(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の構造式（ｉ）で示されるクロロ環状炭酸エステルと、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とを原料とし、
【化１】
0004789892.tif 000009
クラウンエーテル系相間移動触媒の存在下で、７０〜１５０℃の温度範囲において溶媒で反応させ、次の構造式（ｉｉ）で示されるフルオロ環状炭酸エステルを含む反応混合物を生成する工程を含み、
【化２】
0004789892.tif 000010
上記の（ｉ）および（ｉｉ）の構造式において、Ｒ１はＨ或はＣ１−Ｃ６飽和アルキル基であることを特徴とするフルオロ環状炭酸エステルを製造する方法。
【請求項２】
さらに前記フルオロ環状炭酸エステルを含む反応混合物を減圧で精留し、精製のフルオロ環状炭酸エステルを得ることが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶媒は、炭酸二炭化水素基エステル或は環状炭酸エステルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記炭酸二炭化水素基エステルは次の構造式：
【化３】
0004789892.tif 000011
の構成を持ち、式中、Ｒ２とＲ２’は、相同或は相異なもので、それぞれ独立にＣ１−Ｃ８アルキル基又はＣ６−Ｃ８アリール基から選ばれ、前記環状炭酸エステルは次の構造式：
【化４】
0004789892.tif 000012
を持ち、式中、Ｒ３とＲ３’は、相同或は相異のもので、それぞれ独立にＣ１−Ｃ８アルキル基又はＣ６−Ｃ８アリール基から選ばれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記溶媒は、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、５−ヘキシル炭酸エチレン、炭酸エチレン、炭酸ジフェニル、５−フェニル炭酸エチレン、炭酸プロピレン及び炭酸フェニル（メチル）フェニルから選ばれる一種或は多種であることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記クラウンエーテル系相間移動触媒は、１８−クラウン−６、ジベンゾ−１８−クラウン−６、ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６、１５−クラウン−６、或は１２−クラウン−４であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物は、ＫＦ、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２或はＢａＦ２から選ばれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記減圧精留の温度範囲は４０〜１５０℃で、減圧精留の真空度範囲は０．１〜２００ｋＰａであることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
反応原料であるクロロ環状炭酸エステルとアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とのモル比は１：１０〜１０：１の範囲にあり、前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物はフッ素原子のモル数で計算することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フルオロ環状炭酸エステルを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フルオロ環状炭酸エステルは主に高出力リチウム電池のリチウムイオン電解液に用いられ、有効にその耐低温性を改善するとその難燃性を向上させることなどができる。従来のフルオロ環状炭酸エステルの合成の研究において、炭酸エチレンを原料とし、単体フッ素をフッ化試薬とし、窒素雰囲気で反応させてフルオロ炭酸エチレンを生成する方法が既に報告されている。他の方法は、炭酸エチレンとフッ化テトラエチルアンモニウムフッ酸塩とで、遷移金属のコバルトなどの触媒の作用で直接フルオロ炭酸エチレンを合成するものである。この２つの方法には、原材料が稀で、かつ高価であると共に、単体フッ素ガスのような原料には劇毒及び爆発しやすいという危険があるため、研究又は生産にいろいろな不便をもたらすという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、合成工程が簡単で、原料が低価で、入手が容易で、かつ収率が高いフルオロ環状炭酸エステルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の発明者らは、従来技術にある問題に対して、研究を深めたところ、フルオロ環状炭酸エステルの生産に適する新規な方法を見出した。
本発明は、次の構造式（ｉ）で示されるクロロ環状炭酸エステルと、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とを原料とし、
【化１】
0004789892.tif 000002
クラウンエーテル系相間移動触媒の存在下で、７０〜１５０℃の温度範囲において溶媒で反応させ、次の構造式（ｉｉ）で示されるフルオロ環状炭酸エステルを含む反応混合物を生成する工程を含み、
【化２】
0004789892.tif 000003
上記の（ｉ）および（ｉｉ）の構造式において、Ｒ１はＨ或はＣ１−Ｃ６飽和アルキル基であることを特徴とするフルオロ環状炭酸エステルを製造する方法を提供する。
【０００５】
