Title Author(s) Citation Issue Date URL テルペンに関する研究 (第1報) : サルフェート・ターペン チンの成分組成について 隈元, 実忠; 林, 宏子 鹿児島大学工学部研究報告, 5: 113-119 1965-09-30 http://hdl.handle.net/10232/10805 http://ir.kagoshima-u.ac.jp テルペンに関する研究(第1報) サルフエート。ターペンチンの成分組成について 隈 元 実 忠 。 林 宏 子 (受理昭和40年5月31日) TFmCOMPONENTSOFSURFATETURPENTINE SanetadaKUMAMOTO*,HirokoHAYASHI* Thecmdesul「ateturpentine(CST)wasrecoveredfromthewasteliquorofkraftpulpprocess・ InordertoresearchthehigherultilizationoftheCST,firstlyitisneccssarytodefinetheircom‐ ponentscontainingintheCST・ TheauthorstriedtotheidentiiicationofofTensiveodorcomponents,monoterpenehydro‐ carbonfractionsandhighboilingsubstancesintheCST・Andeachcomponentswasstudiedto usethemethodsoffractionaldistillation,gaschromatographyandlnfra-redspectra・ Itwasresultedthattheexistenceof27componentsintheCSTwasanalyzedtousegas Chromatography・Theorganicsulfurcompound(offensiveodorcomponent)intheCSTwasonly dimethylsu1iide,CH3SCH3(1.6%).Asthemonoterpenhydrocarbons,a-pinene(63.3%),camphene (2.6%),β‐pinene(5.0%),dipentene(4.9%)andp-cymene(0.8%)wasconiirmed・Amongthe highboilingparts(distilationresidual,abovebp64oC/mmHg,21%)containingintheCST,Ca‐ mphor(1.3%)andlongifolene(8.8%)wereconfirmed、AndthelongifoleneintheCSTwas purifiedtousegaschromatographyanddeterminedbylnfra-redspectra. 成分分析をガスクロマトグラフ,赤外吸収スペクトル 1 . 緒 言 サルフェート・ターペンチンの成分に関する研究報 によって実施した.サルフェート・ターペンチンの新 しい利用研究を進めるについても,その成分組成を明 告は数多く見られるが,クラフトパルプ工場における 使用原木の種類,蒸解条件,設備機柿などによって回 確に知ることが基本と考えられる. 収されるサルフェート・ターペンチンの成分組成も異 記)は極めて悪臭が強く,揮発性の含イオウ化合物の なるものと考えられ,文献に見られる成分組成にもか 存在が予想され,茶黄色の液体である.B、D、Bogo‐ なりの相異が見られる.たとえば,IraA・Stineら') moloVら2)によれば,クラフトパルプ工程中の有機イ 粗製サルフェート.