JP7644477B2 - リン酸塩化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態に係るリン酸塩化合物の製造方法について、以下に説明する。
本実施の形態のリン酸塩化合物の製造方法は、以下に示す化学反応式の通り、化学式(A)で表されるリン酸エステルと、化学式(B)で表される原料塩とを反応させて、化学式(C)で表されるリン酸塩化合物を生成する工程(I)を少なくとも含む。
前記リン酸エステルは、以下の化学式(A)で表される。
前記原料塩は、以下の化学式(B)で表される。
前記リン酸塩化合物は、以下の化学式(C)で表される。
前記工程(I)の反応モル比は、特に限定されず、反応種に応じて適宜設定すればよい。リン酸エステルと原料塩の反応モル比に於いて、通常は、リン酸エステルの下限値が、原料塩1モルに対し1モル以上である。また、リン酸エステルの上限値は、通常、2.5モル以下であり、工業生産の観点からは1.5モル以下が好ましい。
前記リン酸エステルは、前記Zがケイ素原子である場合、酸無水物等を原料として利用する公知の製造方法により得ることができる。但し、本実施の形態に於いては、以下に示す化学反応式の通り、化学式(D)で表されるリン酸化合物と、化学式(E)で表されるケイ素化合物とを反応させて、化学式(F)で表されるリン酸シリルエステルを生成する工程(II)を含むのが好ましい。これにより、リン酸エステルを効率的に得ることができる。
前記リン酸化合物は、以下の化学式(D)で表される。
前記ケイ素化合物は、以下の化学式(E)で表される。
前記工程(II)の反応モル比は、特に限定されず、反応種に応じて適宜設定すればよい。リン酸化合物とケイ素化合物の反応モル比に於いて、通常は、ケイ素化合物の下限値が、リン酸化合物1モルに対し1モル以上である。また、リン酸化合物の上限値は5モル以下であり、工業生産の観点からは2.5モル以下が好ましく、1.5モル以下がより好ましい。
リン酸塩化合物の純度は、イオンクロマトグラフィーによるアニオン分析から算出した。分析装置及び測定条件は、以下の通りである。
装置:850 Professional IC Anion(Metrohm製)
カラム:Dionex IonPac AS23 2x250mm
(Thermo Fisher Scientific製)
試料:100ppmの試料水溶液
流量:1mL/min
溶離液:4.5mM Na2CO3のH2O-アセトニトリル(7:3)混合溶液
卓上核磁気共鳴装置:Spinsolve 60 ULTRA Phosphorus
(Magritek製)
<エチル(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸ナトリウム(無溶媒下)>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、原料塩としてのヨウ化ナトリウム(630mg、4.20mmol、富士フイルム和光純薬社製)を入れたのち、リン酸エステルとしてのジエチル2,2,2-トリフルオロエチルホスファート(1.18g、5.00mmol)を室温で添加した。この混合溶液を、窒素気流下、120℃で4時間、加熱した。反応混合物を室温まで放冷した後、反応混合物を濾過し、窒素気流下、120℃で終夜、残渣を乾燥することで、リン酸塩化合物として、白色固体のエチル(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸ナトリウム(930mg、96.1%)を得た。エチル(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸ナトリウムの純度は99.6%であった。
<ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸銅(II)(無溶媒下)>
攪拌子を入れた100mLナス型フラスコに、原料塩としての塩化銅(II)(980mg、7.29mmol、和光純薬社製)を入れたのち、リン酸エステルとしてのトリス(2,2,2-トリフルオロエチル)ホスファート(50.0g、145mmol)を室温で加えた。この混合溶液を、窒素気流下、湯浴温度が155℃で6時間、加熱・還流した。反応混合物を室温まで放冷した後、反応混合物を濾過し、窒素気流下、120℃で終夜、残渣を乾燥することで、リン酸塩化合物として、淡青色固体のビス(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸銅(II)(4.06g、96.1%)を得た。ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸銅(II)の純度は98.4%であった。
