三（全氟烷基磺酰基）甲烷及其锂盐的制备方法技术

本发明专利技术属于新材料领域，公开了一种三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，所述方法为：全氟烷基磺酰基甲烷、全氟烷基亚磺酸盐在拔氢试剂的存在下反应得到。该方法相比传统技术需要4步反应，本发明专利技术的方法只需要2步反应；相比传统技术需要3种主要原材料，本发明专利技术只需要2种主要原材料；不管是从反应过程还是原材料获取方面，都具有天然的优势。同时，本发明专利技术还公开了三(全氟烷基磺酰基)甲烷的锂盐的制备方法。(全氟烷基磺酰基)甲烷的锂盐的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
三(全氟烷基磺酰基)甲烷及其锂盐的制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料领域，具体为一种三(全氟烷基磺酰基)甲烷及其锂盐的制备方法。

技术介绍

[0002]20世纪80年代，随着摄像机，手机，以及笔记本等手持电子产品的发展，人们对可充电电池有着越来越高的要求，与传统的二次电池如镍铬，镍金属氢化物以及铅酸电池相比较，锂离子电池具有显著的性能优势，如：高电压，高质量能量密度以及体积能量密度，没有记忆效应，低自放电率以及工作温度范围宽等优势，尤其21世纪后，可移动终端的发展以及环保的要求愈发推动了锂离子电池的发展，尤其对高能量密度，环境适应力强，高安全性及具有快充能力的电池具有较大的理论需求以及应用需求，相比于传统的电解质锂盐六氟磷酸锂，三(三氟甲基磺酰基)甲烷锂具有具有更高的耐水解能力，分解温度更高，热稳定性更好，电导率高等优点，因此当其运用到锂离子电池电解液当中时候，可以显著提高锂离子电池的高低温充放电性能，倍率等等。
[0003]三(三氟甲基磺酰基)甲烷锂与目前常用的电解质锂盐六氟磷酸锂进行对比可以发现，三(三氟甲基磺酰基)甲烷锂分解温度在300℃以上，相比于六氟磷酸锂60℃的分解温度明显具有更高的热稳定性以及安全性，同时三(三氟甲基磺酰基)甲烷具有更高的酸性，因此锂离子更容易发生脱离，因此具有更高的电导率，同时，其在耐水解性方面更优越，且无氟化氢生成，能够在很大程度上缓解正极材料的腐蚀，从而延长电池的循环寿命，因此，三(三氟甲基磺酰基)甲烷锂在锂离子动力电池中是一种非常具有前景的电解质盐及燃料电池中的电解液添加剂。
[0004]经过检索，可获知烷基取代双(三氟甲基)磺酰基甲烷锂的制备过程，具体可见：
[0005]D1：CN01820571，公开了一种能以高效制备过去一直难于合成的、具有大体积芳基和亲电子性芳基的各种芳基双(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法,提供能够广泛用作不对称催化剂、各种功能性材料等新的芳基双(全氟烷基磺酰基)甲烷及其金属盐、提供优良的催化剂。通过使芳基卤代甲烷与三氟甲烷亚磺酸钠反应,然后使生成的芳基甲基三氟甲砜与叔丁基锂等反应,使得到的芳基甲基三氟甲砜的锂盐与三氟甲磺酸酐反应,能以高收率得到五氟苯基双(三氟甲磺酰基)甲烷、{4
‑
(五氟苯基)
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯基}双(三氟甲磺酰基)甲烷等芳基双(三氟甲基磺酰基)甲烷。
[0006]参考D1的说明书第6页倒数第2段记载：其制备芳基双(全氟烷基磺酰基)甲烷需要采用芳基甲基三氟甲砜的金属盐和三氟甲基磺酸酐反应；
[0007]其在说明书的第32页的第一段记载：三氟甲基磺酸酐是抑制副反应的重要因素。
[0008]因此可见，该方法的收率高和三氟甲基磺酸酐的使用是密不可分的。
[0009]D2：CN201811575070.4同样采用了磺酸酐作为反应试剂，所以可见，双(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备，磺酸酐是必要的实际。
[0010]不管是从D1还是D2，我们可以明确的得知，如果要制备芳基双(全氟烷基磺酰基)
甲烷或芳基双(全氟烷基磺酰基)甲烷锂(且不讨论上述D1和D2能否制备得到三(三氟甲基)磺酰基甲烷锂)，其必须至少采用如下原材料(原材料不包含催化剂、溶剂、锂化试剂等助剂，仅包含主要原材料)：
[0011]烷基取代卤代甲烷、全氟烷基亚磺酸盐、全氟烷基磺酸酐。
[0012]其制备过程必须包含的步骤为：
[0013]步骤1.全氟烷基亚磺酸盐的制备；
[0014]步骤2.芳基甲基三氟甲砜的制备；
[0015]步骤3.芳基甲基三氟甲砜的质子化改造；
[0016]步骤4.与磺酸酐的反应；
[0017]步骤5：锂化反应。
[0018]目前尚无有效的工业合成手段去合成三(三氟烷基)磺酰基甲烷锂。
[0019]所以，本案解决的技术问题是：如何制备三(三氟烷基)磺酰基甲烷及其锂盐。

