ES2242399T3 - Agentes de derivacion de isocianatos y metodo de produccion y uso. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un nuevo agente derivante de isocianatos, útil para la determinación de isocianatos en una muestra, tal como una muestra ambiental, . El agente es 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato, referido aquí como ¿CAP¿ (por las siglas de su expresión inglesa, PiperAzine Carboxylate). Un método para producir CAP y también se proporciona un método para medir el nivel total de isocianato en una muestra ambiental. El CAP es producido añadiendo 9-antracenometanol y piridina a una solución de cloroformato de p-nitrofenilo. El producto es aislado para suministrar un carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo crudo, el cual es añadido entonces a una solución de piperacina. La mezcla reaccionante es vertida en agua y extraída con un solvente, preferentemente un solvente orgánico como tolueno. El producto es lavado y secado para suministrar 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP).

Description

Agentes de derivación de isocianatos y método de producción y uso.

Campo de la invención

La presente invención se relaciona con los campos de química orgánica y analítica y, más particularmente, con un agente derivante y el método para detectar y cuantificar contaminación por isocianato en una muestra, como una muestra ambiental.

Antecedentes de la invención

Los isocianatos son una clase de compuestos orgánicos, que contienen el grupo funcional isocianato -N=C=O y se usan en la producción de una gran variedad de productos, como herbicidas, agentes protectores de cosechas, agentes antidiabéticos, y materiales de poliuretano, incluyendo espuma para protección, asientos, y pinturas con terminaciones duraderas. Los isocianatos más comunes empleado en la industria son diisocianato de 2,4- y 2,6-tolueno (TDI), diisocianato de 4,4'-difenilmetano (MDI), diisocianato de hexametileno (HDI) y diisocianato de isoforona
(IPDI).

Aunque los isocianatos son comercialmente beneficiosos, es conocido que causan riesgos importantes para la salud. Por ejemplo, los isocianatos son irritantes respiratorios severos y pueden causar irritación de los ojos y en las membranas mucosas. Una larga exposición podría resultar en un deterioro respiratorio permanente. Debido a los serios riesgos para la salud relacionados con el uso de isocianatos por obreros industriales, la mayoría de los países industrializados han determinado límites a los niveles permitidos de exposición. Por ejemplo, el National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) en los Estados Unidos ha establecido un nivel de 5 ppb; el Deutsche Forschungsgemeinschaft en la República Federal de Alemania han establecido un límite de 10 ppb; y el Health and Safety Executive en el Reino Unido ha creado un estándar de 20 \mug NCO m^{-3} para un promedio ponderado de ocho horas y 70 \mug NCO m^{-3} para un promedio ponderado de diez minutos.

En muchos ambientes, el peligro planteado por la contaminación por isocianato en el aire no esta limitado a una sola especie de isocianato. Los productos hechos usando isocianatos podrían contener algunas especies diferentes de isocianatos y que pueden ser liberadas durante el uso del producto. Por lo tanto, es importante valorar el peligro total que resulta en la exposición a isocianatos, lo que requiere medir todas las especies de isocianato. Sin embargo, los estándares analíticos no están disponibles para la mayoría de estas especies, impidiendo la identificación individual de todas las especies de isocianato por análisis de las muestras rutinarias.

Han sido desarrollados un número de métodos para las mediciones de monómeros de isocianatos. Muchos de éstos fueron revisados por Purnell y col. (Analyst, 110: 893-905,1985) y Dharmarajan y col. (Sampling & Calibration for Atmospheric Measurements: 190-202,1987). Casi todos estos métodos analíticos están basados en la medición de ciertas especies de isocianato individuales y no pueden medir la concentración total de isocianato.

Marcali (Anal. Chem., 29 (4): 552-58,1957) describe un método calorimétrico para la medición de monómeros de isocianatos. El método de Marcali está limitado a la medición de isocianatos aromáticos. Además, el método de Marcali es susceptible a las interferencias, presenta pobre sensibilidad cuando lo comparamos con los métodos cromatográficos estándares, y la respuesta varía con la estructura de los isocianatos.

Otro método actualmente usado para medir isocianatos es el Método 25 para la determinación de Sustancias Peligrosas (MDHS 25) del Health Safety Executive del Reino Unido. Este método emplea 1-(2 metoxyfenil)-piperacina (MOPP) para derivar especies de isocianatos. Los derivados son entonces analizados con la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) usando detectores en serie del tipo ultravioleta y electroquímicos (HPLC/UV/EC) (Health and Safety Executive: Occupational Medicine and Hygiene Laboratory, March 1987). Bagon, y col. (Am. Ind. Hyg. Assoc. J., 45 (1): 39-43 1984) revela el uso de MDHS 25 para determinar monómeros de isocianatos y prepolímeros relativos en comparación con un patrón de monómero. El método de MDHS 25 ha sido encontrado poco fiable en su capacidad de identificar especies de isocianatos, correcto e inexacto en la cuantificación de esas especies. (Streicher, et. al., Am. Ind. Hyg. Association. J., 56: 437-42, 1995).

