1.はじめに
チオフェンやフランのような複素環構造をもつ化合物は，様々な地質年代における堆積物，あるいは石油中から検出されている(Chakhmakhchev & Suzuki, 1995; Ramanampisoa & Radke, 1995; Watson et al., 2005など)。とくに２つの芳香環がついたジベンゾチオフェン類やジベンゾフラン類は熟成が進むにつれてその異性体比が変化することから，熟成度の指標として利用されている（Chakhmakhchev et al, 1995, 1997; Santamaria-Orozco et al., 1998; Radke et al., 2000など)。また好気環境におけるバクテリアによる分解ではジベンゾチオフェン,ジベンゾフランそれぞれの特定のアルキル置換体が選択的に分解されやすいことが報告されている（Budzinski et al., 1998)。一方，これら異性体比あるいは存在量が岩相（堆積環境）によって差異があることが知られており(Hughes et al., 1995),熱熟成だけがそれらを支配する要因ではないことも提案されている(Huang & Pearson, 1999)。ジベンゾチオフェンの生成経路はビフェニルへの硫黄の付加反応やチオフェンのアルキル側鎖の環化・芳香化などが提案されているが(Katsumata & Shimoyama, 2001),現段階では解明されていない。有機分子への硫黄の付加反応は，初期続成段階における水柱内あるいは堆積物中での二重結合などの反応性の高い分子構造に対して起こると考えられている（Adam et al., 1998)。一方，有機分子の芳香族化は高温下で起こるため(Fullana & Sidhu、2005)、芳香環構造をもつジペンゾチオフェンは後期続成段階での生成物とも考えられ,.それらは熟成度の高い白亜紀以前の堆積物に一般によく含まれている。また，チオフェン類の硫黄の供給源として硫化水素が考えられるが，それは海水中の溶存酸素によって硫酸イオンに酸化されるために、有機物への硫黄付加反応が進行しない。このことからチオフェン類は海洋中に硫化水素が存在し易い，酸素に乏しい（あるいは無酸素）環境の指標となりうるだろう。ジベンゾフランの起源についてはジベンゾチオフェンよりは特定されており，高等植物の液材（sapwood）に接種している真菌からジペンゾフラン類を同定した報告(Kokubun et al., 1995)や,地衣類がジベンゾフラン構造を持つ代謝産物を持つことから地衣類のバイオマーカーと提案した報告がある（Radke et al., 2000)。また, Fullana & Sidhu (2005)では酸化銅触媒を用いた燃焼実験から，フルオレンやビフェニルなどからジペンゾフランが生成されることを報告している。さらに最近の研究ではジベンソフランをペルム紀-三畳紀（P-T）境界層で熱分解生成物として同定し、それらが陸上土境の多糖類に由来すると報告されている(Sephton et al., 2005)。ガスクロマトグラフ/質量分析におけるジベンゾフラン類のマススペクトルはSephton et al. (1999)でまとめられているが、ジペンゾフランとジペンゾチオフェンは構造が類似しており，その開裂パターンも同様であると考えられる。またMarynowski  et  al. (2002)での報告例のように硫黄と酸素の複素環化合物は検出される保持時間の違いはあるものの、それらの異性体の溶出順序が同様であることから，チオフェンとフランの異性体の同定は両者の比較により容易になる。本論では中期白亜紀の黒色頁岩試料から抽出したジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン,ベンゾナフトチオフェン，ペンゾナフトフランおよびそれらのアルキル置換体のGC/MS分析の結果を報告する。
2.試.料
分析試料はフランス南東部プロバンス地域のSauzeriesに分布する下部白亜系（Aptian）プルーマール層（Marnes Bleues Formation）の露頭から採取した黒色頁岩である（試料No.  Go-002, Go-004)。この黒色真岩層は中期白亜紀の1回目の海洋無酸素事変（Oceanic Anoxic Event; OAE）時に堆積した地層（OAE1a; Goguel）である（Okano et al., 2005)。露頭から採取する際は表面の風化した岩石を除去した。採取した岩石は金属乳鉢内で粉砕し，細粒の粉末にした。
