Depolymerization of crystalline cellulose by solid catalysts

固体催化剂解聚结晶纤维素

• 批准号: 21H01708
• 负责人: 福岡 淳
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01708/
• 关键词: セルロース; 固体触媒; 結晶; バイオマス; 加水分解

本研究の目的は、結晶セルロースを加水分解できる固体触媒を開発し、その加水分解反応機構を明らかにすることである。これによって、オリゴ糖やグルコースを効率的かつ経済的に合成できるようになれば、セルロースを原料とした再生可能化学品が現実的なものとなる。R４年度はボトムアップアプローチで触媒設計を行い、ピレンにセルロース加水分解の活性点となるカルボン酸を２個あるいは４個導入した４種の化合物を合成した：4-(pyren-1-yl)phthalic acid (4-PPA)、3-(pyren-1-yl)phthalic acid (3-PPA)、(E)-4-(2-(pyren-1-yl)vinyl)phthalic acid (4-vinyl-PPA)およびperylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid (PTA)。このうちPTA以外は新規化合物であり構造解析を進めた。この炭素化合物と結晶セルロースを乳鉢内で混ぜすりつぶして混合し、水に分散させて150℃で24時間加熱した。反応後、水中の生成物を液体クロマトグラフィーで分析したところ、PTA以外の３つの化合物でセルロース加水分解が起こり、グルコースが生成していることが分かった。グルコース収率は、4-PPAで5.8%、3-PPAで7.5%、4-vinyl-PPAで9.0%、PTAで0.6%であった。4-Vinyl-PPAではビニル基を導入することによりフタル酸部分の回転が容易になり、二つのカルボキシル基がセルロースのグリコシド結合に接近しやすくなるために加水分解が促進すると考察した。4-Vinyl-PPAを触媒として反応時間や基質/触媒比について検討すると、グルコースの最大収率は16%となった。もしセルロースの結晶部が加水分解されたとすれば、人工的な化学触媒によるセルロース糖化の初めての実証例となる。

The purpose of this study is to develop a solid catalyst for crystallization and hydrolysis and to clarify the mechanism of hydrolysis. This is the first time that a chemical has been synthesized and regenerated, and the second time that a chemical has been regenerated. R4: The design of catalyst is carried out, the active site of hydrolysis is introduced, and 4 compounds are synthesized. 4-(pyren-1-yl)phthalic acid (4-PPA)、3-(pyren-1-yl)phthalic acid (3-PPA)、(E)-4-(2-(pyren-1-yl)vinyl)phthalic acid (4-vinyl-PPA)およびperylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid (PTA)。The structure analysis of new compounds except PTA The carbon compound was crystallized and mixed in a mortar, dispersed in water and heated at 150℃ for 24 hours. After the reaction, the products in the water are analyzed. The compounds other than PTA are decomposed by water. 4-PPA = 5.8%, 3-PPA = 7.5%, 4-vinyl-PPA = 9.0%, PTA = 0.6%. 4-Vinyl-PPA is easy to convert from the acid moiety to the base moiety, and the hydrolysis of the base moiety is promoted. 4-Vinyl-PPA catalyst reaction time, substrate/catalyst ratio, maximum yield of 16%. The crystallization part of the liquid crystal is decomposed by water, and the artificial chemical catalyst is used as an example of the initial hydrolysis.

项目成果

Heterogeneous catalysis for valorization of cellulose and chitin

纤维素和甲壳素增值的多相催化

• 发表时间: 2022
• 作者: Mai Higuchi;Mizuri Yaguchi;Miru Yoshida-Hirahara;Hitoshi Ogihara;Hideki Kurokawa;Atsushi Fukuoka
• 通讯作者: Atsushi Fukuoka

触媒によるバイオマス資源の化学品への変換

使用催化剂将生物质资源转化为化学品

• 发表时间: 2021
• 作者: Kageshima Yosuke;Kato So;Shiga Sota;Takagi Fumiaki;Minamisawa Hikari;Horita Masaomi;Yamakami Tomohiko;Teshima Katsuya;Domen Kazunari;Nishikiori Hiromasa;福岡淳
• 通讯作者: 福岡淳

Valorization of Cellulose and Chitin by Heterogeneous Catalysis

多相催化对纤维素和甲壳素的增值

• 发表时间: 2022
• 作者: 横澤つき;Arayawate Sirintra;藤墳 大裕;多湖 輝興;Atsushi Fukuoka
• 通讯作者: Atsushi Fukuoka

Catalytic Synthesis of Oxazolidinones from a Chitin-Derived Sugar Alcohol

甲壳素衍生糖醇催化合成恶唑烷酮

• DOI: 10.1246/bcsj.20220106
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bulletin of the Chemical Society of Japan
• 影响因子: 4
• 作者: Sagawa Takuya;Kobayashi Hirokazu;Murata Chinatsu;Shichibu Yukatsu;Konishi Katsuaki;Hashizume Mineo;Fukuoka Atsushi
• 通讯作者: Fukuoka Atsushi

セルロース・キチンの触媒変換による有用化学品合成

通过纤维素和甲壳素的催化转化合成有用的化学品

• 发表时间: 2022
• 作者: Naoya Maeda;Junichi Sakabe;Takuya Kawanishi;Hirohisa Uchida;藤墳 大裕，山地 真愛，中谷 理佳子，多湖 輝興;福岡淳
• 通讯作者: 福岡淳