リグノセルロースファイバー構造から考察する細胞壁中リグニンのモルフォロジー

本年度はリグニンのモルフォロジーの考察のため、木材中のリグニンの分解に取り組んだ。高感度NMR分析機器および豊富なリグニン化学構造のデータベースを駆使し、反応をモニタリングすることで、木粉中リグニンのβ-O-4結合を温和な条件で選択的に開裂する事に成功した。その過程で木粉の反応、特にヘミセルロース・リグニンの反応には溶媒の膨潤が重要であることを明らかにした。この膨潤度の違いや試薬量を変化させることで、β-O-4結合の開裂度合いを制御することが可能となった。また、この反応性からもセルロースミクロフィブリル周辺のリグニンの化学構造情報を推察することができると考えられる。特に、リグニン分解後の木材をHSQC-NMR分析すると、低分子分解物として溶媒抽出されずに残存しているβ-β構造の存在が見られた。よって、多糖類およびリグニンの成分間にはαエーテルβ-O-4構造だけでなく、その結合様式はまだ不明であるものの、β-β構造の存在も推察された。また、官能基導入を用いた元素マッピングにおいても、この条件を導入したものの、木材全体に対する官能基量が小さいため、マッピング像はえられたが、当初目標としていたクリアなマッピング像を得ることはできなかった。しかしながら、水酸基への反応の違いを利用した官能基導入により特定の化学構造をマッピングする元素マッピングによる可能性を示すことができたことは重要であると考えている。ここで得た知見を元に今後さらなる検討を加えて、リグニンの形態観察に耐えうる手法を確立したいと考えている。また、本研究の過程で観察だけでなく、木材の反応における反応溶媒の膨潤度に依存した分解度により木材中のリグニン形態を推察するというアプローチへと展開できたことは非常に重要である。今後このような総合的なアプローチで研究を続けていくことで、観察だけでなく利用などへの展開へと広がる可能性が期待される。

本年度はリグニンのモルフォロジーの考察のため、木材中のリグニンの分解に取り組んだ。高感度NMR分析機器および豊富なリグニン化学構造のデータベースを駆使し、反応をモニタリングすることで、木粉中リグニンのβ-O-4結合を温和な条件で選択的に開裂する事に成功した。その過程で木粉の反応、特にヘミセルロース・リグニンの反応には溶媒の膨潤が重要であることを明らかにした。この膨潤度の違いや試薬量を変化させることで、β-O-4結合の開裂度合いを制御することが可能となった。また、この反応性からもセルロースミクロフィブリル周辺のリグニンの化学構造情報を推察することができると考えられる。特に、リグニン分解後の木材をHSQC-NMR分析すると、低分子分解物として溶媒抽出されずに残存しているβ-β構造の存在が見られた。よって、多糖類およびリグニンの成分間にはαエーテルβ-O-4構造だけでなく、その結合様式はまだ不明であるものの、β-β構造の存在も推察された。また、官能基導入を用いた元素マッピングにおいても、この条件を導入したものの、木材全体に対する官能基量が小さいため、マッピング像はえられたが、当初目標としていたクリアなマッピング像を得ることはできなかった。しかしながら、水酸基への反応の違いを利用した官能基導入により特定の化学構造をマッピングする元素マッピングによる可能性を示すことができたことは重要であると考えている。ここで得た知見を元に今後さらなる検討を加えて、リグニンの形態観察に耐えうる手法を確立したいと考えている。また、本研究の過程で観察だけでなく、木材の反応における反応溶媒の膨潤度に依存した分解度により木材中のリグニン形態を推察するというアプローチへと展開できたことは非常に重要である。今後このような総合的なアプローチで研究を続けていくことで、観察だけでなく利用などへの展開へと広がる可能性が期待される。