技术实现思路

[0020]本专利技术的目的在于提供一种三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，该方法相比传统技术需要4步反应，本专利技术的方法只需要2步反应(即全氟烷基磺酰基甲烷的合成以及三(全氟烷基磺酰基)甲烷的合成)；相比传统技术需要3种主要原材料，本专利技术只需要2种主要原材料(全氟烷基磺酰基甲烷、全氟烷基亚磺酸盐)；不管是从反应过程还是原材料获取方面，都具有天然的优势。同时整个过程不涉及水的参入，这也简化了去除水的步骤。
[0021]作为本专利技术的优选方案之一，本专利技术的全氟烷基磺酰基甲烷也只需要全氟烷基亚磺酸盐参与，所以，即使回溯到全流程的制备过程来说，本专利技术也只需要全氟烷基亚磺酸盐和卤代甲烷这两种主要原材料。
[0022]同时，本专利技术还公开了三(全氟烷基磺酰基)甲烷的锂盐的制备方法。
[0023]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，所述方法为：
[0024]全氟烷基磺酰基甲烷、全氟烷基亚磺酸盐在拔氢试剂的存在下反应得到。
[0025]更为具体来说，全氟烷基磺酰基甲烷和拔氢试剂反应，反应产物再和全氟烷基亚磺酸盐反应，得到三(全氟烷基磺酰基)甲烷。
[0026]更为具体来说，在反应器中加入溶剂，并保证反应体系惰性氛围，然后将拔氢试剂加入其中，将反应器置于0℃条件下，然后加入(三氟烷基磺酰基)甲烷，然后置于室温条件下搅拌，然后将三氟烷基亚磺酸钠和催化剂加入到反应体系当中在50℃条件下反应。
[0027]在上述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法中，所述全氟烷基磺酰基甲烷的结构式如下式1所示：
[0028][0029]所述全氟烷基亚磺酸盐的结构式如下式2所示：
[0030][0031]Rf1、Rf2各自独立为全氟烷基；
[0032]A
+
为金属离子。
[0033]在上述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法中，所述Rf1、Rf2各自独立为全氟甲基、全氟乙基、全氟丙基之一；
[0034]但是本专利技术并不排斥C更多的全氟烷基，基于现有的实验结果来看Rf1、Rf2中C为4
‑
8依然也是可行的。
[0035]A
+
为碱土金属离子、稀土金属离子、过渡金属离子、铝离子、锡离子、铅离子之一。
[0036]碱土金属可选为铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)；
[0037]过渡金属可选为Cu、Fe、Mn、Ni、Co、Ti等；
[0038]在上述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法中，所述Rf1、Rf2均为全氟甲基；
[0039]A
+
为钠离子、钾离子之一。
[0040]在上述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法中，所述拔氢试剂为NaH或KH。
[0041]拔氢试剂还可以为NaOH、KOH、双胺基锂、双胺基钠；
[0042]基于提纯、除杂等方面考虑优选为NaH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，其特征在于，所述方法为：全氟烷基磺酰基甲烷、全氟烷基亚磺酸盐在拔氢试剂的存在下反应得到。2.根据权利要求1所述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，其特征在于，所述方法为：全氟烷基磺酰基甲烷和拔氢试剂反应，反应产物再和全氟烷基亚磺酸盐反应，得到三(全氟烷基磺酰基)甲烷。3.根据权利要求1所述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，其特征在于，所述全氟烷基磺酰基甲烷的结构式如下式1所示：所述全氟烷基亚磺酸盐的结构式如下式2所示：Rf1、Rf2各自独立为全氟烷基；A
+
为金属离子。4.根据权利要求3所述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，其特征在于，所述Rf1、Rf2各自独立为全氟甲基、全氟乙基、全氟丙基之一；A
+
为碱土金属离子、稀土金属离子、过渡金属离子、铝离子、锡离子、铅离子之一。5.根据权利要求3所述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，其特征在于，所述Rf1、Rf2均为全氟甲基；A
+
为钠离子、钾离子之一。6.根据权利要求1所述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，其特征在于，所述拔氢试剂为NaH或KH。7.根据权利要求1所述的三(全氟烷基磺酰基)甲烷的制备方法，其特征在于，所述全氟烷基磺酰基甲烷、全氟烷基亚磺酸盐的摩尔比为1：2～3；全氟烷基磺酰基甲烷和拔氢试剂的摩尔比1：2～2.1。
8.根据权利要求1所述的三...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵经纬，高翔，范伟贞，
申请(专利权)人：广州天赐高新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：