(57)【要約】      （修正有）【課題】含フッ素化合物の製造方法を提供する。【解決手段】含フッ素カルボン酸類（カルボン酸という。）を電極反応によりカップリングせしめてカップリング生成物を得る含フッ素化合物の製造方法において、電極反応槽１と相分離槽２と両槽間に液を一方向に循環させるための２つの配管ライン３、４とを有する循環系を構成し、循環系に極性溶媒を循環させること、循環する極性溶媒にカルボン酸を供給すること、電極反応槽１においてカルボン酸含有極性溶媒中のカルボン酸の少なくとも一部をカップリングせしめてカップリング生成物とカルボン酸含有極性溶媒との混合液を形成し相分離槽２へ循環させること、および、相分離槽２において前記混合液をカップリング生成物相とカルボン酸含有極性溶媒相とに相分離し、カップリング生成物を循環系から取り出しカルボン酸含有極性溶媒を電極反応槽１へ循環させること、からなる含フッ素化合物の製造方法。【選択図】図１
2009041076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含フッ素カルボン酸類を電極反応によりカップリングせしめてカップリング生成物を得る含フッ素化合物の製造方法において、電極反応槽と相分離槽と両槽間に液を一方向に循環させるための２つの配管ラインとを有する循環系を構成し、循環系に極性溶媒を循環させること、循環する極性溶媒に含フッ素カルボン酸類を供給すること、電極反応槽において含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒中の含フッ素カルボン酸類の少なくとも一部をカップリングせしめてカップリング生成物と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒との混合液を形成し相分離槽へ循環させること、および、相分離槽において前記混合液をカップリング生成物相と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相とに相分離し、カップリング生成物を循環系から取り出し含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒を電極反応槽へ循環させること、を特徴とする含フッ素化合物の製造方法。
【請求項２】
含フッ素カルボン酸類がＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨまたはその塩であり、カップリング生成物がＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
極性溶媒が、水と有機極性溶媒を含む混合溶媒である請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
極性溶媒が、水と有機極性溶媒を含む混合溶媒であり、水の総質量に対して有機極性溶媒を０．１〜９０質量％含む混合溶媒である請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
有機極性溶媒が、アセトニトリルである請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含フッ素カルボン酸類を電極反応によりカップリングせしめる含フッ素化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、所望の含フッ素化合物を製造する方法として、含フッ素カルボン酸類を電極反応によりカップリングせしめる方法が、注目されている。
特許文献１には、式ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨで表される含フッ素カルボン酸またはその塩を電極反応によりホモカップリングせしめるＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆの製造方法が記載されている。ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆは、さらにＮＨ３と反応させることにより、電解質材料、イオン性液体等として有用な下式（ｉｍ）で表される含フッ素環状イミドに誘導できる。
【０００３】
【化１】
2009041076.tif 000003
【０００４】
また、特許文献２には、式ＣＦ３ＣＦ（ＯＣＨ３）ＣＯＯＨで表される含フッ素カルボン酸を電極反応によりホモカップリングせしめるＣＦ３ＣＦ（ＯＣＨ３）ＣＦ（ＯＣＨ３）ＣＦ３の製造方法が記載されている。ＣＦ３ＣＦ（ＯＣＨ３）ＣＦ（ＯＣＨ３）ＣＦ３は、溶媒、洗浄剤、乾燥剤等として有用な含フッ素エーテルである。
【０００５】
【特許文献１】国際公開２００６／１０６９６０号パンフレット
