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2017 年度 実施状況報告書

樹木の通道組織を利用するウッド・フローリアクターの創出

研究課題

研究課題/領域番号 17K19293
研究機関大阪大学

研究代表者

古賀 大尚  大阪大学, 産業科学研究所, 特任助教(常勤) (30634539)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワード触媒 / パルプ / 細孔構造制御 / マイクロフローリアクター / 金属ナノ粒子 / 有機合成 / クロスカップリング
研究実績の概要

高効率な連続フロー有機合成を実現する次世代プラットフォームとして、固定化触媒フローリアクターに期待が集まっている。本研究では、樹木が作り上げたマイクロスケールの通道組織構造体を触媒反応流路とみなし、有機合成用マイクロフローリアクターとしての機能開拓を目指す。今年度は、①樹木組織構造体内部への金属ナノ粒子触媒の合成・固定化、および、②クロスカップリング反応における触媒性能評価を行った。
①樹木組織構造体内部への金属ナノ粒子触媒の合成・固定化
最も汎用で高活性な触媒の一つであるパラジウムナノ粒子について、樹木組織構造体への合成・固定化を検討した。最初は木片そのものの利用を検討していたが、リグニンやヘミセルロースの影響が懸念されたため、これらを取り除いたパルプを用いて検討を行った。種々の検討の結果、酢酸パラジウムの水:エタノール(1:1)溶液中にパルプを添加して60℃で撹拌・加熱後、ろ過・洗浄・乾燥させることにより、パラジウムナノ粒子触媒固定化パルプを得ることができた。また、得られたパラジウムナノ粒子触媒固定化パルプを紙に成型することで、パルプネットワークに由来する微細流路を持つマイクロフローリアクターを調製することに成功した。
②フロー式クロスカップリング反応における性能評価
得られた樹木材料ベースの固定化触媒マイクロフローリアクターを用いて、連続フロー式の非水系クロスカップリング反応における性能評価を行った。室温・トルエン溶媒中において、ヨウ化アリールとアルキルリチウムのクロスカップリングを行ったところ、ほぼ100%の転化率と高い生成物選択性が確認できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画から、木片そのものではなくパルプで検討する方針転換を行ったものの、様々な有機合成で用いられる重要なパラジウム触媒をパルプに固定化する手法を確立することができた。また、連続フロー式のクロスカップリング反応プロセスにおいて、高い反応効率を確認できた。以上のように、今年度の目的は達成できており、本研究は順調に進んでいると評価できる。

今後の研究の推進方策

今後は、さらなる反応効率向上に向け、パルプ由来フローリアクターの微細流路構造設計を行う。また、クロスカップリング以外の触媒反応も検討し、幅広い有機合成プロセスへの応用可能性を実証する。

次年度使用額が生じた理由

本研究で開発する樹木ベースフローリアクターの触媒性能について、当初は、固-液-気の三相反応においてこそその優位性が実証できると考え、三相フローシステムの購入を計画していた。しかし実験の結果、固-液の二相反応においても優れた触媒性能を確認することができたため、今年度はその検討に注力した。以上の理由から、三相フローシステムの今年度購入は見送り、次年度に購入することとした。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] Structural design of cellulose paper composites for green chemistry and electronics2018

    • 著者名/発表者名
      H. Koga
    • 学会等名
      255th ACS National Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ナノセルロースと金属ナノ材料の複合技術と分子変換・センシング応用展開2018

    • 著者名/発表者名
      古賀大尚
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノセルロースで実現するグリーンケミストリー・エレクトロニクス2018

    • 著者名/発表者名
      古賀大尚
    • 学会等名
      高分子学会、高分子同友会
    • 招待講演
  • [学会発表] Paper reactor with a cellulose fiber micro/nanoarchitecture for continuous-flow nanocatalysis2017

    • 著者名/発表者名
      H. Koga, Y. Izumi, M. Nogi, Y. Nishina
    • 学会等名
      The 4th International Cellulose Conference (ICC 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノセルロースを用いた革新的機能紙の開発2017

    • 著者名/発表者名
      古賀大尚
    • 学会等名
      繊維加工技術研究会第54回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノセルロースの触媒リアクター応用とファインケミカル合成2017

    • 著者名/発表者名
      古賀大尚
    • 学会等名
      プリンテッド・エレクトロニクス研究会 H29年度公開シンポジウム/第3回PE研究会「噂の新素材 ナノセルロース 基礎から応用」
    • 招待講演
  • [学会発表] 紙の材料・構造再設計による新機能創発2017

    • 著者名/発表者名
      古賀大尚
    • 学会等名
      第5回アライアンス若手研究交流会
    • 招待講演
  • [図書] セルロースナノファイバー~実用化に向けた製造・複合化・評価技術~, 第2章・第6節2018

    • 著者名/発表者名
      古賀大尚、北岡卓也
    • 総ページ数
      280
    • 出版者
      情報機構
    • ISBN
      978-4-86502-146-2
  • [備考] 阪大セルロースナノファイバー研究-古賀大尚

    • URL

      http://kogahirotaka.com/

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公開日: 2018-12-17  

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