Un método similar ha sido desarrollado por Wu. y col. (Analyst, 116 (1): 21-5, 1991), en la que la triptamina es empleada como un reactivo derivante seguido por la detección del derivado, usando HPLC con detectores en serie de fluorescencia y electroquímicos. Aunque el método de Wu. y col. parece dar una detección más selectiva con menos variabilidad del factor de respuesta que el método MDHS 25, todos los compuestos deben eluir picos observables, y el análisis presupone que todos los derivados de isocianatos de un monómero en particular tienen el mismo factor de respuesta del detector. Sin embargo, ha sido encontrado que el factor de respuesta del detector para algunos derivados de isocianatos por triptamina varían significativamente. Este método también requiere que el uso de dos detectores confirme la identidad de los picos como derivados de isocianatos.

La Patente de EE.UU. No. 3.533.750, otorgada a Belisle, revela un proceso para detectar diisocianato de tolueno, otros isocianatos aromáticos, o aminas aromáticas en el aire ambiental. El método involucra poner en contacto una muestra de aire con una solución ácida de aldehído glutacónico y luego con una resina de intercambio catiónico. El isocianato es convertido a la amina correspondiente que se hace reaccionar con un reactivo para producir un color amarillo que es concentrado en la superficie de la resina. Aunque el método es rápido y sensible, no puede ser usado para detectar especies alifáticas de isocianatos.

Schmidtke, y col. (Fresenius J. Anal. Chem., 336 (8): 647-54, 1990) enseña un procedimiento de cromatografía líquida de alta resolución para analizar diisocianato de hexametileno (HDI, por las siglas de su expresión inglesa, Hexamethylene Diisocyanate), diisocianato de 2,4 y 2,6-tolueno (TDI, por las siglas de su expresión inglesa, Toluene Diisocyanate) y diisocianato de 4,4'-difenilmetano (MDI, por las siglas de su expresión inglesa, Diphenylmetane Diisocyanate) en el aire. Los isocianatos son retenidos sobre un sorbente cubierto con 1-(2 metoxifenilo)-piperacina (MOPP, por las siglas de su expresión inglesa, 1-(2-methoxyphenyl)-piperazine). Los derivados resultantes son separados usando una técnica en columna con empleo por permutación tanto de un detector con arreglo diodo-UV o de un detector electroquímico.

Hanus, y col. (Mikrochimica Acta, 3 (1/6): 197-206, 1988) revela el uso de tubos empacados por Chromosorb
WAW ®, y tapados con lana de vidrio impregnados completamente con 1-(2-piridil)piperacina para recolección y derivación en el mismo sitio de diisocianato de 2,4-tolueno (TDI), diisocianato de 4,4'-difenilmetano (MDI) y diisocianato de hexametileno (HDI), que son colectados del aire. Los compuestos son desorbidos y detectados por cromatografía de par iónico usando una columna RP-18 con LiChrosorb ®.

Dalene, y col. (J. Chromat, 435: 469-81, 1988) revela un método de cromatografía líquida de alta resolución para el análisis de trazas de mezclas de aire complejas que contienen diisocianatos de 2,6 y 2,4-tolueno y relacionados de isocianatos de aminas y diaminas. El método está basado en la derivación del grupo funcional isocianato para los correspondientes grupos de uretano con etanol alcalino como medio de muestreo y reaccionante.

Wu, y col. (Am. Ind. Hyg. Association. J., 47 (8): 482-87, 1986) describe un procedimiento para detectar diisocianato de isoforano (1-isocianato-3-isocianatometilo-3,5,5-trimetilciclohexano) por recuperación de aire a través de una solución que contiene los siguientes agentes derivantes: 1-(2-metoxifenil) de piperacina N-(4-nitrobencil) propilamina, o dibencilamina. La reacción forma los correspondientes derivados de urea que son determinados entonces por HPLC usando una columna de RP-18 Li-Chrosorb®. Aunque los recobrados relativos son buenos (97-104%), la estabilidad de la solución de diisocianato de isoforano es baja, teniendo una vida útil de aproximadamente de 3,8 días en acetonitrilo.

La determinación de isocianatos en aire por cromatografía líquida de fase normal con detección por fluorescencia es descrita por Kormos, y col. (Anal. Chem., 53 (7): 1122-25, 1981). Los isocianatos son convertidos a N-metilo-1-naftalenometilamina (MNMA, por las siglas de su expresión inglesa, Naphthalenemethylamine) y derivados de
urea.

Un método para conducir adiciones en ciclo de óxido de nitrilo intermolecular sobre alquenos con terminales quirales, las que se demuestran relativamente con un control estequiométrico limitado, es revelado en Wade Tetrahedron vol. 40 pp 601-611 (1984).

La patente de los EE.UU. No. 5,354,689 (Streicher) revela un método para detectar la presencia y medir solamente las especies químicas de isocianato usando derivantes de isocianato con funcionalidad derivada solamente a una amina secundaria cíclica.