【特許文献２】特開平１１−２６９１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
含フッ素カルボン酸の電極反応によるカップリングは、含フッ素カルボン酸が脱炭酸して生成したラジカル種がカップリングして進行すると考えられる。そのため、電極反応を行う電極反応槽における電極の材質には、酸化還元電位の高い白金が適している。
しかし、含フッ素カルボン酸の電極反応における電流効率は未だ充分でなく、電極反応によりカップリング生成物を効率よく大量生産することはできなかった。たとえば、カップリング生成物を大量生産するために、電極反応槽を大型化する場合は高価な白金が大量に必要になり、大幅なコスト増が見込まれた。
そのため、工業経済的に適した、含フッ素カルボン酸類の電極反応によるカップリング方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は下記発明を提供する。
＜１＞  含フッ素カルボン酸類を電極反応によりカップリングせしめてカップリング生成物を得る含フッ素化合物の製造方法において、電極反応槽と相分離槽と両槽間に液を一方向に循環させるための２つの配管ラインとを有する循環系を構成し、循環系に極性溶媒を循環させること、循環する極性溶媒に含フッ素カルボン酸類を供給すること、電極反応槽において含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒中の含フッ素カルボン酸類の少なくとも一部をカップリングせしめてカップリング生成物と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒との混合液を形成し相分離槽へ循環させること、および、相分離槽において前記混合液をカップリング生成物相と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相とに相分離し、カップリング生成物を循環系から取り出し含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒を電極反応槽へ循環させること、を特徴とする含フッ素化合物の製造方法。
【０００８】
＜２＞  含フッ素カルボン酸類がＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨまたはその塩であり、カップリング生成物がＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆである＜１＞に記載の製造方法。
【０００９】
＜３＞  極性溶媒が、水と有機極性溶媒を含む混合溶媒である＜１＞または＜２＞に記載の製造方法。
＜４＞  極性溶媒が、水と有機極性溶媒を含む混合溶媒であり、水の総質量に対して有機極性溶媒を０．１〜９０質量％含む混合溶媒である＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の製造方法。
＜５＞  有機極性溶媒が、アセトニトリルである＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法により、含フッ素カルボン酸類を電極反応によりカップリングせしめて所望の含フッ素有機化合物を、工業経済的に効率よく製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書において、式（１）で表される化合物を化合物(１)とも記す。また式Ｘで表される基をＸとも記す。他の式で表される化合物と基も同様に記す。
【００１２】
本発明は、含フッ素カルボン酸類を電極反応によりカップリングせしめてカップリング生成物を得る含フッ素化合物の製造方法において、電極反応槽と相分離槽と両槽間に液を一方向に循環させるための２つの配管ラインとを有する循環系を構成し、循環系に極性溶媒を循環させること、循環する極性溶媒に含フッ素カルボン酸類を供給すること、電極反応槽において含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒中の含フッ素カルボン酸類の少なくとも一部をカップリングせしめてカップリング生成物と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒との混合液を形成し相分離槽へ循環させること、および、相分離槽において前記混合液をカップリング生成物相と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相とに相分離し、カップリング生成物を循環系から取り出し含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒を電極反応槽へ循環させること、を特徴とする含フッ素化合物の製造方法を提供する。
【００１３】
