作為燃料或潤滑劑添加劑的季銨化合物的制作方法
【專利說明】作為燃料或潤滑劑添加劑的季銨化合物
[0001] 本發(fā)明涉及新型季銨化合物，涉及包含此類化合物的組合物并涉及與其相關(guān)的方 法和用途。
[0002] 具體地本發(fā)明涉及季銨化合物作為燃料或潤滑劑添加劑的用途，尤其是作為燃料 添加劑和優(yōu)選作為柴油燃料添加的用途。
[0003] 在潤滑油和燃料油組合物中通常包含含氮清凈劑(detergent)化合物以改進(jìn)使用 此類組合物的發(fā)動機(jī)的性能。包含清凈劑添加劑阻止了發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件的結(jié)垢。沒有此類 添加劑，結(jié)垢將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的性能降低并最終停止。
[0004] 許多不同類型的季銨鹽在本領(lǐng)域已知用作燃料和潤滑油組合物中的清凈劑添加 劑。此類化合物的實(shí)例描述于US4171959和US7951211中。季銨添加劑的一種常用類別通過 叔胺與環(huán)氧化物和酸的反應(yīng)來制備?？梢允褂酶鞣N酸，但通常這些為小的酸分子，例如乙 酸，且季銨陽離子的反離子不被認(rèn)為是具有重要性。
[0005] 清凈劑添加劑化合物通常包含極性基團(tuán)和疏水基團(tuán)。所述疏水基團(tuán)通常為長鏈烴 基部分(moiety)?，F(xiàn)有的季銨鹽清凈劑添加劑的常見特征為疏水基團(tuán)包含在化合物的陽離 子部分中。本發(fā)明人已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)在陰離子中包含疏水部分的季銨鹽能夠作為清凈 劑提供良好性能，即使當(dāng)使用較低分子量的陽離子時。此外，本發(fā)明人已經(jīng)注意到使用二酸 物質(zhì)作為陰離子是特別有益的。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供季銨化合物，其為以下物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物： (a) 分子量小于1000的叔胺； (b) 酸活化的烷基化劑;和 (c) 包含任選取代的烴基部分的二酸，所述烴基部分具有至少5個碳原子。
[0007] 用于制備本發(fā)明的季銨鹽的組分(a)是分子量小于1000的叔胺?？梢允褂萌魏魏?適的叔胺。
[0008] 本發(fā)明的叔胺化合物優(yōu)選不包含任何伯胺或仲胺基團(tuán)。在一些實(shí)施方案中，它們 可衍生自包含這些基團(tuán)的化合物，但優(yōu)選這些基團(tuán)隨后已經(jīng)反應(yīng)以形成另外的叔胺物質(zhì)。 用作組分(a)的叔胺化合物可含有多于一個的叔胺基團(tuán)。然而，包含伯胺或仲胺基團(tuán)的叔胺 化合物在本發(fā)明的范圍內(nèi)，條件是這些基團(tuán)不阻止叔胺物質(zhì)的季銨化。
[0009] 本發(fā)明人已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)季銨鹽提供良好的清凈性，即使當(dāng)其衍生自的胺具 有比現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的化合物低得多的分子量。合適地組分(a)的叔胺的分子量小于 900，優(yōu)選小于800，更優(yōu)選小于700，優(yōu)選小于600，更優(yōu)選小于500，例如小于400或小于300。 在一些實(shí)施方案中，組分(a)的叔胺的分子量小于250或小于200。
[0010] 在本文中使用的叔胺是式R1!?2!?%的化合物，其中R\R2和R 3中的每個獨(dú)立地為任 選取代的烷基、烯基或芳基。
[0011] 在本說明書中，除非另外說明，對任選取代的烷基的提及可包括芳基取代的烷基， 且對任選取代的芳基的提及可包括烷基取代的或烯基取代的芳基。
