JP2003221378A - 2−(2−フルオロスルホニル)−ペルフルオロエチレンオキシ3−ハロゲン−プロピオン酸のアルキルエステル及びその製造方法 - Google Patents
2−(2−フルオロスルホニル)−ペルフルオロエチレンオキシ3−ハロゲン−プロピオン酸のアルキルエステル及びその製造方法Info
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Abstract
ビニルエーテル製造の原料となる式CH2Y-CH(COOR1)-O-C
F2CF2-SO2Fの化合物を提供する。また、フルオロスルホ
ン酸ビニルエーテルの製法を提供する。 【解決手段】 式CH2Y-CH(COOR1)-O-CF2CF2-SO2Fの化合
物をフッ素化してアシルフッ化物を得、該アシルフッ化物を対
応するカルホ゛ン酸塩へ加水分解し、得られたカルホ゛ン酸塩を熱分
解して、フルオロスルホン酸ビニルエーテル-CF2=CF-O-CF2CF2-SO2F-を
得る。
Description
ルホン酸基を含む直鎖状フッ化ビニルエーテルの製造に
使われる化合物類およびその製造方法に関する。
基を有するポリマーを得るのに有用なモノマー類を形成
することはよく知られており、それは、クロロ−ソーダ
電池、燃料電池の膜、または有機合成での酸触媒とし
て、電気化学的な用途で使用される。フルオロスルホン
酸ビニルエーテルの製造に使用できる化合物は、当該技
術分野で公知である。特許文献1には、フルオロスルホ
ン酸ビニルエーテルCF2=CF-O-CF2CF2-SO2Fの合成方法が
記載されており、第一段階では、化合物 FOC-CF(CF2Cl)-O-(CF2)2SO2F (I) が、アシルフッ化物FOC-CF2-SO2Fとペルフルオロアリル
クロライドエポキシドとの反応によって得られる。第二
段階では、フルオロスルホン酸ビニルエーテルを得るた
めに、アルカリ熱分解が、炭酸ナトリウムを使って行わ
れる。しかし、式(I)の化合物の合成では、大変高価
で、入手困難なペルフルオロアリルクロライドエポキシ
ドを使用するという欠点がある。
またはアシルフッ化物FSO2CF2COFから、別々に反応を開
始する、気相での次亜ハロゲン酸塩FSO2CF2CF2OFの合成
方法を開示している。
ゲン酸塩FSO2CF2CF2OFを1,2-ジクロロ-1,2-ジフルオロ
エチレンに加え、次いで、脱塩素にてモノマーCF2=CF-O
-CF2CF2-SO2Fを得ることができる。しかし、上記方法で
使用されたスルホン酸次亜ハロゲン酸塩は、特別な注意
を要する強力な酸化剤であるという欠点がある。
技術を用い、かつ、容易に入手できる反応物から得るこ
とができ、フルオロスルホン酸ビニルエーテルCF2=CF-O
-CF2CF2-SO2Fの合成に使用できる入手可能な化合物類を
もつ必要がある。
決する化合物類が見出された。
ン酸ビニルエーテルCF2=CF-O-CF2CF2-SO2Fの製造に使用
することができ、かつ、以下の式(II)の2-(2-フルオロ
スルホニル)ペルフルオロエチレンオキシ-3-ハロゲン-
プロピオン酸のアルキルエステルによって形成される化
合物類である: CH2Y-CH(COOR1)-O-CF2CF2-SO2F (II) (式中、Y=Cl、Br;R1=C1〜C4の直鎖または分岐状アル
キル基である。) 好ましくは、式(II)において、Y=ClおよびR1=メチルで
ある。本発明の化合物は、以下の方法で得ることができ
る: a)MF(メラミンホルムアルデヒド)とTFE(テトラフ
ルオロエチレン)β-スルトン
ッ化物FOC-CF2-SO2Fとの間での反応による、式MOCF2CF2
