平成 26 年研度究報告教授客員フルフラールからの高分子材料開発〜非可食バイオマス由来化合物の利活用〜大学院理工学府　分子科学部門　助教　橘　熊野はじめにブラジルにおいて、可食のサトウキビを原料として二酸化炭素排出削減と化石資源枯渇対策のた生産が開始されている。その他にも、一部をバイめに、化石資源の代替資源である再生可能資源オマスに置き換えたポチブチレンテレフタレートやポが社会的に求められている（図 1）。エネルギーリブチレンサクシネートも生産されている。の代替資源としては、バイオマス燃料や太陽光発このようにバイオマス資源を用いた高分子材料電や風力発電など再生可能資源のエネルギー利の生産が拡大しているが、高分子材料の原料とし用が進められている。一方で、化成品・高分子て可食バイオマスを用いることは、人口増加に伴う材料のための再生可能資源としては、太陽光や食糧問題と競合する。また、非可食の資源作物風力では代替が困難であるために、バイオマス資からの植物油脂を用いても、その作物を栽培する源を利活用することが必須である。バイオマス由には食料生産と同等の農地が必要であり、食料来の燃料はすぐに燃やすが、バイオマス資源由来生産力を落とすことに繋がる。環境問題と食糧問の化成品・高分子材料は、長期使用が可能であり、題を同時に解決するには、非可食の廃棄物系バ結果として社会への二酸化炭素固定化することにイオマス資源の利用が必須である。つながる。つまり、バイオマス材料の利用拡大は、非可食の廃棄物系バイオマス資源としては、大二酸化炭素の排出削減だけではなく固定化に寄量確保可能な森林伐採で発生した間伐材や農産与する。物が有望視されている。その中でも、フルフラールやヒドロキシメチルフルフラールを始めとするフラン誘導体は工業的生産方法が確立しているため、非可食バイオマス由来化合物として注目を集めて 1,2 いる（図 2）。図２　フラン誘導体特に、フルフラールはトウモロコシの芯から工業的に大規模生産されており、非可食の廃棄物系バイオマス資源として有望視されている。一方、フ図 1　再生可能資源としてのバイオマス資源ラン誘導体は、含酸素芳香環、アルデヒド基などこの１０年で、様々な高分子材料が化石資源か多彩な官能基を有している。それらの官能基を利らではなく、バイオマス資源から生産されるように用すれば、多種多様な化合物群へと化学変換がなった。生分解性高分子であるポリ乳酸はトウモロ可能である。つまり、現在は化石資源から生産さコシなどの可食のデンプン質から生産されている。れている化成品・高分子材料を、フルフラールかまた、汎用高分子の代表格であるポリエチレンはら化学変換によって生産が可能になる。－ 66 − 研究成果平成 26 年研度究報告教授客員私たちはフルフラールを出発物質とする化合物群の合成と、それを用いた次世代の非可食バイオマス資源由来高分子材料開発の研究を推進している。これまでの成果として、フルフラールのみを出発原料として、工業生産可能なプロセス 4 段階を経て含酸素二環式酸無水物（OBCA）を合成した。OBCA と各種ジオールと共重合することで、新規バイオマス由来ポリエステル（POBC）を合成した（図 3） 3 。図５　POBC-c の光学特性評価 . 左：厚さ 0.1mm 円形フィルムの外観観察 . 右：UV-vis スペクトルこれからの展望バイオマス資源からの高分子材料開発は、再生可能エネルギーと並んで世界中で活発に研究されている。海外でのバイオマス資源の利活用は自国の農業支援も兼ねている実情がある。穀物などの農産物由来のバイオマス資源を日本国内で利用していたのでは、コスト面で諸外国に太刀打ちできない。日本国内で最も利用価値があるバイオマス資源は、非可食の廃棄物系バイオマス資源、特にリグノセルロース系である。日本としてバイオマ図 3　POBC の合成スキームス資源の研究をするには非可食の廃棄物系バイオマス資源の利活用を推進する必要がある。 POBC-a, b, c は自立性フィルムへと成形加工することが可能であり、引張試験によって力学的強度を評価したところ、POBC-b, c のフィルムは柔軟性が非常に高いという結果を見出した（図 4）。現在、私たちは OBCA をポリマー原料として用いて、様々な高分子の合成を進めている。その中には既存の生分解性高分子よりも力学的特性が優れている材料の開発にも成功している。さらには、昨年度からフルフラールから様々な化合物群の合成と汎用高分子の開発プロジェクトを開始している。これらの研究を通じて、非可食バイオマス資源の利活用を今後も進める。参考文献 (1) Tachibana, Y.; Masuda, T.; Funabashi, M.; Kunioka, M. Biomacromolecules 2010, 11 , 2760–5. (2) Tachibana, Y.; Masuda, T.; Funabashi, M.; Kasuya, K.; Kunioka, M. In Biobased Monomers, Polymers, and Materials ; Patrick B. Smith, R. A. G., Ed.; Acmerican Chemical Society, 2012; 図４　POBC の引っ張り試験 pp. 91–110. (3) Tachibana, Y.; Yamahata, M.; Kasuya, K. 光学特性の評価をしたところ、可視光領域にお Green Chem . 2013, 15 , 1318–1325. いて透明性が高いという特徴を有していた（図 5）。また、環境中での生分解性を有することも明らかにしている。－ 67 −