3.分析方法
試料からの抽出および分離方法はSawada  et al. (1996)を一部変更して行った。粉末にした試料2gにメタノール,メタノール/ジクロロメタン（1/1 v/v）の順にそれぞれ20ml加え，15分間の超音波抽出を各2回ずつ行った。抽出物はロータリーエバポレーターで乾固させた後，ヘキサンに溶解させ,シリカゲルカラム(内径6mm,長さ8cm）によって４つのフラクション（F1～F4）に分離した。フラクションは脂肪族炭化水素フラクション(F1；ヘキサン, 7ml),芳香族炭化水素フラクション(F2；ヘキサン/トルエン, 3/1 v/v, 4ml),ケトン・エステルフラクション(F3;ヘキサン/酢酸エチル, 9/1 v/v, 4ml),極性脂質フラクション(F4；酢酸エチル/メタノール, 1/1 v/v, 4ml）であり，本研究で解析した芳香族チオフェンおよび芳香族フランはF2で検出される。測定に使用したガスクロマトグラフ/質量分析計（GC/MS）はHewlett-Packard （HP）社製6890シリーズGCに連結したHP社製四重極質量分析計MSD5973である。キャピラリーカラムはDB-5HT  (Agilent  Technologies社製;内径0.25mm,長さ30m,膜厚0.1μm)を用いた。 GCの注入口温度は320°Cとし，オープン温度は50°Cで4分間保持し，その後4°C/分で320°Cまで昇温した。320°Cに達した後は20分間保持した。キャリアガスは高純度ヘリウムを使用し1.0ml/分の流量に調節した。質量分析計によるイオン化は電子衝撃法（EI）であり、イオン化電圧70 eVで行った。イオン検出はm/z  50～550の範囲で2.94/秒のスキャン間隔で行った。芳香族チオフェンの保持指数(I)は一般に対象化合物とその前後に検出されるPAH指標化合物(ベンゼン,ナフタレン,フェナントレン,クリセン，ピセン）を用いて以下の式で求められる(Mössner et al., 1999, Schade and Anders- son, 2006)。 I=(tRx=tRz)/(tRz+1=tRz)} ×100+100×z tRx；測定対象化合物の保持時間tRz,  tRz+ı；指標化合物の保持時間z,  z+1;指標化合物の芳香環数本研究では検出された指標化合物がフェナントレンとクリセンのみであったため保持指数(I)を以下の式を用いて求めた。 I=(tRx=tR pHE )/(tR cHR =tR pHE ) ×100+300 tR pHE ;フェナントレンの保持時間tRchr；クリセンの保持時間
4.結果と考察
4-1.マススペクトルによる芳香族フラン類およ
び芳香族チオフェン類の同定方香族炭化水素化合物は芳香環が陽電荷を安定させることにより，マススペクトル上で分子イオンが特徴的に強く検出されることが知られており(三田, 2005),ジベンゾチオフェンやジベンゾフランにおいても分子イオンが優位に検出される(Schade & Andersson, 2006, Sephton et al., 1999)。本項ではマススペクトルをもとに行った
* Retention index ; I = (RT(sample)-RT(phenanthrene)l / (RT(crysene)-RT(phenanthrene)l X100+300 ** EXP ; Experimental data in this study *** Identification level : 1 : Interpretation of mass spectral data, 2 : The mass spectrum is identical to that reported in reference, 3 : Identi- fication by authentic standard. Numbers in ( ) indicate the identification level of references. **** Ref[1] ; Mössner et al. (1999), Ref[2] ; Andersson & Schmid (1995), Ref[3] ; Schade & Andersson (2006), Ref[4] ; Sephton et al. (1999), Ref[5] ; Watson et al. (2005).ジペンゾチオフェン,ペンゾナフトチオフェン,ジペングフラン，ベンブナフトフランおよびそれらのアルキル置換体の同定についての説明を行う。同定した化合物をTable. １に示す。また各化合物のクロマトグラム上でのビーク位置をFig.  1に，マススペクトルをFig. ２とFig. ３に示す。
