バイオマスモノマーを用いた主鎖生分解性ゴムの開発と機能化

髙坂泰弘
(信州大学繊維学部 テニュアトラック助教)

2017年12月13日水曜日

(論文紹介)金属もハロゲンも用いない安全・安心なポリエステル合成

この度,イハラニッケイ化学工業株式会社との共同でChemistry Letters誌に研究成果を発表しました.
今回は2つ目の論文の紹介です.


Bifunctional Acyl-1,2,4-triazole: An Alternative Monomer of Dicarbonyl Chloride for Metal- and Halogen-Free Polyester Synthesis

Y. Kohsaka,*1 K. Homma,1 I. Mori,S. Sugiyama,2 Y. Kimura2
(1信州大学繊維学部, 2イハラニッケイ化学工業株式会社)
Chemistry Letters, in press (https://doi.org/10.1246/cl.171098)




ポリエステルは,繊維材料やPETボトルはもちろん,自動車部品,電子素子など様々な分野で利用される高分子です.

工業的には,主にエステル交換法という手法でポリエステルを合成しています.
この方法では分子量が大きいポリエステルが生成するという利点がありますが,
200度~300度程度の高温,真空下で反応を行うため,エネルギー負荷が大きいという欠点がありました.

また,反応にはチタン化合物などの金属触媒を用いるのですが,
金属触媒がポリエステル中に残存しやすいという問題がありました.
残留金属はごく微量ですが,半導体など電子材料には悪影響を及ぼしかねませんし,
このようなポリエステルを食品容器に使用することに批判的な意見も出ているようです.

ポリエステルは,ジカルボン酸クロリドからも合成が可能です.
この反応は低温,常圧で実施できる利点がありますが,
強酸性・強毒性の塩化水素が発生するため,
何らかの方法で塩化水素を処理する必要があります.
このため,酸クロリド法は実験室など小スケールでの合成が主でした.

今回の研究では,以前の論文で報告したアシルトリアゾールによるエステル化反応がポリエステル合成にも有効であることを見出しました.

金属触媒もハロゲン(塩素)原子も用いないこの手法は,
上述のような諸問題を解決に繋がります.
また,100度以下の低温でも重合が達成され,エネルギー負荷も小さくなりました.

さて,私は高分子合成が専門ですが,信州大に着任する前は,
主にアクリルモノマーや精密アニオン重合が研究対象でした.

今回はアクリルでもアニオン重合でもないので,
前回に引き続き,またまた未経験の分野での論文となります.

では全くの素人かというと,実は学生時代にポリ炭酸エステルの合成に関する実用化研究をお手伝いしていまして,多少の知識や経験はあったのです.
当時は渋々やっていた研究でしたが,こうしてあの頃の知識が役に立つのですから,不思議なものです.

(論文紹介)酸クロリドに匹敵する高速エステル化反応の開発

この度,イハラニッケイ化学工業株式会社との共同でChemistry Letters誌に研究成果を発表しました.


Esterification with Aromatic Acyl-1,2,4-triazole Catalyzed by Weak Base at the Rate Comparable to Acyl Chloride

Y. Kohsaka,*1 K. Homma,1 S. Sugiyama,2 Y. Kimura2
(1信州大学繊維学部, 2イハラニッケイ化学工業株式会社)
Chemistry Letters, in press (https://doi.org/10.1246/cl.170975)




簡単に言うと,

安全かつ高速でエステルを合成する化学反応を見つけましたよ,

という内容です.

原料となるのは,タイトルにもあるアシルトリアゾールという試薬.
もともと,アシルトリアゾールを用いたポリエステル合成の研究を進めていたのですが,
研究の早い段階から,

「まずは基本となる化学反応についてもキチンと調べておきましょう」

と,提案をしました.

アシルトリアゾールのエステル化反応は古くから知られていたのですが,
困ったことに,標準的な手法は高分子合成に適用しにくい状況でした.
そこで,高分子合成に特化して反応をカスタマイズする必要が生じたんです.

研究の結果,

適切な触媒の存在下では,
アシルトリアゾールがカルボン酸塩化物を凌駕する速度でエステルを与える

ことを見出しました.

