JP2020143250A - Method for producing polysaccharide derivative, and method for producing lignin derivative - Google Patents

Method for producing polysaccharide derivative, and method for producing lignin derivative Download PDF

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Abstract

To provide a method for producing polysaccharide derivative, that is advantageous in terms of environment and cost because it does not require the use of a reagent such as an acid catalyst, does not generate waste, and does not require base.SOLUTION: The method for producing polysaccharide derivative of the present invention is characterized by comprising a step in which a polysaccharide-containing raw material is dissolved in at least one ionic liquid where the cation is an azorium ion and the conjugate acid of the anion has a pKa in vacuum of 1 or more, and is oxidatively reacted with aldehyde.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、多糖類誘導体の製造方法、及びリグニン誘導体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a polysaccharide derivative and a method for producing a lignin derivative.

酢酸セルロース等のセルロース誘導体は、熱可塑性プラスチック材料として有用である。このようなセルロース誘導体等の多糖類誘導体を製造する方法が種々検討されている。従来の多糖類誘導体の製造方法として、セルロースとエステル化剤とを、酸触媒の存在下、強烈な条件で反応させる古典的エステル化方法が知られている。この方法では、反応中にセルロースが分解して重合度が低下してしまい、得られるセルロース誘導体の機械的強度が低下するという問題点があった。 Cellulose derivatives such as cellulose acetate are useful as thermoplastic plastic materials. Various methods for producing polysaccharide derivatives such as cellulose derivatives have been studied. As a conventional method for producing a polysaccharide derivative, a classical esterification method is known in which cellulose and an esterifying agent are reacted under intense conditions in the presence of an acid catalyst. This method has a problem that cellulose is decomposed during the reaction and the degree of polymerization is lowered, so that the mechanical strength of the obtained cellulose derivative is lowered.

また、多糖類誘導体の製造方法として、セルロースと、酸塩化物、酸無水物、活性エステル、不活性エステル等のアシル化剤との縮合反応によりセルロースエステルを製造する方法も知られている。例えば、(非特許文献1)には、セルロースを、1−エチル−メチルイミダゾリウムアセテート(EmimOAc)及びDMSOに溶解させ、不活性エステルであるイソプロペニルアセテート(IPA)を触媒的に活性化させることでアシル化剤として反応させる酢酸セルロースの製造方法が開示されている。このような不活性エステル等のアシル化剤を用いる方法では、活性化剤由来の廃棄物が発生するという問題があった。また、特に酸塩化物や酸無水物等は反応によって塩酸等の酸を廃棄物として生じるため、塩酸等をトラップするための塩基を過剰量加える必要があった。 Further, as a method for producing a polysaccharide derivative, a method for producing a cellulose ester by a condensation reaction between cellulose and an acylating agent such as an acid chloride, an acid anhydride, an active ester, or an inactive ester is also known. For example, in (Non-Patent Document 1), cellulose is dissolved in 1-ethyl-methylimidazolium acetate (EmimOAc) and DMSO to catalytically activate the inert ester isopropenyl acetate (IPA). Discloses a method for producing cellulose acetate to be reacted as an acylating agent. Such a method using an acylating agent such as an inert ester has a problem that waste derived from the activator is generated. Further, in particular, acid chlorides and acid anhydrides generate acids such as hydrochloric acid as waste by the reaction, so it is necessary to add an excessive amount of a base for trapping hydrochloric acid and the like.

その他の多糖類誘導体の製造方法として、(特許文献1)には、多糖類、小糖類又は二糖類又は相応する誘導体を少なくとも1種のイオン液体に溶解させ、ケテンと反応させることを特徴とする、多糖類、小糖類又は二糖類又はその誘導体のアシル化法が開示されている。しかし、効率やコストの点で不十分であった。 As another method for producing a polysaccharide derivative, (Patent Document 1) is characterized in that a polysaccharide, a small sugar or a disaccharide or a corresponding derivative is dissolved in at least one ionic liquid and reacted with keten. , Polysaccharides, oligosaccharides or disaccharides or derivatives thereof are acylated. However, it was insufficient in terms of efficiency and cost.

また、リグニンは、芳香族化合物からなる高分子化合物であり、多糖類(セルロース及びヘミセルロース)とともに、植物の細胞壁を構成する主要成分である。紙パルプ製造プロセス又はバイオエタノール製造プロセスの副生成物として得られるが、主に燃料として利用されているのみであり、その工業的利用は進んでいないのが現状である。 Lignin is a polymer compound composed of aromatic compounds, and is a main component constituting the cell wall of plants together with polysaccharides (cellulose and hemicellulose). It is obtained as a by-product of the pulp and paper production process or the bioethanol production process, but it is mainly used only as a fuel, and its industrial use is not progressing at present.

特表2009−540075号公報Special Table 2009-540075

R. Kakuchi, et al., RSC Adv., 2017,7, 9423-9430(DOI: 10.1039/C6RA28659C)R. Kakuchi, et al., RSC Adv., 2017,7, 9423-9430 (DOI: 10.1039 / C6RA28659C)

上述のように、従来の多糖類誘導体の製造方法は、酸触媒を用いるため、得られる誘導体が一部分解し、機械的強度が低下するという問題があった。また、別の多糖類誘導体の製造方法では、活性化剤の使用によって廃棄物が発生したり、塩基を別途加える必要があり、環境・コスト面での負荷が大きかった。 As described above, since the conventional method for producing a polysaccharide derivative uses an acid catalyst, there is a problem that the obtained derivative is partially decomposed and the mechanical strength is lowered. Further, in another method for producing a polysaccharide derivative, waste is generated due to the use of an activator, and it is necessary to add a base separately, which has a large burden on the environment and cost.

さらに従来、リグニンの工業的利用は進んでおらず、したがって、リグニンを誘導体化させ、有用な材料に変換するための技術の開発が望まれていた。 Furthermore, conventionally, the industrial use of lignin has not progressed, and therefore, it has been desired to develop a technique for derivatizing lignin and converting it into a useful material.

そこで本発明は、酸触媒等の試薬を用いる必要がなく、また、廃棄物を生じず、塩基も不要であるため環境・コスト面で有利な多糖類誘導体の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a polysaccharide derivative, which is advantageous in terms of environment and cost because it does not require the use of a reagent such as an acid catalyst, does not generate waste, and does not require a base. To do.

