JP2015520141A - トリチル化エーテル - Google Patents

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Abstract

化学式(Ph3C)mAr(GR)nを有する化合物(式中、Phはフェニル基、Arは6から20個の炭素原子を有する芳香族環系、GはO、S、SOまたはSO2、Rは(a)OH、SH、C1〜C18のアルコキシおよびシアノの少なくとも1つによって置換されたC1〜C18のアルキルまたは(b)C4〜C18のヘテロアルキル、mは1または2かつnは1から4の整数を表す)。【選択図】なし

Description

本発明は、液化炭化水素ならびに他の燃料および油をマーキングするための方法において有用な新規の化合物に関する。
各種の化学マーカーを備えた石油炭化水素ならびに他の燃料および油のマーキングは当技術分野において周知である。種々の化合物ならびにマーカーの検出のための非常に多くの技術、例えば吸光分光法および質量分析法がこの目的のために使用されている。例えば、米国特許第7858373号は、液化炭化水素ならびに他の燃料および油のマーキングにおいて使用される種々の有機化合物の使用を開示している。しかし、これらの生成物のためのさらなるマーカー化合物の必要性は常にある。マーカーの組合せは、マーキングされた生成物のためのコードを形成する量の比と共に、デジタルマーキングシステムとして用いられ得る。燃料および潤滑剤マーカーとして有用なさらなる化合物は、利用可能なコードを最大限に生かすために望ましいであろう。本発明により扱われる問題は、液化炭化水素ならびに他の燃料および油をマーキングするために有用なさらなるマーカーを見出すことである。
本発明は、化学式(PhC)Ar(GR)を有する化合物であって、式中、Phはフェニル基を表し、Arは6から20個の炭素原子を有する芳香族環系であり、GはO、S、SOまたはSOであり、Rは(a)OH、SH、C〜C18のアルコキシおよびシアノの少なくとも1つによって置換されたC〜C18のアルキル;または(b)C〜C18のヘテロアルキルであり、mは1または2であり、nは1から4の整数である、化合物を提供する。
本発明は、石油炭化水素または生物由来の液体燃料をマーキングするための方法であって、前記方法は化学式(PhC)Ar(GR)を有するそれぞれの化合物が0.01ppmから20ppmの濃度で存在する、化学式(PhC)Ar(GR)を有する少なくとも1種の化合物を前記石油炭化水素または生物由来の液体燃料に加えるステップを含み、式中、Phはフェニル基を表し、Arは6から20個の炭素原子を有する芳香族環系であり、GはO、S、SOまたはSOであり、Rは(a)OH、SH、C〜C18のアルコキシおよびシアノの少なくとも1つによって置換されたC〜C18のアルキル;または(b)C〜C18のヘテロアルキルであり、mは1または2であり、nは1から4の整数である、方法をさらに提供する。
特別の定めのない限り、割合は重量パーセント(重量%)および温度は℃である。濃度は、重量/体積基準で計算される百万分率(「ppm」)または重量/体積基準(mg/L)のいずれかで、好ましくは重量/体積基準で表わされる。「石油炭化水素」と言う語は、主に炭化水素組成物を有する生成物を指すが、少量の酸素、窒素、硫黄またはリン;原油を含めた石油炭化水素ならびに例えば原油、潤滑油、作動液、ブレーキ液、ガソリン、ディーゼル燃料、ケロシン、ジェット燃料および灯油を含めた石油精製過程から生じる生成物を含んでいてよい。本発明のマーカー化合物は、石油炭化水素または生物由来の液体燃料に加えてよく、後者の例はバイオディーゼル燃料、エタノール、ブタノール、エチルtert−ブチルエーテルまたはそれらの混合物である。20℃で液体状態である場合、物質は液体であると見なされる。バイオディーゼル燃料は、脂肪酸アルキルエステル、特にメチルエステルの混合物を含有する生物由来の燃料である。