「触媒をうまく選択すれば,反応速度は改善する」

とは予想していましたが,
まさか最強と言われる酸塩化物を超える結果が生じるとは思ってもいませんでした.

論文では,反応速度の測定から,反応メカニズムの解釈,分子構造と反応性の相関など,かなり細かい議論をしています.

つまり,ぜんぶ有機化学に関する内容です.

私は高分子化学が専門ですので,
まさかこんな論文を書く日が来るとは思ってもいませんでした.

今回の論文は自分にとっても未踏領域でしたので,
非常によい経験となりました.

きっかけを作って下さった,
イハラニッケイ化学工業株式会社ならびに共著者の皆様に心より感謝申し上げます.




2017年11月25日土曜日

第28回エラストマー討論会で講演(英語)します

今週は第28回エラストマー討論会にて依頼講演です.


一般社団法人 日本ゴム協会
第28回エラストマー討論会
2017年11月29日,30日
京都大学宇治キャンパス
https://srij-meeting.wixsite.com/elastomer-symp-j/blank-5


英語40分は,私自身もアメリカ留学以来ですので(去年のハンガリーでの招待講演は30分),けっこうな大イベントです.
実はその翌日にも某所で90分の招待講演(質疑応答30分含む)があり,頑張らないといけません.

ということで,当面は更新できないと思われますから,よろしくお願いします.

ラボ改造!劇的ビフォーアフター!!

先日の記事でも書きましたが,学生数の増加に伴い,いよいよ研究室が手狭になってきました.

そこで,先月から研究資金を一気に投下し,ラボの大改造を進めています.
正直,これだけの資金投下をするのは久しぶりなので(と,いいながらも,立ち上げ以来,毎年のような気もしますが・・・),注文手続きを進める際にはかなり緊張しました.

いま,研究室の改造が進みつつありますので,少し見てみましょう.


立ち上げ時は,こんな感じで1基だけ,こじんまりとあったロータリーエバポレーター(減圧濃縮器)ですが,


学生の皆さんと共に,解体工事を進めて(いつの間にか2基に増えている),


窓際に新設した実験台に移動しました!
今度はパーツ入れも充実していて,少ないスペースに機能が集約されています.
また,ドラフト(局所排気装置)の近くに移ったので,排気ガスの誘導がしやすく,以前よりも一層安全な方向に改善しました.


そのドラフト,これも1基しかありませんでしたが,フル回転しても人数的に苦しい状況でした.
というより,有毒ガスを発生しない実験を中心に研究計画を立案する必要があったのですが,これでは研究に対する制約が大きく,海外の研究者から,
「なぜここまで発見しておいて,この実験をしないのか」
と言われた際に,閉口せざるを得なかったんです.

そこで,


このたび,念願のドラフト増設と相成りました.
スペース的にもう1基入れられそうでしたので,いずれ研究費に余裕が出れば,さらなる増設も検討したいと思います.


ゴミも,このように集約して管理できるようになりました.
また,この写真の右端に見切れていますが,液体窒素保管器も増設しました.
本学部には液体窒素タンクがないため,使い果たすと保管器を業者に引き渡し,再び納品されるまでの2,3日は液体窒素なしで実験せざるを得ません.

これまで,ドライアイス発生装置で細々と頑張ってきましたが,やはり効率の低下は防ぎきれず,思い切って10万円を投資して,液体窒素保存容器の追加購入に踏み切りました.

今度は改造により空いた実験スペースの再構築と,学生室・教員室の改造が始まります!

2017年11月17日金曜日

秋田大学で招待講演

日本化学会東北支部にご招待頂き,秋田大学に来ています.
私の一族は秋田県出身なので,小さい頃から何かと秋田には縁があり,今回の訪問も非常に楽しみにしていました.

上田駅から秋田駅までは,新幹線を乗り継いで4時間超です.
途中,仙台,盛岡,田沢湖,角館,大曲と魅力的な観光地を通りますが,今回は仕事なのでもちろん立ち寄ることはできません.

新幹線に乗った頃は朝ご飯の時間でしたが,
到着した頃には昼食の時間をとうに過ぎていました.

そんなわけで,まずは腹ごしらえ.


有名な佐藤養助の稲庭うどんです.
うどんは数あれ,私はこれが一番好きです.

