セルロースの高度配向化と絶対構造の決定に関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04660179
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡野 健 東京大学, 農学部, 教授 (30011927)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉山 淳司 東京大学, 農学部, 助手 (40183842)
• Keywords: セルロース結晶 / 木材セルロース / ラミーセルロース / 結晶弾性率 / 結晶変態 / キチン / ヤムシ / 高度配向

Research Abstract

(1)高等植物のセルロースミクロフィブリル(CMF)はIβが支配的であることが明らかになったが、その断面寸法はIα+Iβの海藻・バクテリア型CMFの1/5〜1/10で、著しく小さい。両者の細胞壁の大きな違いは木化しているか否かである。IβCMFの高度配向化にはCMFの表面性状=高次構造が関与するので、高等植物のなかからラミー繊維(非木化)とスギ(木化)を選び、引張試験を行って、高次構造を比較した。繊維軸方向に負荷し、(004)面回折点の変位置からCMFの分子鎖方向の結晶歪を算出した。他方、木材は歪ゲージで、ラミーは単繊維で繊維歪を測定した。ラミーはアルカリ処理、エチレンジアミン処理によるセルロースII、III変態も調製した。結晶歪に対する繊維歪の割合は木材では略1であったが、ラミーでは1/3〜1/2でしかなく、木化がCMFの表面性状に深く関わっていることが分かり、高度配向化には非木化CMFがよいと判明した。変態によって結晶化度は影響ないが、結晶弾性率が低下し、内部表面積が変化することも明かとなった。
(2)セルロースと同じ分子鎖骨格を持つキチンには2変態があり、マーセル化同様、平行鎖構造(P2_1、βキチン)から逆平行鎖構造(P2_12_12_1、αキチン)に不可逆変態する。ところが、αキチンの電子回折では空間群P2_12_12_1の禁制反射が観測されるので、空間群の是非を検討した。ヤムシの捕獲牙のαキチンをX線回折、電子回折によって詳細に検討した結果、禁制反射は多重回折によるもので、αキチンの空間群はP2_12_12_1である。したがって、変態の不可逆性は分子鎖の極性の変化に基づくものであること、キチン微結晶の生合成システムで逆平行鎖構造の生合成があることが判明し、セルロース結晶の構造を検討する上で、大きな構造ヒントを得ることができた。

Research Products

• [Publications] Wada,M.: "Native cellulose on the basis of two crystalline phase system" J.Applied Polymer Science.49. 1491-1496 (1993)
• [Publications] Wada,M.: "The monoclinic phase is dominant in wood cellulose" Mokuzai Gakkaishi. 40. 50-56 (1994)
• [Publications] Sugiyama,J.: "Morphology and structure of crystalline cellulose" Proceedings of the second TRICEL symposium. 8. 15-23 (1993)