<1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(2,2,2-トリフルオロエチル)ホスファート>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、原料塩としての1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド(760mg、3.11mmol、TCI社製)を入れたのち、リン酸エステルとしてのエチルビス(2,2,2-トリフルオロエチル)ホスファート(905mg、3.12mmol)を室温で添加した。この混合溶液を、窒素気流下、120℃で4時間、加熱した。反応混合物を室温まで放冷した後、エバポレーターを用いて、反応混合物を濃縮し、引き続き60℃で1時間、液体を乾燥することで、リン酸塩化合物として、無色液体の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(2,2,2-トリフルオロエチル)ホスファート(1.49g、定量的)を得た。1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(2,2,2-トリフルオロエチル)ホスファートの純度は99.1%であった。
<ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸リチウムの合成(非水溶媒利用)>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、原料塩としての塩化リチウム(0.634g、15.0mmol)と、非プロトン性有機溶媒としてのアセトニトリル(40.0g、974mmol、キシダ化学社製)を入れたのち、リン酸エステルとしてのビス(2,2,2-トリフルオロエチル)トリメチルシリルホスファート(5.00g、15.0mmol)を室温で添加した。この混合溶液を、窒素気流下、82℃で2時間、加熱・還流した。反応混合物を室温まで放冷した後、さらに0℃で冷却した際の析出物を濾過し、残渣を少量のアセトニトリルで洗浄した。エバポレーターを用いて、45℃で20分間、残渣を乾燥することで、リン酸塩化合物として、白色固体のビス(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸リチウム(2.28g、56.9%)を得た。ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)リン酸リチウムの純度は99.9%であった。
<リチウムジフルオロホスファートの合成1(無溶媒下)>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、リン酸エステルとしてのトリメチルシリルジフルオロホスファート(3.50g、20.1mmol)を窒素保護下で加えた後、原料塩としての塩化リチウム(568mg、13.4mmol)を室温で添加した。この混合物を、窒素気流下、80℃で1時間、加熱した。室温まで放冷したのち、反応混合物を濾過し、残渣を少量のDMC(ジメチルカーボネート)で洗浄した。乾燥機を用いて、120℃で15分間、残渣を乾燥することで、リン酸塩化合物として、白色固体のリチウムジフルオロホスファート(920mg、63.6%)を得た。リチウムジフルオロホスファートの純度は99.5%であった。
<リチウムジフルオロホスファートの合成2(非水溶媒利用)>
攪拌子を入れた500mLナス型フラスコに、リン酸エステルとしてのトリメチルシリルジフルオロホスファート(50.0g、287mmol)を窒素保護下で加えた後、非プロトン性有機溶媒としてのアセトニトリル(150g、3.65mol、キシダ化学(株)製)で希釈した。さらに、原料塩としての塩化リチウム(11.8g、278mmol)を室温下で添加した。この混合物を、窒素気流下、82℃で5時間、加熱・還流した。室温まで放冷したのち、エバポレーターを用いて、反応混合物を濃縮し、得られた残渣を濾過し、少量のDMC(ジメチルカーボネート)で洗浄した。乾燥機を用いて、120℃で1時間、残渣を乾燥することで、リン酸塩化合物として、白色固体のリチウムジフルオロホスファート(27.4g、91.4%)を得た。リチウムジフルオロホスファートの純度は99.4%であった。
<ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)トリメチルシリルホスファートの合成(無溶媒下)>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、ケイ素化合物としてのクロロトリメチルシラン(16.6g、153mmol、TCI社製)を入れた後、リン酸化合物としてのビス(2,2,2-トリフルオロエチル)ホスファート(20.0g、76.3mmol)を室温で添加した。この混合溶液を、窒素気流下、80℃で6時間、加熱・還流した。エバポレーターによって、反応混合物から過剰のクロロトリメチルシランを除去することで、リン酸エステルとして、無色の液体のビス(2,2,2-トリフルオロエチル)トリメチルシリルホスファート(21.2g、83.1%)を得た。ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)トリメチルシリルホスファートの純度は99.7%であった。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):-0.06(s、9H)、4.02(dq、4H、JH-F=JH-P=8.3Hz);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-74.8(t、6F、JH-F=8.3Hz)。