そこから秋田大学へ.
初めての街は徒歩で歩け,が私の信条ですので,歩きます.

が,恐ろしく何もない・・・

どうも繁華街は駅の反対側らしく,このあたりは住宅地.
目印がないので,スマホの案内がなければ心細かったことでしょう.

また,ふだん山に囲まれて過ごしているので,こうも空が広い平野は不慣れです.
特にこの日は初雪で,盆地民には新鮮な北風が冷たかったです.

そうこうしている間に,到着しました!


そのまんまの名前の交差点です.
そういえば,うちの大学の近くの交差点も「信大繊維学部入口」でしたね.



広い!
いや,キャンパスとしては普通なんですが,日頃上田キャンパスという繊維学部しかない職場にいるので,総合キャンパスの広さに驚きます.
まぁ,1学部だけにしては,むしろ上田キャンパスは広いのですが・・・

この日は会場の下見と,今回お呼び頂いた松本先生,寺境先生にご挨拶するのが主目的です.いかんせん移動に最速で4時間超,往復で10時間ですから,前泊しないと本当に私の講演の1時間だけの滞在になりかねません.

松本先生は私の大学の3学年上の先輩で,学生実験でTAをして頂いて以来,何かと可愛がって下さる大恩人です.
研究室が違えど,先輩,同輩,後輩でこうした関係が続けられるのが,母校のよいところだと思います.

さて,夜は秋田の郷土料理でお持てなし頂きました.
なまはげが乱入して大騒ぎ!

・・・となるはずが,やたらと恐縮するなまはげ.
中の人,もしかして秋田大学の学生さん?

そして夜が明け,今朝のご飯も,秋田づくしでした.


左上から時計回りに,ハタハタの佃煮,いぶりがっこ,きりたんぽ鍋,稲庭うどん,あきたこまち,とろろ の とんぶり がけ,です.

冒頭でも書きましたが,父は北秋田の出身.
男鹿半島名物のハタハタはほとんど食べたことがなかったのですが,それ以外は子供の頃から馴染みの深い食事です.秋田と言えば,あとジュンサイ,比内地鶏でしょうか.

こうして英気も養ったので,講演を頑張ろうと思います!

2017年11月14日火曜日

研究室を大改造!

某テレビ番組じゃないですが,研究室を劇的に改造中です.

設立初年度こそ教員1名,学生3名の少人数スタートでしたが,
研究室はいまや11名の大所帯.
来年度はもっと大変で,単純計算で12~13名に増加する見込みです.

こうなると,実験室,学生室ともども,手狭になってしまいます.
ドラフト(局所排気装置/有毒ガスを吸引する装置)も既存の1基では足りなくなり,
このたび1基を増設することになりました.

研究室に割り当てられたスペースは変わりませんので,
いかにデッドスペースを作らないかが,大きな鍵になります.
入居時から鎮座している大型什器を必要最低限まで断捨離し,
無駄なスペースを徹底的に排除するしかありません.

というわけで,これから研究室の雰囲気が大きく変わりますので,
折を見て写真で報告できればと思います.

しかし・・・ものすごい出費です.
ドラフトはともかく,実験台の増設,事務机の追加購入(検討中)などトンデモナイ金額になります.
今年は研究費に余裕があったのですが,どうも雲行きが怪しくなってきました・・・

2017年11月12日日曜日

日本化学会東北支部で講演します!

秋田大学・松本和也先生のご厚誼により,11月17日(金)に以下の学会で講演することになりました.
参加費無料だそうですので,皆様奮ってご参加下さい.

平成29年度日本化学会 東北支部秋田地区講演会

主 催 日本化学会東北支部
会 期 11月17日(金)15時~17時15分
会 場 秋田大学総合研究棟1階講義室(秋田市手形学園町1-1 秋田大学手形キャンパス内)〔交通〕JR「秋田」駅東口より徒歩10分
参加申込締切 事前申込み不要
1.α-置換アクリル酸エステルの反応性に着目した機能高分子の精密合成(信州大繊維)髙坂泰弘
2.分子構造制御に基づく新奇なπ電子系化合物の創製と機能創発(山形大院理工)片桐洋史
参加費 無料
参加申込方法 事前申込み不要