バイオディーゼル燃料は、典型的には未使用または再利用いずれかの植物油のエステル交換により生成されるが、動物性脂肪も用いてよい。エタノール燃料は、エタノールを純粋な形でまたは石油炭化水素、例えば「ガソホール」と混合して含有する任意の燃料である。「アルキル」基は、直鎖、分岐または環状の配列で1から22個の炭素原子を有する置換または非置換のヒドロカルビル基である。アルキル基上の1つまたは複数のOHあるいはアルコキシ基の置換は許容され、他の基は本明細書中の他所で指定した場合は許容され得る。好ましくは、アルキル基は飽和である。好ましくは、アルキル基は非置換である。好ましくは、アルキル基は直鎖または分岐である。「アリール」基は、芳香族炭化水素化合物から導かれる置換基である。アリール基は、別段の指定がない限り、合計6から20個の環原子を有し、離れたまたは結合した1つまたは複数の環を有する。アリール基上の1つまたは複数のアルキルあるいはアルコキシ基の置換は許容される。「ヘテロアルキル」基は、1つまたは複数のメチレン基がOまたはSによって置き換えられているアルキル基である。好ましくはヘテロアルキル基は、1から6個、好ましくは1個から4個、好ましくは1個から3個のOまたはS原子を含有する。OまたはSによって置き換えられたメチレン基は、対応するアルキル基における2個の他の炭素原子に結合されている。好ましくは、ヘテロアルキル基はS原子を含有しない。ヘテロアルキル基は、OH、SHまたはC〜C18のアルコキシ基、好ましくはOHまたはC〜Cのアルコキシ基、好ましくはヒドロキシまたはC〜Cのアルコキシ基によって置換されていてよい。ヘテロアルキル基の例には2から6単位の酸化アルキレン(好ましくは2から4、好ましくは2から3)を有する酸化エチレン、酸化プロピレンまたは酸化ブチレンのオリゴマーならびに末端ヒドロキシまたはC〜Cのアルコキシ基(好ましくはヒドロキシもしくはC〜Cのアルコキシ、好ましくはヒドロキシもしくはメトキシ、好ましくはヒドロキシ)が含まれ、酸化エチレンオリゴマーの例は、−{(CHO}(式中、jは2から6の整数かつRは水素またはC〜Cのアルキル)である。好ましくは、jは2から4、好ましくは2から3である。好ましくは、Rは水素またはC〜Cのアルキル、好ましくは水素またはメチル、好ましくは水素である。好ましくは本発明の化合物は、元素をそれらの自然に存在する同位体の割合で含有する。
Arは、その置換基がPhCおよびOR基を含む、好ましくは唯一の置換基がPhCまたはOR基である、6から20個の炭素原子を有する芳香族環系である。好ましくはArは、C〜C12のヒドロカルビル芳香族環系である。好ましくはArは、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、フェニルエーテル、ジフェニルメタンあるいはアルキルおよび/またはアルコキシ基で置換された前述の系の1つであり、好ましくはベンゼンである。好ましくは、nは1から3、好ましくは2から3、好ましくは2である。好ましくはGは、OまたはS、好ましくはOである。好ましくはRは、(a)OH、SH、C〜C12のアルコキシおよびシアノの少なくとも1つで置換されたC〜C18のアルキルまたは(b)C〜C18のヘテロアルキル、好ましくは(a)OH、SHおよびC〜Cのアルコキシの少なくとも1つで置換されたC〜C12のアルキルまたは(b)C〜C12のヘテロアルキル、好ましくは(a)OHおよびC〜Cのアルコキシの少なくとも1つで置換されたC〜C12のアルキルまたは(b)C〜C12のヘテロアルキル、好ましくはC〜C18のヘテロアルキル、好ましくはC〜C12のヘテロアルキル、好ましくはC〜Cのヘテロアルキル、好ましくはC〜Cのヘテロアルキルである。好ましくはRは、OH、SH、C〜C18のアルコキシおよびシアノから選択される単一の置換基を有し、好ましくは前記単一の置換基はR上の末端位置、すなわち、Arから最も遠い炭素上にある。