| 研究課題/領域番号 |
18K02983
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| 研究機関 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
有井 秀和 宮崎大学, 教育学部, 准教授 (80384733)
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| 研究分担者 |
中林 健一 宮崎大学, 教育学部, 教授 (60201670)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | アントシアニン系色素 / 繰り返し利用 / pH試験剤 / フラビリウムイオン |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、アントシアニン系色素の発色団であるフラビリウムイオンを合成し、シリカゲルやゼオライトなどの無機固体材料に吸着させることによって、繰返し利用できるpH試験剤を開発し、生徒の液性に対する理解を促進させる。また、一つの物質がpH変化によって複数の色を持つことを知ることで、化合物に対する関心を引きつける。色素として、身の回りの植物などに含まれるアントシアニン系色素の発色団であるフラビリウムイオンを化学的に合成し、その色素を無機固体材料に吸着させることによって、繰返し利用できるpH試験剤の開発を目指す。
研究の実施にあたり、(1)適切なフラビリムイオンの合成とその同定、(2)フラビリウムイオンの無機固体材料への吸着とpHへの応答と耐性評価、(3)児童・生徒との実験と液性に対する理解度調査、の順で進めていく。令和2年度は(2)と(3)を並行して進めていく予定であったが、新型コロナウィルスの影響で(3)の実施が困難であったため、(2)について進めていくことにした。
昨年度までに合成したフラビリウムイオンは暖色系の色彩であったため、より分かりやすい色変化を目指し、いくつかのフラビリウムイオンを合成した。中でも4’,7,8-トリヒドロキシフラビリウムクロリドは、ゼオライトの一つであるモルデナイトに吸着した状態で酸性領域で赤色、塩基性領域で青紫色を示した。塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を交互に反応させる耐性試験においても良好な結果が得られ、これまでに合成したものよりも明瞭な色変化を実現することができた。また、モルデナイトと同様に細孔を持つメソポーラスシリカを吸着剤として用い、実験を行なった。フラビリウムイオンも含めいくつかの色素を吸着させることができたが、アルカリ水溶液と作用すると速やかにシリカゲルが分解し、pH試験剤として利用することが困難であることが分かった。
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| 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
昨年度まで合成したフラビリウムイオンはpHに応答して黄~赤~赤紫色を示したが、緑や青などの寒色系の色彩を示さなかった。フラビリウムイオンの5位にヒドロキシ基を持つ誘導体は塩基性領域で青~青紫色を示すため、対応する類縁体を合成した（4’,5,7-トリヒドロキシフラビリウムクロリドなど）。しかしながら、溶液中では予想された色変化を示すもののゼオライトの一つであるモルデナイトに吸着させると吸収帯が短波長側にシフトし、塩基性下で赤紫を示した。そこで、ヒドロキシ基の位置を5位から8位に変えた4’,7,8-トリヒドロキシフラビリウムクロリドを合成したところ、溶液中だけでなくモルデナイト吸着後も塩基性下で青紫色を示すことが明らかとなった。モルデナイトに吸着したものは、酸性（0.1 M HCl）もしくはアルカリ性（0.1 M NaOH）水溶液と交互に30回反応させても退色は観測されず、繰り返し利用できた。
モルデナイトと同様に細孔を持つメソポーラスシリカを吸着剤として用い、実験を行なった。メソポーラスシリカを減圧下で加熱乾燥後、3’,4’,7-トリヒドロキシフラビリウムクロリドのメタノール溶液に1日浸漬し、ろ過後水で洗浄した。また、メソポーラスシリカにはpH指示役として知られるチモールブルーも吸着することができた。色素の吸着したメソポーラスシリカは、1 M塩酸、1 M水酸化ナトリウムでそれぞれの色素のpHに対応した色変化を示すものの、水酸化ナトリウム水溶液では徐々にシリカ自体が分解した。この分解は細孔を持たない球状シリカゲルよりも速く、非修飾のメソポーラスシリカではpH試験剤の吸着剤として用いることは難しいことが分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き新型コロナウィルスの影響で小・中学校での実施が難しいことから、計画案の(2)フラビリウムイオンの無機固体材料への吸着とpHへの応答と耐性評価を令和3年度も行なっていく。これまで複数のフラビリウムイオンとモルデナイトとの組み合わせで、繰り返し利用可能なpH試験剤を合成してきたが、一つの色素では複数の領域を識別することが難しかった。そこでpH試験紙と同様に複数の色素を同時に用いて、複数のpH領域を検出できる試験剤の合成を目指す。また、ゼオライトは酸・塩基どちらにおいても安定であるため、フラビリウムイオン以外の色素の吸着を試みる。色素の色彩の多様さは複数のpH領域での識別に重要であるため、色素の適用範囲がどの程度あるのか、検討する。また、ゼオライト以外の吸着剤についても検討することで、色素の適用範囲を広げることが可能かどうか調査する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルス感染症の影響で一部計画実施の見直しを行なった。実施計画に見直しに伴い、必要な薬品や消耗品に差額分を充てる。
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