Innovative catalytic conversions to produce high value-added chemicals from cell-wall polysaccharides

利用细胞壁多糖生产高附加值化学品的创新催化转化

• 批准号: 21K18852
• 负责人: 恩田 歩武
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kochi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18852/
• 关键词: 多糖; 固体触媒; 海藻; 酸触媒

次世代の有機物資源の１つと期待される海藻は，食料や淡水資源と競合しない，成長速度が速くて太陽光利用効率が高い等，資源作物として利点が多い。海藻の構成成分（水を除く）の約半分は「細胞間粘質多糖」であり，酸性官能基および金属カチオンを含有するヘテロ多糖である。類似の細胞壁多糖は，陸上植物ではヘミセルロースとも呼ばれ，セルロースと同等の存在量があり，構成単糖由来の高付加価値化合物（低分子量硫酸化多糖，オリゴ糖，希少糖等）の原料として期待される。しかし，それら多糖は種類も多く酵素法の適用が困難とされる。そこで本研究では，光触媒と熱触媒を組み合わせた固体触媒法により，従来法の課題であるバイオマス中に存在する金属イオンによる失活を受けにくく，温和な反応温度で加水分解を促進する革新的な固体酸触媒の開発をめざして研究をすすめた。海藻として，最も高い成長速度を有するミナミアオノリに着目し，タンク養殖法でクローン的に約2kg(乾燥重量)を培養生産した。そこから、水熱法で、主構成成分であるウルバンという硫酸化多糖を抽出した。物性評価し，分子量は約800,000であった。それを，触媒水熱法により加水分解した。反応温度、時間、触媒量により、分子量および硫酸化度を連続的に変化させた。得られた低分子量ウルバンの構造を種々の分析法により解析した。NMRについては現在実験中である。 また，光触媒変換への適用を検討し，ニトロベンゼンと種々の単糖の混合溶液に酸化チタンを入れて光照射したところ，水素なしでアニリンが高収率で生成することを確認し，その触媒プロセスを単糖ではなく海藻多糖やヘミセルロースなどのバイオマス多糖に変えたプロセスを検討している。

The next generation of organic resources is expected to grow faster and faster, and the utilization rate of sunlight is higher. About half of the constituent components of algae (except water) are intercellular mucopolysaccharides, and acidic functional groups and metal ions are contained in intercellular mucopolysaccharides Similar cell wall polysaccharides are expected to be present in terrestrial plants in equivalent amounts and high value compounds (low molecular weight sulfated polysaccharides, low molecular weight sugars, etc.). It is difficult to apply the enzyme method to the polysaccharide species. Therefore, this research focuses on the development of an innovative solid acid catalyst that can promote hydrolysis at mild temperatures due to the inactivation caused by the presence of metal ions in the solid catalyst method, which is a combination of photocatalyst and thermal catalyst. The highest growth rate of algae is about 2 kg (dry weight). Hydrothermal extraction of sulfated polysaccharides The molecular weight is about 800,000. The catalyst hydrothermal method is used for hydrolysis. The reaction temperature, time, catalyst amount, molecular weight and degree of sulfation are all related to the reaction temperature. The structure of the low molecular weight polymer was analyzed by analytical method. NMR is now in effect. In addition, the application of photocatalyst conversion is discussed. In the case of mixed solution of single sugar, acidification is carried out by light irradiation. In the case of mixed solution of single sugar, high yield of water is obtained. In the case of mixed solution of single sugar, high yield of algae polysaccharide is obtained. In the case of mixed solution of single sugar, catalyst conversion is carried out.

项目成果

Effect of water on photocatalytic reduction of carbonyl compounds over titanium(IV) oxide

水对二氧化钛光催化还原羰基化合物的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Mana Hontani;Nobuyuki Okahashi;Takeo Taniguchi;Fumio Matsuda;Ami Ide・Ayumu Onda・Kazuya Imamura
• 通讯作者: Ami Ide・Ayumu Onda・Kazuya Imamura

Photocatalytic hydrogenation of nitrobenzene to aniline over titanium(IV) oxide using various saccharides as hydrogen sources

以各种糖类为氢源，氧化钛(IV)光催化硝基苯加氢制苯胺

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Huda;田邊 真;山元 公寿;Takehiro Oto・Kazuma Ikeuchi・Yuki Sakamaoto・Yushiro Aono・Ayumu Onda・Kazuya Imamura
• 通讯作者: Takehiro Oto・Kazuma Ikeuchi・Yuki Sakamaoto・Yushiro Aono・Ayumu Onda・Kazuya Imamura