2014 Fiscal Year Research-status Report
水素結合形成の異なるセルロース誘導体を用いた非結晶領域の分子凝集状態の解明
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25450252
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Research Institution | Forestry and Forest Products Research Institute |
Principal Investigator |
菱川 裕香子 独立行政法人森林総合研究所, バイオマス化学研究領域, 主任研究員 (80343797)
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Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | セルロース / 非結晶領域 / 分子凝集状態 / 気相重水素化 / 赤外分光法 |
Outline of Annual Research Achievements |
セルロースの構造は、結晶領域と非結晶領域に大別される。セルロース材料の物性は、非結晶領域中での分子凝集状態に起因する水素結合の影響を受けやすい。従って、セルロースからの新規材料創製、あるいは、既存材料の機能向上を図るにあたっては、セルロース分子が有する水酸基による分子間、分子内水素結合形成が非結晶領域の分子凝集状態に与える影響を詳細に把握する必要がある。しかし、純粋なセルロースでは、分子間、分子内水素結合が複雑に形成され、詳細に検討することができない。そこで、本課題では、水素結合形成が制御された2種類の位置選択的置換メチルセルロースを用いて、水素結合形成が異なる非結晶領域中での重水分子の拡散、即ち、重水素置換される水酸基のアクセシビリティから、非結晶領域の情報を得ることを目的としている。 当年度は、位置選択的置換2,3-ジ-O-メチルセルロース(23MC)から結晶性フィルムを調製した後、このフィルムに、研究代表者が考案した気相重水素化二次元赤外法を適用し、水酸基に由来するバンドの減少に基づいて解析を行った。その結果、4つの反応速度が得られたことから、少なくとも4種類の分子凝集状態の異なるドメインが、フィルムの非結晶領域中に存在することが示唆された。前年度に得られた非結晶性フィルムの場合と比較すると、相対結晶化度が変化すると非結晶領域中の分子凝集状態も変化することが明らかとなった。次に、各ドメイン中にて重水素化された水素結合の波数の検出を試みたところ、3446cm-1、3347cm-1、3181cm-1が検出された。23MCは、未置換のC6位の水酸基とC2位の酸素の間に分子内水素結合を1本形成することから、3446cm-1の水素結合は、上記の分子内水素結合に由来すると推察された。
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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
水素結合形成が制御された位置選択的置換2,3-ジ-O-メチルセルロース(23MC)を用いて結晶性フィルムを調製し、このフィルムに、研究代表者が考案した「気相重水素化二次元赤外法」を適用した。その結果、フィルム中の非結晶領域には少なくとも4種類の分子凝集状態の異なるドメインが存在することが判明したことから、非結晶領域におけるセルロース分子は、従来言われていることとは異なり、ランダムには存在していないことが示唆された。さらに、前年度に得られた結果では、23MCから調製された非結晶性フィルムの場合は、少なくとも3種類の分子凝集状態の異なるドメインの存在が示唆されたことから、今年度調製した結晶性23MCフィルムの場合、フィルムに含まれる結晶領域により、非結晶領域中の分子凝集状態が非結晶性フィルムとは異なることが明らかになった。また、赤外スペクトル上での非結晶領域における分子内水素結合の帰属の可能性をも示すことができた。このように、セルロースからの新規材料創製、あるいは、既存材料の機能向上に向けて、水素結合形成が制御された位置選択的置換メチルセルロースを用いて非結晶領域の情報を得る、という本課題の目標は順調に達成されている。
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Strategy for Future Research Activity |
最終年度である今年度では、以下の実験、解析を通して、セルロース分子の水酸基が分子の凝集に与える影響を解明する予定である。まず、23MCとは異なる水素結合形成をする、位置選択的置換メチルセルロース:6-O-メチルセルロース(6MC)を調製する。次に、6MCからフィルムを調製した後、このフィルムに気相重水素化二次元赤外法を適用し、水酸基に由来するバンドの減少に基づき、下記項目を明らかにする、(1)非結晶領域中での分子凝集状態、(2)赤外スペクトル上における、ドメイン中の水素結合。
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Research Products
(1 results)