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2012 Fiscal Year Annual Research Report

多成分複合体としての木材の熱分解分子機構

Research Project

Project/Area Number 24380095
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

河本 晴雄  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (80224864)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 坂 志朗  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (50205697)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywords木質科学 / バイオマス / 熱分解 / 分子機構 / セルロース / ヘミセルロース / リグニン / 相互作用
Research Abstract

本研究課題の目的は、構成成分間での相互影響を明確にしながら、木材の熱分解機構を分子レベルで解明することにある。木材細胞壁構造が多層構造であり、微結晶セルロースをヘミセルロースとリグニンよりなるマトリックスがとりまく構造をしていることから、特にまず、リグニンとヘミセルロースの熱分解機構に着目した研究を進める。また、セルロース自身均質ではなく、特に還元性末端基はアルデヒドの性質を示すことから、他の非還元性の部分とは異なる熱分解特性を示すことが研究代表者らの既往の研究で明らかになっており、セルロースの熱分解における還元性末端基の役割についても注目する。
本年度は、リグニンとヘミセルローとの相互影響を調べるための準備として、リグニン中のエーテル構造のラジカル連鎖開裂機構について、まず基礎的な研究を進めた。リグニンモデル化合物を用いた研究により、従来明らかにしていたCα-Hおよびフェノール性O-Hからの水素引抜による経路とともに、Cβ-Hからの水素引抜の経路が存在することがわかった。これにより生成するCβ-ラジカルを経由した、ビニルエーテル生成とその加水分解による機構(非フェノール性構造)およびビニルエーテルからのキノンメチド経由のホモリシス機構(フェノール性構造)が明らかになった。リグニンのラジカル連鎖機構にヘミセルロースおよびその熱分解が影響することが考えられるが、本年度の成果を用いて、ヘミセルロースと共熱分解を行なう等することで、今後研究を進めていく予定である。
また、相互作用をInSituで検討するツールとして赤外線顕微鏡を本年度の経費により導入し、その基本的な使用方法の習得を行なった。平成25年度以降、加熱試料台と組み合わせて使用することで、加熱時の相互影響などについてのデータが得られることが期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題では、構成成分間での相互影響に着目して木材の熱分解機構を分子レベルで解明することを計画しているが、本年農は、リグニンとヘミセルロース間での相互作用を調べるためのリグニンに関する基礎データの取得が終わり、また相互作用の研究に貢献することが期待される赤外線顕微鏡の導入と基礎操作習得が完了した。これらの成果より総合的に判断することで"おおむね順調に進展している"と判断される。

Strategy for Future Research Activity

研究の実施計画に沿って、研究を継続して進める。まず、リグニンとヘミセルロースとの相互影響を含めた熱分解機構解明については、リグニンモデル化合物をヘミセルロースと混合して熱分解する手法などを用いて検討する.また、セルロースについては、還元性末端基の役割について詳細に検討する。また、これらの研究において赤外線顕微鏡を効果的に使用する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

まず、物品費については、熱分解制御に使用する溶媒、試薬類及びガラス器具類の購入にその多くを使用する予定である。旅費については、国際会議(第21回ヨーロッパバイオマス会議)、国内学会などへの参加費用としての使用を予定している。人件費については、文献調査、資料整理などの業務に使用する予定である。その他は、学術雑誌への投稿時の英文校正費用などとして使用する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Retro-Aldol-Type Fragmentation of Reducing Sugars Preferentially Occurring in Polyether at High Temperature : Role of the Ether Oxygen as a Base Catalyst2012

    • Author(s)
      Matsuoka, S., Kawamoto, H. and Saka S.
    • Journal Title

      Journal of Analytical and Applied Pyrolysis

      Volume: 93 Pages: 24-32

    • DOI

      10.1016/j.jaap.2011.09.005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Effects of Combining Guaiacol and Syringol on their Pyrolysis2012

    • Author(s)
      Asmadi, M., Kawamoto, H., Saka, S.
    • Journal Title

      Holzforschung

      Volume: 66 Pages: 323-330

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] リグニンの熱分解ラジカル連鎖β-エーテル開裂機構の解明-Cβ水素引き抜きによる経路-2013

    • Author(s)
      松田佳子、河本晴雄、坂 志朗
    • Organizer
      第63回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      盛岡
    • Year and Date
      20130327-20130329
  • [Presentation] セルロース系バイオマスのガス化中間体としてのレボグルコサンの気相での熱分解反応特性2013

    • Author(s)
      福留 明日香、河本晴雄、坂 志朗
    • Organizer
      第63回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      盛岡
    • Year and Date
      20130327-20130329
  • [Presentation] 広葉樹リグニン熱分解における低分子シリンゴール類/グアイアコール類の生成挙動2012

    • Author(s)
      小竹毅郎、河本晴雄、坂 志朗
    • Organizer
      第57回リグニン討論会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      20121017-20121018
  • [Presentation] Aromatic substance and polyether as media for controlled pyrolysis for chemical production from carbohydrates2012

    • Author(s)
      Kawamoto, H., Saka, S.
    • Organizer
      3rd International Cellulose Conference (ICC2012)
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      20121010-20121012
  • [Presentation] Molecular-based study of gas and coke formation in gasification of cellulosic biomass2012

    • Author(s)
      Fukutome, A., Kawamoto, H., Saka, S.
    • Organizer
      3rd International Cellulose Conference (ICC2012)
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      20121010-20121012
  • [Presentation] 糖の熱分解機構 : 気相でなぜ安定化するのか2012

    • Author(s)
      河本晴雄、坂 志朗
    • Organizer
      第21回日本エネルギー学会大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20120806-20120807
  • [Presentation] 芳香族吾郷物中での非還元糖の熱安定化とその機構2012

    • Author(s)
      河本晴雄、細谷隆史、上野貴臣、坂 志朗
    • Organizer
      セルロース学会第19回年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20120712-20120713
  • [Presentation] Thermal reactivities of reducing and non-reducing sugars in polyether : role f inter-and intra-molecular hydrogen bondings in pyrolysis2012

    • Author(s)
      Kawamoto, H., Ueno, Y., Saka, S.
    • Organizer
      19th International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis (Pyrolysis 2012)
    • Place of Presentation
      リンツ、オーストリア
    • Year and Date
      20120521-20120525
  • [Presentation] Influence of hydroxl group configuration on pyrolytic formation of 1,6-anhydrohexoses from various hexoses : and experimental and theoretical study2012

    • Author(s)
      Matsuoka, S., Kawamoto, H., Saka, S.
    • Organizer
      19th International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis (Pyrolysis 2012)
    • Place of Presentation
      リンツ、オーストリア
    • Year and Date
      20120521-20120525

URL: 

Published: 2014-07-16  

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