JP4005174B2 - 五フッ化リン及び五フッ化ヒ素の製法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、五フッ化リン及び五フッ化ヒ素の製造に関する。五フッ化リンは、フッ化リチウムと反応させて、ヘキサフルオロリン酸リチウムにすることができる。同じ目的のために、ヘキサフルオロヒ酸リチウムの形で、同様に伝導塩として、リチウム−イオン−バッテリー中で使用することができる五フッ化ヒ素を使用することもできる；米国特許（ＵＳ−Ａ）第５４２７８７４号明細書参照。
【０００２】
【従来の技術】
五フッ化リンは、例えば五塩化リン及びフッ化水素から製造され、五フッ化ヒ素は、その金属及び元素のフッ素から製造される。この方法は、エネルギー的に不利であり；更に、元素のフッ素は、非常にアグレッシブである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、リン及びヒ素の五フッ化物を製造するための工業的に容易に実施可能な方法を記載することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項中に記載の方法で解決される。本発明によるＭＦ₅（ＭはＰ又はＡｓ）の製造を、ＭＸ₃（Ｍは前記の意味を有し、かつＸはフッ素、塩素又は臭素を表す）を塩素、臭素又はヨウ素並びにＨＦと反応させることにより行う。
【０００５】
本発明の方法を、五フッ化リンの製造のために使用するのが有利である。三塩化リン又は三臭化リンもしくは三塩化ヒ素もしくは三臭化ヒ素から出発するのが有利である。三価の出発化合物を、五価の段階で酸化させるために、それぞれの出発化合物を、有利に、塩素又は臭素、殊に塩素と反応させる。
【０００６】
その際、バッチ法での実施も勿論可能な場合に、方法を連続的に実施すると、特に有利であることが判明している。有利な連続的処理法では、反応器中に、酸化剤の塩素、臭素又はヨウ素と比較して、三価の出発化合物が過剰に存在するように処理することができる。場合により、酸化剤を過剰に使用することもできる。反応成分を化学量論的に使用しても、良好な結果が達成される。フッ化水素酸を、少なくとも化学量論的に必要な量で使用するのが有利である。これを、過剰に使用することができ、その場合には、溶剤として役立つ。常に充分なフッ化水素が反応器中に存在していると、連続的に、出発化合物の添加に相応して、処理生成物（即ち、ペンタフルオロ化合物）が気化する。例えば、先ず、三価の出発化合物並びに充分なフッ化水素を予め装入し、かつ酸化剤を、この混合物に添加して処理することができる。次いで、反応成分を連続的に反応器中に供給することができる。酸化剤もしくは３−価の化合物の配量により、反応速度を調節することができる。反応混合物を撹拌するとよい。
【０００７】
−１００℃を上回る温度で処理するのが有利である。−２５℃〜１００℃の温度範囲、殊に０℃〜４０℃の温度範囲で特に良好な結果が得られる。その際、所望の場合には、過圧で、又は常圧でも、例えば自己圧下でのオートクレーブ中で処理することができる。
【０００８】
化合物の著しい加水分解不安定性に基づき、不活性ガス下もしくは湿気の排除下に処理するのが有利である。
【０００９】
本発明方法の利点は、反応を容易に実施できることであり、これは、出発化合物を良好に配量することができ、かつ反応を、酸化剤もしくは３−価の出発化合物の相応する配量により、簡単に調節することができるためである。本方法は、三塩化リン及び臭素又は塩素並びにＨＦから、五フッ化リンを製造するために特に良く好適である。
【００１０】
【実施例】
次の例で、本発明を更に詳述するが、本発明はその範囲に制限されない。
【００１１】
例１：
ＰＦ₅の製造（バッチ法）
反応：
ＰＣｌ₃＋５ＨＦ＋Ｃｌ₂ → ＰＦ₅＋５ＨＣｌ
バッチ：
バッチ：１／１０モル
ＰＣｌ₃（１３７ｇ／モル）ｄ＝１．５７ｇ／ｃｍ³ １０ｍｌ（１０％過剰）
ＨＦ（２０ｇ／モル）ｄ＝１ｇ／ｃｍ³ １０ｍｌ
Ｃｌ₂（３５．５ｇ／モル） ７ｇ
実施：
２５０ｍｌオートクレーブ中にＰＣｌ₃及びＨＦを予め装入し、−４３℃に冷却し、かつ塩素を液相で供給した。その際、−３９℃まで温度上昇。引き続き、オートクレーブを撹拌し、かつ室温まで加熱。撹拌機を作動させると、温度が、一瞬−１℃に上昇したが、次いで、再び冷えた。温度は、１時間後に室温（２２℃）に達し、かつ３７バールの圧力に調節した。撹拌下に一晩放置。ＰＦ₅及びＨＣｌの混合物が蒸発する。製造されたＰＦ₅の単離を、通常の分離法、例えば、加圧蒸留により行うことができる。使用された塩素に対するＰＦ₅の収率は、＞９９％であった。
【００１２】
例２：
ＰＦ₅の製造（バッチ法）
反応：
ＰＣｌ₃＋５ＨＦ＋Ｂｒ₂ → ＰＦ₅＋３ＨＣｌ＋２ＨＢｒ
バッチ：
バッチ：１／１０モル
ＰＣｌ₃（１３７ｇ／モル）ｄ＝１．５７ｇ／ｃｍ³ １０ｍｌ（１０％過剰）
ＨＦ（２０ｇ／モル）ｄ＝１ｇ／ｃｍ³ ８０ｍｌ
Ｂｒ₂（１６０ｇ／モル） １６ｇ
実施：
オートクレーブ、ＨＦ及びＰＣｌ₃をドライアイス上で予め冷却。引き続き、ＨＦ及び臭素をオートクレーブ中で合わせ（臭素は、直ちに固体になった）、これに、ＰＣｌ₃を添加。オートクレーブを密閉し、かつ室温に加温。その際、１０℃まで均等に温度上昇し、次いで２５℃に急速に温度上昇及び１８バールに圧力上昇。製造されたＰＦ₅の単離を、慣用の分離法、例えば加圧蒸留により行うことができる。所望の場合には、ＰＦ₅を、単離することなく、例えば、ＬｉＦと更に処理して、ＬｉＰＦ₆にすることができる。
【００１３】