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-10.1(tt、1P、JH-P=8.3Hz)。
<トリメチルシリルジフルオロホスファートの合成1(無溶媒下)>
攪拌子を入れた200mLナス型フラスコに、ケイ素化合物としてのクロロトリメチルシラン(48.7g、448mmol、TCI社製)を入れた後、リン酸化合物としてのジフルオロホスホリック酸(45.7g、448mmol)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素気流下、50℃で6時間、撹拌した。反応混合物の常圧蒸留によって、リン酸エステルとして、無色の液体のトリメチルシリルジフルオロホスファート(49.0g、62.7%)を得た。トリメチルシリルジフルオロホスファートの純度は95.6%であった。
<トリメチルシリルジフルオロホスファートの合成2(副生物であるクロロトリメチルシランの再利用、無溶媒下)>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、ケイ素化合物としてのクロロトリメチルシラン{7.16g、65.9mmol}を入れた後、リン酸化合物としてのジフルオロホスホリック酸(6.71g、65.8mmol)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素気流下、50℃で3時間、撹拌した。反応混合物の常圧蒸留によって、リン酸エステルとして、無色の液体のトリメチルシリルジフルオロホスファート(7.12g、62.2%)を得た。トリメチルシリルジフルオロホスファートの純度は96.1%であった。尚、クロロトリメチルシランとして、実施例5のリチウムジフルオロホスファートの合成の際に副生した副生物(工程(I)の副生物(E’))を用いた。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):0.33(s、9H);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-80.4(d、2F、J=985.9Hz);
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-29.1(dd、1P、J=985.9Hz)。
<ジメチルビニルシリルジフルオロホスファートの合成(無溶媒下)>
攪拌子を入れた100mLナス型フラスコに、ケイ素化合物としてのクロロジメチルビニルシラン(10.1g、83.7mmol、TCI社製)を入れた後、リン酸化合物としてのジフルオロホスホリック酸(8.14g、79.8mmol)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素気流下、60℃で3時間、撹拌した。反応混合物の減圧蒸留によって、リン酸エステルとして、無色の液体のジメチルビニルシリルジフルオロホスファート(2.33g、15.7%)を得た。ジメチルビニルシリルジフルオロホスファートの純度は97.9%であった。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):0.44(s、7H)、6.02-6.13(m、2H);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-80.0(d、2F、J=990.3Hz);
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-28.4(dd、1P、J=990.3Hz)。
<ジメチルフェニルシリルジフルオロホスファートの合成(無溶媒下)>
攪拌子を入れた100mLナス型フラスコに、ケイ素化合物としてのクロロジメチルフェニルシラン(16.8g、98.4mmol、TCI社製)を入れたのち、リン酸化合物としてのジフルオロホスホリック酸(10.1g、99.0mmol)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素気流下、60℃で3時間、撹拌した。反応混合物の減圧蒸留によって、リン酸エステルとして、無色の液体のジメチルフェニルシリルジフルオロホスファート(10.6g、45.6%)を得た。ジメチルフェニルシリルジフルオロホスファートの純度は97.5%であった。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):0.37(s、6H)、7.07-7.47(m、5H);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-79.7(d、2F、J=991.4Hz);
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-30.0(dd、1P、J=991.4Hz)。