-SO2Fのアルコラートの合成(式中、M=K、Cs、Ag);
b)以下の式に従って、式CH2Y-CHX-COOR1(III)の化合
物(式中、YおよびR1は、上記と同じ;X=Cl、Br;ただ
し、Y=Br、X=Brのとき、YおよびXは同一又は異なる)
と、工程a)で得られたアルコラートとの間での反応: MOCF2CF2-SO2F+ CH2Y-CHX-COOR1→MX+ CH2Y-CH(COOR1)-
O-CF2CF2-SO2F
ジグリム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)、ア
セトニトリル中で、20℃〜50℃の範囲の温度で行われ
る。β-スルトンは、Englandら、J. Am. Chem. Soc、8
2、p6181(1960)に記載されているようにして合成す
ることができる。工程b)は、20℃〜80℃の範囲の温度
で、工程a)の最後で得られる反応混合物にハロゲン化
アルキルRXを直接加えることで行われる。反応の最後
で、減圧にて蒸留し、続いて、留出物を水で抽出し、有
機相を分離し、乾燥させ、溶媒を蒸発させることで生産
物を回収する。
物のXに結合する第2炭素原子で起こり、それにはYま
たはCOOR1基のカルボニル基に結合する第1炭素が含ま
れていないため、本発明の結果は、意外であり、予期外
のものである。このことは、反応が低い収量で最終生産
物を形成する生成混合物をもたらすことが予想されるた
め、意外である。また、意外にも、二次的な反応は実質
的には起こらず、式(II)の化合物が高い収量で得られる
ことが見出された。さらに、式(II)の化合物は、反応混
合物から容易に回収される。
ルのハロゲン化によって得ることができる。上記のよう
に、本発明の化合物は、式CF2=CF-O-CF2CF2-SO2Fのフル
オロスルホン酸ビニルエーテルの合成に使用できる。例
えば、以下の工程からなる合成を使用することができ
る。 1)式(II)の化合物をフッ素化してアシルフッ化物CF2Y
CF(COF)OCF2CF2-SO2Fを得; 2)対応するカルボン酸塩CF2YCF(COO-Me+)OCF2CF2-SO2
F(式中、Me+はアルカリ金属陽イオンである)へアシル
フッ化物を加水分解し; 3)2)で得られたカルボン酸塩を熱分解し、フルオロ
スルホン酸ビニルエーテルを形成する。
または直接的なフッ素化のいずれかにて行う。電気化学
的なフッ素化は、USP 2,713,593号公報および特許出願W
O 98/50603号公報に記載されている。直接的なフッ素化
は、USP 5,488,142号公報に記載されている。
るように、窒素で希釈された元素状フッ素を20℃の温度
で連続的に供給する不活性溶媒、例えば、ペルフルオロ
ヘキサンの循環流液に、式(II)の化合物を加えることに
よる直接的なフッ素化のために管状反応槽を使用するこ
とができる。工程2)でのアシルフッ化物の加水分解
は、室温(20℃〜25℃)下で、アルカリにて処理すること
で行われる。工程3)の熱分解は、工程2)の最後で単
離された化合物を50℃〜220℃の範囲の温度で加熱し、
反応生産物よりも高い沸点を有し、かつ、反応条件下で
不活性な溶媒に任意に分散させ、形成されたフルオロス
ルホン酸ビニルエーテルを抽出することで行われる。
り、かつ、それらの範囲に制限を加えるものではない。
した、ガラス製の50mlの2首フラスコに、2.14g(0.017
モル)のフッ化銀を乾燥箱中で投入する。
エチレングリコールジメチルエーテル)を、窒素雰囲気
下で供給する。混合液を−78℃に冷却し、次いで、14.5
重量%のβスルトンを含むCFC 113(CFCl2CF2Cl)溶液(3.