Los métodos precedentes son incapaces de identificar correctamente o cuantificar con exactitud todas las especies de isocianatos que puedan estar presentes en una muestra. Por lo tanto, existe necesidad de un método simple de detectar isocianato total en una muestra ambiental, tal como un sólido, líquido, o muestra de aire o una muestra de superficie.

Sumario de la invención

Se proporciona un nuevo agente derivante de isocianatos, útil para la determinación de isocianatos en una muestra, tal como una muestra ambiental,. El agente es 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato, referido aquí como "CAP" (por las siglas de su expresión inglesa, PiperAzine Carboxylate). Un método para producir CAP y también se proporciona un método para medir el nivel total de isocianato en una muestra ambiental.

El CAP tiene la siguiente estructura química:

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El CAP es producido añadiendo 9-antracenometanol y piridina a una solución de cloroformato de p-nitrofenilo. El producto es aislado para suministrar un carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo crudo, el cual es añadido entonces a una solución de piperacina. La mezcla reaccionante es vertida en agua y extraída con un solvente, preferentemente un solvente orgánico como tolueno. El producto es lavado y secado para suministrar 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP).

De acuerdo al método de detección de isocianatos, un agente derivante como CAP o un compuesto similar se usa en conjunto con algún tipo convencional de dispositivo de muestreo ambiental, tal como un dispositivo de muestreo de aire, para detectar la cantidad total de isocianatos presente en la muestra. La muestra de aire que contiene el isocianato es colectada al pasar el aire a través de un dispositivo burbujeador que contiene una solución de un agente derivante, como el CAP, o a través de un filtro o cartucho de sorbente impregnado con un agente derivante. Después de que el agente derivante se une con el compuesto de isocianato, una parte de la molécula del agente derivante es escisionada del derivado del agente isocianato derivante y es detectada la parte escisionada. La reacción de escisión es llevada a cabo de manera similar a las reacciones de desprotección de una amina descritas en Kornblum y col. (J Org. Chem., 42 (2): 399-400, 1977).

Este método proporciona una ventaja distinta sobre los métodos de detección de isocianato actualmente utilizados por aquellos expertos en la técnica porque todos los derivados de isocianatos producen el mismo residuo de escisión molecular, y los niveles de isocianato totales son medidos por medición simple de la cantidad de residuo producido. Por otra parte, si son deseadas las mediciones de especies individuales de isocianatos, la especie individual puede ser medida después de la derivación pero antes de la escisión.

Este método también proporciona una ventaja sobre el estado de la técnica permitiendo la detección de grupos de isocianatos químicamente restringidos al sólido o a la superficie de la partícula, como compuestos de madera o poliuretanos.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención suministrar un agente derivante de isocianato que sea capaz de derivar todas las especies de isocianatos.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un método eficiente para producir el agente derivante de isocianato 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP).

Es otro objetivo de la presente invención suministrar un método rápido, sensible, económico y eficiente para la detección y cuantificación de isocianatos en una muestra.

Es objetivo adicional de la presente invención suministrar un método eficaz para la detección de isocianatos restringido al sólido o a superficies de partícula.

Descripción breve de los dibujos

La Figura 1 muestra la eficiencia de la separación cromatográfica de CAP y HDI-CAP como una función de los porcientos de dimetil-formamida (DMF) en acetonitrilo.

La Figura 2 describe la elución de los monómeros de isocianatos HDI-CAP, TDI-CAP, y MDI-CAP, además del residuo escindido de CAP (designado como AMMS) usando HPLC.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Un compuesto nuevo orgánico, útil como un agente derivante de isocianato, es proporcionado. El compuesto es 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP). También se proporcionan los métodos para producir CAP y los métodos para detectar y medir las concentraciones de contaminantes de isocianato en una muestra ambiental usando un agente derivante como CAP.

Mientras los otros métodos de detección de isocianatos conocidos requieren la medición separada de cada especie de isocianato, el método describe cuán ventajoso es y permite la detección de todos los grupos de isocianatos en una sola medición. De acuerdo con el método de detección de isocianato, el agente derivante de isocianato primero se une al grupo funcional -N=C=O de la especie de isocianato. Entonces, una parte de la molécula del agente derivante es escisionada desde derivados de isocianatos para proporcionar un residuo de escisión. Este residuo de escisión es el mismo, sin tomar en consideración que en particular se presentan especies de isocianato. Por lo tanto, la cantidad del producto de escisión es igual a la cantidad total de isocianatos presente en la muestra.

Agente derivante y método de producción

El CAP tiene la siguiente estructura química:

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El CAP puede ser sintetizado por el siguiente proceso de síntesis orgánica. Primero, son añadidos 9-antracenometanol y piridina a una solución de cloroformato de p-nitrofenilo. La reacción es monitoreada por cromatografía de capa delgada (TLC). Una vez completo, el producto es aislado para suministrar carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo, que es añadido entonces a una solución de piperacina. La reacción entre el carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo crudo y la piperacina también es monitoreada por TLC. Una vez completa, la mezcla de reacción es vertida en el agua y extraída con un solvente, preferentemente un solvente orgánico como tolueno. El producto es lavado y secado para suministrar 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP). El producto es purificado, por ejemplo, por recristalización y/o cromatografía de gel de sílica.