また本発明は、酸触媒等の試薬が不要であり、環境・コスト面での負荷が小さいリグニン誘導体の製造方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a method for producing a lignin derivative, which does not require a reagent such as an acid catalyst and has a small burden on the environment and cost.

本発明者らが鋭意研究を行った結果、多糖類あるいはリグニンを含む原料を、特定のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させることによって上記課題が解決されることを見い出し、発明を完成した。すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。 As a result of diligent research by the present inventors, it was found that the above-mentioned problems can be solved by dissolving a raw material containing a polysaccharide or lignin in a specific ionic liquid and oxidatively reacting with an aldehyde. completed. That is, the gist of the present invention is as follows.

(1)多糖類を含む原料を、カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させる工程を含む多糖類誘導体の製造方法。
(2)前記多糖類が、セルロースである上記(1)に記載の多糖類誘導体の製造方法。
(3)前記反応が、酸素の存在下で行われる上記(1)又は(2)に記載の多糖類誘導体の製造方法。
(4)前記アルデヒドが、α,β−不飽和アルデヒドであり、酸化剤を別途使用せずに反応が行われる上記(1)又は(2)に記載の多糖類誘導体の製造方法。
(5)前記α,β−不飽和アルデヒドが、シンナムアルデヒドである上記(4)に記載の多糖類誘導体の製造方法。
(6)カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種の前記イオン液体を、反応中に生成させる上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の多糖類誘導体の製造方法。
(7)リグニンを含む原料を、カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させる工程を含むリグニン誘導体の製造方法。
(8)前記反応が、酸素の存在下で行われる上記(7)に記載のリグニン誘導体の製造方法。
(9)前記アルデヒドが、α,β−不飽和アルデヒドであり、酸化剤を別途使用せずに反応が行われる上記(8)に記載のリグニン誘導体の製造方法。
(10)前記α,β−不飽和アルデヒドが、シンナムアルデヒドである上記(9)に記載のリグニン誘導体の製造方法。
(11)カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種の前記イオン液体を、反応中に生成させる上記(7)〜(10)のいずれか一つに記載のリグニン誘導体の製造方法。
(1) A step of dissolving a raw material containing a polysaccharide in at least one ionic liquid having an azolium ion as a cation and an anionic conjugate acid having a pKa of 1 or more in vacuum and oxidatively reacting with an aldehyde. A method for producing a polysaccharide derivative containing.
(2) The method for producing a polysaccharide derivative according to (1) above, wherein the polysaccharide is cellulose.
(3) The method for producing a polysaccharide derivative according to (1) or (2) above, wherein the reaction is carried out in the presence of oxygen.
(4) The method for producing a polysaccharide derivative according to (1) or (2) above, wherein the aldehyde is an α, β-unsaturated aldehyde and the reaction is carried out without using a separate oxidizing agent.
(5) The method for producing a polysaccharide derivative according to (4) above, wherein the α, β-unsaturated aldehyde is cinnamaldehyde.
(6) Any of the above (1) to (5) for producing at least one of the ionic liquids in which the cation is an azolium ion and the conjugate acid of the anion has a pKa of 1 or more in vacuum during the reaction. The method for producing a polysaccharide derivative according to one.
(7) A step of dissolving a raw material containing lignin in at least one ionic liquid having an azolium ion as a cation and an anionic conjugate acid having a pKa of 1 or more in vacuum and oxidatively reacting with an aldehyde. Method for producing lignin derivative containing.
(8) The method for producing a lignin derivative according to (7) above, wherein the reaction is carried out in the presence of oxygen.
(9) The method for producing a lignin derivative according to (8) above, wherein the aldehyde is an α, β-unsaturated aldehyde and the reaction is carried out without using a separate oxidizing agent.
(10) The method for producing a lignin derivative according to (9) above, wherein the α, β-unsaturated aldehyde is cinnamaldehyde.
(11) Any of the above (7) to (10) for producing at least one of the ionic liquids in which the cation is an azolium ion and the conjugate acid of the anion has a pKa of 1 or more in vacuum during the reaction. The method for producing a lignin derivative according to one.

本発明の多糖類誘導体あるいはリグニン誘導体の製造方法は、酸触媒等を用いる必要がなく、そのため得られる誘導体の機械的強度を高く保持することができる。したがって、有用な熱可塑性プラスチック材料を提供することができる。また、反応に伴う廃棄物が発生せず、塩基等の追加の試薬も不要であるため環境・コスト面で優れている。 The method for producing a polysaccharide derivative or a lignin derivative of the present invention does not require the use of an acid catalyst or the like, and thus the mechanical strength of the obtained derivative can be maintained high. Therefore, a useful thermoplastic material can be provided. In addition, it is excellent in terms of environment and cost because no waste is generated due to the reaction and no additional reagent such as a base is required.

以下、実施の形態に基づき本発明を詳細に説明する。
まず、多糖類誘導体の製造方法について述べる。本実施形態に係る多糖類誘導体の製造方法は、多糖類を含む原料を、特定のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させる工程を含む。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments.
First, a method for producing a polysaccharide derivative will be described. The method for producing a polysaccharide derivative according to the present embodiment includes a step of dissolving a raw material containing a polysaccharide in a specific ionic liquid and oxidatively reacting with an aldehyde.

多糖類としては、種々の多糖が適用可能であり、例として、セルロース、ヘミセルロース、デンプン、アガロース、ペクチン、キチン、キトサン等を挙げることができる。これらの多糖類は、構造の一部が置換されていても良い。例えば、セルロースの水酸基の一部がエステル化されているセルロース誘導体を原料として用いることができる。 As the polysaccharide, various polysaccharides can be applied, and examples thereof include cellulose, hemicellulose, starch, agarose, pectin, chitin, and chitosan. Part of the structure of these polysaccharides may be substituted. For example, a cellulose derivative in which some of the hydroxyl groups of cellulose are esterified can be used as a raw material.

