共存できない3つのイオン液体固有物性間の可逆変化を利用したバイオリファイナリー

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17867
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 黒田 浩介 金沢大学, 自然システム学系, 特任助教 (10748891)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: イオン液体 / 動的共有結合 / 疎水性 / 可逆変化

研究実績の概要

イミダゾリウム系のイオン液体の合成、詳細評価をおこなった。イミダゾリウム系のイオン液体はセルロースを溶解することができた。pHを変化させることでイオン液体とzwitterionの割合が100：0から15：85まで変わることが分かった。イオン液体とzwitterionの間で変化するpH範囲は6～9.5であることが分かった。CO2を吹き込んだときは93:7、N2を吹き込んだときは14：86となることが分かった。これらのことから、動的共有結合を利用することで、pHあるいはガスバブリングによって、イオン液体とzwitterionの構造をスイッチングできることが分かった。構造変化にともない、親疎水性の大きな変化はなかったが、電気透析を利用してグルコースとイオン液体を分離する新規手法を提案することができた。
つぎに、カチオン構造をテトラアルキルホスホニウムに変更した。イミダゾリウム系イオン液体と同様にpHあるいはガスバブリングによって構造が大きく変化した。さらに、ホスホニウム系のイオン液体を使った場合にははっきりとした相挙動の違いが観察された。CO2を吹き込んだ場合には親水性、N2を吹き込んだときは疎水性であった。また、CO2を吹き込んだときも、N2を吹き込んだときも下限臨界溶解温度を示すことがわかった。
動的共有結合をもつイオン液体を合成することでイオン液体にしかない固有の物性をスイッチングすることに成功し、バイオリファイナリーへの展開も示すことができた。

研究成果

• [国際共同研究] The State University of New Jersey(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The State University of New Jersey
• [国際共同研究] University of Averiro(Portugal)
  • 国名: ポルトガル
  • 外国機関名: University of Averiro
• [国際共同研究] University of Western Australia(Australia)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of Western Australia
• [雑誌論文] Efficient hydrolysis of lignocellulose by acidic ionic liquids under low-toxic condition to microorganisms (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, K. Inoue, K. Miyamura, H. Satria, K. Takada, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 7 ページ: 108
  • DOI: 10.3390/catal7040108
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Renaturation of cytochrome c dissolved in polar phosphonate-type ionic liquids using highly polar zwitterions (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, Y. Kohno, H. Ohno
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1246/cl.170153
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient hydrolysis of polysaccharides in bagasse by in situ synthesis of an acidic ionic liquid after pretreatment (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Satria, K. Kuroda, T. Endo, K. Takada, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry and Engineering 巻: 5 ページ: 708-713
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.6b02055
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effective Dissolution of Biomass in Ionic Liquids by Irradiation of Non-thermal Atmospheric Pressure Plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, K. Shimomura, T. Ishijima, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 雑誌名: Australian Journal of Chemistry 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1071/CH16554
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient recovery of ionic liquid by electrodialysis in acid hydrolysis process (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Endo, M. Tatsumi, K. Kuroda, H. Satria, Y. Simada, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 雑誌名: Separation Science and Technology 巻: 52 ページ: 1240-1245
  • DOI: 10.1080/01496395.2017.1281957
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrolysis of cellulose using an acidic and hydrophobic ionic liquid, and subsequent separation of glucose aqueous solution from the ionic liquid and 5-(hydroxymethyl)furfural (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, K. Miyaura, H. Satria, K. Takada, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry and Engineering 巻: 4 ページ: 3352-3356
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.6b00420
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Extremely biocompatible cellulose solvents: what is the key structure of ionic liquids to satisfy both low toxicity and cellulose dissolution ability? (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, K Miyamura, H. Satria, Y. Tsuge, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 学会等名: The 97th Annual Meeting of The Chemical Society of Japan-Asian International Symposium
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cellulose hydrolysis and simultaneous purification in hydrophobic and acidic ionic liquids (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, K. Miyamura, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 学会等名: EMN Meeting on Ionic Liquids
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2016-11-09 – 2016-11-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規カルボン酸系liquid zwitterionによるバイオマスのワンポット発酵 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒田浩介・宮村恭平・Heri Satria・仁宮一章・高橋憲司
  • 学会等名: 第7回イオン液体討論会
  • 発表場所: 金沢市文化ホール
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] イオン液体とzwitterionの可逆構造変換への挑戦: 伝導度/親疎水性の制御は可能か？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 島田悠実子・黒田浩介・仁宮一章・高橋憲司
  • 学会等名: 第7回イオン液体討論会
  • 発表場所: 金沢市文化ホール
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] Efficient one-pot conversion of biomass to ethanol in liquid zwitterion/ DMSO mixtures (2016)
  • 著者名/発表者名: Heri Satria・黒田浩介・宮村恭平・仁宮一章・高橋憲司
  • 学会等名: 第7回イオン液体討論会
  • 発表場所: 金沢市文化ホール
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] バイオマスのワンポットエタノール発酵に適した新規 Liquid zwitterion の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮村恭平・黒田浩介・Heri Satria・仁宮一章・高橋憲司
  • 学会等名: 第7回イオン液体討論会
  • 発表場所: 金沢市文化ホール
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] イオン液体中で合成したリグニン誘導体による炭素繊維/ポリプロピレンの界面強度の変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 酒井啓基・室山栞・畑綾乃・高見澤悠太・小島良介・黒田浩介・覚知亮平・高田健司・大道正明・生越友樹・附木貴行・仁宮一章・高橋憲司
  • 学会等名: 第7回イオン液体討論会
  • 発表場所: 金沢市文化ホール
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] Ionic liquids with dynamic covalent bonds: switching between unique physico-chemical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimada, K. Kuroda, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2016-08-16 – 2016-08-19
  • 国際学会
• [学会発表] One-pot production of ethanol from biomass using biocompatible liquid zwitterions (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kuroda, K. Miyamura, H. Satria, K. Ninomiya, K. Takahashi
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2016-08-14 – 2016-08-19
  • 国際学会
• [図書] Analytical applications of ionic liquids (2016)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Kuroda, Hiroyuki Ohno
  • 総ページ数: 21
  • 出版者: World Scientific Publishing
• [備考] 金沢大学 黒田
  • URL: http://ionicliquid.w3.kanazawa-u.ac.jp
• [産業財産権] 有機塩、動的共有結合を有する化合物、イオン液体、並びに、可変抵抗器及び抵抗値の制御方法、バイオエタノール製造装置及びバイオエタノールの製造方法 (2017)
  • 発明者名: 黒田浩介、高橋憲司
  • 権利者名: 黒田浩介、高橋憲司
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2017-22527
  • 出願年月日: 2017-02-09