Método de detección de Isocianato

Los isocianatos en una muestra pueden ser detectados y cuantificados por el siguiente método. Este método puede ser usado para cuantificar monómeros de isocianatos individuales o para identificar la cantidad total de isocianato presente en una muestra, sin tomar en consideración las especies de isocianato individuales presentes.

Una muestra, tal como una muestra ambiental, es obtenida usando una técnica de muestreo convencional conocidas por aquellos expertos en la técnica. La muestra puede ser cualquier muestra ambiental que contiene o se presupone su contenido de isocianato. Las muestras ambientales como ejemplo se incluyen, pero no están limitadas a, sólidos, líquidos, aire, y muestras de superficie. Preferentemente, la muestra ambiental es una muestra de aire, de una instalación de fabricación que emplea isocianatos. La muestra puede ser obtenida por cualquier método, por ejemplo, tomando muestras discretas a intervalos periódicos.

Una muestra de aire conteniendo una concentración de isocianatos que debe ser detectada o medida se pone en contacto con un medio. Preferentemente este medio es un solvente orgánico aprótico, conteniendo al agente derivante de la presente invención. Normalmente, se usan dispositivos con burbujeador que contienen la solución de agente derivante, filtros que se cubren con el agente derivante, o sorbentes que se cubren con el agente derivante para hacer contacto con la muestra y el agente derivante. Preferentemente, la muestra de aire es colectada y pasada a través de un dispositivo con burbujeador que contiene una solución de un agente derivante, como CAP, o a través de un filtro o cartucho de sorbente impregnado con el agente de derivante.

El presente método puede ser usado para detectar la cantidad total de isocianato en una muestra o detectar derivados de isocianato individuales. Cuando el presente método se usa para detectar isocianatos totales, es necesario retirar el agente derivante en exceso porque su presencia puede dar un valor alto e inexacto. En cuanto el agente derivante en exceso ha sido retirado, una parte de la molécula del agente derivante es escisionada del agente derivante y el derivado de isocianato, seguido por la detección del residuo de escisión. Cuando la detección deseada es solamente derivados de isocianatos individuales, el agente derivante entero de isocianato puede ser detectado sin la necesidad de escindir el derivado de agente derivante de isocianato y sin el retiro previo de agente derivante en exceso.

Los filtros útiles de la presente invención son en general de 13 mm, 25 mm, o 37 mm de diámetro. La matriz de filtro, en la que el agente derivante es impregnado, es preferentemente fibra de vidrio o fibra de cuarzo. El aire es atraído a través del filtro con bombas de muestreo al efecto, en general normalmente a un flujo de aproximadamente 1 a 2 litros por minuto.

El agente derivante isocianato con el que la matriz de filtro es cubierta es un compuesto que tiene la fórmula química de la fórmula II a continuación:

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En la que R es un radical que tiene un sólo derivante de isocianato, en el que la funcionalidad la comprende una amina primaria o secundaria.

Las reacciones químicas que tienen lugar en la derivación y la escisión pueden ser descritas por el siguiente esquema de reacción que usa CAP como agente derivante:

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El reactivo derivante reacciona con el grupo funcional isocianato de cualquier especie de isocianatos presentes en la muestra para formar derivados de isocianatos que son una mezcla de ureas intermedias.

La mezcla de ureas intermedias es entonces separada del exceso de CAP en la mezcla de reacción. La separación del reactivo derivante en exceso es alcanzada preferentemente pasando la mezcla de reacción a través de un cartucho de extracción en fase sólida, como una columna de gel de sílica, la cual retiene ambas ureas intermedias de la mezcla y cualquier agente derivante que no reaccionó. La separación de reactivo derivante en exceso es importante cuando usamos el presente método para detectar la cantidad total de isocianatos en la muestra porque el agente derivante en exceso reaccionará con el agente derivante para producir el producto de escisión en exceso. La mezcla de ureas intermedias es entonces eluida de la columna con un solvente, como dimetilformamida (DMF). El DMF es usado a las concentraciones de 1% a 10% en un solvente apropiado, como acetonitrilo, con 6% DMF siendo en general la preferida (ver Figura 1).

En una realización preferente, una muestra de la mezcla de ureas intermedias es analizada usando, por ejemplo, la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) para determinar la cantidad de una o más especies específicas de isocianatos en la muestra. Por lo tanto, la presente invención puede ser usada para determinar la cantidad de especies individuales de isocianatos en particular dentro de una muestra de aire (ver Figura 2).

En una segunda realización preferente, la mezcla de ureas intermedias se hace reaccionar con un agente de escisión, como tiometóxido de sodio o ácido trifluoracético, para formar un producto de escisión, como sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo. El producto de escisión puede ser cuantificado, por ejemplo, por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) equipado con un detector apropiado, como un detector de fluorescencia. La concentración del producto de escisión es igual a la concentración total de isocianato presente en la muestra de aire (ver Figura
2).