また、多糖類を含む原料として、セルロース等の多糖類を混合物として含む天然材料を用いても良い。このような材料の具体例としては、バガス(サトウキビ残渣)、タケ(竹パウダー)、ケナフ、スギ、ユーカリ等の木材、ギンナン等、あるいはこれらの2種以上の混合物等を挙げることができる。なお、これらの天然材料は、本実施形態の反応に先立って裁断、乾燥等、必要に応じて種々の前処理を施すことができる。 Further, as a raw material containing a polysaccharide, a natural material containing a polysaccharide such as cellulose as a mixture may be used. Specific examples of such materials include bagasse (sugar cane residue), bamboo (bamboo powder), wood such as kenaf, cedar, and eucalyptus, ginnan, and a mixture of two or more of these. In addition, these natural materials can be subjected to various pretreatments such as cutting and drying prior to the reaction of the present embodiment as necessary.

本実施形態に適用可能なイオン液体は、カチオンがアゾリウムイオンであり、且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種である。なお、上記pKaとしては、Advanced Chemistry Development (ACD/ Laboratories) Software, version 11.02 (1994-2011 ACD/ Laboratories)による計算値を用いることができる。このイオン液体は、本実施形態の誘導体化反応において、セルロース等の多糖類を溶解する溶媒として用いられるとともに、強力な有機分子触媒として機能する。 The ionic liquid applicable to this embodiment is at least one in which the cation is an azolium ion and the pKa of the conjugate acid of the anion in vacuum is 1 or more. As the above pKa, a value calculated by Advanced Chemistry Development (ACD / Laboratories) Software, version 11.02 (1994-2011 ACD / Laboratories) can be used. This ionic liquid is used as a solvent for dissolving polysaccharides such as cellulose in the derivatization reaction of the present embodiment, and also functions as a powerful organomolecular catalyst.

アゾリウムイオンは、窒素原子を含有するヘテロ5員環を有するカチオンであり、具体的には、イミダゾリウムイオン、トリアゾリウムイオン、テトラゾリウムイオン等が適用可能である。トリアゾリウムイオンとしては、1−メチルトリアゾリウム、1−エチルトリアゾリウム、1−プロピルトリアゾリウム、1−ブチルトリアゾリウムのイオン等を挙げることができる。また、テトラゾリウムイオンとしては、1−ブチル−3−メチルテトラゾリウムイオン等を挙げることができる。 The azolium ion is a cation having a hetero 5-membered ring containing a nitrogen atom, and specifically, an imidazolium ion, a triazolium ion, a tetrazolium ion and the like can be applied. Examples of the triazolium ion include 1-methyltriazolium, 1-ethyltriazolium, 1-propyltriazolium, and 1-butyltriazolium ions. Moreover, as a tetrazolium ion, 1-butyl-3-methyltetrazolium ion and the like can be mentioned.

アゾリウムイオンとして、下記式(1)で表されるイミダゾリウムイオンが反応効率に優れ、低コストであるため好ましく用いられる。 As the azolium ion, the imidazolium ion represented by the following formula (1) is preferably used because it has excellent reaction efficiency and low cost.

Figure 2020143250
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、アルキル基、アルケニル基、アルコキシアルキル基又は置換もしくは非置換のフェニル基であり、R〜Rは、それぞれ独立して、水素、アルケニル基、アルコキシアルキル基又は置換もしくは非置換のフェニル基である。)
Figure 2020143250
(In the formula (1), R 1 and R 2 are independently alkyl groups, alkenyl groups, alkoxyalkyl groups or substituted or unsubstituted phenyl groups, and R 3 to R 5 are independent of each other. , Hydrogen, alkenyl group, alkoxyalkyl group or substituted or unsubstituted phenyl group.)

上記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等の1〜20個の炭素原子を有する直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。これらのアルキル基の末端には、スルホ基が結合していても良い。また、アルケニル基としては、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、1−オクテニル基等の1〜20個の炭素原子を有する直鎖状又は分岐状のアルケニル基が挙げられる。また、アルコキシアルキル基としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の2〜20個の炭素原子を有する直鎖状又は分岐状のアルコキシアルキル基が挙げられる。さらに、置換もしくは非置換のフェニル基としては、水酸基、ハロゲン原子、低級アルコキシ基、低級アルケニル基、メチルスルホニルオキシ基、置換もしくは非置換の低級アルキル基、置換もしくは非置換のアミノ基、置換もしくは非置換のフェニル基、置換もしくは非置換のフェノキシ基及び置換もしくは非置換のピリジル基から選択される1〜2個の基で置換されても良いフェニル基が挙げられる。 Examples of the alkyl group include a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a hexyl group and an octyl group. Can be mentioned. A sulfo group may be bonded to the end of these alkyl groups. Examples of the alkenyl group include vinyl group, 1-propenyl group, 2-propenyl group, 1-butenyl group, 2-butenyl group, 1-pentenyl group, 2-pentenyl group, 1-hexenyl group and 2-hexenyl group. Examples thereof include a linear or branched alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms such as a 1-octenyl group. The alkoxyalkyl group has 2 to 20 carbon atoms such as a methoxymethyl group, an ethoxymethyl group, a 1-methoxyethyl group, a 2-methoxyethyl group, a 1-ethoxyethyl group and a 2-ethoxyethyl group. Examples thereof include linear or branched alkoxyalkyl groups. Further, the substituted or unsubstituted phenyl group includes a hydroxyl group, a halogen atom, a lower alkoxy group, a lower alkenyl group, a methylsulfonyloxy group, a substituted or unsubstituted lower alkyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted group. Examples thereof include a phenyl group which may be substituted with 1 or 2 groups selected from a substituted phenyl group, a substituted or unsubstituted phenoxy group and a substituted or unsubstituted pyridyl group.

