イオン液体を用いた連続的バイオマス直接変換プロセス

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02253
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 高橋 憲司 金沢大学, 生命理工学系, 教授 (00216714)
• 研究分担者: 廣瀬 大祐 金沢大学, 物質化学系, 助教 (60806686)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: イオン液体 / バイオマス / 連続変換プロセス / 二軸混練 / セルロース

研究実績の概要

①イオン液体を用いたセルロースの酸化的エステル化反応の開発と②二軸混練機への適用検討の２項目について検討を行った。①では、これまでに開発した高活性な触媒機能を示す1-エチル-３-メチルイミダゾリウムピリジノレート(EmimOPy)を中心にイオン液体の構造と機能について詳細を調べた。Emimの2位にフェニル基を有する1-エチル-2-フェニル-３-メチルイミダゾリウム(Empim)OPyを用いたところ、セルロースは溶解したものの反応は一切進行しなかった。さらに、塩基性度の低いアニオンを有する種々のEmim型イオン液体を用いた場合も反応が進行しなかったことから、Ｎ-ヘテロサイクリックカルベン種を発生させるために2位に水素原子を持つEmim構造と適切な塩基性を持つアセテート(OAc)やOPyなどのアニオンの組合せが本反応の進行に不可欠であることが確認された。一方で、触媒機能を持つEmimジシアナミド(N(CN)2)を用いた場合にはセルロースが溶解せず、得られた生成物にエステル構造は一切確認されなかった。また、EmimOAcを用いた場合には反応系中においてアシルイミダゾリウム活性種との間で混合酸無水物を形成し、望まぬアセチル化反応を併発することが確認されたが、非カルボキシラート系アニオンとしてOPyを有するEmimOPyにおいては混合酸無水物を形成せず、目的のエステル化のみが進行したことにより高い置換度で目的物が得られたと考えられる。以上のことから、イオン液体を用いたセルロースの酸化的エステル化反応においてEmimOPyが良好な触媒かつ溶媒として機能する様子が明らかとなった。②では、従来の活性エステルを用いた古典的エステル化手法から天然不飽和アルデヒドを用いた酸化的エステル化に切り替えて同反応を行ったところ、目的のフルバイオベースプラスチックが連続的に合成できることが確認された。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Low waste process of rapid cellulose transesterification using ionic liquid/DMSO mixed solvent: Towards more sustainable reaction systems (2021)
  • 著者名/発表者名: Milotskyi Romain、Szabo Laszlo、Fujie Tetsuo、Sakata Kintaro、Wada Naoki、Takahashi Kenji
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 256 ページ: 117560～117560
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.117560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Conversion of Sugarcane Bagasse into an Injection-Moldable Cellulose-Based Thermoplastic via Homogeneous Esterification with Mixed Acyl Groups (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Shiori、Hikita Hibiki、Hernandez Stephanie C.、Wada Naoki、Takahashi Kenji
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 9 ページ: 5933～5941
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c00306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Synthesis of Full-Biobased Cellulose Esters from Essential Oil Component α,β-Unsaturated Aldehydes (2021)
  • 著者名/発表者名: Kusuma Samuel Budi Wardhana、Hirose Daisuke、Yoshizawa Akina、Szabo Laszlo、Ina Daiki、Wada Naoki、Takahashi Kenji
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 9 ページ: 8450～8457
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c01267
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green Conversion of Total Lignocellulosic Components of Sugarcane Bagasse to Thermoplastics Through Transesterification Using Ionic Liquid (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Shiori、Hamano Yosuke、Hernandez Stephanie C.、Wada Naoki、Takahashi Kenji
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 9 ページ: 15249～15257
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c05281
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Modification of Aliphatic Hydroxy Groups in Lignin Using Ionic Liquid (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Shiori、Kurachi Shimon、Wada Naoki、Takahashi Kenji
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 11 ページ: 120～120
  • DOI: 10.3390/catal11010120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled acetylation of kraft lignin for tailoring polyacrylonitrile-kraft lignin interactions towards the production of quality carbon nanofibers (2021)
  • 著者名/発表者名: Szabo Laszlo、Milotskyi Romain、Ueda Hisai、Tsukegi Takayuki、Wada Naoki、Takahashi Kenji
  • 雑誌名: Chemical Engineering Journal 巻: 405 ページ: 126640～126640
  • DOI: 10.1016/j.cej.2020.126640
  • 査読あり
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://ktlabo.w3.kanazawa-u.ac.jp/