[0012] R\R2和R3可為相同或不同的。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中R1和R 2相同，且R3是不同 的。
[0013] 優(yōu)選地，R1和R2中的每個獨(dú)立地為任選取代的烷基、烯基或芳基，其具有1至50個碳 原子，優(yōu)選1至40個碳原子，更優(yōu)選1至30個碳原子，合適地為1至20個碳原子，優(yōu)選1至12個 碳原子。
[0014] R1和R2中的每個可任選地被一個或多個選自鹵素(尤其是氯和氟）、羥基、烷氧基、 酬基、醜基、氛基、疏基、烷基疏基、^烷基氣基、硝基、亞硝基和硫氧基(sulphoxy)的基團(tuán)取 代。這些取代基的烷基可被進(jìn)一步取代。
[0015] 優(yōu)選地，R1和R2中的每個獨(dú)立地為任選取代的烷基或烯基。優(yōu)選地，R 1和R2中的每 個獨(dú)立地為任選取代的烷基。優(yōu)選地，R1和R2中的每個獨(dú)立地為任選取代的烷基或烯基，其 具有1至50個碳原子，優(yōu)選1至40個碳原子，更優(yōu)選1至30個碳原子，合適地為1至20個碳原 子，優(yōu)選1至12個碳原子，更優(yōu)選1至10個碳原子，合適地為1至8個碳原子，例如1至6個碳原 子。
[0016] 在一些實(shí)施方案中，R1是任選取代的烷基或烯基，其優(yōu)選具有1至10個、優(yōu)選1至4 個碳原子。優(yōu)選R1是烷基。其可為取代的烷基，例如為羥基取代的烷基。合適地R1是未取代的 烷基或羥基取代的烷基。優(yōu)選R 1是未取代的烷基。烷基鏈可為直鏈或支鏈的。優(yōu)選R1選自甲 基、乙基、丙基、丁基、羥甲基、羥乙基、羥丙基和羥丁基，包括其異構(gòu)體。更優(yōu)選R 1選自甲基、 乙基、丙基和丁基，包括其異構(gòu)體。最優(yōu)選R1是甲基。
[0017] 在一些實(shí)施方案中，R2是任選取代的烷基或烯基，其優(yōu)選具有1至10個、優(yōu)選1至4 個碳原子。優(yōu)選R2是烷基。其可為取代的烷基，例如為羥基取代的烷基。合適地R2是未取代的 烷基或羥基取代的烷基。優(yōu)選R 2是未取代的烷基。烷基鏈可為直鏈或支鏈的。優(yōu)選R2選自甲 基、乙基、丙基、丁基、羥甲基、羥乙基、羥丙基和羥丁基，包括其異構(gòu)體。更優(yōu)選R 2選自甲基、 乙基、丙基和丁基，包括其異構(gòu)體。最優(yōu)選R2是甲基。
[0018] 在一些實(shí)施方案中，R3是任選取代的烷基或烯基，其具有1至50個碳原子，優(yōu)選1至 40個碳原子，更優(yōu)選1至30個碳原子，合適地為1至20個碳原子，優(yōu)選1至12個碳原子，更優(yōu)選 1至10個碳原子，合適地為1至8個碳原子，例如1至6個碳原子。合適的取代基包括鹵素(尤其 是氣和氣）、羥基、烷氧基、酬基、醜基、氛基、疏基、烷基疏基、氣基、烷基氣基、硝基、亞硝基、 硫氧基、酰胺基、烷基酰胺基(alkyamido)、酰亞胺基、烷基酰亞胺基。這些取代基的烷基可 被進(jìn)一步取代。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，R3是任選取代的烷基或烯基，其優(yōu)選具有1至10個、優(yōu)選1至4 個碳原子。合適地R3是任選取代的烷基。優(yōu)選R3是取代的烷基。優(yōu)選的取代基包括烷氧基和 羥基。優(yōu)選地R 3選自甲基、乙基、丙基、丁基、羥甲基、羥乙基、羥丙基和羥丁基，包括其異構(gòu) 體。
[0020] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，R3是羥基取代的烷基。烷基鏈可為直鏈或支鏈的。優(yōu)選 R3選自羥甲基、羥乙基、羥丙基和羥丁基，包括其異構(gòu)體。最優(yōu)選R 3是羥乙基。