また、イオン液体のアニオンは、共役酸の真空中におけるpKaが1以上、好ましくは3〜14の範囲内となるイオン液体を形成可能なものであれば適用可能である。例として、ギ酸アニオン(HCOO)、酢酸アニオン(CHCOO)、プロピオン酸イオン(CHCHCHCOO)等のカルボン酸アニオン、ピリドネートアニオン等のアミド由来のアニオン、各種アミノ酸アニオン(グルタミン酸アニオン等)、シアン化物イオン(CN)、フッ化物イオン(F)等を挙げることができる。これらのアニオンは、部分的に置換されていても良い。例えば、置換カルボン酸アニオンの例として、3−フェニルプロピオン酸アニオン(Ph−CHCHCHCOO)等が挙げられる。塩化物イオン(Cl)、ヨウ素イオン(I)、臭化物イオン(Br)等のフッ化物イオン以外のハロゲンアニオン、硫酸アニオン、リン酸アニオン等の強酸のアニオンは、共役酸の真空中におけるpKaが1未満であるため不適である。 Further, the anion of the ionic liquid can be applied as long as it can form an ionic liquid having a pKa of 1 or more, preferably 3 to 14 in vacuum of the conjugate acid. Examples include carboxylic acid anions such as formate anion (HCOO ), acetate anion (CH 3 COO ), propionic acid ion (CH 3 CH 2 CH 2 COO ), and amide-derived anions such as pyridonate anion. Examples thereof include amino acid anion (glutamate anion, etc.), cyanide ion (CN ), fluoride ion (F ), and the like. These anions may be partially substituted. For example, examples of substituted carboxylic acid anion, 3-phenylpropionic acid anion (Ph-CH 2 CH 2 CH 2 COO -) and the like. Halogen anions other than fluoride ions such as chloride ion (Cl ), iodine ion (I ), and bromide ion (Br ), and strong acid anions such as sulfate anion and phosphate anion are used in the vacuum of the conjugate acid. It is unsuitable because pKa is less than 1.

本実施形態に係る製造方法に好適に用いられるイオン液体の例として以下の化合物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(EmimOAc)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアセテート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム2−ピリドネート(EmimOPy)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム3−フェニルプロピオネート(EmimPPA)等。
Examples of ionic liquids preferably used in the production method according to the present embodiment include, but are not limited to, the following compounds.
1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate (EmimoAc), 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-hexyl-3-methylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium 2-pyridonate (EmimoPy) ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium 3-phenylpropionate (EmimPPA) and the like.

上記のイオン液体を用いる以外に、本実施形態に係る製造方法では、カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種のイオン液体を、反応中に生成させることもできる。例えば、イミダゾリウムクロライド類(真空中におけるpKaが1未満)と塩基とを使用し、反応系内で活性なイオン液体を発生させて利用することができる。このようなイミダゾリウムクロライド類の具体例としては1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(BmimCl)等が挙げられ、塩基としては酢酸カリウム、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク−7−エン(DBU)、酢酸ナトリウム、炭酸カリウム、フッ化カリウム、ピリジン、トリエチルアミン、テトラアンモニウムアセテート、シアン化カリウム等を挙げることができる。 In addition to using the above ionic liquid, in the production method according to the present embodiment, at least one ionic liquid in which the cation is an azolium ion and the pKa of the conjugate acid of the anion is 1 or more in vacuum is being reacted. Can also be generated by. For example, imidazolium chlorides (pKa in vacuum less than 1) and a base can be used to generate an active ionic liquid in the reaction system for use. Specific examples of such imidazolium chlorides include 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BmimCl), and the bases are potassium acetate and 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-. Examples thereof include 7-ene (DBU), sodium acetate, potassium carbonate, potassium fluoride, pyridine, triethylamine, tetraammonium acetate, potassium cyanide and the like.

多糖類を含む原料を、上記のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させることにより、イオン液体が触媒としても機能して多糖類の誘導体化が進行する。ここで、「酸化的に反応させる」とは、酸化剤等を用いることによりアルデヒドを形式的に酸化しつつ多糖類の−OH基とアルデヒド(RCHO)との間にエステル結合(−OOCR)を形成することをいう。具体例として、空気中の酸素を酸化剤として、セルロースとアルデヒドとをイオン液体中で反応させ、セルロースエステルを製造する反応式を以下に示す。 By dissolving the raw material containing the polysaccharide in the above-mentioned ionic liquid and oxidatively reacting with the aldehyde, the ionic liquid also functions as a catalyst and the derivatization of the polysaccharide proceeds. Here, "oxidatively reacting" means forming an ester bond (-OOCR) between the -OH group of the polysaccharide and the aldehyde (RCHO) while formally oxidizing the aldehyde by using an oxidizing agent or the like. It means to form. As a specific example, the reaction formula for producing a cellulose ester by reacting cellulose and an aldehyde in an ionic liquid using oxygen in the air as an oxidizing agent is shown below.

Figure 2020143250
Figure 2020143250

酸化剤としては、酸素の他、従来知られた種々の物質を用いることができる。例として、二酸化マンガン、過酸化水素等の無機酸化剤、アゾベンゼン等の有機酸化剤を挙げることができる。 As the oxidizing agent, in addition to oxygen, various conventionally known substances can be used. Examples include inorganic oxidizing agents such as manganese dioxide and hydrogen peroxide, and organic oxidizing agents such as azobenzene.

溶媒としてのイオン液体における、多糖類を含む原料の濃度は、多糖類の種類や分子量によって異なり、特に限定されるものではない。一般的には、イオン液体の重量を多糖類の重量の2倍以上とすることが好ましく、具体的には、イオン液体における多糖類の濃度を5重量%〜20重量%とすることが好ましい。 The concentration of the raw material containing the polysaccharide in the ionic liquid as the solvent varies depending on the type and molecular weight of the polysaccharide and is not particularly limited. Generally, the weight of the ionic liquid is preferably twice or more the weight of the polysaccharide, and specifically, the concentration of the polysaccharide in the ionic liquid is preferably 5% by weight to 20% by weight.

また、イオン液体は、有機溶媒との共溶媒系として用いることができる。この場合も、イオン液体の重量を多糖類の重量の2倍以上とすることが好ましく、この条件の範囲内で、イオン液体の使用量を低減させることができ、残りを有機溶媒で代替することで多糖類誘導体の製造コストを抑えることが可能となる。 Further, the ionic liquid can be used as a co-solvent system with an organic solvent. In this case as well, the weight of the ionic liquid is preferably at least twice the weight of the polysaccharide, and within this condition, the amount of the ionic liquid used can be reduced, and the rest is replaced with an organic solvent. It is possible to reduce the production cost of the polysaccharide derivative.