4-1-1. 芳香族フラン
ビークNo.1はm/z  168のフラグメントイオンが基準ビークとして検出され，またmlz 139のフラグメントイオンが弱い強度で検出され, Sephton et al. (1999)で報告されたマススペクトルとの比較からジベングフランと同定した。 m/z  168はジペンゾフラン（C 12 H 3 O）の分子イオンに相当する。 m/z 139はSephton et al. (1999)においてHCOの脱離と記述されているが（反応機構は言及されていない）電子衝撃の際に複素環中でC-O結合が切れ，もう一方の隣接する炭素とともに脱離（芳香環の開裂）が起こり，その反応中に分子内での水蒸転移が起こることによってHCOが脱離する反応機構が推測される。ピークNo.2～4は基準ピークのm/z  182とともにm/z 181, m/z 152, m/z 167のフラグメンFig. 1. 210&226, 218&234 and 232&248 in F2 of black shale of Go-004 in South France. MDBT : methyl- MDBF : methyldibenzofuran, DBT : dibenzothiophene, DBF : dibenzofuran, dibenzothiophene, DMDBF : dimethyldibenzofuran, EDBF : ethyldibenzofuran, DMDBT : dimethyl- dibenzothiophene, EDBT : ethyldibenzothiophene, Cy-ADBF : Cy-alkyldibenzofuran, Cy-ADBT : Cy- alkyldibenzothiophene, BNF : benzonaphthofuran, BNT : benzonaphthothiophene, MBNF : methyl- benzonaphthofuran, MBNT : methylbenzonaphthothiophene mvzトイオンが検出された。基準ピークm/z  182はメチルジベンゾフラン（C 13 H 10 O）の分子イオンに相当し、メチルジペンゾチオフェンの主なフラグメントイオンはm/z  182とm/z  181である(Watson et al., 2005)。m/z  152はHCOの脱離によって生じる[(M-1)-HCO]のフラグメントイオンである。またm/z  167はSephton  et  al. (1999)で報告されたマススペクトル上には表れていないが，メチル基の脱離によって生じる[M-CH3]のフラグメントイオンであると考えられる。ピークNo.5, 6, 7, 8, 10, 11は基準ピークのmlz  196とともにmlz  195,  mlz  181,  mlz 165のフラグメントイオンが検出された。基準ピークのmlz  196はジメチルジペンゾフラン(C 1 H 12 O)およびエチルジペンゾフラン(C 14 H 12 O)の分子イオンに相当する。m/z  181はメチル基の脱離により生じる[M-CH3]のフラグメントイオンである。m/z 165はSephton et al. (1999)で報告されたマススペクトル上には表れていないが，これはメチル基２つの脱離によって生じる[(M-1)-C,H,]のフラグメントイオンとするのが安当である。ピークNo.12, 15, 16は基準ピークがm/z 210であり,その他にm/z 209, m/z 195, m/z 179, m/z  165のフラグメントイオンが検出された。基準ビークのm/z  210はC 3 -アルキルジベンゾフラン（C 15 H 14 O）の分子イオンに相当する。m/z 195はメチル基の脱離で生じる[M-CH,]のフラグメントイオン, m/z 179はメチル基２つの脱難による[(M-1)-C H 6]のフラグメントイオン, m/z  165はメチル基３つの脱離で生じる[M- C3H9]である。ビークNo.24は基準ピークがm/z  218であり, mlz 202, mlz 189のフラグメントイオンが検出される。