分子鎖の直接観察による天然セルロ-スおよびその誘導体の構造解析

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63440013
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岡野 健 東京大学, 農学部, 教授 (30011927)
• 研究分担者: 吉原 浩 東京大学, 農学部, 助手 (30210751) ; 三城 昭義 東京大学, 農学部, 助手 (90012004) ; 太田 正光 東京大学, 農学部, 助教授 (20126006) ; 磯貝 明 東京大学, 農学部, 助手 (40191879) ; 空閑 重則 東京大学, 農学部, 助手 (60012051) ; 杉山 淳司 東京大学, 農学部, 助手 (40183842)
• キーワード: セルロ-ス / 結晶構造 / X線回折 / 電子線回折 / 木材セルロ-ス / バクテリアセルロ-ス / バロニアセルロ-ス / 磁場

研究概要

1)天然セルロ-スの変異: 昨年度まだの研究で天然セルロ-スにはバクテリア・バロニア型のIαとコットン・ラミ-型のIβがあって、その結晶系はそれぞれ三斜晶、単斜晶であることが分かった。一方、種子植物の中でも、針葉樹材と広葉樹材で、さらに広葉樹材とタケなどの単子葉類で結晶格子面間隔やX線回折強度に差があることも明らかにしてきた。そこで、種子植物内での変異が何によるのか、IαとIβに関連しているのかを検討した。未処理木粉と精製処理木粉で比較した結果、処理前にはIαであったものが処理後、Iβに変化した。従って木材はコットン・ラミ-型である。しかし、針葉樹と広葉樹の構造的な差異は依然として残っていることが分かった。
2)セルロ-スのマ-セル化: セルロ-スIが平行鎖構造であることは、Iαが1本鎖の単位格子であり、それを高温水蒸気処理するとIβに変化するが、セルロ-スミクロフィブリルには変化がみられないこと(杉山ら)、バロニアのセルロ-スミクロフィブリルで還元未端を銀染色すると、ミクロフィブリルの一端でしか染色されないこと(空閑ら)から明かであるが、セルロ-スIIについては、必ずしも明確な実験事実がないので、まだ確定してはいない。そこで高度に分散させた状態で、マ-セル化を行い、電顕、X線回折で調べた。X線の変化が生じる処理では、ミクロフィブリルに細かい縦割れや寸断が生じ、ビ-ズ状の粒子が出現するなど、結晶のマクロ形態に大きな変化を生じることが分かった。
3)強磁場によるセルロ-スミクロフィブリルの配向: ホヤなど高度に結晶化しているセルロ-スミクロフィブリルを用いて、磁力線に対するセルロ-スの配向挙動を調べた。その結果、分子鎖軸が磁力線に垂直に配向することが分かった。

研究成果

• [文献書誌] N.H.Kim,J.Sugiyama and T.Okano: "“Xーray and electron diffraction study of Naーcellulose I.The effect of washing temperature on the structure of Naーcellulose I"" Mokuzai Gakkaishi. 37. 637-643 (1991)
• [文献書誌] H.Nishimura,T.Okano and A.Sarko: "“Mercerization of cellulose.5.Crystal and molecular structure of Naーcellulose II"" Macromolecules. 24. 759-770 (1991)
• [文献書誌] J.Sugiyama,J.Persson: "“A combined infrared and electron diffraction study of the polymorphism of native celluloses"" Macromolecules. 24. 2461-2466 (1991)
• [文献書誌] J.Sugiyama,R.Vuong and H.Chanzy: "“An electron diffraction study on the two crystalline phases occurring in native cellulose from algal cell wall"" Macromolecules.
• [文献書誌] A.Isogai and R.H.Atalla: "“Amorphous celluloses stable in aqueous media: regeneration from SO_2ーamine solvent systems"" J.Polym.Sci.Polym.Chem.29. 113-119 (1991)
• [文献書誌] H.Adachi,J.Sugiyama,Y.Kondo and T.Okano: "“The difference of cellulose crystal between softwoods and hardwoods"" Senーi Gakkaishi. 47. 580-584 (1911)
• [文献書誌] S.Kuga and R.M.Brown,Jr.C.H.Haigler and O.J.Weimer Eds.,: "“Physical structure of cellulose microfibrils: Implications for biogenesis"in “Biosynthesis and Biodegradation of Cellulose"" Marcel Dekker Inc.,New York(1991),