ターペンチン(以下CSTと略 はガスクロマトグラフ分析で,α‐ピネン69.2%,カ オウ化合物はH2S,CH3SH,CH3SCH3であるとし, ンフエン1.16%,β‐ピネン19.77%,カレン1.49%, A、BWernerら3)によれば,黒液中にはH2SとCH3− ジペンテン8.72%であったと報告している. SH分であると述べている. さて,クラフトパルプ工場で使用される原木の種類 それゆえ,CSTの成分分析については,まず,悪臭 は次第に変遷し,わが国ではカツ葉肘の比率が増えて の原因と考えられる有機イオウ化合物は何か,モノテ いる.したがって,サルフェート・ターペンチンの収 ルペン炭化水素留分の成分組成,高沸点門分検索の3 量が減少するとともに,その成分組成の変化が予想さ 点を中心課題として,精密分留,ガスクロマトグラフ れる. 分析,分取,および赤外吸収スペクトルを用いて,成 分組成を研究し,主なる成分については化合物を確認 そこで,中越パルプ工業(株)川内工場(鹿児島県) では原木1トンに対して約3kgの粗製サルフェート・ し,その含有率を明らかにすることができた. ターペンチンが回収されている.このターペンチンの : I : D e p a r t m e n t o f A p p l i e d C h e m i s t r y , F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g , K a g o s h i m a U n i v e r s i t y : K a m o i k e ‐ dori,KagoshimaShi,Kagoshimaken,Japan, 庇児鳥大学工学部研究報告節5号 114 ∼IXはその沸点範囲から_(D)の主成分と予想され 皿.実験と結果 る.まだ,精密分留の残澄が非常に少いことから,そ れほど高沸点の成分は含まれていないことがわかる. Ⅱ−1精密分留試験 CSTの分留:α‐ピネン前留分(有機イオウ化合物 表2蒸留残置(D)の精密分留 を含むとおもわれる)を捕集するため,CST500gを エ78∼85/600.7 集し,5.59をえて密栓して冷蔽庫に貯えた.さらに巾 Ⅱ86∼90/60.0.6 Ⅲ92∼93/601.3 Ⅳ96∼107/600.7 V108∼109/601.0 Ⅵ109∼112/601.2 Ⅶ.89∼92/100.8 Ⅶ92∼93/102.9 Ⅸ93∼94/102.1 X94∼96/101.9 XI96∼97/100.6 間詔分(B)20.89を常庄蒸留でとったあと,減圧蒸 研でbP58∼64℃/50mmHgのピネン需分(C)335 9をえた.高沸点留分として蒸研残液(D)1059がえ られた.CSTの分留試験結果を表1に示した. 表1CSTの分留試験 Cs.T、5009 貿分瀞号lBR(.C/mmHg)'1瀞│備考 蕊↓‘熱電熱… 備 (%) 結晶析出 }(カンファー) , ロンギホレン が主成分 ..(41.6%) 』 皿98∼106/101.6 残溢 1.217.s 皿−2各留分のガスクロマトグラフ、 木実験に使用したガスクロマトグラフ装置は,いづ れも柳木製作所製GCG-2型である. CSTのガスクロマトグラフ‘:工場で回収された 蒸留残置(D)の精密分留:蒸舟残澄(D)は高沸 点成分を検索するために,さらに粘幣分研に付した. L 47142501.2982 111 (9) J 』 I L ●5 ◆8 由3 ①1 ●3 ■6 ● 4■ 3● 8■ 4g6■7 に付してbP150℃以下の前WY分(A)を氷冷して柿 留分│, 。ハ,聖十丁_、|収 (。C/mmHg) 宰崎 前処理しないで,そのまま精密分研(充填塔60cm) CSTのガスクロマトグラフ(固定相:PEG-6000,カラ すなわち,(D)10591−1.189を取り,回転バンド式粘 ム温度150°C,キヤリヤーガスH2流量:77ml/min, 帝分研装置(大科工業製)で分制し,表2の結果をえ 試料量8〃)を図1に示した.このガスクロマトグラ た.研分11,mは放置すると結晶が析出し,fW分v フ図より20数成分の存在が認められる. ④ ’牛 X ⑦1M叩 ② 粗製サルフェーl、。