用于在离子液体介质中生产氧硫化物和氟化衍生物的方法 |
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| 申请号 | CN201580075781.3 | 申请日 | 2015-12-07 | 公开(公告)号 | CN107207425A | 公开(公告)日 | 2017-09-26 |
| 申请人 | 罗地亚经营管理公司; | 发明人 | F.梅茨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于生产具有式(II)Ea‑SOO‑Q+(II)的以盐形式的 氧 硫化物和氟化衍 生物 的方法，该方法包括提供呈液态的具有式(I)Ea‑SOO‑Q+(II)的 离子液体 化合物与氧化硫，‑Ea表示氟 原子 或选自氟烷基、全氟烷基以及氟烯基的具有在1与10个之间 碳 原子的基团，并且‑Q+表示鎓阳离子，所述具有式(I)的离子液体化合物表示初始液体 反应性 介质的至少50wt.％。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制备具有式(II)的以盐形式的氧硫化物和氟化衍生物的方法： |
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| 说明书全文 | 用于在离子液体介质中生产氧硫化物和氟化衍生物的方法[0002] 本发明更特别地针对制备全氟烷烃亚磺酸盐和全氟烷烃磺酸盐并且优选三氟甲烷亚磺酸盐和三氟甲烷磺酸盐。 [0003] 全卤烷烃磺酸并且更特别地三氟甲烷磺酸，更好地被称为“三氟甲磺酸”，在有机合成中被用作催化剂或中间体。 [0004] 目前用于工业合成三氟甲烷磺酸的途径采用两个主要阶段。首先，通过在有机非质子溶剂(典型地N，N-二甲基甲酰胺(DMF))中由三氟甲烷羧酸盐开始的亚磺化反应合成三氟甲烷亚磺酸的碱金属盐，通常为钾盐。其次，该三氟甲烷亚磺酸盐在水性介质中通常通过水性过氧化氢氧化，以给出三氟甲烷磺酸盐，其在酸化后给出三氟甲磺酸。呈成盐形式的全氟甲烷亚磺酸的制备例如描述于文献EP 0 735 023和WO 2007/128893中。 [0005] 虽然这种方法总体上是令人满意的，但是可以改进一些要素。首先，令人希望的将是限制在亚磺化反应与氧化反应之间切换的有机介质/水性介质的阶段，因为这些切换阶段可能进行起来复杂。此外，在该酸化阶段期间水的存在是缺点，并且必须采取手段来捕获该残留水，典型地加入硫酸酐(SO3)。不幸地，加入硫酸酐来捕获残留水导致产生大量的硫酸流出物。 [0006] 本发明针对提供一种新颖的用于制备氧硫化物和氟化衍生物的方法，这些氧硫化物和氟化衍生物特别地用于合成三氟甲烷磺酸中并且不展示上述缺点。 [0007] 更确切地说，本发明根据其第一方面涉及一种用于制备具有式(II)的以盐形式的氧硫化物和氟化衍生物的方法： [0008] Ea-SOO-Q+ (II) [0009] 该方法包括操作，在该操作中使呈液态的具有式(I)的离子液体化合物： [0010] Ea-COO-Q+ (I) [0012] -Q+表示鎓阳离子， [0013] 与氧化硫混合， [0014] 所述具有式(I)的离子液体化合物表示初始液体反应介质的按重量计至少50％。 [0015] 出人意料地，诸位发明人已经示出，该亚磺化反应能够在离子液体介质中进行，该离子液体介质执行溶剂和反应物的双重作用、具有就动力学和选择性而言至少与在有机溶剂介质(典型地DMF)中的亚磺化的性能水平相同的性能水平。 [0016] 有利地，根据本发明的方法因此使得可能免除使用辅助溶剂，典型地DMF，以便进行该亚磺化。 [0017] 同样地，如在本文的继续部分展开的，根据本发明可能的是从由该亚磺化得到的- + - +氧硫化物和氟化衍生物Ea-SOOQ (II)以及未反应的离子液体化合物Ea-COOQ (I)的混合物开始进行该氧化，例如以便得到三氟甲烷磺酸盐，该未反应的离子液体化合物在该氧化反应的温度下是液体并且充当用于该氧化反应的反应物和溶剂两者。 [0018] 因此，可以进行根据本发明的氧化，而不要求加入水性溶剂。 [0019] 有利地，根据本发明的亚磺化和氧化阶段可以连续进行并且没有溶剂(有机介质/水性介质)的切换的中间阶段，特别是在同一反应器内。 [0020] 由于例如获得三氟甲烷磺酸盐(和三氟甲磺酸)必要的阶段的数量的减少，本发明的方法有利地使时间和能量的节省并且因此成本价格的减少成为可能。 [0021] 此外，根据本发明连接亚磺化和氧化阶段使得可能使由该亚磺化得到的反应流的降解最小化，该降解可以在溶剂的切换期间发生。 [0022] 因此，实施本发明的方法使得可能改进制备三氟甲烷磺酸盐(和三氟甲磺酸)的总产率。 [0024] 当然，通过说明的方式给出了三氟甲磺酸的合成，本发明的方法绝非仅仅受限于三氟甲烷磺酸盐的合成以及三氟甲磺酸的合成。 [0025] 在阅读借助于本发明的非限制性说明给出的下面的描述和实例时，根据本发明的方法的其他特征、替代形式和优点将变得更加清晰明显。 [0026] 在本文的继续部分中，除非另外提及，表述“在…与…之间、“范围从…至…”和“从…至…变化”是等效的，并且旨在是指包括这些极限值。 [0027] 如以上指定的，根据本发明的用于制备具有式Ea-SOO-Q+ (II)的以盐形式的氧硫化物和氟化衍生物的方法涉及具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物与氧化剂的亚磺化反应。在有利于形成该具有(II)的衍生物的条件下进行其中使该具有式(I)的离子液体化合物和氧化硫混合的操作。 [0028] 根据本发明的具有式(I)的离子液体化合物充当用于该亚磺化反应的反应物和溶剂两者。 [0029] 根据该反应是否分批、半分批或连续地进行，根据本发明的亚磺化反应的初始反应介质包括在该反应的温度下呈液态的所述具有式(I)的离子液体化合物以及任选地该氧化硫。 [0030] “反应介质”应理解是指，在本发明的含义内，其中发生所讨论的化学反应(在本发明的情况下，该亚磺化反应)的介质。该反应介质总体上包括反应溶剂(在本发明的情况下该离子液体化合物，其还是反应物之一)以及反应物和/或反应的产物(取决于该反应的进展)。另外，它可以包括添加剂和杂质。 [0031] “初始”反应介质是在反应和所希望的产物形成之前反应器中使用的介质。该初始反应介质可以包括反应物之一(例如，半分批)或全部反应物(例如，分批)。 [0032] 在本发明的亚磺化反应的情况下，发挥溶剂和反应物的双重作用的该具有式(I)的离子液体化合物表示该初始液体反应介质的按重量计至少50％。 [0033] 在分批实施该亚磺化反应的特定情况下，该初始反应介质包括该离子液体化合物和全部量的氧化硫。该具有式(I)的离子液体化合物可以代表该初始反应介质的按重量计从50％至95％。 [0034] 在半分批实施该亚磺化反应的特定情况下，可以连续加入氧化硫。因此，该具有式(I)的离子液体化合物可以代表该初始反应介质的按重量计从50％至100％。 [0035] 优选地，该具有式(I)的离子液体化合物表示该起始反应介质的按重量计至少60％、特别地按重量计至少70％并且更特别地按重量计至少80％。 [0036] 优选地，根据本发明的亚磺化反应的反应介质除了所述离子液体化合物之外没有溶剂。 [0037] 在本发明的含义内，“溶剂”旨在指示化合物，该化合物在其使用温度下是液体并且由于其在该反应介质中的含量能够溶解反应物。 [0038] 特别地，该反应的反应介质没有有机溶剂，尤其酰胺型的有机溶剂，如[0039] N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)。 [0040] 根据特别优选的实施例，根据该反应是否分批、半分批或连续地进行，根据本发明的亚磺化反应的初始液体反应介质是由在该反应的温度下呈液态的具有式(I)的离子液体化合物以及任选地氧化硫形成的。 [0041] 总体上，离子液体是基本上仅含有离子的液体。表述“离子液体”指示具有小于或等于100℃的熔点的盐。 [0043] 因此，在本发明的含义内，根据通常认可的定义，根据本发明的方法使用的具有式(I)的离子液体化合物具有小于100℃的熔点。 [0044] 特别地，该具有式(I)的离子液体化合物具有小于80℃、特别地小于60℃并且更特别地小于40℃的熔点。 [0045] 根据特定实施例，根据本发明的离子液体化合物具有小于20℃的熔点(室温离子液体)。 [0046] 因此，根据本发明的具有式(I)的离子液体化合物在该亚磺化反应的条件下呈液态。 [0047] 如以上指出，Q+表示鎓阳离子。 [0048] 鎓阳离子是由第VB或VIB族的元素(如由根据元素周期表的旧欧洲IUPAC系统定义的)与三个或四个烃链形成的阳离子。第VB族包括N、P、As、Sb和Bi原子。第VIB族包括O、S、Se、Te和Po原子。该鎓阳离子可以特别地是由选自由N、P、O和S组成的组的原子(更优选N和P)与三个或四个烃链形成的阳离子。 [0049] 该鎓阳离子Q+可以选自： [0050] -杂环鎓阳离子；特别地选自下组的那些，该组由以下各项组成： [0051] [0052] -不饱和环状鎓阳离子；特别地选自下组的那些，该组由以下各项组成： [0053] [0054] -饱和环状鎓阳离子；特别地选自下组的那些，该组由以下各项组成： [0055] [0056] -非环状鎓阳离子；特别是具有通式+L-R′s的那些，其中L表示选自由N、P、O和S组成的组的原子，更优选N和P，s表示根据元素L的化合价的选自2、3或4的R’基团的数目，每个R’+独立地表示氢原子或C1至C8烷基，并且在L与R’之间的键可以是单键或双键。 [0057] 在上式中，每个“R”符号彼此独立地表示氢原子或有机基团，或者可以彼此键合。优选地，在上式中，每个“R”符号可以彼此独立地表示氢原子，或任选被卤素原子、氨基、亚氨基、酰胺基、醚基、酯基、羟基、羧基、氨基甲酰基、氰基、砜基或亚硫酸酯基取代一次或多次的饱和或不饱和且直链、支链或环状的C1至C18烃基。 [0058] 更特别地，该鎓阳离子Q+可以选自铵、鏻、吡啶鎓、吡唑啉鎓、咪唑鎓、砷鎓、季铵和季鏻的阳离子。 [0059] 该季铵阳离子或季鏻阳离子可更优选地选自四烷基铵阳离子或四烷基鏻阳离子、三烷基苄基铵阳离子或三烷基苄基鏻阳离子或四芳基铵阳离子或四芳基鏻阳离子，其中的烷基(相同或不同)表示直链或支链的具有从4至12个碳原子、优选从4至6个碳原子的烷基链，并且其中的芳基(相同或不同的)表示苯基或萘基。 [0060] 根据特定实施例，Q+表示季鏻阳离子或季铵阳离子。 [0061] 根据特别优选的实施例，Q+表示季鏻阳离子，特别是四烷基鏻阳离子，并且更特别是四丁基鏻(PBu4)阳离子。 [0062] 根据另一个优选的实施例，Q+表示特别地选自下组的季铵阳离子，该组由以下各项组成：四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、三甲基苄基铵、甲基三丁基铵和Aliquat 336(甲基三(C8至C10烷基)铵化合物的混合物)。 [0063] 根据另一个优选的实施例，Q+表示吡啶鎓阳离子，特别是N-甲基吡啶鎓。 [0064] 如以上指出，该Ea基团可以表示氟原子或具有从1至10个碳原子的基团，该基团选自氟烷基、全氟烷基和氟烯基。 [0065] 在本发明的上下文中： [0066] -烷基应理解为是指直链或支链的烃链，该链优选地包含从1至10个碳原子、特别地从1至4个碳原子； [0067] -氟烷基应理解为是指由包含至少一个氟原子的直链或支链的C1-C10烃链形成的基团； [0068] -全氟烷基应理解为是指由除碳原子外只包含氟原子并且没有氢原子的直链或支链的C1-C10链形成的基团； [0069] -氟烯基应理解为是指由包含至少一个氟原子并且包含至少一个双键的直链或支链的C1-C10烃链形成的基团。 [0070] 该Ea基团优选地选自氟原子以及具有从1至5个碳原子的基团，该基团选自氟烷基、全氟烷基和氟烯基。 [0071] 根据特别优选的实施例，该具有式(I)的化合物中的Ea基团选自氟原子、CH2F基团、CHF2基团、C2F5基团和CF3基团。因此，这对应地导致根据本发明的方法制备F-SOO-Q+、- + - + - + - + +CH2F-SOOQ、CHF2-SOOQ、C2F5-SOOQ和CF3-SOOQ，其中Q是如以上定义的。 [0072] 根据特定实施例，Ea表示CF3基团。 [0073] 理解的是，分别可以组合用于鎓阳离子Q+和Ea基团的上述定义。 [0074] 因此，根据替代实施例，本发明的方法使用具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物，其中： [0075] -Ea选自氟原子、CH2F基团、CHF2基团、C2F5基团和CF3基团；特别地，Ea是CF3基团；并且 [0076] -Q+表示季鏻阳离子，特别是四丁基鏻(PBu4)阳离子。 [0077] 根据本发明的具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物可以在其在根据本发明的方法的亚磺化反应中使用之前制备。 [0078] 根据第一替代实施例，它可以通过优选地在水性溶剂存在下，使具有式Ea-COO-R+的碱金属盐(其中R+表示碱金属阳离子，例如钾阳离子)与鎓Q+盐反应，优选地接着去除该水性溶剂来获得。 [0079] 根据另一个替代实施例，根据本发明的具有式(I)的离子液体化合物可以通过在- +有机溶剂中，使具有式Ea-COOH的氟羧酸或其Ea-COO盐与鎓Q盐反应，优选地接着通过萃取该有机溶剂回收该离子液体化合物来获得。 [0080] 用于制备该离子液体化合物的鎓Q+盐可以更特别地是卤化鎓，特别是氯化鎓。 [0081] 在本发明的方法中使用的具有式(I)的离子液体化合物可以是完全或部分再循环的化合物，其可以例如通过在该亚磺化反应结束时分离获得或者其可以源自随后的合成阶段，例如通过在通过氧化制备氟磺酸盐结束时分离。 [0082] 该氧化硫可以更特别地是二氧化硫。 [0083] 它可以以气态的形式使用。 [0084] 本领域技术人员能够适配用于实施根据本发明的亚磺化反应的条件，特别地就温度和持续时间而言，以便导致具有式Ea-SOO-Q+ (II)的以盐形式的氧硫化物和氟化衍生物。 [0085] 可以以在0.5与2之间、特别地在0.6与1.2之间的氧化硫/具有式(I)的化合物摩尔比使用该具有式(I)的离子液体化合物和该氧化硫。 [0086] 其中使该氧化硫特别是二氧化硫与该具有式(I)的离子液体化合物接触的操作可以连续地、半分批地或分批地进行。 [0087] 根据本发明的方法可以在使能够半分批、连续或分批实施的装置中进行，例如在完全搅拌式反应器、有利地配备有夹套的多个完全搅拌式反应器或配备有其中热交换流体循环的夹套的管式反应器中。 [0088] 根据特别优选的实施例，其中使该氧化硫特别是二氧化硫与该具有式(I)的离子液体化合物接触的操作半分批地进行。 [0089] 优选地，将该氧化硫特别是二氧化硫逐渐加入到由该呈液态的具有式(I)的离子液体化合物形成的预先制备的液体介质中。 [0090] 根据本发明的方法的亚磺化反应可以通过使该反应介质达到在100℃与200℃之间、特别地在120℃与150℃之间的温度而进行。 [0091] 该加热的持续时间可以根据所选择的反应温度调节。它可以是至少1小时，特别是在2小时与5小时之间。 [0092] 该亚磺化反应有利地在大气压下进行。还可以使用更高的压力。因此，在1巴与20巴之间、优选在1巴与3巴之间选择的绝对总压力可能是适合的。根据另一个实施例，该反应可以在低于大气压的压力下进行。该绝对总压力可以是在1毫巴与999毫巴之间，特别地在500毫巴与950毫巴之间并且更特别地在800毫巴与900毫巴之间。 [0093] 根据连续的实施，平均停留时间(被定义为反应物质的体积与进料流量的比)更特别地在30分钟与10小时之间，特别地在2小时与4小时之间。 [0094] 有利地，通过分析方法可以监测该亚磺化反应的进展。 [0095] 可以通过拉曼光谱测定法、通过近红外光谱测定法或通过UV光谱学、优选地通过拉曼光谱测定法在线(例如，经由采样环路)或原位监测该亚磺化反应的进展，例如所形成的具有式(II)的氧硫化物和氟化衍生物的浓度的变化。 [0096] 在通过拉曼光谱测定法监测该反应的进展的状态的上下文中，在其内部发生该氧化反应的反应器可以配备有拉曼探针，该拉曼探针通过光纤连接到拉曼光谱仪，所述探针例如使得可能监测在该介质中的具有式(II)的化合物的浓度。 [0097] 优选的是不尝试完全转化该具有式(I)的起始离子液体化合物。 [0098] 可以通过该具有式(I)的化合物的转化度监测该亚磺化反应的进展，该转化度指示在该反应期间消耗的具有式(I)的化合物的摩尔量与该初始反应介质中的具有式(I)的化合物的总量的比率。在分析该反应介质中剩余的所述具有式(I)的化合物后，可以容易地计算该程度。 [0099] 总体上，进行该亚磺化反应一直到范围是从10％至90％、特别地从30％至70％并且更特别地从50％至60％的所述具有式(I)的化合物的转化度。 [0100] 在根据本发明的亚磺化反应结束时，该反应介质因此包括未消耗的离子液体化合物Ea-COO-Q+ (I)和形成的氧硫化物和氟化衍生物Ea-SOO-Q+ (II)的混合物。 [0101] 本发明的方法可以更特别地在制备三氟甲烷亚磺酸鎓盐(CF3SO2-Q+，其中Q+表示鎓阳离子)，特别是三氟甲烷亚磺酸四丁基鏻(CF3SO2PBu4，或三氟甲亚磺酸四丁基鏻)中。 [0102] 后者可以有利地用于得到例如双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂(CF3SO2)2NLi(LiTFSI)，三氟甲磺酸CF3SO3H或还有三氟甲磺酸酐(CF3-SO2)2O，如在本文的继续部分中详细描述的。 [0103] 该具有式Ea-SOO-Q+ (II)的氧硫化物和氟化化合物可用于通过氧化反应形成具有式Ea-SO3-Q+ (III)的化合物。 [0104] 因此，本发明根据其另一个方面涉及一种用于制备具有式(III)的以盐形式的化合物的方法： [0105] Ea-SO3-Q+ (III) [0106] -Ea表示氟原子或具有从1至10个碳原子的基团，该基团选自氟烷基、全氟烷基和氟烯基；并且 [0107] -Q+表示鎓阳离子， [0108] 该方法包括以下阶段，在于： [0109] (i)具有可获得的具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物以及具有式Ea-SOO-Q+ (II)的化合物的混合物(M)，该混合物展示出小于或等于100℃的熔点；并且[0110] (ii)使呈液态的所述混合物(M)和氧化剂混合，以便获得具有式(III)的化合物，所述混合物(M)表示该初始液体反应介质的按重量计超过50％。 [0111] 阶段(i)的混合物(M)可以是在以上描述的亚磺化阶段结束时直接获得的液体反应混合物，更特别地进行该亚磺化反应一直到范围是从10％至90％、特别地从30％至70％并且更特别地从50％至60％的所述具有式(I)的离子液体化合物的转化度。 [0112] 根据特别有利的实施例，这些亚磺化和氧化阶段可以连接在一起，例如在同一个半分批反应器内，而不要求用于改变溶剂的操作。 [0113] 因此，可以经由以下阶段根据本发明制备具有式Ea-SO3-Q+ (III)的化合物，其中Ea和Q+是如以上定义的： [0114] (a)使呈液态的具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物与氧化硫接触，以便形成具有式Ea-SOO-Q+ (II)的化合物，其中Q表示鎓阳离子，所述具有式(I)的离子液体化合物表示初始液体反应介质的按重量计至少50％； [0115] 进行该亚磺化反应一直到范围是从10％至90％、特别地从30％至70％并且更特别地从50％至60％的所述具有式(I)的化合物的转化度： [0116] (b)将氧化剂加入到在该亚磺化阶段(a)结束时获得的具有式Ea-COO-Q+ (I)和Ea-- + - +SOOQ (II)的化合物的液体反应混合物(M)中，以便形成具有式Ea-SO3Q (III)的化合物。 [0117] 具有式Ea-COO-Q+ (I)和Ea-SOO-Q+ (II)的化合物的混合物(M)可以更具体地展示出小于或等于80℃、特别地小于或等于40℃并且优选地小于或等于20℃的熔点。 [0118] 该具有式Ea-SOO-Q+ (II)的氧硫化物和氟化衍生物和该具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物可以是以在0.2与4之间、特别地在0.5与3之间的化合物(II)/化合物(I)的重量比存在于混合物(M)内。 [0119] 当然，以上描述的在根据本发明的亚磺化过程结束时形成的混合物(M)的组成取决于在该亚磺化反应结束时的该具有式(I)的化合物的转化度。 [0120] 有利地，根据本发明的氧化反应不要求加入辅助溶剂。 [0121] 特别地，根据本发明的氧化反应的反应介质没有水性溶剂。 [0122] 不存在水性溶剂不排除以不适合于反应物的溶解的低含量的水的可能存在。 [0123] 因此，根据本发明的氧化反应的反应介质可以包含按重量计小于或等于20％、特别地按重量计小于或等于10％的水含量。 [0124] 这些少量的水可以更特别地源自用于该氧化反应中的氧化剂(例如水性过氧化氢)和/或通过该氧化反应形成的氧化剂。 [0125] 在该氧化反应的条件下，该呈液态的具有式Ea-COO-Q+ (I)和Ea-SOO-Q+ (II)的化合物的混合物充当用于该氧化反应的反应物和溶剂两者。 [0126] 因此，该具有式Ea-COO-Q+ (I)和Ea-SOO-Q+ (II)的化合物的混合物(被指示为(M))表示该初始液体反应介质的按重量计至少50％。 [0127] 在分批实施该氧化反应的特定情况下，该初始反应介质包括所述混合物(M)和全部量的该氧化反应中使用的氧化剂。根据本发明的液体混合物(M)可以表示该初始反应介质的按重量计从50％至95％。 [0128] 在半分批实施该氧化反应的特定情况下，可以逐渐加入该氧化剂。根据本发明的液体混合物(M)可以表示该初始反应介质的按重量计从50％至100％。 [0129] 根据特别优选的实施例，根据该氧化反应是否分批、半分批或连续地进行，根据本- + - +发明的氧化阶段的初始反应介质是由具有式Ea-COOQ (I)和Ea-SOOQ (II)的化合物的所述混合物(M)以及任选地该氧化剂形成的。 [0130] 该氧化剂可以选自过氧化物、过酸及其盐。例如，该氧化剂可以选自水性过氧化氢；过碳酸盐，特别是过碳酸钠或过碳酸钾；过硫酸盐，特别是过硫酸钾；过硫酸，例如卡罗盐(Caro’s salt)；和有机过氧化物，例如脲-过氧化氢。该氧化剂还可以是次氯酸钠。 [0131] 该氧化剂在该反应介质中可以是混溶或不混溶的。因此，该反应介质可以是均匀的或不均匀的。 [0132] 根据特别有利的实施例，该氧化剂是无水的。 [0133] 根据另一个特定实施例，该氧化剂是水性过氧化氢。该水性过氧化氢可具有在10％与80％之间、优选地在30％与70％之间的水中的浓度。 [0134] 此外，该氧化剂可以选自气态试剂，例如选自下组，该组由以下各项组成：空气、氧气(O2)、臭氧(O3)和一氧化二氮(N2O)。用这些试剂的氧化可以任选地在金属催化剂的存在下进行。 [0135] 本领域技术人员能够适配用于进行该氧化反应的条件以便导致所希望的具有式(III)的化合物。 [0136] 可以使该液体混合物(M)连续地、半分批地或分批地与该氧化剂接触。优选地半分批地使它们接触。可以在如以上对于根据本发明的亚磺化过程描述的装置中使它们接触。 [0137] 根据特别优选的半分批实施例，将该氧化剂(例如水性过氧化氢)逐渐加入到该液体混合物(M)中。 [0138] 根据本发明的方法的氧化反应可以通过使该反应介质达到在20℃与该有机溶剂的沸点之间、特别地在40℃与140℃之间的温度而进行。有利地，在已经预热该混合物(M)之后可以加入该氧化剂。 [0139] 该加热的持续时间可以根据所选择的反应温度调节。它可能在30分钟与24小时之间、特别地在1小时与20小时之间、并且更特别地在2小时与7小时之间。 [0140] 关于以上描述的亚磺化阶段，可以通过如以上描述的分析方法，优选地通过拉曼光谱测定法监测该氧化反应的进展。 [0141] 在根据本发明的氧化反应结束时，该反应介质基本上是由具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物和所形成的具有式Ea-SO3-Q+ (III)的化合物的混合物形成的。 [0142] 有利地，使用根据本发明的氧化过程以便制备三氟甲烷磺酸鎓盐(CF3SO3-Q+，其中Q+表示鎓阳离子)，特别是三氟甲烷磺酸四丁基鏻(CF3SO3PBu4，或三氟甲磺酸四丁基鏻)。 [0143] 后者可有利地用于得到三氟甲磺酸(CF3SO3H)或还有三氟甲磺酸酐((CF3SO2)2O)，如在本文的继续部分中详细描述的。 [0144] 根据以上描述的本发明的亚磺化过程获得的具有式Ea-SO2-Q+ (II)的氧硫化物和氟化衍生物可有利地用于合成具有式(Ea-SO2)2NH (IV)的磺酰亚胺化合物及其盐(Ea-SO2)2NMe (IV’)中，其中Me表示碱金属。 [0145] 因此，本发明根据其另一个方面涉及一种用于制备磺酰亚胺化合物(Ea-SO2)2NH (IV)或其盐(Ea-SO2)2NMe (IV’)之一的方法， [0146] Ea表示氟原子或具有从1至10个碳原子的基团，该基团选自氟烷基、全氟烷基和氟烯基；并且 [0147] Me表示碱金属，特别是锂； [0148] 该方法包括至少以下阶段： [0149] (a1)根据以上描述的方法制备具有式Ea-SO2-Q+ (II)的氧硫化物和氟化衍生物； [0150] (b1)溴化、氯化或氟化该具有式(II)的衍生物以便形成具有式(Ea-SO2)X的化合物，其中X表示溴、氯或氟； [0151] (c1)使用叔胺NR”3氨解该化合物(Ea-SO2)X以给出(EaSO2)2NH.NR”3，其中R”相同或不同，表示具有从1至20个碳原子的直链或支链烷基； [0152] (d1)酸化(EaSO2)2NH.NR”3以获得该磺酰亚胺化合物(Ea-SO2)2NH (IV)； [0153] 并且任选地： [0154] (el)通过碱金属Me碱、特别地通过碱金属氢氧化物中和该化合物(Ea-SO2)2NH以便形成该具有式(Ea-SO2)2NMe (IV’)的盐；并且任选地 [0155] (f1)干燥该盐(Ea-SO2)2NMe (IV’)。 [0156] 在氨解阶段(c1)中使用的叔胺可以是例如二异丙基乙胺(EDIPA)。 [0157] 根据本发明的另一个方面，本发明的另一个主题是将以上描述的阶段(a1)和(b1)连接在一起。因此，本发明涉及一种用于制备化合物(Ea-SO2)X的方法，其中X表示氯或氟，该方法包括： [0158] -根据以上描述的方法制备具有式Ea-SO2-Q+ (II)的氧硫化物和氟化衍生物；并且[0159] -溴化、氯化或氟化该具有式(II)的衍生物以便形成具有式(Ea-SO2)X的化合物，其中X表示溴、氯或氟。 [0160] 根据特别优选的实施例，该具有式(II)的氧硫化物和氟化衍生物是三氟甲烷亚磺酸鎓盐CF3SO2-Q+，例如三氟甲烷亚磺酸四丁基鏻(CF3SO2PBu4)，以便根据以上描述的方法得到双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(CF3SO2)2NH和双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂(CF3SO2)2NLi(LiTFSI)。 [0161] 根据另一个特别优选的实施例，该具有式(II)的氧硫化物和氟化衍生物是氟亚磺酸鎓盐F-SO2-Q+，例如氟亚磺酸四丁基鏻(F-SO2PBu4)，以便根据以上描述的方法得到双(氟磺酰基)酰亚胺(F-SO2)2NH和双(氟磺酰基)酰亚胺锂(F-SO2)2NLi(LiFSI)。 [0162] 根据以上描述的方法制备的磺酰亚胺化合物及其盐可以有利地用作电解质盐、抗静电剂前体或表面活性剂前体。具体地，所述化合物可以有利地作为电解质用于制造电池、用于电镀铬、电子学以及电化学领域中。它们有利地作为抗静电剂用于制造压敏胶粘剂(PSA)。作为抗静电剂，它们还可以被用作润滑剂的组分。