セルロースと有機分子触媒の協奏作用による未来型分子変換の創出

• Project/Area Number: 17J04176
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Wood science
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 鹿又 喬平 九州大学, 農学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 有機分子触媒 / セルロースナノファイバー / ナノセルロース / プロリン / アルドール反応

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究により、プロリンを触媒とするアルドール反応やMichael付加反応について、セルロースナノファイバー（CNF)に反応効率を飛躍的に向上させる効果があることを見出している。しかし、これまでの条件では立体選択性が低く、また再現性に乏しいという問題を抱えていた。前年度の検討では、セルロースナノファイバーをオルガノゲルとすることで、有機溶媒中でも高い分散安定性を保ったまま用いることができ、触媒反応の再現性を改善することに成功した。
本年度は、反応条件をさらに精査することで、90%eeを超える高いエナンチオ選択性を達成することに成功した。これにより、プロリン触媒のみでは収率・立体選択性とも低いアルドール反応に対し、セルロースナノファイバーを添加するだけで高収率・高立体選択的に目的生成物を得る実験条件を確立できた。
また、CNFが固体界面活性剤として作用することを利用し、CNFが形成するエマルション界面でコニフェリルアルコールの脱水素重合を行うことで、効果的なCNFの表面修飾反応を検討した。CNF-DHP複合体をフィルム化して水滴の接触角を測定したところ、DHP修飾によって接触角が優位に増加することが明らかとなり、DHPによるCNFの表面修飾の有効性が示された。また、AFMやSEM-EDX等の各種解析により、Pickeringエマルション系でのDHP重合では、従来のZT法やZL法での重合に比べて、より均一にCNF表面が被覆されていることが示唆された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Lignin-inspired surface modification of nanocellulose by enzyme-catalyzed radical coupling of coniferyl alcohol in Pickering emulsion (2020)
  • Author(s): Kyohei Kanomata, Naoya Fukuda, Takuma Miyata, Pui Ying Lam, Toshiyuki Takano, Yuki Tobimatsu, Takuya Kitaoka
  • Journal Title: ACS Sustainable Chemistry & Engineering Volume: 8 Issue: 2 Pages: 1185-1194
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b06291
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] リグニンの脱重合による高付加価値な芳香族化合物生産の試み (2020)
  • Author(s): 鹿又喬平
  • Journal Title: 有機合成化学協会誌 Volume: 78 Pages: 357-359
  • NAID: 130007829431
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Concerted catalysis by nanocellulose and proline in organocatalytic Michael additions (2019)
  • Author(s): Naliharifetra Jessica Ranaivoarimanana, Kyohei Kanomata, Takuya Kitaoka
  • Journal Title: Molecules Volume: 24 Issue: 7 Pages: 1231-1231
  • DOI: 10.3390/molecules24071231
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Surface-Modified Cellulose Nanofibers-graft-poly(lactic acid)s Made by Ring-Opening Polymerization of l-Lactide (2019)
  • Author(s): Chuensangjun Chaniga, Kanomata Kyohei, Kitaoka Takuya, Chisti Yusuf, Sirisansaneeyakul Sarote
  • Journal Title: Journal of Polymers and the Environment Volume: 27 Issue: 4 Pages: 847-861
  • DOI: 10.1007/s10924-019-01398-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hydrochloric Acid Hydrolysis of Pulps from Oil Palm Empty Fruit Bunches to Produce Cellulose Nanocrystals (2018)
  • Author(s): Hastuti Novitri、Kanomata Kyohei、Kitaoka Takuya
  • Journal Title: Journal of Polymers and the Environment Volume: 26 Issue: 9 Pages: 3698-3709
  • DOI: 10.1007/s10924-018-1248-x
• [Journal Article] Cooperative catalysis of cellulose nanofiber and organocatalyst in direct aldol reactions (2018)
  • Author(s): Kanomata K., Tatebayashi N., Habaki X., Kitaoka T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1038/s41598-018-22350-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interfacial Hydrolysis of Acetals on Protonated TEMPO-oxidized Cellulose Nanofibers (2018)
  • Author(s): Yuya Tamura, Kyohei Kanomata, Takuya Kitaoka
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 5021-5021
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23381-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 天然多糖が可能にする高効率な触媒反応 (2019)
  • Author(s): 鹿又喬平
  • Organizer: 創価大学理工学部 学部講演会
  • Invited
• [Presentation] 結晶性多糖ナノファイバーが拓く触媒反応 (2019)
  • Author(s): 鹿又喬平
  • Organizer: 第3回繊維学会西部支部若手講演会
  • Invited
• [Presentation] Surface-carboxylated nanocellulose as a crystalline polysaccharide catalyst for acetal hydrolysis and acid-base tandem reaction (2019)
  • Author(s): K. Kanomata, Y. Hirayama, Y. Tamura, T. Kitaoka
  • Organizer: ACS National Meeting & Exposition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EMPO-oxidized nanocellulose for heterogeneous catalysis (2019)
  • Author(s): K. Kanomata, Y. Hirayama, Y. Tamura, T. Kitaoka
  • Organizer: International Conference on Nanotechnology for Renewable Materials
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surface-carboxylated nanocellulose as a crystalline polysaccharide catalyst for acetal hydrolysis and acid-base tandem reaction (2019)
  • Author(s): K. Kanomata, Y. Hirayama, Y. Tamura, T. Kitaoka
  • Organizer: ACS National Meeting and Exposition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 樹木ナノセルロースからの高機能酸－塩基固体触媒の創出 (2019)
  • Author(s): 鹿又喬平、田村侑也、北岡卓也
  • Organizer: 第69回日本木材学会大会
• [Presentation] TEMPO酸化ナノセルロース自身が固体酸触媒として働くアセタールの酸加水分解反応 (2017)
  • Author(s): 田村侑也、鹿又喬平、北岡卓也
  • Organizer: セルロース学会第24回年次大会
• [Presentation] ナノセルロース界面を局所的反応場とするコリフェニルアルコールの酵素触媒重合 (2017)
  • Author(s): 宮田拓磨、鹿又喬平、北岡卓也
  • Organizer: セルロース学会第24回年次大会
• [Presentation] Nanocellulose-assisted organocatalytic Michael addition (2017)
  • Author(s): Ranaivoarimanana Jessica Naliharifetra、鹿又喬平、北岡卓也
  • Organizer: セルロース学会第24回年次大会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 固体触媒、縮合反応生成物の製造方法、及びエステル交換反応抑制剤 (2019)
  • Inventor(s): 平山祐作、鹿又喬平、北岡卓也
  • Industrial Property Rights Holder: 平山祐作、鹿又喬平、北岡卓也
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019