共溶媒として用いる場合の有機溶媒は、生成する多糖類誘導体に対する溶解性等を考慮し、イオン液体と反応しないことを条件として種々の有機溶媒の中から適宜選択することができる。具体的には、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン等を挙げることができる。クロロホルムは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(EmimAc)等、一部のイオン液体と反応するため適用できない場合が多いが、本発明の範囲から除外されるものではない。また、多糖類誘導体として酪酸セルロースを製造する場合は、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸セルロースを製造する場合は、ジメチルスルホキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン等が好ましく用いられるがこれらに限定されるものではない。 When used as a co-solvent, the organic solvent can be appropriately selected from various organic solvents on the condition that it does not react with the ionic liquid in consideration of solubility in the produced polysaccharide derivative and the like. Specific examples thereof include acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane and the like. Chloroform is often not applicable because it reacts with some ionic liquids such as 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (EmimAc), but it is not excluded from the scope of the present invention. Further, when cellulose butyrate is produced as a polysaccharide derivative, tetrahydrofuran (THF) is preferably used, and when cellulose acetate is produced, dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane and the like are preferably used, but are limited thereto. is not.

多糖類と反応させるアルデヒドとしては、製造対象とする多糖類誘導体(エステル化多糖)の種類に応じて、従来知られた種々のアルデヒドの中から適宜選択して用いることができる。具体的には、例えば、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ヘキサナール、ヘプタナール、オクタナール、ノナナール、デカナール、ウンデカナール、ドデカナール等の飽和脂肪族アルデヒド類;アクロレイン、メタクロレイン、シス−3−ヘキセナール、トランス−2−ヘキセナール、トランス−2−ヘプテナール、シス−4−ヘプテナール、トランス−4−ヘプテナール、トランス−2−オクテナール、トランス−2−ノネナール、シス−6−ノネナール、トランス−2−デセナール、シス−4−デセナール、トランス−4−デセナール、7−ウンデセナール、9−ウンデセナール、10−ウンデセナール等の不飽和脂肪族アルデヒド類;フルフラール等のヘテロ環式アルデヒド類;ベンズアルデヒド、ナフチルアルデヒド、アントラアルデヒド等の芳香族アルデヒド類等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。なお、アルデヒドはいずれか1種を単独で用いても良く、2種以上を用いても良い。 As the aldehyde to be reacted with the polysaccharide, it can be appropriately selected and used from various conventionally known aldehydes according to the type of the polysaccharide derivative (esterified polysaccharide) to be produced. Specifically, for example, saturated aliphatic aldehydes such as acetaldehyde, propylaldehyde, hexanal, heptanal, octanal, nonanal, decanal, undecanal, and dodecalal; achlorine, metachlorine, cis-3-hexenal, trans-2-hexenal. , Trans-2-hexenal, cis-4-heptenal, trans-4-heptenal, trans-2-octenal, trans-2-nonenal, cis-6-nonenal, trans-2-decenal, cis-4-decenal, trans Unsaturated aliphatic aldehydes such as -4-decenal, 7-undecenal, 9-undecenal, 10-undecenal; heterocyclic aldehydes such as furfural; aromatic aldehydes such as benzaldehyde, naphthylaldehyde, and anthralaldehyde. It can, but is not limited to. In addition, any one type of aldehyde may be used alone, and 2 or more types may be used.

本実施形態に係る製造方法において好適に用いられるアルデヒドとして、以下の化合物を挙げることができる。 Examples of the aldehyde preferably used in the production method according to the present embodiment include the following compounds.

Figure 2020143250
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また、上述のアルデヒドの中でも、α,β−不飽和アルデヒドは、分子内に酸化度の高い二重結合を有し、アルデヒド自体が酸化剤として機能するため、酸素等の外部酸化剤を使用しなくても、イオン液体中で多糖類とアルデヒドを混合するだけで多糖類誘導体(エステル化多糖)を得ることができる。例として、酸素等の酸化剤を用いることなく、セルロースとα,β−不飽和アルデヒドとをイオン液体中で反応させ、セルロースエステルを製造する反応式を以下に示す。製造されるセルロースエステルでは、α,β−不飽和アルデヒドにおける二重結合は還元された状態で構造中に導入される。 In addition, among the above-mentioned aldehydes, α, β-unsaturated aldehydes have a double bond with a high degree of oxidation in the molecule, and the aldehyde itself functions as an oxidizing agent, so an external oxidizing agent such as oxygen is used. Even without it, a polysaccharide derivative (esterified polysaccharide) can be obtained simply by mixing a polysaccharide and an aldehyde in an ionic liquid. As an example, the reaction formula for producing a cellulose ester by reacting cellulose with α, β-unsaturated aldehyde in an ionic liquid without using an oxidizing agent such as oxygen is shown below. In the cellulose ester produced, the double bond in the α, β-unsaturated aldehyde is introduced into the structure in a reduced state.

Figure 2020143250
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本実施形態に係る製造方法において好適に用いられるα,β−不飽和アルデヒドとして、以下のような化合物が挙げられる。この中でも、シンナムアルデヒドは反応性に優れ、多糖類誘導体を効率的に得ることができるため特に好ましく用いられる。 Examples of the α, β-unsaturated aldehyde preferably used in the production method according to the present embodiment include the following compounds. Among these, cinnamaldehyde is particularly preferably used because it has excellent reactivity and can efficiently obtain a polysaccharide derivative.

Figure 2020143250
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なお、アルデヒドとしてα,β−不飽和アルデヒドと反応させる場合であっても、酸素等の外部酸化剤を用いても良い。外部酸化剤を用いると、α,β−不飽和アルデヒドにおける二重結合が還元されずそのままの状態でエステル化多糖の構造中に導入することができる。 Even when the aldehyde is reacted with α, β-unsaturated aldehyde, an external oxidizing agent such as oxygen may be used. When an external oxidant is used, the double bond in the α, β-unsaturated aldehyde is not reduced and can be introduced into the structure of the esterified polysaccharide as it is.

また、アルデヒドは、アルデヒドを含有する混合物をそのまま状態で用いても良い。例えば、天然物から得られる精油からアルデヒド成分を単離精製することなく、精油のまま反応に供することができる。このような精油として、シンナムアルデヒドを含有するシナモン精油が挙げられる。 Further, as the aldehyde, a mixture containing the aldehyde may be used as it is. For example, the essential oil can be subjected to the reaction as it is without isolating and purifying the aldehyde component from the essential oil obtained from a natural product. Examples of such essential oils include cinnamon essential oils containing cinnamaldehyde.

