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本研究では、温度変化等の外部因子で水和状態を可逆的に制御できるイオン液体、およびその重合体であるイオン液体由来高分子電解質を開発し、省エネルギー反応・分離プロセス等への応用に向けた基礎知見を得ることを目的とした。平成29年度までに、イオン液体と水との相分離挙動をカチオン・アニオンの分子構造の観点から整理し、昇温により水と相分離する下限臨界溶解温度(lower critical solution temperature)型の相分離挙動を示すイオン液体など、温和な条件で水を吸収・放出する数種類のイオン液体を見出した。これらを適切な架橋剤を用いて重合したゲル状の固体材料は、モノマー由来の機能を維持し、ゲルに内包する水分量を温度により制御できることを明らかとした。この含水量変化により、水相に溶解する各種化合物の分配が大きく変化することを見出し、水中に溶解したタンパク質の除去率や、プロリンを触媒とする水系アルドール反応の転化率を温和な条件で向上できることを明らかとした。最終年度では、イオン液体の水吸収・放出機能や相分離機能を利用した省エネルギー反応・分離プロセスの構築を目指し、触媒機能を持ち、反応原料や生成物との相分離挙動を制御できるイオン液体触媒の開発を進めた。開発したイオン液体触媒を用いてエステル化反応に代表される脱水縮合反応を実施し、副生する水をイオン液体触媒に吸収させ、かつ生成物を相分離することにより、100℃以下の温和な条件でも平衡反応を促進して転化率を向上できることを見出した。この成果は、蒸留等による水の除去操作を必要とせず、生成物のみを高転化率かつ高純度に得られる反応・分離プロセスの提案につながる重要な知見である。
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