| 研究課題/領域番号 |
21H01708
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
福岡 淳 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (80189927)
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| 研究分担者 |
小林 広和 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (30545968)
宋 志毅 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (80600981)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | セルロース / 固体触媒 / 結晶 / バイオマス / 加水分解 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球上で最も豊富に存在するバイオマスであるセルロースを再生可能資源として利用するために、天然の結晶セルロースをそのまま加水分解できる固体触媒を創生する。これまでに報告されている固体触媒はいずれも結晶セルロースを加水分解できないが、酵素には分解できるものが存在している。これは、従来の固体触媒設計では見落とされてきた因子が存在することを意味しており、これを明らかにする。本研究で行う新規固体触媒設計により、結晶セルロースの加水分解を実現するとともに、その欠けた因子を解明して新たな固体触媒の創出を可能とする。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、結晶セルロースを加水分解できる固体触媒を開発し、加水分解反応機構を明らかにすることである。これにより、オリゴ糖やグルコースを効率的かつ経済的に合成できるようになれば、再生可能なセルロースを原料とした化学品の合成が可能となる。R5年度は前年度に引き続きボトムアップアプローチで触媒設計を行い、ピレンとフタル酸部位をもつ４種の化合物を合成し、IRやNMRによる構造解析を進めた：3-(pyren-1-yl)phthalic acid (3-PPA)、4-(pyren-1-yl)phthalic acid (4-PPA)、(E)-4-(2-(pyren-1-yl)vinyl)phthalic acid (4-vinyl-PPA)およびperylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid (PTA)。次に、これらを用いて結晶セルロースの加水分解反応を行った。炭素化合物と結晶セルロースを乳鉢内で混ぜすりつぶして混合し、水に分散させ150℃で24時間加熱した。反応後に液体クロマトグラフで生成物を分析するとグルコースが生成し、収率は3-PPAで9.1%、4-PPAで4.9%、4-vinyl-PPAで5.1%、PTAで0.6%であった。前3者ではオリゴ糖も0.8-1.4%収率で生成した。反応は不均一系であることを確認できたので、ピレン部がセルロース表面に吸着した後にカルボキシ基が弱酸点となって加水分解を進行させたと考えられる。またフタル酸部位が自由に回転できることにより、カルボキシ基がセルロースのグリコシド結合に接近しやすくなるために加水分解が促進すると考察した。よって、セルロースの結晶部が加水分解されたことになり、人工的な化学触媒によるセルロース糖化の実証例となることが分かった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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