2CF2SO3Naが80.3質量%(収率92%)、CF3-CHFOCF2CF2SO3Naが7.5質量%(収率8%)含まれていることがわかった。 The above liquid was placed in a 50 mL three-necked flask under a nitrogen atmosphere and cooled to 0°C. Next, a solution of sodium trimethylsilanolate (manufactured by Sigma-Aldrich, 0.40 g, 3.6 mmol) dissolved in 2.0 g of 4-methyltetrahydropyran was added dropwise into the flask over 1 hour, and then Stirred at room temperature for 2 hours. The resulting reaction mixture was concentrated under reduced pressure to obtain a solid residue (0.62 g). According to 19 F-NMR (internal standard: trifluoroethanol), this solid residue contains 80.3% by mass (yield 92%) of CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 Na, CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 It was found that 7.5% by mass (yield: 8%) of SO 3 Na was contained.
上記で得られたCF2=CFOCF2CF2SO3NaとCF3-CHFOCF2CF2SO3Naとの混合物にシクロペンチルメチルエーテル3.0g、30%硫酸1.0g(3.1mmol)を加えて振り混ぜた後、油層を回収し減圧濃縮すると液体0.53gを得た。この液体は、19F-NMRより、CF2=CFOCF2CF2SO3H(1.6mmol、収率96%)、及びCF3-CHFOCF2CF2SO3H(0.14mmol、収率96%)を含有する混合物(2)であることがわかった。 3.0 g of cyclopentyl methyl ether and 1.0 g (3.1 mmol) of 30% sulfuric acid were added to the mixture of CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 Na and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 Na obtained above. After shaking and mixing, the oil layer was collected and concentrated under reduced pressure to obtain 0.53 g of liquid. From 19 F-NMR, this liquid showed CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 H (1.6 mmol, yield 96%), and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H (0.14 mmol, yield 96%). %) was found to be mixture (2).
<2回目の工程(II):(ビニル)スルホン酸化合物(5)と、誘導体化剤との反応>
乾燥空気雰囲気下のグローブボックス内で25mLの試験管型フラスコに五酸化リン(P2O5)(0.78g、5.53mmol)、上記で得られたCF2=CFOCF2CF2SO3H(0.44g、1.59mmol)、CF3-CHFOCF2CF2SO3H(0.04g、0.14mmol)の混合物を加えた後、窒素気流下でフラスコを140℃に昇温した。30分後にフラスコを室温に戻し、ヘキサフルオロベンゼン4.0gを加えて混合した後、五酸化リンの残渣をろ過分離し液体を得た。この液体は、19F-NMRより(CF2=CFOCF2CF2SO2)2O(0.60mmol、収率75%)、CF2=CFOCF2CF2SO3H(0.10mmol)、(CF3-CHFOCF2CF2SO2)2O(0.05mmol、収率75%)、及びCF3-CHFOCF2CF2SO3H(0.01mmol)を含有した混合物(3)であることがわかった。
<Second step (II): Reaction of (vinyl)sulfonic acid compound (5) and derivatizing agent>
Phosphorous pentoxide (P 2 O 5 ) (0.78 g, 5.53 mmol), CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 H obtained above, was added to a 25 mL test tube flask in a glove box under a dry air atmosphere. After adding a mixture of CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H (0.44 g, 1.59 mmol) and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H (0.04 g, 0.14 mmol), the flask was heated to 140° C. under a nitrogen stream. After 30 minutes, the flask was returned to room temperature, 4.0 g of hexafluorobenzene was added and mixed, and the phosphorus pentoxide residue was separated by filtration to obtain a liquid. According to 19 F-NMR, this liquid has the following properties: (CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O (0.60 mmol, yield 75%), CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 3 H (0.10 mmol), ( The mixture (3) contained CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O (0.05 mmol, yield 75%) and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H (0.01 mmol). Understood.
