2020 Fiscal Year Annual Research Report
Research network among materials science and theoretical chemistry for the development of novel heterogeneous catalysts for biomass valorization
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18KK0135
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中島 清隆 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (90451997)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大友 亮一 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (10776462)
谷口 博基 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80422525)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
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| Keywords | 固体触媒 / バイオマス変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高ガスバリア性ポリエステルの原料となるフランジカルボン酸（FDCA）は，バイオマス由来のグルコースから誘導される5-ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）を逐次的に酸化することによって合成される2官能性の芳香族カルボン酸である．工業的なFDCA生産プロセスを構築するため，固体触媒を利用して高濃度HMF溶液から効率の良い合成法の確立が求められているが，現状の報告例は2 wt%以下の希薄なHMF溶液を利用した低生産性プロセスが大部分である．この要因として，高濃度溶液内でHMFが引き起こす副反応を抑制する手段がないことが要因であった．そこでアセタール化を基盤とした基質の副反応制御技術を導入し，新しいFDCA合成反応を構築した．1,3-プロパンジオールで保護したHMFアセタールとヒドロキシアパタイトに金ナノ粒子を固定した固体触媒（Au/HAP）を利用し，副反応を抑制しつつ高濃度溶液中（10 wt%）でFDCAの前駆体となるホルミルフランカルボン酸（FFCA）のアセタール体を合成した．酸処理によって保護基を脱離させて回収した後，未保護のFFCAの高濃度水溶液（10 wt%）にAu/HAPを加えて酸化することによりFDCAを得た．高濃度アセタール水溶液とセリア担持金触媒を利用したワンポット酸化反応ではFDCAを高収率（90-95%）で得られる反面，保護基の一部が酸化分解してしまう（回収率，80%）．開発した逐次反応系では，FDCA収率はやや劣る（87%）ものの保護材の回収率が91%と大きく向上した．保護材の回収工程およびFFCAの酸化工程は非常に効率的であるため，HMFアセタールの最初の酸化ステップをより高効率化することができれば，高い生産性と保護材の回収率を可能とする洗練された反応系へと発展することができる．
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