ターペンチン ↓. (> < l ) → ( x 3 2 ) 5 ル 帯 Q ⑲ ③| ⑤ ⑰ 0 1 2 3 ・ 4 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 保持時|Ⅲ(min) 図1.CSTのガスクロマトグラフ 前留分(A)のガスクロマトグラフ:前留分(A) 一・ク(2)はα‐ピネンである.このガスクロマトグラ のガスクロマトグラフを固定相:PEG-6000,カラム フより前留分(A)の主成分はピーク(1)で,その他 の成分は極め微量であることがわかった.そこで,沸 点および保持時間から予想される有機イオウ化合物と 温度80℃,H2流量64.5ml/minで測定し図2の上 図に示した,ピーク(1)は1.95分に大きく表われ,ピ 115 隈元・林:テルペンに関する研究(節1報) して,メチルメルカプタン(bp5.9.C),エチルメルカ ① プタン(bp37℃),ジメチルサルファイド(bp37.5∼ 1.115前側分(八) 38.0C)の標品のガスクロマトグラフを同一条件で測 lJf 定すると,ジメチルサルファイドに保持時間(rR)が一 致するが,エチルメルカプタンのrR(1.81分)も極めて 接近している,それゆえ,同一測定条件下に前fW分(A) にそれぞれ標品を添加してガスクロマトグラフにかけ I ると,ジメチルサルファイドはピーク(1)と完全に一 9iilノiウ’10113 致するが,エチルメルカプタンは図2の下図のように .10mm/miI1 1619222528 10,11'/min 1 . 9 5 一致せず,ピーク(1)はジメチルサルファイドである ( C H 3 ) z S い ) + エ チ ノ L ‘ ! : そ . ‘ , ことが確認できた.しかも,ピーク(1)とピーク(2) の間に認められるいくつかの小ピークはきわめて微逓 G H 5 であり,悪臭成分はジメチルサルファイドであること が確認できた.なお,ガスクロマトグラフ図より面祇 八へ 1 10 , 1 , 13 1 6 1 1 2 2 25 12 I ︵’1m 0 1 −4 えたが,低沸点成分であるために冷却捕集の際に,か In乙 ァイドの含有量はCST中に1.6%という分析結果を ︿〒7 比(プラニメーターを使用)で求めたジメチルサルフ 8 Ⅱ 40mm/min l O n 1 1 1 1 / 、 1 1 1 r i W i > 1 なりの損失が予想され,実際の含有量は1.6%以上と 考えられる. 留分(B),(C)のガスクロマトグラフ:固定相: PEG-6000,カラム温度150°C,H2流丘63ml/min,試 料量2“で,研分(B)および(C)のガスクロマト グラフを測定し図3に示した.留分(B)はジメチル 1 H サルファイド0.8%を含むが詔分(C)では認められ 禰分(C) 細 分 ( B ) 1 . 9 5 ない.(B)のα‐ピネン含有量は93.6%,(C)は88.4 %であった.その他,カンフェン,β‐ピネン,ジペン テン,リモネンなどが認められるが,(B),(C)研分 については特に確認はおこなわなかった. 蒸留残澄(D)およびその各留分(I-X皿)のガスク 戸虹グー、 ロマトグラフ:(D)のガスクロマトグラフを固定相: 0 1 2 3 4 PEG-6000,カラム温度150℃,H2流量75.0ml/min, 保持時間(min)‐> 試料量6〃で測定し,図4のとおりである.(D)の 図3留分(B),.(C) ⑦ ⑮ 蒸副残溢(D) 保排|畔Ⅲ(min)一>・ 図4蒸留残洗(D)のガスクロマトグラフ ハヘへ ) 1 . 2 3 4 保排時Ⅲ(min)→ のがスク.ロマトグヲフ 鹿児島大学工学部研究報告第5号 116 中にはピネン成分はほとんど含まれず,成分−6,7, (液膜法)は図8の上図のとおりで,近年5)6)7)構造が 8などのモノテルペン炭化水素が少迅存在するが,成 決定されたセスキテルペン炭化水素longifo1ene(C15 分15が主成分であることがわかる. H24)のIRスペクトル8)に一致した.