[0021] 優(yōu)選組分(a)是式R1!?2!?%的烷基氨基和/或羥烷基氨基化合物，其中R\R2和R 3中 的每個是烷基或羥烷基。R1、!?2和R3中的每個可為相同或不同的。合適地R 1、!?2和R3中的每 個獨(dú)立地選自烷基或羥烷基，其具有1至10個、優(yōu)選1至6個碳原子，例如1至4個碳原子。R\R 2 和R3中的每個可獨(dú)立地選自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、羥甲基、羥乙基、羥丙基、羥 丁基、羥戊基和羥己基。組分(a)可為三烷基胺、二烷基羥烷基胺、二羥烷基烷基胺或三羥烷 基胺。存在許多這種類型的不同化合物且這些將是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0022]用作組分(a)的一些優(yōu)選的化合物包括:三甲胺，N，N-二甲基乙胺，N，N-二甲基 丙胺，N, N-二甲基丁胺，二乙胺，N, N-二乙基甲胺，N, N-二乙基丙胺，N, N-二乙基丁胺， 二丙胺，N, N-二丙基甲胺，N, N-二丙基乙胺，N, N-二丙基丁胺，二丁胺，N, N-二丁基甲 胺，N，N-二丁基乙胺，N，N-二丁基丙胺，N，N-二甲基甲醇胺，甲基二甲醇胺，N，N-二甲 基乙醇胺，甲基二乙醇胺，N，N-二甲基丙醇胺，甲基二丙醇胺，N，N-二甲基丁醇胺，甲基二 丁醇胺，N，N-二乙基甲醇胺，乙基二甲醇胺，N，N-二乙基乙醇胺，乙基二乙醇胺，N，N-二 乙基丙醇胺，乙基二丙醇胺，N，N-二乙基丁醇胺，乙基二丁醇胺，N，N-二丙基甲醇胺，丙基 二甲醇胺，N，N-二丙基乙醇胺，丙基二乙醇胺，N，N-二丙基丙醇胺，丙基二丙醇胺，N，N-二丙基丁醇胺，丙基二丁醇胺，N，N-二丁基甲醇胺，丁基二甲醇胺，N，N-二丁基乙醇胺， 丁基二乙醇胺，N，N-二丁基丙醇胺，丁基二丙醇胺，N，N-二丁基丁醇胺，丁基二丁醇胺， 三甲醇胺，三乙醇胺，三丙醇胺，以及三丁醇胺。
[0023]用作組分(a)的尤其優(yōu)選的叔胺化合物包括N，N_二甲基乙醇胺和N，N_二甲基丁 胺。
[0024] 本發(fā)明可合適地提供季銨化合物，其為以下物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物： (a) 式的叔胺，其中R1、R2和R3中的每個獨(dú)立地選自烷基或羥烷基，其具有1至10 個碳原子； (b) 酸活化的烷基化劑;和 (c) 包含任選取代的烴基部分的二酸，所述烴基部分具有至少5個碳原子，優(yōu)選具有至 少6個碳原子。
[0025] 用于制備本發(fā)明的季銨化合物的組分(b)是酸活化的烷基化劑。優(yōu)選的酸活化的 烷基化劑是環(huán)氧化合物。
[0026] 可以使用任何合適的環(huán)氧化合物。合適的環(huán)氧化合物是下式的那些：
其中護(hù)、妒、1?6、礦中的每個獨(dú)立地選自氫或任選取代的烷基、烯基或芳基。
[0027 ] R4、R5、R6和R7中的至少一個是氫。優(yōu)選R 4、R5、R6和R7中的至少兩個是氫。最優(yōu)選R4、 R5、R6和R7中的三個是氫。R4、R 5、R6和R7可全部是氫。
[0028] 在上面的結(jié)構(gòu)中，對R4和R5所作出的定義是可互換的，且因此當(dāng)這些基團(tuán)是不同 的時，對映異構(gòu)體或非對映異構(gòu)體可用作組分(b)。
[0029] 在上面的結(jié)構(gòu)中，對R6和R7所作出的定義是可互換的，且因此當(dāng)這些基團(tuán)是不同 的時，對映異構(gòu)體或非對映異構(gòu)體可用作組分(b)。
[0030] 優(yōu)選R4是氫或任選取代的烷基、烯基或芳基，其優(yōu)選具有1至10個、優(yōu)選1至4個碳 原子。優(yōu)選R4是氫或烷基。最優(yōu)選R4是氫。
[0031] 優(yōu)選R5是氫或任選取代的烷基、烯基或芳基，其優(yōu)選具有1至10個碳原子。
[0032] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，R5是任選取代的芳基。例如R5可為苯基。
