2020 Fiscal Year Final Research Report
New Frontier in Heterogeneous Catalysis on Forest and Marine Glyco-nanofibers
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18K19233
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | セルロース / キチン・キトサン / ナノファイバー / 有機分子触媒反応 / ピッカリングエマルション / リグニン合成 / 真球微粒子 / グリーンケミストリー |
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| Outline of Final Research Achievements |
A novel concept in organocatalysis using wood-derived cellulose nanofiber (CNF) and crustacean-derived chitin nanofiber (ChNF) has been investigated through focusing on their unique nanoarchitectures. In this project, we successfully achieved the following five issues: (1) highly-efficient acetal hydrolysis on crystalline TEMPO-oxidized CNF with carboxylic acids aligned at the interface, (2) highly-selective Knoevenagel condensation by surface-deacetylated ChNF to eliminate transesterification, (3) asymmetric aldol reaction in combination of prolines and TEMPO-CNF with regulated chiral interfaces, (4) lignification-inspired surface modification of CNF in a Pickering emulsion system, and (5) enzymatic synthesis of spherical microparticles composed of TEMPO-CNF and artificial lignin. Advances in green catalysis and wood-mimetic nanomaterials will open up a new phase in glyconanoarchitectonics, and are expected to unlock the key to the Sustainable Development Goals (SDGs).
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| Free Research Field |
木質科学・多糖ナノマテリアル科学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
持続的発展可能社会において、天然多糖資源に大きな注目が集まっているが、従来型利用では限界があり、新たな機能開拓の機運が高まっている。本研究は、森と海の天然多糖であるセルロースナノファイバーとキチンナノファイバーのナノ界面構造に着目し、触媒反応場として利用することで、新奇な有機分子触媒反応を見出した。さらに、固体界面活性剤としての機能を活かした表面修飾や微粒子合成により、木質模倣真球微粒子の合成にも成功した。近年、マイクロプラスチックによる海洋汚染問題が深刻化しているが、木質成分は太古の昔より深海微生物が分解してきた安心・安全な素材であり、地球環境問題の解決にも資する新材料として期待が持たれる。
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