En una tercera realización preferente, se usa el CAP o un agente derivante de fórmula (II); como se muestra arriba, para detectar compuestos de isocianatos enlazados a un sólido o a la superficie de partícula. La superficie sólida o las partículas son tratadas con el agente derivante que reacciona con los grupos libres de isocianatos aparentemente. El agente derivante en exceso entonces es retirado de la superficie por extracción con solvente. La superficie sólida o las partículas son tratadas entonces con la solución de tiometóxido de sodio para generar sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo químicamente enlazado a los grupos de isocianato.

El agente derivante preferente de isocianatos a ser usado en el método es el CAP, que se prepara como se describe arriba. Agentes derivante de isocianatos aparte de CAP, que son útiles para detectar o medir isocianatos en una muestra, son descritos en más detalle abajo. Estos agentes derivantes de isocianatos pueden ser producidos por un proceso similar al proceso de producción del CAP, primero produciendo el carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo crudo como se describe arriba, seguido por la reacción de la amina en particular con el intermediario.

Mientras CAP es el compuesto preferido, los otros compuestos de antrilmetil son también útiles en el método de la presente invención. Tales compuestos incluyen los que tienen la siguiente fórmula:

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En la que R es un radical que tiene funcionalidad simple como derivante de isocianatos y comprende una amina primaria o secundaria. Los compuestos preferidos de la presente invención son ésos en los que R comprende un radical de diamina primaria o secundaria. Especialmente los compuestos preferidos son aquellos en los que R comprende a un radical de una diamina primaria alifática simétrica o diamina secundaria. Los compuestos más preferidos de la presente invención son en los que R comprende a un radical de una diamina alifática simétrica primaria o secundaria. Ejemplos de grupos de R considerados para ser incluidos, pero que no están limitados, a radicales sustituido o no sustituido de piperidina, piperacina, 1,2-diaminoetano, 1,3-diaminopropano y 1,4-diaminobutano y 1,5-diaminopentano y 1,6-diaminohexano, 4'-bipiperidina.

Esta invención es ilustrada por los siguientes ejemplos, los que no están concebidos de alguna manera como para imponer limitaciones al alcance de esta. De lo contrario, se debe claramente comprender que podrían surgir varias realizaciones, modificaciones, o equivalentes, después de leer la descripción de la presente solicitud, al sugerirse por los expertos en la técnica.

Ejemplo 1 Preparación de carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo

4,89 g (24 mmoles) de cloroformato de p-nitrofenilo fue disuelto en 100 ml de tetrahidrofurano (THF) y puesto en un matraz de 500 ml con fondo redondo de dos cuellos y con una barra agitadora magnética.

3,36 g (16,2 mmoles) de 9-antracenometanol fue disuelto en 100 ml de THF, y 2,56 g (2,61 ml, 32,4 mmoles) de piridina fueron añadidos a la solución de antracenometanol. La solución de antracenometanol entonces fue adicionada gota a gota a la solución de cloroformato de p-nitrofenilo mientras se monitoreaba el progreso de la reacción por cromatografía de capa delgada (TLC). La mezcla de reacción a una proporción de 3:2 de cloroformato: antracenometanol de p-nitrofenilo, fue dejada en agitación durante toda la noche.

La mezcla de reacción fue decantada entonces para separar la solución del precipitado blanco que se había formado, seguida por rotoevaporación para retirar el THF. El residuo de producto fue disuelto en tolueno. Esta solución fue entonces decantada para retirar cualquier residuo de producto no disuelto.

Después, la solución de tolueno fue rotoevaporada, produciendo 8,60 g de carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo crudo. Este producto crudo también contenía pequeñas cantidades de cloroformato de p-nitrofenilo no reaccionado.

Ejemplo 2 Preparación del 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP)

El carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo crudo (8,60 g) producido en el Ejemplo 1 fue disuelto en 40 ml de dimetilformamida (DMF), y 14,0 g de piperacina (162 mmoles 10 veces en exceso) fue disuelto en 20 ml de DMF. La solución de carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo crudo es entonces adicionada gota a gota a la solución de piperacina mientras se agitaba constantemente. La reacción fue monitoreada con TLC.

Después de 45 minutos, la mezcla de reacción fue vertida en 100 ml de agua fría y extraída con tolueno. El extracto de tolueno fue lavado una vez con 100 ml de una solución de carbonato de sodio al 10% y dos veces con 100 ml de agua desionizada. El extracto de tolueno entonces fue pasado a través de una columna de sulfato de sodio para retirar cualquier agua residual, seguido por la rotoevaporación para producir 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP).

Dos recristalizaciones del producto CAP fueron llevadas a cabo en un sistema de solvente tolueno y hexano, produciendo 3,09 g de CAP (rendimiento 59,5%) en un procedimiento no optimizado. 1,49 g de CAP recristalizado fue disuelto en 22 ml de tolueno, en capas sobre una columna de 500 ml de gel de sílica, y eluido con metanol. Doce fracciones de 250 ml fueron recolectadas con 7-10 fracciones que contuvieron CAP. Estas fracciones se rotoevaporaron, produciendo 1,35 CAP.