[0033] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，R5是任選取代的烷基或烯基。合適地R5是烷基，例如為 未取代的烷基。R 5可為烷基，其具有1至12個、例如1至8個或1至4個碳原子。
[0034] 優(yōu)選R5是氫或烷基。最優(yōu)選R5是氫。
[0035] 優(yōu)選R6是氫或任選取代的烷基、烯基或芳基。優(yōu)選其具有1至10個、優(yōu)選1至4個碳 原子。優(yōu)選R6是氫或烷基。最優(yōu)選R 6是氫。
[0036] 優(yōu)選R7是氫或任選取代的烷基、烯基或芳基。
[0037] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，R7是任選取代的芳基。例如R7可為苯基。
[0038] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，R7是任選取代的烷基或烯基。R7可為烷基，例如為未取 代的烷基。R 7可為烷基，其具有1至50個碳原子，優(yōu)選1至30個碳原子，合適地為1至20個碳原 子，優(yōu)選1至12個碳原子，例如1至8個或1至4個碳原子。
[0039]在一些實(shí)施方案中，R7是氫。
[0040] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，R7是部分CH20R8或CH20C0R 9,其中R8和R9中的每個可為 任選取代的烷基、烯基或芳基。
[0041] R8優(yōu)選是任選取代的烷基或芳基，其優(yōu)選具有1至30個碳原子，優(yōu)選1至20個碳原 子，合適地為1至12個碳原子。當(dāng)R8是烷基時，其可為直鏈或支鏈的。在一些實(shí)施方案中，其 為支鏈的。R 8可為任選取代的苯基。
[0042]在一個實(shí)施方案中，R8是2-甲基苯基。在另一個實(shí)施方案中，R8是CH2C(CH 2CH3) CH2CH2CH2CH30
[0043] R9可為任選取代的烷基、烯基或芳基。
[0044] R9優(yōu)選為任選取代的烷基或芳基，其優(yōu)選具有1至30個碳原子，優(yōu)選1至20個碳原 子，合適地為1至12個碳原子。當(dāng)R 9是烷基時，其可為直鏈或支鏈的。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案 中，其為支鏈的。R9可為任選取代的苯基。
[0045] 在一個實(shí)施方案中，R9是C(CH3)R2,其中每個R是烷基。
[0046] 組分(b)優(yōu)選為環(huán)氧化物。因此本發(fā)明提供季銨化合物，其為以下物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn) 物： (a) 分子量小于1000的叔胺； (b) 環(huán)氧化物;和 (c) 包含任選取代的烷基或烯基部分的二酸，所述烷基或烯基部分具有至少5個碳原 子，優(yōu)選至少6個碳原子。
[0047]用作組分(b)的優(yōu)選的環(huán)氧化合物包括氧化苯乙烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁 烷、環(huán)氧己烷、環(huán)氧辛烷、氧化芪和具有2至50個碳原子的其它烷基和烯基環(huán)氧化物。
[0048] 其它合適的環(huán)氧化合物包括縮水甘油醚和縮水甘油酯，例如縮水甘油基2-甲基苯 基醚和有支鏈的烷烴羧酸(versatic acid)的縮水甘油酯。
[0049] 用于制備本發(fā)明的季銨鹽的組分(c)是包含任選取代的烴基部分的二酸，所述烴 基部分具有至少5個碳原子，優(yōu)選具有至少6個碳原子。
[0050] 如在本文中使用的，術(shù)語"經(jīng)基"取代基、部分或基團(tuán)以其普通含義使用，其為本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的。具體地，其指具有直接連接至分子剩余部分的碳原子且具有主要烴特 征的基團(tuán)。烴基的實(shí)例的包括： (i)烴基團(tuán)，即脂族(其可為飽和或不