04g、0.017molのβスルトン)を加えた。混合液を室温に
し、そして、33℃で2時間30分温める。CFC 113を減圧で
除去し、混合液を−78℃で再び冷却し、2.65g(0.017モ
ル)の2,3-ジクロロ-メチルプロピオン酸を加える。混合
液を42℃で8時間温め、反応の最後に、混合液の温度を8
0℃まで徐々に上げながら、混合液を減圧(約20mmHgの残
圧、2.67×103Paに相当する)にて蒸留する。得られた混
合液を15mlの水で抽出する。有機相を分離し、水で3回
洗浄し、P 4O10で乾燥させる。2.23gのClCH2CH(OCF2CF2S
O2F)COOCH3(19FNMR)が得られる。収率41%。
モル)の無水CsFを投入する。続いて、6mlの新鮮で、蒸
留されたジグリムを窒素雰囲気下で供給する。混合液を
−78℃に冷却し、3.2g(0.018モル)のアシルフッ化物FSO
2CF2COFを加える。混合液を室温にし、35℃で1時間30分
温める。混合液を再び−78℃に冷却し、2.4g(0.015モ
ル)の2,3-ジクロロ-メチルプロピオン酸を加える。混合
液を55℃で18時間30分温め、最後に、混合液の温度を徐
々に80℃まで上げながら、反応混合液を減圧(約20mmHg
の残圧、2.67×103Paに相当する)にて蒸留する。得られ
た混合液を15mlの水で抽出する。有機相を分離し、水で
3回洗浄し、P4O10で乾燥させる。1.9gのClCH2CH(OCF2CF
2SO2F)COOCH3(19FNMR)が得られる。収率39%(2,3-ジク
ロロ-メチルプロピオン酸で算出)。
易に入手できる反応物を用い、実質的に二次的な反応を
起こさずに、2-(2-フルオロスルホニル)-ペルフルオロ
エチレンオキシ3-ハロゲン-プロピオン酸のアルキルエ
ステルを含む反応混合物を、高収量で製造することがで
きる。さらに、そのアルキルエステルは、反応混合物か
ら容易に回収でき、フルオロスルホン酸ビニルエーテル
の合成に使用できる。
Claims (6)
- 【請求項1】 式(II): CH2Y-CH(COOR1)-O-CF2CF2-SO2F (II) (式中、Y=Cl、Br;R1=C1-C4の直鎖または分岐状アル
キル基である。)で表される化合物。 - 【請求項2】 式(II)において、Y=ClおよびR1=メチル
である請求項1の化合物。 - 【請求項3】 以下の工程: 1)式(II)の化合物をフッ素化してアシルフッ化物CF2Y
CF(COF)OCF2CF2-SO2Fを得; 2)アシルフッ化物の対応するカルボン酸塩CF2YCF(COO
-Me+)OCF2CF2-SO2F(式中、Me+はアルカリ金属陽イオ
ン)へ加水分解し; 3)2)で得られたカルボン酸塩を熱分解してフルオロ
スルホン酸ビニルエーテルを形成することからなるフル
オロスルホン酸ビニルエーテルCF2=CF-O-CF2CF2-SO2Fの
製造方法。 - 【請求項4】 工程1)において、式(II)の化合物が、
以下の反応:a)MF(メラミンホルムアルデヒド)とTF
E(テトラフルオロエチレン)β-スルトン 【化1】 との間での反応によるか、またはMFとアシルフッ化物FO
C-CF2-SO2Fとの間での反応による、式MOCF2CF2-SO2F
(式中、M=K、Cs、Ag)のアルコラートの合成; b)式CH2Y-CHX-COOR1(III) (式中、YおよびR1は、上記と同じ;X=Cl、Br;ただ
し、Y=Br、X=Brのとき、YおよびXは、同一又は異なる)
の化合物と工程aのアルコラートとの反応によって得ら
れる請求項3に記載の製造方法。 - 【請求項5】 工程a)を、20℃〜50℃の範囲の温度
で、ジグリム(ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル)、アセトニトリルから選択される極性非プロトン性
溶媒を用いて行い;工程b)を、20℃〜80℃の範囲の温
度で、工程a)の最後で得られた反応混合物に、ハロゲ
ン化アルキルRXを直接加えることで行い;工程b)の最
後で蒸留し、続いて、水で留出物を抽出し、有機溶媒を
蒸発させることで生産物を回収することからなる請求項
4に記載の製造方法。 - 【請求項6】工程1)フッ素化を、電気化学的なフッ素
化または管状反応槽に、窒素で希釈された元素状フッ素
を20℃の温度で連続して供給する不活性溶媒の循環液体
流液に、式(II)の化合物を直接加えることによる直接的
なフッ素化のいずれかによって行う;工程2)のアシル
フッ化物を、室温下(20℃〜25℃)で、アルカリと処理す
ることで行う;工程3)の熱分解を、工程2)の最後で
単離された化合物を、50℃〜220℃の範囲の温度で加熱
し、任意に、反応条件下で不活性な熱沸騰した溶媒に分
散し、形成された生産物を蒸留することで行う請求項3
〜5のいずれか1つに記載の製造方法。
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