Development of catalytic reactions for the utilization of chitin as a renewable carbon and nitrogen resource

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01973
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2022-2023); Hokkaido University (2021)
• Principal Investigator: Kobayashi Hirokazu 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30545968)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福岡 淳 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (80189927) ; 佐川 拓矢 東京理科大学, 工学部工業化学科, 助教 (90829582)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: キチン / 窒素循環 / 触媒 / メカノケミストリー / ポリマー

Outline of Final Research Achievements

Biomass is a renewable carbon resource, and chitin, the second most abundant resource, is also a nitrogen resource because it contains nitrogen atoms in its monomer units. However, chitin is very recalcitrant, and the utilization of chitin has been hampered. This work clarified that an activated carbon with weak acid sites selectively hydrolyzes chitin under mechanochemical conditions, giving chitin oligosaccharides in a high yield. We clarified the mechanism of how mechanical forces accelerates the hydrolysis reaction. In addition, we developed an application of chitin oligosaccharides in agriculture. In the utilization of N-acetylglucosamine, the compound was converted to a potential monomer for producing N-containing polymers by a new reaction mechanism.

Free Research Field

触媒プロセス、資源化学プロセス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

キチンは豊富に存在する一方で、化学資源としての利用はほとんど進んでいない。本研究ではキチンをメカノケミカル反応により選択的にキチンオリゴ糖に変換することに成功し、その植物免疫賦活化能を利用して農業用途の開発にも至った。低農薬かつ高収穫量の農業に貢献できると考えている。また、キチンオリゴ糖をさらに分解して得られるN-アセチルグルコサミンから有用なモノマーを合成するための新反応機構を開発し、反応効率を大幅に高めることができ、また実際にポリマーが得られるところまで示すことができた。キチン誘導体を化学品原料として利用する道筋をつけることができたと考えている。