<トリエチルシリルジフルオロホスファートの合成(無溶媒下)>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、ケイ素化合物としてのクロロトリエチルシラン(10.0g、66.3mmol、TCI社製)を入れた後、リン酸化合物としてのジフルオロホスホリック酸(6.69g、65.6mmol)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素気流下、60℃で4時間、撹拌した。反応混合物の減圧蒸留によって、リン酸エステルとして、無色の液体のトリエチルシリルジフルオロホスファート(7.29g、51.4%)を得た。トリエチルシリルジフルオロホスファートの純度は98.3%であった。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):0.40-1.11(m、15H);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-80.9(d、2F、J=986.4Hz);
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-29.5(dd、1P、J=986.4Hz)。
<シクロヘキシルジメチルシリルジフルオロホスファートの合成(無溶媒下)>
攪拌子を入れた50mLナス型フラスコに、ケイ素化合物としてのクロロ(シクロヘキシル)ジメチルシラン(12.0g、67.9mmol、TCI社製)を入れた後、リン酸化合物としてのジフルオロホスホリック酸(6.83g、67.0mmol)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素気流下、60℃で4時間、撹拌した。反応混合物の減圧蒸留によって、リン酸エステルとして、無色の液体のシクロヘキシルジメチルシリルジフルオロホスファート(9.92g、61.0%)を得た。シクロヘキシルジメチルシリルジフルオロホスファートの純度は93.6%であった。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):0.29(s、6H)、0.92-1.67(br m、11H);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-79.8(d、2F、J=989.0Hz);
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-29.5(dd、1P、J=989.0Hz)。
<ジメチルフェニルシリルジフルオロホスファートの合成(非水溶媒利用)>
攪拌子を入れた50mLスクリューバイアルに、リン酸化合物としてのナトリウムジフルオロホスファート(5.01g、40.4mmol)と、非プロトン性有機溶媒としてのアセトニトリル(20.0g、487mmol、キシダ化学(株)製)を窒素保護下で加えた後、ケイ素化合物としてのクロロジメチルフェニルシラン(6.82g、40.0mmol、TCI社製)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素雰囲気下、60℃で2時間、撹拌した。室温まで放冷した後、0.45μmメンブレンフィルターを用いて反応混合物をろ過した。窒素ガスで12時間、ろ液をバブリングし、アセトニトリルを除去した。0.45μmメンブレンフィルターを用いて残渣をろ過することによって、リン酸エステルとして、無色の液体のジメチルフェニルシリルジフルオロホスファート(7.79g、82.5%)を得た。ジメチルフェニルシリルジフルオロホスファートの純度は95.4%であった。
<トリイソプロピルシリルジフルオロホスファートの合成(非水溶媒利用)>
攪拌子を入れた50mLスクリューバイアルに、リン酸化合物としてのナトリウムジフルオロホスファート(2.02g、16.3mmol)と、非プロトン性有機溶媒としてのアセトニトリル(9.13g、222mmol、キシダ化学(株)製)を窒素保護下で加えた後、ケイ素化合物としてのクロロトリイソプロピルシラン(3.14g、16.3mmol、TCI社製)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素雰囲気下、60℃で2時間、撹拌した。室温まで放冷した後、0.45μmメンブレンフィルターを用いて反応混合物をろ過した。窒素ガスで12時間、ろ液をバブリングし、アセトニトリルを除去した。0.45μmメンブレンフィルターを用いて残渣をろ過することによって、リン酸エステルとして、無色の液体のトリイソプロピルシリルジフルオロホスファート(1.00g、23.7%)を得た。トリイソプロピルシリルジフルオロホスファートの純度は97.4%であった。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):0.98-1.27(m、21H);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-80.4(d、2F、J=983.5Hz);
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-29.5(dd、1P、J=989.0Hz)。
<メチルジフェニルシリルジフルオロホスファートの合成(非水溶媒利用)>