また,ロンギ (D)を精密分留してえた舟分I-XIIの各留分のガ ホレンは松柏科の植物に含まれていることが確められ スクロマトグラフを測定し,留分II〔図5),濡分Vー ている9).そのほか特徴として,ロンギホレンは塩化 IX(図6),留分XI(図7)のガスクロマトグラフ 図を示した(固定相:PEG-6000,カラム温度150℃, 水素と容易に反応してWagner転移をおこし,めず H2流量63ml/min).留分11,mの主成分は成分−13 ⑲ で,カンファーのrR値と一致する.刊分V−IXの主 研分V 1 8 . 0 成分は成分−15であることは図6の各ガスクロマトグ 、 ラフ図から明らかである.そこで,詔分vIII2、99の ⑪ ' 1 8 ⑥ 牛ハ 1 3 .⑭ ' 崎 A P ‘ ガスクロマトグラフ分取を2回繰返して,成分-1sの 4 1 3 純度96.2%の試料0.79をえた.留分XIでは成分−15 の含有量は減少し,成分−19が主成分となっている. 3 63 9 0369121518212427303336 成分−19を純粋に分離するため成分−15の場合と同じ くガスクロマトグラフ分取をおこなった.しかし,成 ⑲ 分Ⅸ 分−19の前後の成分−18,20を分離除去することは できなかった. Ⅱ−3赤外吸収スペクトル (D)の研分11,mを冷却放置すると結晶を析出し た.結晶を口別し,昇華粘製を繰返してmpl70oCの ⑮ 無色結晶をえた.カンフブーの標品と混融しても融点 は下らない.また,カンファーを留分11に添加して測 W分Ⅶ 定したガスクロマトグラフも,留分11の成分-13のピ ークと一致し,新しいピークはあらわれない.さらに, ⑰ 赤外吸収スペクトル(すべて日本分光製DS301型 装置)をKBr錠剤法で測定した.各吸収帯はカンフ 一 一 ー 戸 ァーの文献値4)に一致した. 研分V二IXは表2の精密分留結果より(D)の50 ⑮ %をしめている.図6の各ガスクロマトグラフより主 制分VⅢ 成分は成分−15で(D)中の41.6%もあり,原油CST 中の含有量も8.8%に相当する.前記ガスクロマトグ ラフ分取でえた高純度の成分−15のIRスペクトル ⑤ '3.6 盟分Ⅱ ⑮ 留分Ⅸ ⑬⑰ ⑫ グーへ 6 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 61 1 8 2 0 2224 保持時間(min)→ 図5留分Ⅱのガスクロマトグラフ 2 1 7 3 1 0 3 ‘ 3 3 1 6 3 ' 9 036 保排時間(min)÷ 図6留分V∼Ⅸのガスクロマトグラフ 117 隈元・林:テルペンに関する研究(第1報) ⑥ 33,5 ロ , U D B D J D ロ , {W分XI q O369121518212‘’2730333639424548515457606366697275 保排時│川(min)今 図7留分虹のガスクロマトグラフ 返過率“令, “1別釦⑩皿0 ツ ー V j 8 7 5 40003200240019001700j500f300〃00900‘ZOO 4ⅡI 卯帥印刺迦0 1 0 0 透過叫季鋤午 8 0 ‐ __へ/ 6 0 − 40- 20− 0 400032002400 1900I/700店00ノ300〃00900710 ラ良散([爪-‘)÷ 図8 赤外吸収スペクトル 上:ロンギホレン 下:ロンギホレン塩酸塩 らしく結晶性のロンギホレンヒドロクロライドを生成 たので,KBr錠剤法で測定したIRを図8の下図に することが知られている5)7).そこで冊分IXを29と 示した.上図のロンギホレンのIRと比較すると,ロ りエチルエーテル溶媒で塩化水素ガスを通じて暫時放 置したのち,エーテルを回収して冷蔵庫中に一夜放置 すると無色結晶を析出した.結晶を口別し石油エーテ ンギホレンの末端メチレン基に由来する〃C-H3125 cm-',1666cm-1(似C=C)および875cm−エ(末端メ ルで2回再結晶するとmp59∼60℃(文献値:59∼60 失して,HClが付加したと推定される.