酵素触媒重合によるポリエステル合成

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11217212
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 松村 秀一 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30051874)
• キーワード: 酵素触媒重合 / リパーゼ / デポリメラーゼ / ポリエステル / 酵素分解 / ケミカルリサイクル / チオエステル / 環状オリゴマー

研究概要

省エネルギーによる循環型ポリマー合成とケミカルリサイクルによって、全ライフサイクルにおける資源・エネルギー消費量の低下と、それに付随して炭酸ガスの発生量を抑える効果が期待できる。本研究では、加水分解酵素を使用するポリエステルの合成と分解を組み合わせた循環型ケミカルリサイクル法について検討を行った。
(1)デポリメラーゼ(PHBDP)およびリパーゼによるポリエステルの分解と重合
有機溶媒中でPHBやPHB共重合体はリパーゼの作用を受け分解され、環化体のオリゴマーが選択的に得られた。得られた環化体オリゴマーは酵素により容易に再重合し、元のプラスチックに導かれる。PHBDP酵素はブチロラクトンを特異的に開環重合させ、一方、リパーゼでは重合活性の高かったε-カプロラクトン(CL)や11-ウンデカノラクトン等には重合活性を示さないことが見出され、重合においてリパーゼと全く異なるモノマー特異性を有することが示された。
(2)リパーゼによるポリエステルの合成と分解
ポリ乳酸(PLA)の酵素によるモノマー化リサイクルと再重合法の開発を行った。また、チオエステルを含有ポリエステルについてもリパーゼによる合成が可能なことをはじめて見出した。たとえば、CLと11-メルカプトウンデカン酸から分子量4万程度のチオエステル結合含有ポリマーが得られた。
(3)連続法によるオリゴマー化
固定化酵素を充填した反応カラムを、所定の温度で送液ポンプを用い、ポリマー溶液を通過させることで、バッチプロセスと同様に、ほぼ完全なオリゴマー化が達成されることを見出した。本法により、非天然型PHB、PCLおよびPBAについて速やか、且つ完全な環状オリゴマー化が達成された。

研究成果

• [文献書誌] R.Kondo: "Lipase-Catalyzed Selective Transformation in Supercritical Carbon Dioxide"Macromolecular Bioscience. 2・6. 267-271 (2002)
• [文献書誌] Y.-H.Na: "Phase-Separation Enhanced Enzymatic Degradation of Atactic Poly(3-hydroxybutyrate) in the Blends with Poly(methyl methacrylate)"Polymer Degradation and Stability. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] Y.Soeda: "Enzymatic Ring-Opening Polymerization of Oxiranes and Dicarboxylic Anhydrides"Macromolecular Bioscience. 3・2(印刷中). (2003)
• [文献書誌] Y.Wang: "Enzymatic Synthesis of Chemosynthesized Atactic Poly(3-hydroxybutyrate) by Poly(3-hydroxyalkanoate) Depolymerase from Acidovorax Sp.TP4 and Ralstonia Pickettii T1"Biomacromolecules. 3・5. 894-898 (2002)
• [文献書誌] Y.Suzuki: "Correlation between structure of the lactones and substrate specificity in enzyme-catalyzed polymerization for the synthesis of polyesters"Biomacromolecules. 4・3(印刷中). (2003)
• [文献書誌] 添田泰之: "酵素触媒重合によるオキシランの開環重合"高分子加工. 51・10. 435-442 (2002)
• [文献書誌] 松村秀一: "酵素触媒による脂肪族ポリエステルの合成「グリーンプラスチック最新技術」"シーエムシー. 13 (2002)