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バイオプラスチック原料を大量合成する技術を開発 ~環境調和型触媒反応プロセスによる,再生可能資源を活用したバイオ化学品製造技術~ (触媒科学研究所 准教授 中島清隆)

2019年4月11日
 

ポイント

・高濃度基質溶液を利用した生産性の高いバイオプラスチック原料の合成法を確立。
・固体触媒を利用した,反応ステップ数が少ない省エネルギーで環境調和型の新規プロセス。
・機能性の高いPET代替バイオポリエステルの工業的な大規模生産への貢献に期待。
 

概要

北海道大学触媒科学研究所の中島清隆准教授・福岡淳教授らの研究グループは,高性能バイオポリエステルであるポリエチレンフラネート(Polyethylene furanoate, PEF)の原料を,生産性の高い環境調和プロセスで効率良く合成できる新しい技術を開発しました。

これまでの研究では,原料となるフランジカルボン酸(FDCA)を合成するため,植物由来のグルコースから誘導できるフラン中間体を固体触媒によって酸化することが主流でした(下図)。しかし,フラン中間体は不安定で反応制御が難しく,生産性を追求した高濃度反応では目的物質はほとんど得られません。また,PEFを高品質で合成するためには,FDCAをメタノールエステル体へと変換し,それをエチレングリコール存在下で重合する多段階プロセスが必要になります。

研究グループは,独自に見出した安定なフラン中間体を利用し,10-20%の高濃度溶液からFDCAのメタノール及びエチレングリコールエステル体を80-95%の効率で合成できる新しい触媒反応プロセスを開発しました(下図)。このプロセスは,生産性の高いことに加え,従来は2段階以上の反応によって得られていたFDCAのメタノールエステル体またはエチレングリコールエステル体をフラン中間体から1段階で合成できるため,反応ステップ数を減じる環境調和かつ省エネルギーが特徴です。効率の良いエチレングリコールエステル体の1段階合成は世界で初めての報告例であり,このエチレングリコールエステル体のみを利用した縮重合反応によって,重合段階における過剰なエチレングリコールの使用や不要なメタノールの生成を伴わないシンプルなPEF合成プロセスの設計が可能になります。

なお,本研究成果は,2019年4月3日(水)公開のACS Catalysis誌(電子版)にアイントフォーフェン工科大学(オランダ)の研究グループ(エミエル ヘンセン教授)との国際共著論文として掲載されました。また,本研究は,科学技術振興機構,先端的低炭素化技術開発プログラム(ALCA)の支援を受け,北海道大学と三菱ケミカル株式会社の共同で行われました。

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