<2回目の工程(III):(ビニル)スルホン酸誘導体(6)とフッ素化剤との反応>
25mLの試験管型フラスコにNaF(0.04g、0.97mmol)を秤量後、150℃で1時間、真空下で乾燥後、常圧下、室温に戻した。窒素気流下、上記で得られた(CF2=CFOCF2CF2SO2)2O、CF2=CFOCF2CF2SO3H、(CF3-CHFOCF2CF2SO2)2O、CF3-CHFOCF2CF2SO3Hの混合物0.36gを加えた後、190℃に加熱し、30分かけて50kPaまで徐々に減圧していくと、液体が留出した(0.15g)。この液体は19F-NMRより、CF2=CFOCF2CF2SO2F(0.51mmol、収率87%)、CF3-CHFOCF2CF2SO2F(0.04mmol)の混合物(1)であることがわかった。これにより、上記環化工程において生成した式(3-a)の環状化合物(3)から、最終生成物であるCF2=CFOCF2CF2SO2F(0.51mol、収率87%)を製造した。
また、実施例1の反応サイクルは、環状化合物(3)を利用しているため水分除去工程は必要としていない点が確認される。
<Second step (III): Reaction of (vinyl)sulfonic acid derivative (6) and fluorinating agent>
NaF (0.04 g, 0.97 mmol) was weighed into a 25 mL test tube flask, dried at 150° C. for 1 hour under vacuum, and then returned to room temperature under normal pressure. Under a nitrogen stream, (CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O, CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 3 H, (CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 ) 2 O, CF 3 obtained above After adding 0.36 g of a mixture of -CHFOCF 2 CF 2 SO 3 H, the mixture was heated to 190° C. and the pressure was gradually reduced to 50 kPa over 30 minutes, and a liquid was distilled out (0.15 g). From 19F -NMR, this liquid was found to be a mixture (1) of CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 2 F (0.51 mmol, yield 87%) and CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 F (0.04 mmol). It turned out to be. As a result, the final product CF 2 =CFOCF 2 CF 2 SO 2 F (0.51 mol, yield 87%) was obtained from the cyclic compound (3) of formula (3-a) produced in the above cyclization step. Manufactured.
Furthermore, it is confirmed that the reaction cycle of Example 1 does not require a water removal step because the cyclic compound (3) is used.
[実施例2]
上記実施例1の環化工程「水素含有化合物(2)と塩基化合物(a)との反応」以外の工程は、実施例1と同様に行った。実施例2で行った環化工程は以下の通りである。
窒素雰囲気下、50mLのフラスコに上記で得られたCF3-CHFOCF2CF2SO2F1.0g(3.3mmol)、テトラヒドロフラン8.0gを加え-80℃に冷却した。次にリチウム-2,2,6,6-テトラメチルピペリジド(シグマアルドリッチ社製、0.74g、5.0mmol)を加え、-80℃で2時間撹拌した。その後反応液を分析したところ環状化合物(3)が生成していることがわかった。(1.5mmol、収率45%)
[Example 2]
The steps other than the cyclization step "reaction of hydrogen-containing compound (2) and basic compound (a)" in Example 1 above were performed in the same manner as in Example 1. The cyclization step performed in Example 2 is as follows.
Under a nitrogen atmosphere, 1.0 g (3.3 mmol) of the CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 F obtained above and 8.0 g of tetrahydrofuran were added to a 50 mL flask, and the mixture was cooled to -80°C. Next, lithium-2,2,6,6-tetramethylpiperidide (manufactured by Sigma-Aldrich, 0.74 g, 5.0 mmol) was added, and the mixture was stirred at -80°C for 2 hours. Thereafter, the reaction solution was analyzed and it was found that a cyclic compound (3) was produced. (1.5 mmol, yield 45%)
[実施例3]
上記実施例1の環化工程「水素含有化合物(2)と塩基化合物(a)との反応」以外の工程は、実施例1と同様に行った。実施例3で行った環化工程は以下の通りである。
窒素雰囲気下、50mLのフラスコに上記で得られたCF3-CHFOCF2CF2SO2F1.0g(3.3mmol)、テトラヒドロフラン4.0gを加え-80℃に冷却した。次にテトラメチルエチレンジアミン(東京化成製、0.74g、6.4mmol)を加え、続けてn-ブチルリチウムのn-ヘキサン溶液(東京化成製、1.6M)を4.0mL(6.4mmol)を加え、-80℃で2時間撹拌した。その後反応液を分析したところ環状化合物(3)が生成していることがわかった。(1.0mmol、収率30%)
[Example 3]
The steps other than the cyclization step "reaction of hydrogen-containing compound (2) and basic compound (a)" in Example 1 above were performed in the same manner as in Example 1. The cyclization step performed in Example 3 is as follows.
