Synthesis of functional bio-based polymer using furfural-derived multifunctional monomer

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15320
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 筒場 豊和 群馬大学, 大学院理工学府, 特任助教 (70807396)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 多官能性モノマー / バイオベースポリマー / 高分子反応 / フルフラール

Outline of Annual Research Achievements

石油化学製品による環境破壊や石油資源の枯渇など、高分子材料が関係する分野で多くの問題が提起され、その代替材料として、再生可能な植物由来資源であるバイオマスからなるバイオベースポリマーが注目を集めている。しかしながら、バイオベース化合物の構造は石油資源由来のものと比べてその種類が絶対的に少ないため、従来の合成ポリマーのような構造の多様性を持たせるのは困難であった。こうした課題に対し、一つのモノマーから数種の重合反応が可能な多官能性モノマーの利用は画期的な解決手段である。
そこで本研究課題では非可食性バイオマス由来であるフルフラールを原料として用い、2種類の重合が可能な新規多官能性モノマーの開発と、これを用いた機能性バイオベースポリマーの合成を考案した。この多官能性モノマーはビニル基と六環ラクトンが一分子内に集約された構造を有しており、ビニル重合と開環重合により全く異なる性質のビニルポリマーとポリエステルをそれぞれ合成することができる。またここで得られるポリマーは、高分子反応により異なる構造・機能を付与することができ、一つのバイオベースポリマーによる用途に応じた様々な性質の高分子材料の創製が期待できる。
本年度は、前年度に引き続き、多官能性モノマーのラジカル重合、及びアニオン開環重合と他モノマーとの共重合を試みた。また多官能性モノマーの官能基変換として、ビニル基の還元や、種々の官能基の導入を検討した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は以下の理由により研究が概ね順調に進行していると判断している。
①多官能性モノマーのラジカル重合及びアニオン開環重合、他モノマーとの共重合を実施し、各重におけるその低い反応性を明らかにしたこと。
②多官能性モノマーの接触還元等の反応で重合を妨げるビニル基の除去と、2級水酸基への種々の官能基の導入に成功したこと。

Strategy for Future Research Activity

次年度は多官能性モノマーを用いた新規高分子の創出と高分子反応を達成するため、以下の検討を実施する。
①多官能性モノマーを重合可能な重合法の探索。重合法を問わず高分子量のポリマーが得られる条件を探す。
②多官能性モノマーの官能基変換。多官能性モノマーを重合可能な構造に変換し、さらに高分子反応が可能な官能基を導入する。
これらの方策によりポリマーが得られた場合は、計画に示した高分子反応を実施する。

Causes of Carryover

コロナ禍に伴う業務の時間制限のため、科研費の研究の時間を予定通り確保することができなかった。実験に大きな遅れは無いが、モノマーの反応性や構造変換に注力したことで、当初予定していた高分子反応まで研究が及ばなかった。このため次年度使用額が生じた。次年度で重合のための高活性な触媒の購入と合成、高分子反応に注力し、そのための試薬に経費を使用する予定である。