本発明における含フッ素カルボン酸類は、特に限定されず、含フッ素カルボン酸またはその塩が好ましく、含フッ素カルボン酸、含フッ素カルボン酸のアルカリ金属塩または含フッ素カルボン酸のアルカリ土類金属塩がより好ましく、含フッ素カルボン酸が特に好ましい。含フッ素カルボン酸のアルカリ金属塩は、含フッ素カルボン酸のナトリウム塩または含フッ素カルボン酸のカリウム塩が好ましい。含フッ素カルボン酸のアルカリ土類金属塩は、含フッ素カルボン酸のカルシウム塩が好ましい。
【００１４】
含フッ素カルボン酸は、下記化合物（１）（ただし、ＲＦは炭素数１〜１０の１価含フッ素有機基を示す。）が好ましい。
ＲＦＣＯＯＨ      （１）。
ＲＦは、相分離槽における相分離の観点から高度にフッ素化されている基が好ましく、ペルフルオロアルキル基、ペルフルオロアルケニル基、ペルフルオロ（クロロアルキル）基およびペルフルオロ（フルオロスルホニルアルキル）基からなる群から選ばれる炭素数１〜６の１価含フッ素有機基がより好ましく、ＦＳＯ２ＣＦ２−が特に好ましい。
含フッ素カルボン酸の具体例としては、ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨが挙げられる。
【００１５】
本発明における電極反応は、電極反応により含フッ素カルボン酸類が脱炭酸して生成したラジカル種がカップリングして進行すると考えられる。たとえば、含フッ素カルボン酸類がＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨである場合には、電極反応によりＦＳＯ２ＣＦ２・が生成し、つぎにＦＳＯ２ＣＦ２・の２分子がカップリングして進行すると考えられる。
【００１６】
本発明における電極反応は、１種の含フッ素カルボン酸類を用い同種のラジカル種の２分子をカップリングさせるホモカップリングであってもよく、２種以上の含フッ素カルボン酸類を用い異種のラジカル種を交差的にカップリングさせるヘテロカップリングであってもよい。
したがって、本発明の製造方法で得られるカップリング生成物は、カップリングがホモカップリングである場合には含フッ素カルボン酸類のホモカップリング体であり、カップリングがヘテロカップリングである場合には、異種の含フッ素カルボン酸類のヘテロカップリング体である。
ホモカップリング体としては含フッ素カルボン酸が化合物（１）である場合の下記化合物（２Ｍ）のＲＦ−ＲＦが挙げられ、ヘテロカップリング体としては含フッ素カルボン酸が下記化合物（１Ａ）と下記化合物（１Ｂ）である場合の下記化合物（２Ｈ）（ただし、ＲＦＡはＲＦから選ばれる炭素数１〜１０の１価含フッ素有機基を、ＲＦＢはＲＦから選ばれるＲＦＡとは異なる炭素数１〜１０の１価含フッ素有機基を、示す。）が好ましい。
【００１７】
ＲＦ−ＲＦ      （２Ｍ）、
ＲＦＡＣＯＯＨ      （１Ａ）、
ＲＦＢＣＯＯＨ      （１Ｂ）、
ＲＦＡ−ＲＦＢ      （２Ｈ）。
【００１８】
より具体的なホモカップリング体としては含フッ素カルボン酸類またはその塩がＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨである場合のＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆが挙げられる。
【００１９】
本発明における電極反応の電流密度は、０．０２〜１．０Ａ／ｃｍ２が好ましい。電極反応における温度は、−２０℃〜＋１００℃が好ましく、−２０℃〜＋６０℃が特に好ましい。電極反応における圧力は、特に限定されず、加圧、常圧、減圧のいずれであってもよい。
【００２０】
本発明の製造方法においては、電極反応槽と相分離槽と両槽間に液を一方向に循環させるための２つの配管ラインとを有する循環系を構成する。
【００２１】
本発明における電極反応槽は、含フッ素カルボン酸類が電極反応する槽であり、少なくとも１対の電極を有する電極反応槽であれば特に限定されない。また、電極反応槽本体が一方の電極を形成していてもよい。電極の材質は、酸化還元電位の高い材料であれば、特に限定されず、白金または炭素材料が好ましい。本発明において、少なくとも１方の電極は、白金製電極であるのが好ましい。電極反応槽の外枠は、ガラス製または樹脂（フッ素樹脂等）製が好ましい。
電極間距離は、電流効率の観点から、狭いのが好ましい。また、電極間の短絡を防止するために、電極を絶縁性メッシュシート（ポリエチレン製メッシュシート、ポリテトラフルオロエチレン製メッシュシート等。）で被覆するのが好ましい。
【００２２】