好ましくは、GがOである場合、Rは(a)SHおよびシアノの少なくとも1つで置換されたC〜C18のアルキル、(b)OHまたはC〜C18のアルコキシで置換されたC〜C12のアルキル、あるいは(c)C〜C18のヘテロアルキルであり;好ましくは、GがOである場合、Rは(a)SHおよびシアノの少なくとも1つで置換されたC〜C18のアルキル、(b)OHまたはC〜C18のアルコキシで置換されたC〜C18のアルキルであって、前記OHまたはC〜C18のアルコキシ基は末端位置にあるアルキル、あるいは(c)C〜C18のヘテロアルキルであり;好ましくは、GがOである場合、Rは(a)SHおよびシアノの少なくとも1つで置換されたC〜C18のアルキル、(b)OHまたはC〜C12のアルコキシで置換されたC〜C12のアルキルであって、前記OHまたはC〜C12のアルコキシ基は末端位置にあるアルキル、あるいは(c)C〜C18のヘテロアルキルであり;好ましくは、GがOである場合、Rは(a)SHおよびシアノの少なくとも1つで置換されたC〜C18のアルキル、または(b)C〜C18のヘテロアルキルである。
好ましくは、本発明の化合物は化学式(I)で表される
Figure 2015520141
(式中、Rは上記で定義した通りである)。
好ましくは、本発明の化合物は化学式(II)で表される
Figure 2015520141
(式中、Rは上記で定義した通りである)。
本発明の化合物をマーカーとして使用する場合において、好ましくは、マーキングされる液体に加えられるそれぞれの化合物の最小量は、少なくとも0.01ppm、好ましくは少なくとも0.02ppm、好ましくは少なくとも0.05ppm、好ましくは少なくとも0.1ppm、好ましくは少なくとも0.2ppmである。好ましくはそれぞれのマーカーの最大量は、50ppm、好ましくは20ppm、好ましくは15ppm、好ましくは10ppm、好ましくは5ppm、好ましくは2ppm、好ましくは1ppm、好ましくは0.5ppmである。好ましくはマーカー化合物の最大総量は、100ppm,好ましくは70ppm、好ましくは50ppm、好ましくは30ppm、好ましくは20ppm、好ましくは15ppm、好ましくは12ppm、好ましくは10ppm、好ましくは8ppm、好ましくは6ppm、好ましくは4ppm、好ましくは3ppm、好ましくは2ppm、好ましくは1ppmである。好ましくは、マーカー化合物は、マークされた石油炭化水素または生物由来の液体燃料において視覚的な手段によって検出可能ではない、すなわち、色または他の特徴を肉眼で目視観測することにより、マーカー化合物を含有することを判定することは可能ではない。好ましくは、マーカー化合物は、それが加えられる石油炭化水素または生物由来の液体燃料において、石油炭化水素または生物由来の液体燃料自体の構成物質、あるいはその中で用いられる添加剤のいずれとしても、通常は存在しないものである。
好ましくは、マーカー化合物は、少なくとも3のlog P値を有し、ここでPは1−オクタノール/水の分配係数である。好ましくはマーカー化合物は、が少なくとも4、好ましくは少なくとも5のlog P値を有する。実験に基づく測定および文献における報告がされていないlog P値は、Meylan,W.MおよびHoward,P.H.、J.Pharm.Sci.、vol.84、83〜92頁(1995年)に開示されている方法を用いて概算してよい。好ましくは石油炭化水素または生物由来の液体燃料は、石油炭化水素、バイオディーゼル燃料またはエタノール燃料、好ましくは石油炭化水素またはバイオディーゼル燃料、好ましくは石油炭化水素、好ましくは原油、ガソリン、ディーゼル燃料、ケロシン、ジェット燃料または灯油、好ましくはガソリンである。