Ejemplo 3 Preparación de la urea de isocianato de fenilo y CAP

0,63 g (1,96 mmoles) de CAP es disuelto en 35 ml de tolueno, y 0,26 g (2,2 mmoles para 10% en exceso) de isocianato de fenilo fue disuelto en 10 ml de tolueno. La solución de isocianato de fenilo se adicionó gota a gota a la solución de CAP mientras se agitaba constantemente. Se formó un precipitado poco después de la adición inicial de isocianato de fenilo. La mezcla de reacción se le permitió agitar durante unos 20 minutos después de la adición final de isocianato de fenilo.

El precipitado es separado por filtración a través de un embudo de vidrio fritado. El precipitado es lavado tres veces con cantidades pequeñas de tolueno y dos veces con hexano. El precipitado, urea de isocianato de fenilo y CAP, pesó 0,81 g (rendimiento 94%).

Ejemplo 4 Escisión de urea de isocianato fenilo - CAP con tiometóxido de sodio

Usando solvente purgado con nitrógeno, 404 mg (0,91 mmoles) de la urea de isocianato de fenilo y CAP fue disuelto en 40 ml de DMF. 474 mg (6,76 mmoles) de tiometóxido de sodio fue disuelto en 40 ml de DMF. La solución de la urea fue añadida a la solución de tiometóxido de sodio mientras se agitaba constantemente y purgaba la atmósfera por encima de la reacción con nitrógeno. La reacción fue monitoreada con TLC.

Después de 60 minutos, 160 ml de HCI 1 M helado fue añadido a la mezcla de reacción. La fase acuosa ácida fue extraída con 80 ml de tolueno, seguido por una segunda extracción con 40 ml de tolueno. La mayor parte del producto fue recuperado en el primer extracto monitoreado por TLC. Ambos extractos fueron lavados primero con HCI 1 M y luego con el agua desionizada.

Los extractos lavados de tolueno son entonces rotoevaporados hasta sequedad. El producto crudo fue disuelto en 10 ml de tolueno y cargado en una columna de gel de sílica de 100 ml. La columna fue eluida con 600 ml de hexano para quitar impurezas, seguido por solución de acetato de etilhexano 2:1, la que eluye rápidamente el producto deseado. Las fracciones que contenían el producto son entonces rotoevaporadas, produciendo 193 miligramos de sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo (rendimiento 88%).

La solución de tiometóxido de sodio usada en este experimento es muy sensible a la oxidación por aire. Si la solución de tiometóxido de sodio es preparada bajo nitrógeno pero guardada en aire, es solamente utilizable por un día. Sin embargo, si la solución es preparada y guardada en nitrógeno, es estable durante aproximadamente una semana. Las soluciones concentradas del reactivo tiometóxido de sodio preparado en metanol (100 mg / ml) pueden ser guardadas por una semana y luego diluido con DMF para uso en la reacción como se describe en este experimento.

Ejemplo 5 Comparación por TLC de la elusión de Ureas-CAP y CAP usando 5% DMF en acetonitrilo como solvente de elusión

Es importante retirar el exceso de CAP desde la urea de isocianato-CAP antes de la reacción de escisión, porque el agente de escisión también dará como resultado la escisión de CAP no reaccionado, para dar una medición inexacta de los niveles de isocianatos. El CAP puede ser separado de la mezcla de urea fácilmente como se muestra en este ejemplo. En la práctica, esta separación sería llevada a cabo a través de la extracción en fase sólida.

El CAP y las ureas de isocianato CAP que son relacionadas abajo en la Tabla 1 fueron individualmente disueltas en DMF a concentraciones entre 0,1-0,5%. Un microlitro de cada solución de muestra fue entonces colocado a 15 mm desde el fondo de una placa TLC de 90 mm con gel de sílica. Después, el solvente de DMF goteado fue retirado al someter la placa a un vacío alto. La placa fue colocada en la cámara de revelado en 10 ml de 5% DMF en acetonitrilo y luego el solvente permitió el ascenso en la placa hasta 60 mm por encima de la posición original goteada. En este momento la placa fue retirada de la cámara de revelado, al solvente se le permitió evaporar, y la posición de las gotas fue evaluada usando luz UV. La distancia entre el centro de la gota y el sitio original de la gota es usada como la distancia de emigración R_{f}, que es una medida de la extensión del movimiento de un compuesto a lo largo de la placa; es calculada como la relación de la distancia de emigración a la distancia total que se traslada el solvente. Entonces, el R_{f} para el urea-CAP fue dividido por el R_{f} para el CAP dando una medida del grado de la separación de los dos compuestos.