実施：
ＡｓＣｌ₃及びＨＦを２５０ｍｌオートクレーブ中に予め装入し、−４３℃に冷却し、かつ塩素を液相で供給。その際、−３５℃に温度上昇。引き続き、オートクレーブを撹拌し、かつ室温に加温。温度は４時間後に室温（２２℃）に達し、かつ２１．５バールの圧力に調節した。撹拌下に一晩放置し、かつ翌朝、４時間５０℃に加熱した；＞２７バール。室温への冷却の後に、再び２１バール。生じたＡｓＦ₅の単離を、慣用の分離法、例えば加圧蒸留で行うことができる。ＡｓＦ₅は、所望の場合には、単離することなく、例えば、ＬｉＦと更に処理して、ＬｉＡｓＦ₆にすることができる。
【００１４】
例４：
ＰＦ₅の製造（連続的Ｃｌ₂−添加）
出発生成物
三塩化リン： 量：６１．８ｇ＝０．４５モル
フッ化水素（高純度）： 量：７６．９ｇ＝３．８４モル
（ＰＣｌ₃との反応で；１．５９モル＝７０．７％の過剰）
塩素／Ｃｌ₂： 量：４０．０ｇ＝０．５６モル
試験例
使用容器を、乾燥キャビネット中で乾燥させた。実験室用オートクレーブ中に、三塩化リンを予め装入し、かつ当量必要量を上回るフッ化水素を（Ｎ₂−充填と共に）、徐々に配量導入した（ＨＦの過剰は、溶剤として役立つ）。開放系での後続の連続的な塩素配量の間の実験室用オートクレーブ中の温度は、−６５．７℃〜−２１．７℃であった。塩素の配量の間に、ＰＦ₅及びＨＣｌからなるガス混合物が生じ、これを、オートクレーブから排出させた。この混合物を、慣用の分離法、例えば加圧蒸留により分離することができる。
【００１５】
例５：
ＰＣｌ₃及びＣｌ₂からのＰＦ₅の製造
出発生成物
三塩化リン： 量： ４５．９ｇ＝０．３３モル
ＨＦ ： 量：１０６．８ｇ＝５．３４モル
Ｃｌ₂ ： 量： ２３．９ｇ＝０．３４モル
ＰＣｌ₃を、オートクレーブ中に配量導入し、次いでこれを、密閉した。−５７．６℃へのオートクレーブの冷却の後に、フッ化水素を配量導入し、かつ再び−５９．３℃に冷却した。次いで、塩素を添加した。次いで冷却を止め、２５．１℃で４３バールまでの圧力構成にした。
【００１６】
ＰＦ₅及びＨＣｌからなる得られたガス混合物を、オートクレーブから排出させ、かつ更に処理することなく、ＬｉＦを有する反応器中に導くことができ、次いで、その中で、ＬｉＰＦ₆を生じさせた。ガス混合物中に、ＰＦ₃を追跡することはできなかった。
【００１７】
例６：
当モル量のＰＣｌ₃及びＣｌ₂の反応によるＰＦ₅の製造
例５を、ＰＣｌ₃４５．３ｇ＝０．３３モル、Ｃｌ₂２３．５ｇ＝０．３３モル及びＨＦ１１１．２ｇ＝５．５６モルを使用して繰り返した。得られたＰＦ₅／ＨＣｌ−ガス混合物を再び、更に処理することなく、ＬｉＰＦ₆の製造のために、ＬｉＦと反応させることができた。ガス混合物に、ＰＦ₃を追跡することはできなかった。

Claims (3)

1. Ｍが、Ｐ又はＡｓであるＭＦ₅の製法において、Ｍが前記の意味を有し、かつＸが、フッ素、塩素又は臭素を表すＭＸ₃と塩素、臭素又はヨウ素並びにＨＦとを反応させることを特徴とする、Ｍが、Ｐ又はＡｓであるＭＦ₅の製法。
2. ＰＣｌ₃又はＰＢｒ₃を、塩素又は臭素並びにＨＦと反応させる、請求項１に記載の方法。
3. ＨＦを過剰に使用して、溶剤として作用させる、請求項１又は２に記載の方法。