2004 Fiscal Year Annual Research Report
熱分解制御によるセルロース系バイオマスの低分子有用ケミカルスへの変換
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16580132
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
河本 晴雄 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (80224864)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂 志朗 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (50205697)
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| Keywords | バイオマス / セルロース / 低分子ケミカルス / 熱分解 / 熱分解制御 / 反応機構 / 再生可能資源 / 持続型社会 |
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| Research Abstract |
平成16年度には、下記の2点について主に研究を進めた。
(1)酸性触媒を含むスルホラン(溶媒)中でのセルロースの低分子ケミカルスへの変換
(2)ホウ酸とのセルロースおよびレボグルコサンとの反応
(1)酸性触媒を含むスルホラン(溶媒)中でのセルロースの低分子ケミカルスへの変換
セルロースの熱分解では、まず、トランスグリコシレーションによりモノマーであるレボグルコサンを主要生成物として生成する。また、純粋なセルロースでは、このレボグルコサンの重合反応(多糖との平衡混合物を与える)が、炭化物(固体)と低分子化生成物の選択性を決定する重要な反応であることを我々の研究グループで既に明らかにしている。また、生成するレボグルコサンを溶媒中に溶解・分散化することで、レボグルコサンの重合が抑制され、セルロースは炭化物を生成することなく選択的に低分子化されることも既に明らかにしている。本年度は、新たに、レボグルコサン以降の反応を制御することによる、選択的なセルロースの種々のケミカルスへの変換の可能性について検討した。具体的には、酸性触媒として、ポリリン酸を添加した系で、レボグルコセノン(配糖体合成のシントンとして重要なケミカルス)が最大42%の収率で得られ、また、硫酸添加系では、ポリリン酸添加系とは異なり、フルフラールが最大収率28%で得られることが明らかになった。これらの結果より、触媒を添加したスルホラン中での熱分解は、熱分解反応の目的に応じた制御が可能であり、セルロース系バイオマスを種々の有用低分子ケミカルスへと変換する方法として有用であることが示唆された。
(2)ホウ酸とのセルロースおよびレボグルコサンとの反応
一方、硫酸/スルホランの系にホウ酸を添加することで、熱分解挙動は上記(1)の結果とは大きく異なることが明らかになった。すなわち、低分子ケミカルスを生成することなく、セルロースは選択的に炭化されることがわかった。また、セルロースからの初期熱分解生成物であるレボグルコサンを同様の系で熱分解したところ、ホウ酸の添加は、セルロースとは逆に、レボグルコサン分子の炭化反応を著しく抑制し、比較的低分子で一定分子量の複合体(セルロースからは得られない)を形成することがわかった。これらの結果は、ホウ酸添加系では、セルロースの初期反応自体が変化し、レボグルコサンを経由しない経路で熱分解が進行することを強く示唆する。本結果は、触媒/溶媒の系では、触媒がセルロース自体に及ぼす作用についても重要であることを示す。
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