2022 Fiscal Year Annual Research Report
木質バイオマスの有効利用を実現させる副次生成リグニン由来ファインケミカルの創成
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21H02252
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
横山 朝哉 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (10359573)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | リグニン / 過酸化水素 / バニリン / アルカリ性 / クラフトリグニン / ソーダリグニン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、木質バイオマスの主要三構成成分のうちの一つであるリグニンの利用において、他の主要成分であるセルロースとヘミセルロースの活用を担保することができない天然リグニンを原料とする方法を開発するのではなく、製紙用パルプ製造過程で得られるクラフトリグニンやソーダリグニン等の副次生成リグニンを原料とすることによって上記の活用を担保し、木質バイオマスの主要三成分のすべてを有効活用することに対して大きく貢献することを、広義の目的としている。
これまでの研究代表者の四半世紀にわたる研究で得た知見によれば、高アルカリ性下での過酸化水素処理において(多くの過酸化水素分子は共役塩基であるヒドロペルオキシドイオンとして存在する)、過酸化水素の自己分解で生成するオキシルアニオンラジカル(ヒドロキシルラジカルの共役塩基)は、非フェノール性部分のリグニンとの反応では、芳香核ではなく脂肪族側鎖を選択的に攻撃するため、リグニンの芳香核構造が変質しない。本研究ではこの知見に基づいて、上記副次生成リグニンの高アルカリ性下における過酸化水素処理によって、ファインケミカルであるバニリン類を製造することを目的としている。
令和４年度は、令和３年度に確立したモデル実験系におけるバニリン類生成に関する最適条件を、実際のクラフトリグニンあるいはソーダリグニン試料を調製し、これらをアルカリ性過酸化水素処理に適用して、バニリン類が高効率で生成するかどうか検討を行った。なお、これらの試料をアルカリ性にトロベンゼン酸化(バニリン類を最大量与える処理)に供した際のバニリン類の収率を可能最大収率と定義し、これに対する相対収率をターゲットとした。
その結果、モデル実験系における最適条件はクラフトリグニンあるいはソーダリグニン処理に対しては最適ではなく、さらに反応条件の調整を行うことによって、相対収率47％を達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記のように、令和４年度終了時の進捗は、クラフトリグニンおよびソーダリグニン試料のアルカリ性過酸化水素処理に対して、令和３年度に確立したモデル実験系における最適条件を適用し、これらの試料における再最適化を行うことであった。この進捗は、令和４年度の交付申請書で記載した進捗予定と同程度であったため、「(2)おおむね順調に進展している。」を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、バニリン類収率の評価法を記載する。アルカリ性ニトロベンゼン酸化は、リグニン系試料からバニリン類を生成させることにおいて最も高効率であり、上記のように、可能最大収率として取り扱うことができる。なお、ニトロベンゼンは毒性を持つため、実際の過程としては使用不可能である。これに基づき本研究では、この可能最大収率に対する相対収率での評価を行っている。
令和４年度における結果に基づき、令和５年度以降は次の検討を行う予定である。
①：クラフトリグニンおよびソーダリグニン試料のアルカリ性過酸化水素処理における相対収率は、令和４年度において47％とすることができた。しかし、さらに向上させることが可能と考えられたため、これを実施する。
②：本研究条件下で過酸化水素の自己分解で生成するオキシルアニオンラジカルは、フェノール性芳香核の場合には芳香核を分解してしまうため、これらの芳香核はバニリン類に変換されない。これが収率が低い原因である可能性を考え、フェノール性水酸基をメチルエーテル化の後、アルカリ性過酸化水素処理を実施し、バニリン類の収率が増加するかどうかについてｍ、検討を行う。
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