2020 Fiscal Year Annual Research Report
Woody-Biomass Utilization Process Using Multi-tasking Ionic Liquids as Solvents
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18K04827
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
柿部 剛史 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (00633728)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | イオン液体 / セルロース / バイオマス / 置換基修飾反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではセルロース系バイオマスの高度利用を目指し，セルロース溶媒としてのイオンと，官能基修飾反応触媒としてのイオンという役割の異なるイオンからなる多成分イオン液体を構築・組成調整し，温和な条件下でセルロース誘導体を合成した．
セルロース溶媒として高いセルロース溶解性を示す亜リン酸アニオンを有するイオン液体に，同一カチオンで酢酸アニオンを有するイオン液体を混合した多アニオンの混合イオン液体を調製し，セルロース溶解量の変化を調査した．それぞれ単独アニオンからなるイオン液体のセルロース溶解性は水素結合受容性(β値)と正の相関を示した．混合系のβ値はアニオン組成比に対して直線的に変化した一方で，そのセルロース溶解性は特定の混合組成で極大値を示した．NMR測定から2種類のアニオン間で強い水素結合を形成していることが示され，水素結合により複合化したアニオンが協奏的にセルロースに配位したことで溶解性が向上したと考えられる．一方で，β値と異なり，組成比間での水素結合供与性(α値)はセルロース溶解量と正の相関を示した．NMR測定からも複合化したアニオン群がカチオンと水素結合の形成が示唆され，単独カチオン，およびアニオンからなるイオン液体とは異なるセルロース溶解挙動を示すことが明らかとなった．
複数のイオンからなる混合イオン液体とすることで新たなセルロース溶解挙動を見いだし，役割の異なるイオン構造を最適な組合せ・イオン組成比で混合する上で重要な知見を得ることができた．イオン間の相互作用(水素結合の形成)により協奏的に水素結合を形成することが示され，セルロース溶媒として眺めると溶解量を向上できたものの，反応溶媒としては誘導体合成の反応性を低下させることが示唆された．イオン同士の相互作用を制御した組合わせを設計するための構造設計指針を得ることができた．
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