本発明における相分離槽は、電極反応槽において生成した、カップリング生成物と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒との混合液がカップリング生成物相と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相とに相分離され、カップリング生成物が循環系から取り出され含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒を電極反応槽へ循環される槽である。相分離槽は、カップリング生成物相を取り出すための弁を有するのが好ましい。通常、カップリング生成物は含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相より比重が高いため、前記弁は相分離槽の下部に設置される。
【００２３】
本発明における両槽間に液を一方向に循環させるための２つの配管ラインは、それぞれ電極反応槽と相分離槽との間に接続されている。２つの配管ラインの好ましい接続態様は、一方が電極反応槽下部と相分離槽上部との間に接続され、他方が電極反応槽の上部と相分離槽の上部との間に接続される態様である。この場合の液の循環方向は、電極反応槽上部、電極反応槽下部、相分離槽、電極反応槽を順に経る方向であるのが好ましい。
【００２４】
本発明における極性溶媒は、含フッ素カルボン酸類に対する相溶性が高く、カップリング生成物に対する相溶性が低ければ特に限定されず、水と有機極性溶媒とからなる混合溶媒が好ましい。有機極性溶媒は、アルコール類（メタノール、エタノール等。）、ニトリル類（アセトニトリル等。）が好ましく、ニトリル類がより好ましく、アセトニトリルが特に好ましい。
混合溶媒は、水と有機極性溶媒の総質量に対して、有機極性溶媒を０．１〜９０質量％含むのが好ましく、１〜５０質量％含むのが特に好ましい。
【００２５】
本発明において極性溶媒は、電極反応における電解液の機能を果たすだけでなく、含フッ素カルボン酸類を抽出する抽出液の機能を果たしている。すなわち、カルボキシル基類を有する含フッ素カルボン酸類は高極性であり極性溶媒に溶解して含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相を形成する。一方、含フッ素カルボン酸類のカルボキシル基が脱炭酸して生成したカップリング生成物は、低極性であり極性溶媒に溶解せずカップリング生成物相を形成する。
そのため、電極反応槽で生成するカップリング生成物と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒との混合液は相分離槽で容易に相分離できる。
【００２６】
本発明の製造方法においては、相分離槽で相分離したカップリング生成物が目的生成物として得られるだけでなく、相分離した含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒を電極反応槽に循環供給される。この際、電極反応槽で消費された分だけ、含フッ素カルボン酸類を新たに極性溶媒に追加供給してもよい。
【００２７】
本発明の製造方法に係る実施形態の１例を、図１のフロー概略図に記載するが、本発明はこれに限定されない。
【００２８】
図１のフロー概略図において循環系は、電極反応槽１と、相分離槽２と、配管ライン３と配管ライン４とから構成されている。配管ライン３は相分離槽２の上部と電極反応槽１の上部との間に接続され、配管ライン４は電極反応槽１の下部と相分離槽１の上部との間に接続されている。さらに、配管ライン４には、液を電極反応槽１から相分離槽２に循環させるための循環ポンプ５が設置されている。
また、相分離槽２の下部にはカップリング生成物相を抜き出すための弁が備え付けられており弁の先にはカップリング生成物の貯蔵相６が接続されている。また、相分離槽２の上部には、含フッ素カルボン酸類の供給槽６が接続されている。
【００２９】
循環ポンプ５により電極反応槽１から相分離槽２の方向に極性溶媒を循環させた状態で、含フッ素カルボン酸類を供給槽６から供給する。含フッ素カルボン酸類は極性溶媒に溶解した状態で配管ライン３を通じて電極反応槽１にいたる。電極反応槽１において含フッ素カルボン酸類の少なくとも一部は電極反応によりカップリングしてカップリング生成物が生成する。生成したカップリング生成物と未反応の含フッ素カルボン酸類と極性溶媒との混合液は配管ライン４を通じて相分離槽２にいたる。相分離槽２において前記混合液はカップリング生成物相と含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相とに相分離し、低比重の含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相が上相を形成し、高比重のカップリング生成物相が下相を形成する。カップリング生成物相は相分離槽２の弁から抜き出されてカップリング生成物の貯蔵相７に貯蔵されるとともに、含フッ素カルボン酸類含有極性溶媒相は、配管ライン３を通じて相分離槽２から電極反応槽１に循環供給される。なお、電極反応の進行に伴い消費される含フッ素カルボン酸類を供給槽６から逐次、追加供給してもよい。