攪拌子を入れた50mLスクリューバイアルに、リン酸化合物としてのナトリウムジフルオロホスファート(3.01g、24.3mmol)と、非プロトン性有機溶媒としてのアセトニトリル(10.0g、244mmol、キシダ化学(株)製)を窒素保護下で加えた後、ケイ素化合物としてのクロロ(メチル)ジフェニルシラン(5.36g、23.0mmol、TCI社製)を室温で滴下により加えた。この混合溶液を、窒素雰囲気下、60℃で11時間、撹拌した。室温まで放冷した後、0.45μmメンブレンフィルターを用いて反応混合物をろ過した。窒素ガスで12時間、ろ液をバブリングし、アセトニトリルを除去した。0.45μmメンブレンフィルターを用いて残渣をろ過することによって、リン酸エステルとして、無色の液体のメチルジフェニルシリルジフルオロホスファート(5.22g、76.1%)を得た。メチルジフェニルシリルジフルオロホスファートの純度は88.0%であった。
1H-NMR(CDCl3、δ ppm):0.92(s、3H)、7.29-7.73(m、10H);
19F-NMR(CDCl3、δ ppm):-78.8(d、2F、J=995.6Hz);
31P-NMR(CDCl3、δ ppm):-30.3(dd、1P、J=995.6Hz)。
Claims (11)
- 以下の化学式(A)で表されるリン酸エステルと、以下の化学式(B)で表される原料塩とを反応させて、以下の化学式(C)で表されるリン酸塩化合物を生成する工程(I)を少なくとも含むリン酸塩化合物の製造方法。
[式中、前記Zは、ケイ素原子を表す。前記X1及びX2は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素数が1~10の炭化水素基、炭素数が1~10のアルコキシ基、炭素数が1~10の範囲であって、ハロゲン原子を有する炭化水素基、又は、炭素数が1~10の範囲であって、ハロゲン原子を有するアルコキシ基を表す。前記X3~X5は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素数が1~10の炭化水素基、炭素数が1~10のアルコキシ基、炭素数が1~10の範囲であって、ハロゲン原子を有する炭化水素基、又は、炭素数が1~10の範囲であって、ハロゲン原子を有するアルコキシ基を表し、かつ、前記X3~X5の少なくとも1つは、前記炭素数1~10の炭化水素基又は前記炭素数1~10のアルコキシ基の何れかである。]
[式中、前記Mは、アルカリ金属、遷移金属、又はイミダゾリウム類を表す。前記X6は、ハロゲン原子を表す。前記nは、1~4の自然数を表す。]
[式中、前記Mは、前記化学式(B)と同一である。前記X1及びX2は、前記化学式(A)と同一の官能基を表す。前記nは、前記化学式(B)と同一の価数を表す。] - 前記化学式(E)で表されるケイ素化合物が、前記工程(I)で副生する副生物である請求項2に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記リン酸化合物は、前記化学式(D)に於ける前記X1及びX2が、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルコキシ基であり、前記M’が水素原子である場合のリン酸ジエステルである請求項2又は3に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記リン酸化合物は、前記化学式(D)に於ける前記X1及びX2の何れか一方がフッ素原子であり、他方が炭素数1~10のアルコキシ基であり、前記M’が水素原子である場合のフルオロホスホリック酸エステルである請求項2又は3に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記リン酸化合物は、前記化学式(D)に於ける前記X1及びX2がフッ素原子であり、前記M’が水素原子である場合のジフルオロホスホリック酸である請求項2又は3に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記ケイ素化合物は、前記化学式(E)に於ける前記X3~X5が、それぞれ独立して、炭素数1~6の炭化水素基であり、前記X7がハロゲン原子である場合のトリアルキルシリルハロゲン化物である請求項2~6の何れか1項に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記化学式(B)に於ける前記Mは、リチウム原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子、又は1-エチル-3-メチルイミダゾリウムである請求項1~7の何れか1項に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記工程(I)及び工程(II)の少なくとも何れか一方を無溶媒下で行う請求項2~8の何れか1項に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記工程(I)及び工程(II)の少なくとも何れか一方を非水溶媒中で行う請求項2~8の何れか1項に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
- 前記非水溶媒が非プロトン性有機溶媒である請求項10に記載のリン酸塩化合物の製造方法。
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