Under a nitrogen atmosphere, 1.0 g (3.3 mmol) of the CF 3 -CHFOCF 2 CF 2 SO 2 F obtained above and 4.0 g of tetrahydrofuran were added to a 50 mL flask, and the mixture was cooled to -80°C. Next, tetramethylethylenediamine (manufactured by Tokyo Kasei, 0.74 g, 6.4 mmol) was added, followed by 4.0 mL (6.4 mmol) of an n-hexane solution of n-butyllithium (manufactured by Tokyo Kasei, 1.6 M). was added and stirred at -80°C for 2 hours. Thereafter, the reaction solution was analyzed and it was found that a cyclic compound (3) was produced. (1.0 mmol, yield 30%)
本発明により、高い耐熱性を備えた燃料電池用隔膜、燃料電池用触媒バインダーポリマー、食塩電解用隔膜等の各種のフッ素系高分子電解質の原材料となり得るビニルスルホニルフルオリドすなわちスルホン酸基含有モノマーを収率良く製造することができる。 The present invention has produced vinylsulfonyl fluoride, a sulfonic acid group-containing monomer that can be used as a raw material for various fluoropolymer electrolytes such as highly heat-resistant membranes for fuel cells, catalyst binder polymers for fuel cells, and membranes for salt electrolysis. It can be produced with good yield.
Claims (8)
下記一般式(2)で表される水素含有化合物(2)及び前記ビニルスルホニルフルオリドを含有する混合物(1)から前記水素含有化合物(2)を分離する分離工程と、
前記水素含有化合物(2)に塩基化合物(a)を接触・混合させて、下記一般式(3)で表される環状化合物(3)
を調製する環化工程と、
前記環状化合物(3)から前記混合物(1)を生成する反応混合物生成工程と、
を含み、
前記塩基化合物(a)が、ジアルキルリチウムアミド、又は炭化水素系リチウム化合物と配位性窒素化合物との組み合わせである、ビニルスルホニルフルオリドの製造方法。 A method for producing vinylsulfonyl fluoride represented by the following general formula (1), comprising:
A separation step of separating the hydrogen-containing compound (2) represented by the following general formula (2) from a mixture (1) containing the hydrogen-containing compound (2) and the vinylsulfonyl fluoride;
A cyclic compound (3) represented by the following general formula (3) is obtained by contacting and mixing the basic compound (a) with the hydrogen-containing compound (2).
a cyclization step to prepare
a reaction mixture generation step of generating the mixture (1) from the cyclic compound (3);
including;
A method for producing vinylsulfonyl fluoride, wherein the basic compound (a) is a dialkyl lithium amide or a combination of a hydrocarbon lithium compound and a coordinating nitrogen compound .
を混合攪拌することにより、下記一般式(5)で表される(ビニル)スルホン酸化合物(5)
を含有する混合物(2)を調製する工程(I)を含む、請求項1又は2に記載のビニルスルホニルフルオリドの製造方法。 The reaction mixture generation step includes the cyclic compound (3), the silanol compound (4) represented by the following general formula (4),
By mixing and stirring, a (vinyl)sulfonic acid compound (5) represented by the following general formula (5) is obtained.
The method for producing vinylsulfonyl fluoride according to claim 1 or 2, comprising the step (I) of preparing a mixture (2) containing.
を含有する混合物(3)を調製する工程(II)をさらに含み、
前記誘導体化剤が、五酸化リン、五塩化リン、酢酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物、メタンスルホン酸無水物、トリフルオロメタンスルホン酸無水物、p-トルエンスルホン酸無水物、塩化チオニル、ジシクロへキシルカルボジイミド、シアヌール酸クロリド、四塩化チタン、及びベンゼンスルホニルクロリドからなる群より選択される1種又は2種以上の化合物である、請求項1~3に記載のビニルスルホニルフルオリドの製造方法。 In the reaction mixture generation step, a (vinyl)sulfonic acid derivative (6) represented by the following formula (6) is produced by contacting and mixing the mixture (2) with a derivatizing agent.
further comprising a step (II) of preparing a mixture (3) containing
The derivatizing agent is phosphorus pentoxide, phosphorus pentachloride, acetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, methanesulfonic anhydride, trifluoromethanesulfonic anhydride, p-toluenesulfonic anhydride, thionyl chloride, dicyclo The method for producing vinylsulfonyl fluoride according to claims 1 to 3 , which is one or more compounds selected from the group consisting of xylcarbodiimide, cyanuric acid chloride, titanium tetrachloride, and benzenesulfonyl chloride .
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