[发明专利]氟代烷磺酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为有机合成反应等的催化剂或高纯度氟代烷磺酸盐的制备原料而有用的物质即氟代烷磺酸的制备方法。

背景技术

氟代烷磺酸例如三氟甲磺酸是可作为用作锂电池电解液的三氟甲磺酸锂的制备原料使用的物质。用于电池的三氟甲磺酸锂的制备方法如反应式（1）所示，通过用高纯度碳酸锂使高纯度三氟甲磺酸进行中和反应来获得。

2CF₃SO₃H+Li₂CO₃→2CF₃SO₃Li+CO₂+H₂O  -----(1)

在该情况下，作为原料酸，要求硫酸和游离氟等杂质尽可能少，需要使这些杂质降低至数ppm。作为制备氟代烷磺酸的方法，例如已知有在工业上广泛实施的专利文献1的方法。如下述路线所示，用电解氟化法生成三氟甲基磺酰氟，与氢氧化钾水溶液加热，使之发生水解反应，获得三氟甲磺酸钾，然后使该钾盐与过量的100%硫酸反应，通过蒸馏获得三氟甲磺酸的粗品。进一步通过将该粗品精馏，获得更高纯度的三氟甲磺酸。

<专利文献1>

然而，该方法存在的问题是：用于获得高纯度的三氟甲磺酸的工序长，使用有机溶剂等对环境负担大，制造成本增加。此外，在酸解反应中，由于在过量添加浓硫酸和发烟硫酸之后实施加热减压蒸馏，因此发生目标物的热分解反应、副反应，源自氟化氢的游离氟成分多而抑制不住其混入到氟代烷磺酸中，所以使品质显著降低、游离氟等不可避免地增多。此外，还存在加热减压蒸馏后的氟代烷磺酸中含有较多硫酸成分的问题。

作为用比以往更简便的装置、操作在工业上有利地制造氟代烷磺酸的方法，本申请人提出了一种方法，在与专利文献1同样地获得三氟甲磺酸钾和氟化钾的混合水溶液之后，该方法引入了通过浓缩或添加碱使三氟甲磺酸钾析晶、进而将该晶体过滤、使该滤液循环到气体吸收工序中这样的再循环工序（专利文献2）。

此外，作为除去游离氟、获得高纯度氟代烷磺酸的方法，本申请人发现了在氟代烃化合物中添加硫酸和二氧化硅或二氧化硅化合物从而获得游离氟少的氟代烷磺酸的方法，并提出了申请（专利文献3）。

同样地，为了解决硫酸成分混入到加热减压蒸馏后的氟代烷磺酸中，本申请人发现了在加热精制时添加水的方法（以下也称为“加水蒸馏”），并提出了申请（专利文献4）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭30-4218号公报

专利文献2：日本特开平1-61452号公报

专利文献3：日本特开平1-85946号公报

专利文献4：日本特开平6-298720号公报

发明内容

专利文献4的方法不仅对于除去氟代烷磺酸中的硫酸成分有效，而且对于通过氟代烷磺酸盐的硫酸分解和蒸馏获得的粗品的微量混入成分也是有效的，在与专利文献3的方法组合来制造高纯度氟代烷磺酸的方面是有效的方法（参照下述反应式（2）～（6））。

SO₃+H₂O→H₂SO₄  --------------------(2)

S₂O₃+H₂O→H₂SO₄+S  ----------------(3)

HSO₃F+H₂O→H₂SO₄+HF  ---------(4)

COF₂+H₂O→CO₂+2HF  -------------(5)

(CF₃SO₂)₂O+H₂O→2CF₃SO₃H  ---------(6)

然而，本发明人等进一步进行研究，结果发现下述问题：进行加水蒸馏时，在蒸馏装置的塔、管线中析出黄色固体，管线发生堵塞等。认为这是由反应式（3）的反应生成的硫成分所导致的。另外，加水蒸馏后的精制品中有时也含有硫（参照比较例1）。

因此，本发明的课题是减低硫成分的析出、混入，提供工业上有利的高纯度氟代烷磺酸的制备方法。