好ましくは、マーカー化合物は、クロマトグラフの技術、例えばガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、ろ紙クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、イオン交換および分子排除クロマトグラフィーを用いて石油炭化水素または生物由来の液体燃料の構成物質からそれらを少なくとも部分的に分離することにより検出される。クロマトグラフィーは、(i)質量スペクトル分析および(ii)FTIRの少なくとも1つが後に続く。マーカー化合物の識別情報は、好ましくは質量スペクトル分析により測定される。好ましくは、質量スペクトル分析は、石油炭化水素または生物由来の液体燃料においていかなる分離も行うことなくマーカー化合物を検出するために用いられる。あるいは、マーカー化合物は、例えば石油炭化水素または生物由来の液体燃料のより揮発性である成分の一部を蒸留することにより、分析に先立って濃縮してもよい。
好ましくは、2種以上のマーカー化合物が存在する。多数のマーカー化合物の使用は、石油炭化水素または生物由来の液体燃料への石油炭化水素または生物由来の液体燃料の元のおよび他の特徴を特定するために用いられ得るコードされた情報の組み込みを容易にする。コードは、識別情報および相対量、例えば、マーカー化合物の固定整数比を含む。1種、2種、3種またはそれ以上のマーカー化合物を、コードを形成するために用いてよい。本発明によるマーカー化合物は、他の種類のマーカー、例えば、米国特許第6811575号、米国特許出願公開第2004/0250469号および欧州特許出願公開第1479749号に記載されている物を含めた、吸光分析により検出されるマーカーと組み合わせてもよい。マーカー化合物は、石油炭化水素または生物由来の液体燃料内に直接入れられるか、あるいは他の化合物、例えば潤滑剤のための耐摩耗添加剤、ガソリンのための洗浄剤などを含有する添加剤パッケージ内に入れられ、添加剤パッケージは石油炭化水素または生物由来の液体燃料に加えられる。
本発明の化合物は、当技術分野において周知の方法、例えばハロゲン化トリチルまたはトリチルアルコールを用いたフェノールまたはポリヒドロキシ芳香族化合物のアルキル化、その後に続く塩基の存在下での有機ハロゲン化合物を用いたアルキル化によって調製してもよい。例えば、トリチル化フェノール性エーテルは、以下の反応スキームに従って調製してもよい。
Figure 2015520141
(式中、Mは1または2、Nは1から4である)。GがSである類似の化合物は、類似のチオフェノール性出発原料から調製され得る。GがSOまたはSOである化合物は、G=S化合物から酸化により作成され得る。
典型的なモノ−トリチル化フェノール合成手順は、以下の実施例により例示される:
4−トリチルベンゼン−1,2−ジオール:1Lの三つ口フラスコに、機械撹拌器、窒素ブランケット付き還流凝縮装置ならびに温度調節器および熱電対付き加熱マントルを装備した。フラスコに、78.20グラム(0.30モル)のトリチルアルコール、39.39グラム(0.36モル)のカテコールおよび250mLの氷酢酸を投入した。混合物を約80℃まで加熱しながら窒素下で撹拌した。澄んだ琥珀色溶液が得られた。この溶液に、16.73グラム(0.06モル)の塩化トリチルを一度に加えた。塩化物は素早く溶解した。混合物を還流にかけた。還流において約30分後、固形物が分離を始めた。還流をさらに5時間継続し、その後室温に冷却した。反応混合物をろ過し、灰色の固形物をフィルタ上において酢酸で数回洗った。生成物を、最初は風乾し、最後に真空オーブン中で60℃で2時間乾燥した。生成物の収量は92.0グラム(72.5%)であり、融点245〜248℃を有した。IR、H−および13C−NMRならびにGC/MS分析により構造を確認した。
典型的なビス−トリチル化フェノール合成手順は、以下の実施例により例示される:
4,6−ジトリチルベンゼン−1,3−ジオール:1Lの三つ口フラスコに、機械撹拌器、窒素ブランケット付き還流凝縮装置ならびに温度調節器および熱電対付き加熱マントルを装備した。フラスコに、12.39グラム(0.0475モル)のトリチルアルコール、15.03グラム(0.054モル)の塩化トリチル、5.53グラム(0.05モル)のレゾルシノールおよび50mLの氷酢酸を投入した。混合物を加熱して還流しながら窒素下で撹拌した。約80℃で、澄んだ琥珀色溶液が得られた。約30分後、固形物が分離を始めた。還流を合計約34時間継続した。反応混合物を室温に冷却し、次いでろ過した。白色の固形物をフィルタ上において酢酸で数回洗った。生成物を、最初は約2時間風乾し、次いで真空オーブン中で50℃で3時間乾燥した。生成物の収量は15.27グラム(95%)であり、融点272〜274℃を有した。IR、H−および13C−NMRならびにGC/MS分析により構造を確認した。
官能化トリチル化フェノールエーテルの合成のためのスキーム
典型的な官能化モノ−トリチル化フェノールモノ−エーテル合成手順は、以下の実施例により例示される:
6−(4−トリチルフェノキシ)ヘキサン−1−オール:25mLの三つ口フラスコに、磁気撹拌機、窒素ブランケット付き還流凝縮装置ならびに温度調節器および熱電対付き加熱マントルを装備した。フラスコに1.12グラム(0.0033モル)の4−トリチルフェノール、0.22グラム(0.0033モル、85重量%)の水酸化カリウムペレットおよび5mLのジメチルスルホキシドを投入した。混合物を100℃まで加熱しながら窒素下で撹拌した。約2時間後、全ての水酸化カリウムが溶解し、混合物を70℃に冷却した。次いで6−クロロヘキサノール(0.45グラム、0.0033モル)を一度に加えた。反応混合物を100℃に約0.5時間維持し、次いで室温で一晩撹拌した。この時点でGC分析用に回収した試料は、出発原料が残っていないことを示し、反応が完了したことを示していた。反応混合物を100mLの水に注いだ。固形物が沈殿した。混合物をろ過した。ベージュ色の固形物をフィルタ上において水で数回洗い、次いで風乾した。生成物の収量は1.2グラム(83%)であった。IR、H−および13C−NMRならびにGC/MS分析により構造を確認した。
典型的な官能化モノ−トリチル化フェノールビス−エーテル合成手順は、以下の実施例により例示される:
6,6’−((4−トリチル−1,2−フェニレン)ビス(オキシ))ビス(ヘキサン−1−オール):100mLの三つ口フラスコに、磁気撹拌機、窒素ブランケット付き還流凝縮装置ならびに温度調節器および熱電対付き加熱マントルを装備した。フラスコに3.52グラム(0.01モル)の4−トリチルベンゼン−1,2−ジオール、1.32グラム(0.02モル、85重量%)の水酸化カリウムペレットおよび25mLのジメチルスルホキシドを投入した。混合物を水酸化カリウムペレットが溶解するまで105℃まで加熱しながら窒素下で撹拌した。混合物を55℃まで冷却し、次いで6−クロロヘキサノール(2.73グラム、0.02モル)を一度に加えた。約58℃までの発熱が観察された。発熱が弱まった後、反応混合物を65℃に約2時間維持した。この時点でGPC分析用に回収した試料は、ビス−エーテルへ約83%の転化を示した。未反応の4−トリチルベンゼン−1,2−ジオールの存在はクロロヘキサノールの一部がオキセパンに環化したことを意味し、さらに0.5グラム(0.0037モル)クロロヘキサノールを反応混合物に加え、60℃で加熱を継続した。5.5時間後、反応混合物を400mLの水に注いだ。生成物は油として分離した。混合物を約75mL×2のトルエンで抽出した。トルエン層を合わせ、次いで50mL×1の飽和塩化ナトリウム水溶液で洗った。無水硫酸マグネシウム上で乾燥後、回転蒸発によりトルエンを除去し、1.97グラムのベージュ色の固形生成物を与えた(収率36%)。MP=81〜84℃。IR、H−および13C−NMRならびにGC/MS分析により構造を確認した。
上記手順を用いて、以下の官能化トリチル化フェノールエーテルを調製した:
Figure 2015520141
表1:官能化トリチル化フェノールエーテルに関する合成データ
Figure 2015520141