基準ビークのm/z  218はペンゾナフトフラン（C 16 H 10 O）の分子イオンに相当する。 m/z  202はベンゾナフトフランから酸素が脱離することによって生じる[M-O]のフラグメントイオンであり, m/z 189はジペンゾフランと同様にHCOが脱離することで生じる［M-HCO］のフラグメントイオンである。ビークNo.28,  29は基準ピークがm/z  232であり，m/z 217と弱い強度ではあるがm/z 201のフラグメントイオンが検出された。基準ビークのm/z  232はメチルベンゾナフトフラン（C 17 H 12 O）の分子イオンに相当する。m/z 217はメチル基の脱離によって生じる[M-CH,]のフラグメントイオンであり，m/z 201はメチル基とともに酸素の脱離が起こることによって生じる[M-CH,O]のフラグメントイオンである。ベンゾナフトフラン類はジペンゾフラン類のようなHCOの脱離だけではなく，酸素のみの脱離によるフラグメントイオンが特徴的に検出された。
4-1-2.  芳香族チオフェン
ピークNo.9はm/z  184のフラグメントイオンが基準ピークとして検出され，これはジベンプチオフェン（C 12 H 8 S）の分子イオンに相当する。また，m/z  139のフラグメントイオンが弱い強度で検出された。m/z  139はジベンゾフランにおけるHCOの脱離と同様の反応機構によって生じる[M-HCS]のフラグメントイオンである。ピークNo.13, 14, 17は基準ピークがm/z 198であり, m/z 197, m/z 183, m/z 152のフラゲメントイオンが検出された。基準ピークのm/z 198はメチルジベンゾチオフェン（C 13 H 10 S）の分子イオンであり，メチルジベンゾフランと同様に[M-1]のm/z 197のフラグメントイオンが出て〈る。m/z  183はメチル基の脱産によって生じる[M-CH3]のフラグメントイオン, m/z 152はHCS脱離によって生じる[(M-1)-HCS]のフラグメントイオンである。ピークNo.18～23は基準ピークがm/z  212であり, m/z 197のフラグメントイオンとm/z 182の弱い強度のフラグメントイオンが検出された。基準ビークm/z  212はジメチルジペンゾチオフェン（C 14 H 12 S）あるいはエチルジペンゾチオフェン（C 14 H 12 S）の分子イオンである。m/z  197はメチル基の脱離による[M-CH,]のフラグメントイオンであり，m/z  182は2つのメチル基の脱離によって生じる[M-C,H,]のフラグメントイオンである。ビークNo.25～27は基準ピークがm/z  226であり, m/z 211, m/z 181のフラグメントイオンがみられる。基準ビークm/z  226はC3-アルキルジペンゾチオフェン（C 1sH 14 S）の分子イオンである。m/z  211はメチル基の脱離による[M-CH3]のフラグメントイオンであり，m/z  181は３つのメチル基の脱離によって生じる[M-C3H5],あるいはHCSの脱離によって生じる［M-HCS］のフラグメントイオンである。ビークNo.30は基準ピークがmlz 234であり,弱い強度でm/z  202,  m/z  189が検出される。基準ピークmlz  234はベンゾナフトチオフェン(C 16 H 10 S)の分子イオンである。m/z 202は硫黄の脱離によって生じると[M-S]のフラグメントイオンであり,  m/z  189はHCSの脱離によって生じる[M-HCS]のフラグメントイオンである。ピークNo.31 ～ 34は基準ピークがmlz  248であり，弱い強度でmlz 233, mlz 216, mlz 203のフラグメントイオンが検出される。基準ピークのm/z  248はメチルペンゾナフトチオフェン(C v H v S)の分子イオンに相当する。m/z 233はメチル港の脱離による[M-CH3]のフラグメントイオン, m/z 216は硫黄の脱離による[M-S]のフラグメントイオン, m/z 203はHCSの脱離による[M-HCS]のフラグメントイオンである。ベンゾナフトフラン類と同様にベンゾナフトチオフェン類においてもジペンゾチオフェン類では表れなかった硫黄のみの脱産によるフラグメントイオンが特徴的にみられた。
4-2.  芳香族フラン類および芳香族チオフェン類
の異性体の同定
4-2-1. 芳香族フランの異性体の同定