多糖類と反応させるアルデヒドの量は、多糖類の種類等によって異なるが、例えば、多糖類の水酸基1当量に対し0.3〜2.0当量を反応させることが好ましい。また、反応条件は、イオン液体が触媒として機能し反応が進行する条件であれば良く、例えば、多糖類を含む原料、イオン液体及びアルデヒドの混合物を、25〜80℃で1〜48時間撹拌し反応を行うことができる。反応後の溶液は、メタノール等の溶媒を用いて再沈殿、ろ過等を行うことで、所定の多糖類誘導体を得ることができる。また、反応に用いたイオン液体は、回収して再利用することができる。 The amount of aldehyde to be reacted with the polysaccharide varies depending on the type of polysaccharide and the like, but for example, it is preferable to react 0.3 to 2.0 equivalents with respect to 1 equivalent of the hydroxyl group of the polysaccharide. The reaction conditions may be any condition as long as the ionic liquid functions as a catalyst and the reaction proceeds. For example, a raw material containing a polysaccharide, a mixture of the ionic liquid and an aldehyde are stirred at 25 to 80 ° C. for 1 to 48 hours. The reaction can be carried out. The solution after the reaction can be reprecipitated with a solvent such as methanol and filtered to obtain a predetermined polysaccharide derivative. In addition, the ionic liquid used in the reaction can be recovered and reused.

製造した多糖類誘導体は、改質等を目的として、NaOH等の塩基もしくは硫酸等の酸触媒を用いる従来の方法により、あるいは引き続き本発明におけるイオン液体の存在下で、アルデヒド等の各種試薬とさらに反応させ、別の多糖類誘導体へと変換することができる。 The produced polysaccharide derivative can be further prepared with various reagents such as aldehyde by a conventional method using a base such as NaOH or an acid catalyst such as sulfuric acid for the purpose of modification or the like, or continuously in the presence of the ionic liquid in the present invention. It can be reacted and converted to another polysaccharide derivative.

次に、別の実施形態として、リグニン誘導体の製造方法について説明する。この製造方法は、リグニンを含む原料を、カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させる工程を含むことを特徴とする。多糖類を含む原料に代えてリグニンを含む原料を用いる以外は、上述の多糖類誘導体の製造方法に準じて反応を行うことにより、適用するアルデヒドの構造に対応したリグニン誘導体を得ることができる。すなわち、下記式に示すように、アルデヒドによってリグニンの水酸基がエステル化された誘導体が得られる。このリグニンのエステル化物は、難燃剤等として好適に利用することができる。この際、リグニン分子中には、芳香族炭素に結合した水酸基と脂肪族炭素に結合した水酸基とがあるが、本実施形態によればいずれの水酸基も置換することができる。上述の多糖類誘導体の製造方法と同様に、所定のイオン液体が溶媒としてだけではなく触媒としても働き、リグニンのエステル化物が生成する。 Next, as another embodiment, a method for producing a lignin derivative will be described. In this production method, a raw material containing lignin is dissolved in at least one ionic liquid in which the cation is an azolium ion and the conjugate acid of the anion has a pKa of 1 or more in vacuum, and is oxidatively reacted with an aldehyde. It is characterized by including a process. A lignin derivative corresponding to the structure of the aldehyde to be applied can be obtained by carrying out the reaction according to the above-mentioned method for producing a polysaccharide derivative, except that a raw material containing lignin is used instead of the raw material containing a polysaccharide. That is, as shown in the following formula, a derivative in which the hydroxyl group of lignin is esterified with aldehyde is obtained. This esterified product of lignin can be suitably used as a flame retardant or the like. At this time, the lignin molecule includes a hydroxyl group bonded to aromatic carbon and a hydroxyl group bonded to an aliphatic carbon, and according to the present embodiment, any hydroxyl group can be substituted. Similar to the above-mentioned method for producing a polysaccharide derivative, a predetermined ionic liquid acts not only as a solvent but also as a catalyst to produce an esterified product of lignin.

Figure 2020143250
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原料のリグニンとしては、従来知られた種々の天然リグニン及び単離リグニンから適宜選択して用いることができる。例として、針葉樹リグニン、広葉樹リグニン、イネ科植物リグニン等の天然リグニン、紙パルプ製造プロセスの化学パルプ化のパルプ廃液から大量に得られるリグノスルホン酸、クラフトリグニン、ソーダリグニン等のアルカリリグニン、ソーダ−アントラキノンリグニン、オルガノソルブリグニン、爆砕リグニン等の単離リグニン(工業リグニン)を挙げることができる。これらのリグニンは、いずれか一種を用いても良いし二種以上を併用しても良い。 As the raw material lignin, various conventionally known natural lignin and isolated lignin can be appropriately selected and used. Examples include natural lignins such as coniferous lignin, broadleaf lignin, and rice plant lignin, alkaline lignins such as lignosulfonic acid, kraft lignin, and soda lignin, and soda, which are obtained in large quantities from the pulp waste liquid of chemical pulping in the paper pulp manufacturing process. Isolated lignins (industrial lignins) such as anthraquinone lignin, organosol lignin, and blasted lignin can be mentioned. Any one of these lignins may be used, or two or more of these lignins may be used in combination.

本実施形態のリグニン誘導体の製造方法において、適用可能なイオン液体の種類、アルデヒドの種類、並びに反応条件は、上述の多糖類誘導体の製造方法の場合と同様である。 In the method for producing a lignin derivative of the present embodiment, the types of ionic liquid, the type of aldehyde, and the reaction conditions applicable are the same as in the above-mentioned method for producing a polysaccharide derivative.

製造したリグニン誘導体は、改質等を目的として、NaOH等の塩基もしくは硫酸等の酸触媒を用いる従来の方法により、あるいは引き続き本発明におけるイオン液体の存在下で、アルデヒド等の各種試薬とさらに反応させ、別のリグニン誘導体へと変換することができる。 The produced lignin derivative further reacts with various reagents such as aldehyde by a conventional method using a base such as NaOH or an acid catalyst such as sulfuric acid for the purpose of modification or the like, or subsequently in the presence of an ionic liquid in the present invention. Can be converted to another lignin derivative.