GC/MS調査:官能化トリチル化フェノールエーテルの原液をジクロロメタン(DCM)において調製した。これらの溶液を、GC保持時間およびMS断片化パターンを立証するために用いた。表2に結果を示す。
GC/MSパラメータ:
−カラム:Agilent DB35m、15.0m×0.25mm×0.25μ
−流速:1.5mL/分(Heキャリアガス)
−オーブン:初期:100℃
−勾配1:20℃/分で280℃まで、保持:10分
−勾配2:20℃/分で340℃まで、保持:6分
−注入口温度:280℃
−挿入:スプリットレス、排出口:15分、シングルテーパ、グラスウール、不活性化、5062−3587
−注入量:3μL、粘度:5秒、プランジャ:高速
質量トランスファーライン温度:280℃
−MS Quad:200℃、MS Source:250℃
−溶媒遅延:18.5分
表2:官能化トリチル化フェノールエーテルに関するGC/MSデータ
Figure 2015520141
溶解度調査:官能化トリチル化フェノールエーテルの溶解特性を試料の0.1グラムの試料を0.9グラムの溶媒中に混合することにより測定した。混合物を60℃で数分間温めて均質な溶液を作成した。溶液を冷却して室温まで戻し、次いで−10℃の冷凍庫内に置いた。結晶化が起きているかどうかを見るために溶液を毎日確認した。
Figure 2015520141
DPGMEはジプロピレングリコールモノ−メチルエーテルであり、NMPはN−メチルピロリドンであり、AROMATIC 200はExxon Mobil Corp.から入手可能な混合された芳香族溶媒である。

Claims (10)

  1. 化学式(PhC)Ar(GR)を有する化合物であって、
    式中、Phはフェニル基を表し、
    Arは6から20個の炭素原子を有する芳香族環系であり、
    GはO、S、SOまたはSOであり、
    Rは(a)OH、SH、C〜C18のアルコキシおよびシアノの少なくとも1つによって置換されたC〜C18のアルキル、または(b)C〜C18のヘテロアルキルであり、
    mは1または2であり、
    nは1から4の整数である、化合物。
  2. ArがC〜C12のヒドロカルビル芳香族環系であり、RがC〜C18のヘテロアルキルである、請求項1に記載の化合物。
  3. nが1から3の整数である、請求項2に記載の化合物。
  4. Rが硫黄を含有しないC〜Cのヘテロアルキルであり、GがOである、請求項3に記載の化合物。
  5. Arがベンゼン環系であり、nが2である、請求項4に記載の化合物。
  6. 石油炭化水素または生物由来の液体燃料をマーキングするための方法であって、
    前記方法は、化学式(PhC)Ar(GR)を有するそれぞれの化合物が0.01ppmから20ppmの濃度で存在する、化学式(PhC)Ar(GR)を有する少なくとも1種の化合物を前記石油炭化水素または生物由来の液体燃料に加えるステップを含む、方法であって、
    式中、Phはフェニル基を表し、
    Arは6から20個の炭素原子を有する芳香族環系であり、
    GはO、S、SOまたはSOであり、
    Rは(a)OH、SH、C〜C18のアルコキシおよびシアノの少なくとも1つによって置換されたC〜C18のアルキル、または(b)C〜C18のヘテロアルキルであり、
    mは1または2であり、
    nは1から4の整数である、方法。
  7. ArがC〜C12のヒドロカルビル芳香族環系であり、RがC〜C18のヘテロアルキルである、請求項6に記載の方法。
  8. nが1から3の整数である、請求項7に記載の方法。
  9. Rが硫黄を含有しないC〜Cのヘテロアルキルであり、GがOである、請求項8に記載の方法。
  10. Arがベンゼン環系であり、nが2である、請求項9に記載の方法。
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