芳香族フラン類に関する保持指数の情報は無いが、Watson et al. (2005)においてメチルジベンゾフランの異性体が4-,  2-および3-,  1-メチルの溶出順序で検出されることが報告されている。分析条件によって2-メチルジベンソフランと3-メチルジベンゾフランのピークが分離して溶出する場合があるが、本研究の分析条件では分離されなかった。よって本研究でメチルジペンゾフランと同定したビークを4-メチルジベンゾフラン(No.2), 2-および3-メチルジペンゾフラン(No.3), 1-メチルジベンゾフラン（No.4）と同定した。 Radke  et  al.  (2000)やMarynowski  et  al. (2002)よりジペンゾフランとジペンゾチオフェンのモノメチルおよびフェニル異性体の溶出順序が同じであることから，ジメチルジベンゾフラン・エチルジベンソフランの異性体の溶出順序もジメチルジベンゾチオフェン・エチルジベンゾチオフェンと同様であると推測されることからジペンゾチオフェンとジペンゾフラン，メチルジペンゾチオフェンとメチルジベンゾフランの保持指数の関係性とDepauw  &  Froment  (1997)で報告されたジメチルジペンソチオフェン・エチルジペンゾチオフェンの溶出順序を参考にしてジメチルジベンゾフラン・エチルジベンゾフランの各異性体を4-エチルジベンソフラン(No.5), 4.6-ジメチルジベンゾフラン(No.6), 2,4-ジメチルジベングフラン(No.7), 3,6-ジメチルジペングフラン(No.8), 2,7-ジメチルジペンゾフラン(No.10), 1.4-および1.6-ジメチルジペンゾフラン(No.11)と決定した。 C 3アルキルジペンゾフラン,ベンゾナフトフラン,メチルベンゾナフトフランの異性体については標準物質を使用しておらず，保持指数の文献との比較からの同定が困難なことから異性体の同定は行わなかった。
4-2-2. 芳香族チオフェンの異性体の同定
芳香族チオフェンの保持指数はMössner et al. (1999)やAndersson  &  Schmid  (1995)などで報告されているが，分析条件の違いから保持指数に差異がある。本論では文献との相対的な保持指数の関係を用いて異性体の同定を行った。 Depauw & Froment (1997)よりメチルジペンゾチオフェンの異性体の溶出順序が4-, 2-および3-,  1-であることから，本研究でメチルジベンゾチオフェンと同定された３つのピークをそれぞれ4-メチルジペンゾチオフェン(No.13), 2-および3-メチルジペンゾチオフェン(No.14), 1-メチルジベンゾチオフェン(No.17)と決定した。ジメチルジベンソチオフェンの各ピークの同定を行うために4,6-ジメチルジベンゾチオフェンの標準物質（Acros  Organics社製，純度95%）を用いた。標準物質混入前と後のピークの高さの変化からNo.19を4,6-ジメチルジベンゾチオフェンであると決定し（Fig. 4), Depauw & Froment (1997)におけるエチルジペンゾチオフェン・ジメチルジベンゾチオフェンの溶出順序および保持指数（Mössner et al.,1999,Andersson &  Schmid,1995）から各異性体をそれぞれ4-エチルジペンゾチオフェン(No.18), 2,4-ジメチルジベンゾチオフェン(No.20), 3,6-ジメチルジベンゾチオフェン(No.21), 2,7-ジメチルジベンソチオフェン（No.22), 1,4-および1,6-ジメチルジペンゾチオフェン(No.23)と決定した。ベンゾナフトチオフェンの構造は文献の保持指数との比較によってNo.30のピークをベンゾ[b]ナフト[2,3-d]チオフェンと決定した。 C 3 -アルキルジベンゾチオフェンとメチルベンゾナフトチオフェンについては標準物質を用いておらず、異性体を保持指数の比較のみで決定することが困難なため同定しなかった。
菌
辞
フランス南東部の白亜系調査・堆積岩採取において，北海道大学大学院理学研究院の岡田尚武教授，西弘嗣助教授，高鳩礼詩博士にお世話になった。北海道大学大学院理学研究院の鈴木徳行教授にはGC/MS分析でお世話になった。海洋研究開発機構の力石嘉人博士および匿名の査読者には本論文の査読を通して貴重なご助言を頂いた。記して感謝いたします。本研究の一部は文部科学省21世紀COEプログラム（北大　新・自然史科学創成：自然界における多様性の起源と進化，プログラムリーダー 岡田尚武）の助成による。