Synthesis of aliphatic polycarbonate via copolymerization of 5-membered cyclic ethers with large distortion and carbon dioxide

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15325
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Honda Masayoshi 東京理科大学, 工学部工業化学科, 助教 (70734078)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 二酸化炭素 / 環状エーテル / ポリカーボネート / 固体触媒 / ジオール

Outline of Final Research Achievements

A new heterogeneous catalyst was developed for the synthesis of 1,4-epoxycyclohexane, one of the five membered cyclic ether, from 1,4-cyclohexanediol. Under the optimized reaction conditions, the formation of by-products with low boiling point can be suppressed, where as a result 1,4-epoxycyclohexane can be isolated by a simple distillation. DFT calculation indicated that 1,4-epoxycyclohexane has a relatively large ring strain among the five membered ring cyclic ethers, but not enough to initiate the alternating copolymerization with CO2. Based on these results, the possibility of the alternating copolymerization with CO2 and various epoxides. However, it revealed that it required more energy input for the considered epoxides and it is expected that the development of a new catalyst with high heat resistance.

Free Research Field

触媒化学、高分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ジオールの脱水によって選択的に環状エーテルを合成することは意外と難しいが、本研究で開発した固体触媒は、一段階で合成できるだけでなく、グラムスケールで比較的大量に合成が可能である。この反応系を利用して様々な基質に適用することができれば、高価で手に入りづらかったモノマーが容易に入手できるようになる。また、エポキシドとCO2の共重合を進行させるためには、環状エーテルの環歪みエネルギーが重要な役割を果たしており、十分に大きな環歪みエネルギーを持つ基質を設計する必要があることを明らかにした。本研究手法により、CO2を取り込む新たなポリマーを開発し、低炭素社会の実現に貢献していく。