TABLA 1

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Ejemplo 6 Comparación de la elusión de CAP y urea CAP-HDI como una función del % DMF en acetonitrilo

El procedimiento que se proporciona en el Ejemplo 5 es repetido usando CAP y CAP-HDI (urea CAP diisocianato-hexametileno). Los porcientos de DMF en acetonitrilo fueron variados para determinar la concentración de DMF óptima para la separación de CAP no reaccionado de las ureas CAP-isocianato. Como se ve en la Tabla 2 a continuación y en la Figura, 1,6% DMF en acetonitrilo fue encontrado como el solvente de elusión óptimo para separar el exceso de CAP de las ureas de CAP-isocianato. La Tabla 2 muestra los resultados de los experimentos repetidos realizados a diferentes tiempos.

TABLA 2

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1-9-antracenilmetil de piperacina (MAP), es un agente derivante de isocianato que tiene una estructura similar a CAP:

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El uso de MAP para la detección de isocianatos se presenta en la patente de los EE.UU. 5.354.689. La ventaja de CAP sobre el MAP es su capacidad para detectar todas clases de isocianatos a través del residuo de escisión del CAP. El MAP no es capaz de formar tales residuos y por tanto solamente mide especies individuales de isocianatos.

Ejemplo 7 Estudio cinético CAP vs MAP

Debido a que los isocianatos son muy reactivos y existen en muestras con compuestos que pueden reaccionar con ellos (por ej., los polioles y el agua), los reactivos derivantes deben reaccionar con isocianatos lo suficientemente rápido para evitar pérdidas en estas reacciones colaterales. También, la recolección eficiente de los vapores de isocianatos sobre un filtro impregnado por el reactivo requiere de una rápida derivación. En este experimento, el isocianato de fenilo se hizo reaccionar con una mezcla equimolar de CAP y MAP, con el CAP y MAP se evaluó la reactividad del CAP con los isocianatos.

Se añadieron alícuotas de isocianato de fenilo a mezclas equimolares de MAP y CAP en acetonitrilo en 1/2, 1/4, y 1/8 de las concentraciones de los reactivos, y las muestras se dejaron reaccionar durante toda la noche. Al día siguiente fue añadido anhídrido acético a las muestras para hacerlo reaccionar con los reactivos remanentes.

Los estándares fueron ensayados tanto con urea de MAP-fenilo como con urea de CAP-fenilo para generar una curva de calibración con al menos ajuste a los cuadrados. Los estándares abarcaron la concentración correspondiente a la cantidad más alta del producto que podía ser generada en un experimento hacia abajo hasta 1/16 de este nivel. Estas curvas de calibración se usaron entonces para determinar la cantidad de cada derivado en las muestras. Estas cantidades fueron entonces introducidas en las siguientes ecuaciones para determinar la proporción de las constantes de velocidad para MAP y CAP:

Ecuaciones de Calibración

Urea de CAP-fenilo

X = Y/1214,128

Urea de MAP-fenilo

X = Y/1148,733

en las que Y = Área del pico y X = pmoles inyectados. Después fue determinada la relación de las constantes de velocidades para MAP y CAP por las siguientes fórmulas:

k_{MAP} / k_{CAP}= K

Cada muestra fue analizada dos veces, como se indica por # 1 y # 2.

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K\frac{kMAP}{kPAC} = \frac{log[(a-x)/a]}{log[(b-y)/b]}

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donde:

\hskip0,8cm a = concentración inicial de MAP

\hskip0,8cm b = concentración inicial de CAP

\hskip0,8cm x = concentración de urea de MAP-fenilo

\hskip0,8cm y = concentración de urea de CAP-fenilo

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Los ejemplos anteriores intentan ser demostrativos, más que limitaciones de las realizaciones consideradas por la invención y se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones.

Por las mediciones de las cantidades relativas de urea de CAP-fenilo y urea de MAP-fenilo que fueron formadas, fueron determinadas las velocidades de reacción de los dos agentes derivante. Los resultados experimentales a los tres niveles de isocianato de fenilo coincidían y casi todo el isocianato de fenilo fue cuantificado como derivados de CAP o MAP. Los resultados indican que el CAP reacciona aproximadamente 12-13 veces más lento con el isocianato de fenilo que el MAP. Aunque la reactividad con el isocianato de fenilo del CAP es menor que la del reactante MAP, aún es más grande que la reactividad de al menos uno de los reactivos comúnmente usados, la de [N-(4-nitrobencil)propilamina], y considerablemente mayor que la de los polioles y el agua respecto a la que compite por isocianato.

Claims (24)

1. Un compuesto que tiene la siguiente fórmula:

12

En la que R es un radical que tiene una única amina funcional primaria o secundaria derivante isocianato.

2. El compuesto de la Reivindicación 1, en el que R incluye por lo menos a un radical de una diamina alifática simétrica primaria o secundaria.

3. El compuesto de la Reivindicación 1, en el que R se selecciona entre el grupo que consta de un radical sustituido o no sustituido de piperacina, piperidina, 4,4'-bipiperidina, 1,2-diaminoetano, 1,3-diaminopropano, 1,4-diaminobutano, 1,5-aminopentano y 1,6-diaminohexano, en el que el R es capaz de reaccionar con isocianato.