【００３０】
このように、本発明の製造方法では、原料の含フッ素カルボン酸類を電極反応槽に循環供給させつつ、目的生成物のカップリング生成物を得るため、含フッ素カルボン酸類の電極反応によるカップリングを効率よく行うことができる。
【実施例】
【００３１】
電極反応槽として、陽極である１枚の白金板（幅２０ｃｍ、高さ３０ｃｍ、厚さ２ｍｍ）が陰極である２枚の炭素板（幅２０ｃｍ、高さ３０ｃｍ、厚さ５ｍｍ）に枠（厚さ１ｃｍ、ポリテトラフルオロエチレン製）を介して挟まれた構造を有する、陽極陰極対を２組有する電極反応槽を用いた。電極反応槽の上部にはガス抜きラインを設けた。
相分離槽としては、内容積１０Ｌの槽（フッ素樹脂製）を用いた。相分離槽の上部にはガス抜きラインを、相分離槽の下部にはカップリング生成物を抜き出すための弁を、設けた。
電極反応槽の底部と相反応槽の上部とを配管ラインにより接続し、電極反応槽の上部と相分離槽の上部とを配管ラインにより接続することにより循環系を構成した。後者の配管ラインには、相分離槽の上部、電極反応槽の上部、電極反応槽の底部、相分離槽の上部の順に液を循環させるための循環ポンプを設置した。さらに、循環ポンプの出口にはフィルターと熱交換器とを設置した。この循環系にイオン交換水（４７４５ｇ）とアセトニトリル（２２５４ｇ）とからなる極性溶媒を循環させた。
【００３２】
つぎに、ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨ（１１８７５ｇ）をイオン交換水（４７４５ｇ）とアセトニトリル（２２５４ｇ）とからなる極性溶媒に溶解させてなる含フッ素カルボン酸溶液を、循環ポンプの液流量が１０Ｌ／ｍｉｎとなる量だけ、相分離槽に投入した。
熱交換器により循環液温度を１０℃以下に保持しながら、電極反応槽に６０Ａ電流の通電を開始した（電流密度０．５Ａ／ｃｍ２）。通電開始直後から電解反応槽のガス抜きラインからガス発生が確認された。また、しばらくすると相分離槽内での２相分離が確認され、下相が目的生成物であるＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆを含む相であることが確認された。
【００３３】
そのまま電流の通電を続け、２時間おきに、相分離槽の下相を抜出して秤量し、電極反応により消費された量だけの含フッ素カルボン酸溶液を相分離槽に追加投入した。この操作を通電開始から２０時間行った。その後、相分離槽の下相の抜出しを継続し、抜出分だけイオン交換水を相分離槽に投入する操作を、さらに３０時間行った。
【００３４】
その結果、通電終了時の総通電量は１０７．６Ｆであり、相分離槽から投入されたＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨの総量は１９９０２ｇ（１１１．８ｍｏｌ）であった。相分離槽から抜出した液（１１４９９ｇ）をイオン交換水（３８００ｇ）で３回洗浄し、ガスクロマトグラフィー分析した結果、純度９９．０％のＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆ（１０９１４ｇ、４０．６ｍｏｌ）を含むことが確認された。また、通電終了時の循環系内の液を１９Ｆ−ＮＭＲ分析した結果、ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨ（０．４ｍｏｌ）の溶存のみが確認され、ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆの溶存は確認されなかった。一連の電極反応におけるＦＳＯ２ＣＦ２ＣＯＯＨの転化率は９９．６％であり、ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆの収率７２．６％であり、選択率は７２．９％であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の製造方法により、含フッ素カルボン酸類を電極反応によりカップリングせしめて所望の含フッ素有機化合物を、特に電解質材料、イオン性液体等として有用なＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆを、工業経済的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の製造方法に係る実施形態の１例を説明する図。
【符号の説明】
【００３７】
１：電極反応槽
２：相分離槽
３：配管ライン
４：配管ライン
５：循環ポンプ
６：カップリング生成物の貯蔵層
７：含フッ素カルボン酸類の供給槽
【図１】
2009041076.tif 000004