しかし,各吸 .c5),59.5℃'0))の無色結晶がえられた. 収帯の帰属については明らかでない. チレン基の6C-H而外変角)の吸収が塩酸塊では消 ロンギホレン塩酸塩が無色結晶として純粋にえられ ロンギホレン 察 CST中の各成分の含有量(%)は精密分留試験結果 H C 1 − 2 H 、、考 からえられた各詔分の収量(%)と各留分のガスクロ マトグラフから面積比で求めた各成分の含有率より計 ろ 算して求めた. ロンギホレン塩酸塩 CSTの成分組成について,表3にガスクロマトグラ 鹿児勘大学工学部研究報告節5号 1 1 8 表 3 C s ・ T の 成 分 組 成 l戊分番号 |’ ジメチルサ 3 2 α一ピネン カンフェン ルファイド 成分化合物 CH3.s・CH3 保持時間 (分) 、 8 . 2 6 5 7 ジペンテン(リモネン) β一ピネン ウ 由 へ ’ (80°C) 1 1 . 9 1 4 . 8 1 5 . 7 ( 0 . 3 6 ) ( 0 . 4 6 ) ( 0 . 5 7 ) ( 0 . 7 2 ) ( 0 . 9 3 ) ( 0 . 9 8 ) 1.6 63.3 2,6 4.7 62.5 1 0 1 1 1 . 9 5 含 有 率 (形) 成分番号 命 4 1 1 8 5 . 8 9 9 . 1 1 . 6 1 2 1 3 3.3 1 4 カンファー 日 〕 成分化合物 0 保持時間 (分) 含 有 率 (%) 成分番号 2 1 . 3 ’│ (1.33) 0.8 ’│ ’’5 7.2 8.8 10.4 11.8 13.6 14.3 0 . 1 0.2 0.3 0.8 1.3 0.5 1 6 1 7 1 8 ロンギホレン 1 9 2 0 2 1 セスキ 成分化合物 テルペン 炭化水素 保持時間 (分) 含 有 率 (%) ’│ 18.0 8.8 成分脅号'’22 2 1 ‘ 7 0.8 2 3 24.5 28.6 33.5 37.0 42.2 1.3 0.9 1.5 0.4 0.3 2 4 2 5 2 6 271残留液 成分化合物 保持時間 (分) 47.0 含(鼠)率loO7 54.5 60.7 80.01106.5 0.2 0.06 0 . 0 1 115.0 0.3 0 . 1 1.6 (註)ガスクロマトグラフの測定条件 成分−2 8借2ラ灘::鴇、伽成分-9 2γ{豊鋪温監 フ分析のピークの成分番号,確認できた化合物,各成 150°C 63m"min が明らかにできた. 分の保持時間rR(min)および含有率(%)を示した. モノテルペン炭化水素:テレビン油の主成分がα− ジメチルサルファイドの確認:CSTの悪臭成分に ピネン,β‐ピネンであることは衆知の事実である.し ついてはH2S,CH3SH,CH3SCH3などが報告されて かし,近年クラフトパルプ工場における原料材.が針葉 いるが,本研究によってCST中に溶存している悪臭 樹よりカツ葉樹へと移り,それに伴ってえられるCST 成分はジメチルサルフアイドCH3SCH3(bp37.5∼ の成分組成も変化していることが予想される.それゆ 38.0°C)のみが単一成分として1.6%以上溶存してい え,ピネン以外の成分組成の検索をおこなった.すな わち,表3の成分−2∼8は試料として留分Iをえらび, て,その他の成分はほとんど認められないという事実 隈元・林:テルペンに関する俳究(第1報) 119 固定相PEG-60002m,カラム温度100°C,H2流量65 2.CSTの主成分はなんといってもα‐ピネンで, ml/minで,1.8-シネオールを内部標準物質としてガ 63.3%含まれる.その他のモノテルペン炭化水素とし スクロマトグラフを測定し,保持時間rR(min)を求 ては,カンフェン2.6%,β‐ピネン5.0%,リモネン め,相対保持値を括弧内に示した.また成分−1,2, 成分(ジペンテンを含む)4.9%,p‐シメン0.8%な 3,4,6,8はそれぞれ標品を添加測定して同定碓認 どが含まれる.