| 研究課題/領域番号 |
19K15353
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| 研究機関 | 小山工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
加島 敬太 小山工業高等専門学校, 物質工学科, 助教 (90710468)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | enzymatic synthesis / PANI-ES / aniline / polyaniline / laccase / AOT / vesicle / template |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ラッカーゼを用いたアニリン系基質の酸化反応に、流動性を有するソフト界面をテンプレートとして導入することで、導電性を有するポリアニリン-エメラルジン塩を合成する反応系の構築に取り組んだ。これまで、アニリンの二量体を基質とし、テンプレート存在下でラッカーゼによる酸化を促すことで、導電性ポリアニリンが合成されることを明らかにしてきた。アニリン二量体は、空気中で容易に酸化し、高純度品が高価であるため、実際のプロセスへの応用には課題がある。そこで2019年度は、単量体のアニリンを適用することを検討し、アニリン単量体と二量体の混合基質系での反応を詳細に評価した。また、実際のプロセスへの応用を見据えて、安価で入手可能な食品加工用ラッカーゼの利用を検討した。
１）分光光度測定による生成物の評価：界面活性剤であるbis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate sodium salt (AOT)で調製したベシクルをテンプレートに選択し、アニリン単量体と二量体を種々のモル比となるよう添加した混合基質系を原料として、ラッカーゼによる重合反応を検討した。ポリアニリン-エメラルジン塩の導電性を担うラジカルカチオンの形成を示唆する吸収ピークが増大したことから、混合基質系による導電性ポリアニリンの合成に成功した。
２）電子スピン共鳴測定によるラジカル量の測定：電子スピン共鳴測定により、反応生成物が含有するラジカル量を評価した。混合基質系で合成した生成物は、1ヵ月に亘って高いラジカル量を示したことから、導電性が高度に維持できることを見出した。
３）反応生成物の同定：反応生成物を溶媒抽出し、フーリエ変換赤外分光光度測定を行った。アニリン重合体の形成を示すピークとともに、ラジカルカチオンに帰属されるピークが得られたことから、導電性ポリアニリン-エメラルジン塩が合成されたことを明らかにした。
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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
2019年度では、AOTで調製したベシクルをテンプレートとして導入したラッカーゼによる酸化還元反応系に、アニリンとその二量体の混合基質系を添加することで、導電性を有するポリアニリン-エメラルジン塩の合成を達成した。上述の概要に示した成果から、二種の基質を混合して用いることで、目的物である導電性ポリアニリンの生成に成功するとともに、本手法で得た生成物が、優れた化学的安定性を有していることを見出した。このとき、基質の混合比率によって生成物のラジカル含有量が変化し、最適値があることを明らかにした。また本研究では、既往の研究で用いられてきた試薬グレードの酵素の代替として、食品産業で食品加工用に用いられているラッカーゼを選択して使用した。このラッカーゼの性能評価にも着手しており、次年度の計画に向けた予備検討が進んでいる。以上のように、当初の計画に沿って成果を得ており、おおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度で得た成果を基礎として、ラッカーゼによるアニリン、並びに二量体の混合基質系の酸化反応にテンプレートを導入することで、導電性を有するポリアニリン-エメラルジン塩の合成プロセスの構築に取り組み、反応条件の最適化と反応機構の解明を進める。これまで、テンプレートの種類と濃度、基質の混合比の最適化を図り、成果を上げてきた。次いで、酵素の添加条件について最適化に取り組む。具体的には、本研究で用いている食品加工用ラッカーゼの分子量を測定し、酵素のモル濃度を算出する。また、モデル基質を用いた反応速度解析を行うことで、酵素活性を評価するとともに、反応機構の解明を進め、最適な酵素添加量を見出す。さらに、先の応用を見据えて生成物をフィルム化し、材料としての導電性評価を行う。
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