熱応答性ナノセルロースの調製と医薬分野への応用

水系媒体での水溶性カルボジイミドを触媒とするカルボキシ基のアミド化反応について、様々な反応条件で検討した。しかし、TEMPO酸化セルロースナノファイバー（TOCN）中のカルボキシ基のアミド化率を100％にまで向上させることができなかった。カルボキシ基と水溶性カルボジイミドが形成する中間体のアシルアミン構造が比較的安定なためであると推測した。一方、比較対象としてプロトン型TOCN（TOCN-COOH）と末端アミノ化ポリエチレングリコール（PEG-NH2）とのアルキルアンモニウム塩形成は、水中でほぼ化学量論的に形成すし、100％アンモニウム塩に変換できることが判明した。しかし、共有結合であるアミド結合に比べて、アルキルアンモニウム塩では熱安定性に劣ると考えられた。そこで、塩結合で形成されたTOCN/PEG-NH2複合化フィルムの熱分解挙動を解析したところ、熱分解開始温度が290℃となり、元のTOCNに比べて約90℃熱分解温度が向上し、元のセルロースの熱分解開始温度である300℃にほぼ近接することが判明した。そこで、この耐熱性向上機構を加熱処理物の赤外分光分析によって解析した。その結果、元のアルキルアンモニウム塩が、加熱過程で脱水し、アミド基に変換していることが判明した。TOCNで加熱処理によるアミド化－熱安定化に成功したのは初めてである。今回得られたTOCNの耐熱性の向上は、TOCN含有の軽量高強度複合材料の利用拡大に大きな貢献をするものと期待される。

水系媒体での水溶性カルボジイミドを触媒とするカルボキシ基のアミド化反応について、様々な反応条件で検討した。しかし、TEMPO酸化セルロースナノファイバー（TOCN）中のカルボキシ基のアミド化率を100％にまで向上させることができなかった。カルボキシ基と水溶性カルボジイミドが形成する中間体のアシルアミン構造が比較的安定なためであると推測した。一方、比較対象としてプロトン型TOCN（TOCN-COOH）と末端アミノ化ポリエチレングリコール（PEG-NH2）とのアルキルアンモニウム塩形成は、水中でほぼ化学量論的に形成すし、100％アンモニウム塩に変換できることが判明した。しかし、共有結合であるアミド結合に比べて、アルキルアンモニウム塩では熱安定性に劣ると考えられた。そこで、塩結合で形成されたTOCN/PEG-NH2複合化フィルムの熱分解挙動を解析したところ、熱分解開始温度が290℃となり、元のTOCNに比べて約90℃熱分解温度が向上し、元のセルロースの熱分解開始温度である300℃にほぼ近接することが判明した。そこで、この耐熱性向上機構を加熱処理物の赤外分光分析によって解析した。その結果、元のアルキルアンモニウム塩が、加熱過程で脱水し、アミド基に変換していることが判明した。TOCNで加熱処理によるアミド化－熱安定化に成功したのは初めてである。今回得られたTOCNの耐熱性の向上は、TOCN含有の軽量高強度複合材料の利用拡大に大きな貢献をするものと期待される。