この方法には、さらに前記フルオロ環状炭酸エステルを含む反応混合物を減圧で精留し、精製のフルオロ環状炭酸エステルを得ることが含まれることが好ましい。
前記溶媒は、炭酸二炭化水素基エステル或は環状炭酸エステルであることが好ましい。前記炭酸二炭化水素基エステルは次の構造式：
【０００６】
【化１】
0004789892.tif 000004
【０００７】
の構成を持つことがより好ましい。式中Ｒ２とＲ２’は相同或は相異のもので、それぞれ独立にＣ１−Ｃ８アルキル基又はＣ６−Ｃ８アリール基から選ばれる。前記環状炭酸エステルは次の構造式：
【０００８】
【化２】
0004789892.tif 000005
【０００９】
を持つことがより好ましい。式中、Ｒ３とＲ３’は相同或は相異のもので、それぞれ独立にＣ１−Ｃ８アルキル基又はＣ６−Ｃ８アリール基から選ばれる。
【００１３】
前記クラウンエーテル系相間移動触媒は、１８−クラウン−６、ジベンゾ−１８−クラウン−６、ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６、１５−クラウン−５、或は１２−クラウン−４であることが好ましく、これらの構造式はそれぞれ以下のようである。
【００１４】
【化４】
0004789892.tif 000006
【００２０】
前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物は、ＫＦ、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２或はＢａＦ２から選ばれることが好ましい。
前記溶媒は、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、５−ヘキシル炭酸エチレン、炭酸エチレン、炭酸ジフェニル、５−フェニル炭酸エチレン、炭酸プロピレン及び炭酸フェニル（メチル）フェニルから選ばれる一種或は多種であることが好ましい。
【００２２】
好ましくは、前記反応は、９０〜１２０℃の温度範囲で行う。
好ましくは、前記減圧精留の温度範囲は４０〜１５０℃で、減圧精留の真空度範囲は０．１〜２００ｋＰａである。
【００２３】
好ましくは、反応原料であるクロロ環状炭酸エステルとアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とのモル比は１：１０〜１０：１の範囲にあり、ここで、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物はフッ素原子のモル数で計算する。より好ましくは、反応原料であるクロロ環状炭酸エステルとアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とのモル比は１：４〜４：１の範囲にあり、ここで、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物はフッ素原子のモル数で計算する。とくに好ましくは、反応原料であるクロロ環状炭酸エステルとアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とのモル比は１：１〜１：４の範囲にあり、ここで、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物はフッ素原子のモル数で計算する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は主に以下の利点がある：
１．合成工程経路が簡単であること、
２．原料が低価で、入手が容易であること、
３．原料には劇毒及び爆発しやすいという危険がなく、固体と液体の廃棄残渣が形成し
、基本的に環境には汚染がないこと、
４．減圧精留により、フルオロ環状炭酸エステル製品の純度が９９．９％を超え、収率が９０％以上であること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明で用いられる用語の「フルオロ環状炭酸エステル」とは、５位で置換又は無置換の４−フルオロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オンのことである。本発明で用いられる用語の「クロロ環状炭酸エステル」とは、５位で置換又は無置換の４−クロロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オンのことである。
【００２６】
以下、本発明について具体的に説明する。その内容は説明のためのものだけで、決して本発明の保護範囲の限定にはならないと理解されるべきである。
一つの好ましい具体的な実施形態において、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物（特に好ましくはフッ化カリウム）と溶媒（好ましくは炭酸二炭化水素基エステル或は環状炭酸エステル）とを反応容器に入れ、攪拌しながらクラウンエーテル系相間移動触媒を加え、一定の温度（好ましくは７０〜１５０℃）でクロロ環状炭酸エステルを加えて化学反応をさせ、化学反応終了後、冷却してろ過し、ろ液が得られ、このろ液はフルオロ環状炭酸エステル含有反応混合物である。
【００２７】
得られた反応混合物は、主にフルオロ環状炭酸エステル生成物と溶媒を含有する。実用的には、フルオロ環状炭酸エステルと溶媒を含有する混合物がそのまま用いられる場合もある。例えば、リチウム電池の固形電解質界面膜（ＳＥＩ膜）の成膜効果或は電解液の溶媒の低温流動性を改善しようとする場合、１０〜５０重量％のフルオロ環状炭酸エステルと５０〜９０重量％の溶媒（例えば炭酸エチレン）を含有する混合物を使用することができる。
【００２８】