次に、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とするEmimOPy中におけるセルロースとシンナムアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])を1−エチル−3−メチルイミダゾリウム2−ピリドネート(EmimOPy)(456mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、シンナムアルデヒド(587mg、4.44mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を220mg得た。IR及びH NMR測定の解析結果から、回収物は目的のセルロースフェニルプロピオン酸エステルであることが確認された。置換度は3.0であった。
IR (ATR, cm-1) 1729.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 8.0-6.5(br), 5.5-3.0(br), 3.0-2.5 (br).
(Example 1) Reaction of cellulose and cinnamaldehyde in EmimOPy using an α, β-unsaturated structure as an internal oxidant 1-ethyl-3 of cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) in a 20 mL Schlenk tube. It was dissolved in -methylimidazolium 2-pyridonate (EmimoPy) (456 mg, 2.22 mmol) and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that cellulose was uniformly dissolved in the solution, cinnamaldehyde (587 mg, 4.44 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 220 mg of a solid. From the analysis results of IR and 1 H NMR measurements, it was confirmed that the recovered product was the desired cellulose phenylpropionic acid ester. The degree of substitution was 3.0.
IR (ATR, cm -1 ) 1729 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 8.0-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.5 (br).

(実施例2)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とするEmimOAc中におけるセルロースとシンナムアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])を1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(EmimOAc)(378mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、シンナムアルデヒド(293mg、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を182mg得た。IR及びH NMR測定の解析結果から、回収物はセルロースフェニルプロピオン酸酢酸エステルであることが確認された。目的のフェニルプロピオン酸の置換度は1.0、酢酸の置換度は0.1であった。
IR (ATR, cm-1) 1729.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 8.0-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.5 (br), 2.2-1.7 (br).
(Example 2) Reaction of cellulose and cinnamaldehyde in EmimOAc using an α, β-unsaturated structure as an internal oxidant 1-ethyl-3 of cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) in a 20 mL Schlenck tube. -It was dissolved in methylimidazolium acetate (EmimOAc) (378 mg, 2.22 mmol) and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that cellulose was uniformly dissolved in the solution, cinnamaldehyde (293 mg, 2.22 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 182 mg of a solid. From the analysis results of IR and 1 H NMR measurements, it was confirmed that the recovered product was cellulose phenylpropionic acid acetate. The degree of substitution of the target phenylpropionic acid was 1.0, and the degree of substitution of acetic acid was 0.1.
IR (ATR, cm -1 ) 1729 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 8.0-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.5 (br), 2.2-1.7 ( br).

(実施例3)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とするEmimOPy中におけるセルロースとノネナールの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOPy(456mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、ノネナール(622mg、4.44mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を295mg得た。IR及びH NMR測定の解析結果から、回収物は目的のセルロースエステルであることが確認された。回収物は目的のセルロースノナン酸エステルであることが確認された。置換度は2.8であった。
IR (ATR, cm-1) 1742.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 5.5-3.0 (br), 2.5-0.6 (br).
(Example 3) Reaction of cellulose and nonenal in EmimOPy using an α, β-unsaturated structure as an internal oxidant In a 20 mL Schlenk tube, cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) is added to EmimOPy (456 mg, 2. It was dissolved in 22 mmol) and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, and nonenal (622 mg, 4.44 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 295 mg of a solid. From the analysis results of IR and 1 H NMR measurements, it was confirmed that the recovered product was the desired cellulose ester. It was confirmed that the recovered product was the desired cellulose nonanoic acid ester. The degree of substitution was 2.8.
IR (ATR, cm -1 ) 1742 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 5.5-3.0 (br), 2.5-0.6 (br).

(比較例1)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とする既知報告の触媒システムを使用したセルロースとシンナムアルデヒドの反応
参考文献:Bode et al., Org. Lett., 2005, 7, 3873-3876.
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])を80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースは溶液に溶解していないことを確認し、2−メシチル−2,5,6,7−テトラヒドロピロロ[2,1−c][1,2,4]トリアゾール−4−イウムクロライド(29.0mg、0.11mmol)、ジイソプロピルエチルアミン(28.4mg、0.22mmol)、シンナムアルデヒド(293mg、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を82.9mg得た。IR測定の解析結果から、エステル基に由来するピークは殆ど観測されず、回収物は出発原料のセルロースであることが確認された。
(Comparative Example 1) Reaction of cellulose and cinnamaldehyde using a known catalyst system using an α, β-unsaturated structure as an internal oxidant References: Bode et al., Org. Lett., 2005, 7, 3873 -3876.
Cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours in a 20 mL Schlenk tube. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that cellulose was not dissolved in the solution, and 2-mesityl-2,5,6,7-tetrahydropyroro [2,1-c] [1,2,4] triazole-4-ium. Chloride (29.0 mg, 0.11 mmol), diisopropylethylamine (28.4 mg, 0.22 mmol) and cinnamaldehyde (293 mg, 2.22 mmol) were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 82.9 mg of a solid. From the analysis results of IR measurement, it was confirmed that the peak derived from the ester group was hardly observed, and the recovered material was cellulose as a starting material.

(実施例4)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とし、BmimClへの塩基添加により活性イオン液体種を反応系内で発生させながら行う、セルロースとシンナムアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])を1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(BmimCl)(388mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で1時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、シンナムアルデヒド(559μL、4.44mmol)及び1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク−7−エン(DBU、102mg、0.67mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を236mg得た。IR及びH NMR測定の解析結果から、回収物は目的のセルロースフェニルプロピオン酸エステルであることが確認された。置換度は1.6であった。
IR (ATR, cm-1) 1729.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 8.0-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.5 (br).
(Example 4) Reaction of cellulose and cinnamaldehyde in a 20 mL Schlenck tube, in which an α, β-unsaturated structure is used as an internal oxidant and an active ionic liquid species is generated in the reaction system by adding a base to BmimCl. (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) was dissolved in 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BmimCl) (388 mg, 2.22 mmol), and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 1 hour. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, and cinnamaldehyde (559 μL, 4.44 mmol) and 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU, 102 mg,) were confirmed. 0.67 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 236 mg of a solid. From the analysis results of IR and 1 H NMR measurements, it was confirmed that the recovered product was the desired cellulose phenylpropionic acid ester. The degree of substitution was 1.6.
IR (ATR, cm -1 ) 1729 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 8.0-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.5 (br).

