Depolymerization of crystalline cellulose by solid catalysts

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。

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。