もう一つの好ましい実施形態において、前記反応混合物に対して減圧精留を行うが、減圧精留の温度範囲は４０〜１５０℃が好ましく、減圧精留の真空度範囲は０．１〜２００ｋＰａが好ましい。留分は収集するが、この留分は精製のフルオロ環状炭酸エステルである。減圧精留により、フルオロ環状炭酸エステル製品の純度は９９．９％、ひいてはそれ以上になることが可能である。
【００２９】
本発明の方法において、使用できる溶媒は、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、５−ヘキシル炭酸エチレン、炭酸エチレン、炭酸ジフェニル、５−フェニル炭酸エチレン、炭酸プロピレン及び炭酸フェニル（メチル）フェニルから選ばれる一種或は多種であることが好ましい。
【００３１】
本発明の方法において、溶媒の用量は特に限定がないが、反応原料を十分に反応させることができればよい。好ましくは、溶媒の用量は反応物の総重量の０．５〜１０倍で、かかる反応物の総重量とは、「クロロ環状炭酸エステルとアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、並びにクラウンエーテル系相間移動触媒の総重量」のことである。
【００３２】
本発明の方法において、触媒の用量は特に限定がないが、クロロ環状炭酸エステルとアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物の間の化学反応に有効的に触媒作用をすることができればよいが、触媒の用量が多すぎると勿論コストを向上させることになる。好ましくは、触媒の用量は反応物の総重量の０．１〜１０重量％で、より好ましくは０．５〜５重量％である。ここで、かかる反応物の総重量とは、「クロロ環状炭酸エステルとアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物の総重量」のことである。
【００３３】
以下、具体的な実施例で、本発明をさらに説明する。これらの実施例は本発明を説明するためだけで、本発明の範囲を限定するものではないと理解されるべきである。以下の実施例において、具体的な条件が説明されていない実験方法は通常一般の条件、或はメーカーが薦める条件に従う。付加の説明がない限り、すべての「部」は「重量部」で、すべての「％」は「重量％」である。
【実施例２】
【００３８】
＜実施例１＞
炭酸ジメチル３５０ｇとフッ化カリウム２５０ｇ（４．３１モル）が入った３口フラスコに、攪拌しながら触媒の１８−クラウン−６を３ｇ加え、９０℃で４−クロロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オン１８０ｇ（１．４７モル）を１時間かけて滴下し、３時間保温した。冷却して、ろ過し、ろ液５２８ｇが得られた。ろ液の成分についてガスクロマトグラフ（ＧＣ−２０１４、株式会社島津製作社から入手）で分析したところ、このろ液は２８．４重量％４−フルオロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オンと６８．５６重量％炭酸ジメチルの混合物であることがわかった。
【００３９】
以上のように得られたろ液に対して減圧精留を行い、９０〜１００℃／２〜５ｋＰａで留分１４５ｇを収集し、ＧＣ／ＭＳ質量分析による結果はｍ／ｚ：１０６、８５で、次の構造式のイオン特徴フラグメントであることが証明された。
【００４０】
【化８】
0004789892.tif 000007
【００４１】
ガスクロマトグラフ（ＧＣ−２０１４、株式会社島津製作社から入手）で測定した結果、留分における４−フルオロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オンの純度が９９．９２６５重量％で、４−フルオロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オン製品の収率が９３．０６％であった。
【実施例４】
【００４６】
＜実施例２＞
炭酸プロピレン３５０ｇとフッ化バリウム２５７ｇ（フッ素原子のモル数では２．９４モル）が入った３口フラスコに、攪拌しながら触媒のジベンゾ−１８−クラウン−６を７ｇ加え、１２０℃で４−クロロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オン９０ｇ（０．７３５モル）を１時間かけて滴下し、３時間保温した。冷却して、ろ過し、ろ液４３５ｇが得られた。ろ液の成分についてガスクロマトグラフ（ＧＣ−２０１４、株式会社島津製作社から入手）で分析したところ、このろ液は１７．２３重量％４−フルオロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オンと８０．８６重量％炭酸プロピレンの混合物であることがわかった。
【００４７】
以上のように得られたろ液に対して減圧精留を行い、９０〜１００℃／２〜５ｋＰａで留分７１．５ｇを収集し、ＧＣ／ＭＳ質量分析による結果はｍ／ｚ：１０６、８５で、次の構造式のイオン特徴フラグメントであることが証明された。
【００４８】
【化１０】
0004789892.tif 000008
【００４９】
ガスクロマトグラフ（ＧＣ−２０１４、株式会社島津製作社から入手）で測定した結果、留分における４−フルオロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オンの純度が９９．９３６０重量％で、４−フルオロ−１，３−ジオキサシクロペンタン−２−オン製品の収率が９１．７７％であった。
【実施例６】
【００５８】
本発明の上述の説明を読んだあと、当業者が本発明に各種の変更や修飾をすることができるが、これらの等価の形態も同じく本願の特許請求の範囲に属するものと理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の方法で製造したフルオロ環状炭酸エステルは主に高出力リチウム電池のリチウムイオン電解液に用いられる。