しかし,主成分はやはりα‐ピネンで, した.しかし,成分−5は相対保持値0.72より3−カレ 新しい応用研究を期待したい. ン,ミルセン,α‐フェランドレンなどが予想される 3.低沸点部(モノテルペン)をとった残りの高沸点 が確認できなかった.成分−6は標品の添加測定でジペ 部││:1に41.6%も含まれ,CSTIl」に8.8%も含まれて ンテンと確認されたが,相対保持他がきわめて撰近し いるロンギホレンなるセスキテルペンは岐近その構造 ている成分-7(相対保持値:0.98)はリモネン異性体 が決定された多珠の特異な立体椛造をもつ化合物であ ではなかろうか.成分−8は標品の添加測定でp−シメ る.しかも,CSTIlIに単一成分としてはα‐ピネンに ンと同定した.以上モノテルペン炭化水素については, ついで10%近く含まれていることは興味深い.学問的 α‐ピネン,カンフェン,β‐ピネン,ジペンテン(リ にも研究の発展を期待したい興味ある化合物であり, モネン異性体),p‐シメンの存在を確認し,各成分の 一方,比較的容易に純粋に分離できそうで,未利用の 含有率を明らかにした. 複雑な椛造をもった単一化合物として,工業的立場で 高沸点成分の検索:表1に示したようにbp64oC/ の応用研究も興味ある問題と考える. 50mmHg以上の蒸留残置(D)はCST中に21∼22 %含まれている.この(D)を精密分冊した各留分の ガスクロマトグラフを測定し,成分の検索をおこない カンファーとロンギホレンの二成分を確認した.CST 中のカンファーとロンギホレンの含有率はそれぞれ 本研究の試料ターペンチンは巾越パルプ工業(株) 川内工場で採取していただいたもので,村上地区長, 河口工場長をはじめ多くの担当の方々の御援助を深謝 いたします. 1.3%,8.8%であった.その他の成分についても比較 文 献 的含有量の多い成分−19をガスクロマトグラフ分取で 純粋にえようと試みたが,成功しなかった.しかし, そのIRスペクトル測定から,OH,C=Oなどの官 能雄の存在は認められず,その沸点から拙察してセス キテルペン炭化水素と考察される. 以上,CSTのガスクロマトグラフより27成分の存 在が認められた.その中で1%以上存在する成分につ いては,大体その化合物を確認することができた. 二一口 五口 1V・結 1.クラフトパルプ工場で回収されたCST中の有機 イオウ化合物といわれる悪臭成分は,以外にも単一成 分のジメチルサルファイドだけであることがわかっ た.ジメチルサルファイドは最近溶剤として注目され ているジメチルスルホキシドに酸化することができ る.CSTから効率よく回収できれば,相当純度の高い ジメチルサルファイドがえられると推定される. 1)IraA、Stineetc.:ForestPmductsJ.,11,530 ∼535(1961). 2)B、D・Bogomolovetc.:Chem・Abst.,56,7752 . ( 1 9 6 2 ) . 3)ABWemer:Can、Pulp&Paperlnd.,16, 35∼43(1963). 4)IRDCカードNo.2874(赤外データ委員会, 南江堂). 5)小竹無二雄監修:大有機化学,第7巻(脂環式 化合物Ⅱ),p、204∼5(1959),〔朝倉書店〕. 6)R、H・MoiTet&D、Rogers:Che、.&Ind., 1953,916. 7)大野雅二:化学の領域,15,591∼7(1961). 8)中西香爾:赤外線吸収スペクトルー定性と演習 一(演習編),p、51(1960),〔南江堂〕、 9)』.L・SimonsenandD.H、R,Barton:“The Terpenes”Vol.m,p、92(1952),〔Cambridge Univ・Press〕・ 10)藤瀬裕ら:第7回香料テルペンおよび糖油化 学に関する討論会誰演要旨集,p、83(1963).
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