它们被用在光学材料如电致发光装置中并且参与到光伏板的组成中。这些用途也是本发明的主题。具体地，本发明的主题是用于制造电化学装置(优选电池)的方法，所述方法包括根据以上描述的方法制备磺酰亚胺化合物或其盐的阶段以及制造该电化学装置的阶段，在该电化学装置中该磺酰亚胺化合物或其盐被用作电解质。 [0163] 有利地，根据本发明获得的具有式Ea-SO3-Q+ (III)的衍生物可用于制备磺酸的氟化衍生物Ea-SO3H中。 [0164] 因此，根据本发明的又另一个方面，本发明的主题是一种用于制备具有式(V)的磺酸的氟化衍生物的方法： [0165] Ea-SO3H (V) [0166] Ea表示氟原子或具有从1至10个碳原子的基团，该基团选自氟烷基、全氟烷基和氟烯基，特别地，Ea表示CF3基团； [0167] 该方法包括至少以下阶段： [0168] -根据以上描述的方法制备具有式Ea-SO3-Q+ (III)的化合物，其中Q+表示鎓阳离子；并且 [0169] -使该具有式(III)的化合物酸化以便获得所希望的具有式(V)的磺酸的氟化衍生物。 [0170] 特别地，可以经由至少以下阶段根据本发明制备具有式Ea-SO3H (V)的磺酸的氟化衍生物，其中Ea是如以上定义的： [0171] (a)使呈液态的具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物与氧化硫接触，以便形成具有式Ea-SOO-Q+ (II)的化合物，其中Q表示鎓阳离子，所述具有式(I)的离子液体化合物表示初始液体反应介质的按重量计至少50％； [0172] 进行该亚磺化反应一直到范围是从10％至90％、特别地从30％至70％并且更特别地从50％至60％的所述具有式(I)的化合物的转化度； [0173] (b)将氧化剂加入到在该亚磺化阶段(a)结束时获得的具有式Ea-COO-Q+ (I)和Ea-SOO-Q+ (II)的化合物的液体反应混合物(M)中，以便形成具有式Ea-SO3-Q+ (III)的化合物；并且 [0174] (c2)酸化以便获得所希望的具有式(V)的磺酸的氟化衍生物。 [0175] 这些亚磺化(a)和氧化(b)的阶段更特别地在以上描述的条件下进行。 [0176] 该具有式Ea-SO3-Q+ (III)的化合物的酸化可以通过加入硫酸(特别是以发烟硫酸形式)进行。 [0177] 更特别地，这些具有式 [0178] Ea-SO3-Q+和Ea-COO-Q+的化合物的混合物(在该氧化结束时获得的)的酸化导致所希望的磺酸的氟化衍生物Ea-SO3H和氟羧酸Ea-COOH的混合物，例如，导致三氟甲磺酸和三氟乙酸的混合物(在其中Ea表示CF3的特定情况下)。 [0179] 该磺酸的氟化衍生物Ea-SO3H可以从在该酸化结束时获得的混合物中分离，例如通过蒸馏。 [0180] 该羧酸的氟化衍生物Ea-COOH有利地被再循环，例如在根据本发明的方法中。 [0181] 有利地，本发明的方法用于制备三氟甲烷磺酸CF3SO3H，更通常被称为三氟甲磺酸。 [0182] 根据特定实施例，在阶段(a)中使用的具有式(I)的化合物是三氟羧酸鎓盐，特别是三氟羧酸四丁基鏻(CF3COOPBu4)，并且在阶段(c2)结束时导致三氟甲磺酸(CF3SO3H)。 [0183] 根据本发明获得的磺酸的氟化衍生物Ea-SO3H可以有利地被转化为该具有式(Ea-SO2)2O(VI)的酸酐。 [0184] 因此，根据本发明的又另一个方面，本发明的主题是一种用于制备具有式(Ea-SO2)2O(VI)的酸酐化合物的方法，Ea表示氟原子或具有从1至10个碳原子的基团，该基团选自氟烷基、全氟烷基和氟烯基，特别地Ea表示CF3基团； [0185] 该方法包括至少以下阶段： [0186] -根据以上描述的方法制备具有式Ea-SO3H(V)的磺酸的氟化衍生物；并且[0187] -酐化该具有式Ea-SO3H(V)的衍生物以便获得所述所希望的具有式(VI)的酸酐化合物。 [0188] 特别地，可以经由至少以下阶段根据本发明制备具有式(Ea-SO2)2O (VI)的酸酐化合物，其中Ea是如以上定义的： [0189] (a)使呈液态的具有式Ea-COO-Q+ (I)的离子液体化合物与氧化硫接触，以便形成- +具有式Ea-SOOQ (II)的化合物，其中Q表示鎓阳离子，所述具有式(I)的离子液体化合物表示初始液体反应介质的按重量计至少50％； [0190] 进行该亚磺化反应一直到范围是从10％至90％、特别地从30％至70％并且更特别地从50％至60％的所述具有式(I)的化合物的转化度； [0191] (b)将氧化剂加入到在该亚磺化阶段(a)结束时获得的具有式Ea-COO-Q+ (I)和Ea-SOO-Q+ (II)的化合物的液体反应混合物(M)中，以便形成具有式Ea-SO3-Q+ (III)的化合物； [0192] (c2)酸化以便获得该具有式Ea-SO3H(V)的磺酸的氟化衍生物；并且[0193] (d3)酐化该具有式(V)的化合物以便形成所希望的具有式(VI)的酸酐化合物。 [0194] 这些亚磺化(a)、氧化(b)以及酸化(c2)的阶段更特别地在以上描述的条件下进行。 [0195] 该酐化反应是本领域技术人员已知的并且更特别地描述于文献US 8,222,450中。 [0196] 有利地，本发明的方法用于制备三氟甲烷磺酸酐(CF3-SO2)2O，更通常被称为三氟甲磺酸酐。 [0197] 根据特定实施例，在阶段(a)中使用的具有式(I)的化合物是三氟羧酸鎓盐，特别是三氟羧酸四丁基鏻(CF3COOPBu4)，并且在阶段(d3)结束时导致三氟甲磺酸酐((CF3-SO2)2O)。 [0198] 这些具有式Ea-SO3H的磺酸的氟化衍生物(特别是三氟甲磺酸)和这些具有式(Ea-SO2)2O的酸酐化合物(特别是三氟甲磺酸酐)可用于多种应用中，特别是用作酸催化剂，用作有机合成中的保护基团，用作药物、农业化学或电子学领域中的合成子，用作用于电子工业的盐，或者用作离子液体的组分。 [0199] 本发明现在将借助于以下当然通过对本发明的非限制性说明给出的实例进行描述。 [0200] 实例 [0201] 反应物的转化度相当于在反应期间消耗的(转化的)反应物的摩尔量与反应物的初始量的比率。 [0202] 来自反应物的产物产率相当于所形成的产物的摩尔量与初始反应物的摩尔量的比率。 [0203] 重量平衡相当于所回收的材料的总重量与所装入的材料的总重量的比率。 [0204] 1.制备TFAPBu4(CF3CO2PBu4) [0205] 将以下物质引入到0.25L玻璃反应器内： [0206] ·TFAK(CF3COOK)：43.8g(约0.3mol) [0207] ·PBu4Cl：86.7g(约0.3mol) [0208] ·H2O：110g [0209] 在搅拌下使该反应物质达到50℃持续20小时。在冷却并停止该搅拌后，在沉降时将该介质分离成两个液相，将这两个液相分离并分析：上部相是基本上由CF3CO2PBu4和水(按重量计7％)构成的。 [0210] 用于形成TFAPBu4的反应可以如下表示： [0211] [0212] 2.亚磺化TFAPBu4以给出TFSPBu4(CF3SO2PBu4) [0213] 将以下物质引入到已经预先洗涤并且干燥的0.1ml高压釜内： [0214] ·TFAPBu4：49.2g，即0.12mol(通过共沸蒸馏预先干燥的) [0215] ·SO2：7.76g，即SO2/TFAPBu4 103mol％。 [0216] 随后，将该反应器闭合并且在搅拌下在142℃下加热4h。 [0217] 在返回到环境温度(20℃-22℃)之后，将该反应器脱气，并且将其内容物转移至0.1L的玻璃器皿内；所得反应介质以深棕色溶液的形式存在。 [0218] 用于亚磺化TFAPBu4以给出TFSPBu4的反应可以如下表示： [0219] [0220] 该反应物质通过19F NMR的分析给出了以下结果： [0221] ·重量平衡：94％ [0222] ·TFAPBu4的转化：61％ [0223] ·TFSPBu4的产率：38％ [0224] 3.氧化三氟甲亚磺酸盐CF3SO2PBu4(TFSPBu4)以给出三氟甲磺酸盐CF3SO3PBu4(TAPBu4) [0225] 将来自前一阶段2的粗反应产物(45g)装入0.1L三颈圆底烧瓶中并达到80℃；将水性过氧化氢(30％水溶液：6g)在3小时内运行到维持80℃的反应介质上。 [0226] 在水性过氧化氢已经运行到该反应介质上后，将后者维持在80℃下持续2小时。 [0227] 在返回到环境温度(20℃-22℃)之后，所得反应介质以浅棕色溶液的形式存在。 [0228] 用于氧化三氟甲亚磺酸盐以给出三氟甲磺酸盐的反应可以如下表示： [0229] [0230] 该反应物质通过19F NMR的分析给出了以下结果： [0231] ·重量平衡：100％ [0232] ·TFSPBu4的转化：100％ [0233] ·TAPBu4的产率：97％ [0234] NB：残留TFAPBu4的转化：0％ [0235] 4.酸化/蒸馏 [0236] 将以下物质引入到50ml玻璃反应器内： [0237] ·前述粗反应产物：50g [0238] ·20％发烟硫酸：122g [0239] 在搅拌下在逐渐真空(最终压力：5毫巴)下，逐渐使该介质达到160℃，并将缩合物收集并分析以给出以下结果： [0240] ·TFA(CF3COOH)的回收度：65％ [0241] ·TA(CF3SO3H)的回收度：50％ |
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