4. El compuesto de la Reivindicación 3, que tiene la fórmula:

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5. Un proceso para preparar 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato (CAP): que comprende:

a) hacer reaccionar 9-antracenometanol, piridina, y cloroformato de p-nitrofenilo para producir carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo;

b) aislar el carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo producido en el paso (a); y

c) hacer reaccionar el carbonato de antrilmetil p-nitrofenilo aislado en el paso (b) con piperacina para producir 9-antracenilmetil-1-piperacina-carboxilato.

6. Un método para determinar la cantidad total de isocianato en una muestra que comprende:

(a) poner en contacto la muestra con un agente derivante isocianato que tiene la siguiente fórmula:

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En la que R incluye por lo menos un radical de un amina primaria o secundaria para formar una mezcla de ureas;

b) separar la mezcla de ureas del agente derivante no reaccionado;

c) hacer reaccionar las ureas con tiometóxido de sodio para formar sulfuro de metilo 9-antracenilmetilo; y

d) cuantificar la cantidad de sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo producido.

7. El método de la Reivindicación 6, en el que R incluye al menos un radical de una diamina alifática simétrica primaria o secundaria.

8. El método de la Reivindicación 6, en el que R se selecciona entre el grupo que consta de un radical sustituido o no sustituido de piperacina, piperidina, 4,4'-bipiperidina, 1,2-diaminoetano, 1,3-diaminopropano, 1,4-diaminobutano, 1,5-diaminopentano y 1,6-diaminohexano.

9. El método de la Reivindicación 8, en el que el agente derivante isocianato es un compuesto que tiene la siguiente fórmula:

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10. El método de la Reivindicación 6, en el que el sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo es cuantificado usando métodos cromatográficos.

11. El método de la Reivindicación 10, en el que el sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo es cuantificado usando cromatografía líquida de alta resolución (H PLC) equipada con detector de fluorescencia.

12. Un método para determinar la cantidad de isocianatos individuales en una muestra que comprende:

(a) poner en contacto la muestra con un agente derivante isocianato que tiene la siguiente fórmula:

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En la que R comprende un radical de una amina primaria o secundaria para formar una mezcla de ureas, en la que el agente derivante isocianato es capaz de determinar la cantidad de isocianatos totales en una muestra sin llevar a cabo una suma de la cantidad de isocianatos individuales detectados;

b) detectar ureas individuales dentro de la muestra;

c) cuantificar la cantidad de cada urea individual, en el que la cantidad de cada urea corresponde al isocianato individual que está siendo determinado.

13. El método de la Reivindicación 12, en el que R incluye por lo menos un radical de una diamina alifática simétrica primaria o secundaria.

14. El método de la Reivindicación 12, en el que R correspondiente al agente derivante isocianato se selecciona entre el grupo que consta de un radical sustituido o no sustituido de piperacina, piperidina, 4,4'-bipiperidina, 1,2-diaminoetano, 1,3-diaminopropano, 1,4-diaminobutano, 1,5-diaminopentano y 1,6 diaminohexano.

15. El método de la Reivindicación 14, en el que el agente derivante isocianato es un compuesto que tiene la siguiente fórmula:

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16. El método de la Reivindicación 12, en el que la urea es cuantificada usando métodos cromatográficos.

17. El método de la Reivindicación 16, en el que la urea es cuantificada usando cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) equipada con un detector de fluorescencia.

18. Un método para determinar la cantidad total de isocianato sobre una superficie o partícula sólida que comprende:

(a) poner en contacto una superficie de sólido o de partícula con un agente derivante isocianato que tiene la siguiente fórmula:

18

En la que R incluye por lo menos un radical de una amina primaria o secundaria;

b) tratar la superficie de sólido o de partícula con un solvente para extraer al agente derivante isocianato en exceso;

c) tratar la superficie de sólido o de partícula con tiometóxido de sodio para formar sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo; y

d) cuantificar la cantidad de sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo producido.

19. El método de la Reivindicación 18, en el que R comprende un radical de una diamina alifática simétrica primaria o secundaria.

20. El método de la Reivindicación 18, en el que R se selecciona entre el grupo que consta de un radical sustituido o no sustituido de piperacina, piperidina, 4,4'-bipiperidina, 1,2-diaminoetano, 1,3-diaminopropano, 1,4-diaminobutano, 1,5-diaminopentano y 1,6-diaminohexano.

21. El método de la Reivindicación 20 en el que el agente derivante isocianato es un compuesto que tiene la siguiente fórmula:

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22. El método de la Reivindicación 18, en el que el sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo es cuantificado usando métodos cromatográficos.

23. El método de la Reivindicación 22, en el que el sulfuro de 9-antracenilmetilo y metilo es cuantificado usando cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) equipada con un detector de fluorescencia.

24. El método de la Reivindicación 18, en el que el sólido o la partícula se seleccionan entre el grupo que consta de poliuretano y polvo proveniente de compuestos de madera.