本実施例では、BmimClとDBUとの反応により、中間体として1−ブチル−3−メチルイミダゾールイリデンが部分的に生成し、その中間体がセルロースとシンナムアルデヒドの反応における触媒として作用したものと考えられる。 In this example, 1-butyl-3-methylimidazole iriden was partially produced as an intermediate by the reaction of BmimCl and DBU, and the intermediate acted as a catalyst in the reaction of cellulose and cinnamaldehyde. Conceivable.

(実施例5)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とするEmimOPy中におけるセルロースとシナモン精油の反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOPy(456mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、シナモン精油(シンナムアルデヒド含有、濃度73重量%)(823μL)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を237mg得た。IR及びH NMR測定の解析結果から、回収物は目的のセルロースフェニルプロピオン酸エステルであることが確認された。置換度は2.9であった。
IR (ATR, cm-1) 1729.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 8.0-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.5 (br).
(Example 5) Reaction of cellulose and cinnamon essential oil in EmimOPy using an α, β-unsaturated structure as an internal oxidant EmimOPy (456 mg, 2) of cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) in a 20 mL Schlenk tube. It was dissolved in .22 mmol) and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that cellulose was uniformly dissolved in the solution, and cinnamon essential oil (containing cinnamaldehyde, concentration 73% by weight) (823 μL) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 237 mg of a solid. From the analysis results of IR and 1 H NMR measurements, it was confirmed that the recovered product was the desired cellulose phenylpropionic acid ester. The degree of substitution was 2.9.
IR (ATR, cm -1 ) 1729 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 8.0-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.5 (br).

(実施例6)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とするEmimOPy中におけるアミロースとシナモン精油の反応
20mLシュレンク管内で、アミロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOPy(456mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、アミロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、シナモン精油(シンナムアルデヒド含有、濃度73重量%)(823μL)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を307mg得た。IR及びH NMR測定の解析結果から、回収物は目的のアミロースフェニルプロピオン酸エステルであることが確認された。置換度は3.0であった。
IR (ATR, cm-1) 1739.;1H NMR (600 MHz, CDCl3) δ; 7.5-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.0 (br).
(Example 6) Reaction of amylose and cinnamon essential oil in EmimOPy using an α, β-unsaturated structure as an internal oxidant In a 20 mL Schlenk tube, amylose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) is added to EmimOPy (456 mg, 2). It was dissolved in .22 mmol) and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that amylose was uniformly dissolved in the solution, and cinnamon essential oil (containing cinnamaldehyde, concentration 73% by weight) (823 μL) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 307 mg of a solid. From the analysis results of IR and 1 H NMR measurements, it was confirmed that the recovered product was the desired amylose phenyl propionic acid ester. The degree of substitution was 3.0.
IR (ATR, cm -1 ) 1739 .; 1 1 H NMR (600 MHz, CDCl 3 ) δ; 7.5-6.5 (br), 5.5-3.0 (br), 3.0-2.0 (br).

(実施例7)α,β−不飽和構造を内部酸化剤とするEmimOPy中におけるリグニンとシナモン精油の反応
20mLシュレンク管内で、リグニン(363mg、2.22mmol=[OH])をEmimOPy(456mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、リグニンが均一に溶液に溶解していることを確認し、シナモン精油(シンナムアルデヒド含有、濃度73重量%)(823μL)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を410mg得た。IR測定の解析結果から、回収物は目的のエステル構造が導入されていることが確認された。
IR (ATR, cm-1) 1733.
(Example 7) Reaction of lignin and cinnamon essential oil in EmimOPy using an α, β-unsaturated structure as an internal oxidant In a 20 mL Schlenk tube, lignin (363 mg, 2.22 mmol = [OH]) is added to EmimOPy (456 mg, 2). It was dissolved in .22 mmol) and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that lignin was uniformly dissolved in the solution, and cinnamon essential oil (containing cinnamaldehyde, concentration 73% by weight) (823 μL) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 410 mg of a solid. From the analysis result of IR measurement, it was confirmed that the desired ester structure was introduced into the recovered product.
IR (ATR, cm -1 ) 1733.

(実施例8)酸素(空気中)を外部酸化剤とするEmimOPy中におけるセルロースとベンズアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOPy(456mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器に乾燥処理を行った空気を充填したバルーンを取り付け、容器内部を空気で置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、ベンズアルデヒド(226μL、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を118mg得た。IR及びH NMR測定の解析結果から、回収物は目的のセルロース安息香酸エステルであることが確認された。置換度は1.4であった。
IR (ATR, cm-1) 1714.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 8.3-6.9 (br), 5.8-3.0 (br).
(Example 8) Reaction of cellulose and benzaldehyde in EmimOPy using oxygen (in air) as an external oxidant In a 20 mL Schlenk tube, cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) is added to EmimOPy (456 mg, 2.22 mmol). And dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with dried air was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with air, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, benzaldehyde (226 μL, 2.22 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 118 mg of a solid. From the analysis results of IR and 1 H NMR measurements, it was confirmed that the recovered product was the desired cellulose benzoic acid ester. The degree of substitution was 1.4.
IR (ATR, cm -1 ) 1714 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 8.3-6.9 (br), 5.8-3.0 (br).

(実施例9)酸素を外部酸化剤とするEmimOAc中におけるセルロースとベンズアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOAc(378mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器に酸素を充填したバルーンを取り付け、容器内部を酸素で置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、ベンズアルデヒド(226μL、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を113mg得た。回収物の溶解性が低いためアセチル化処理を行った後に、IR及びH NMR測定を行った。解析結果から、アセチル化前の回収物は目的のセルロース安息香酸エステルであることが確認された。置換度は0.6であった。
IR (ATR, cm-1) 1711.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 8.2-7.0 (br), 5.5-3.0 (br), 2.2-1.5 (br).
(Example 9) Reaction of cellulose and benzaldehyde in EmimOAc using oxygen as an external oxidant Cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) is dissolved in EmimOAc (378 mg, 2.22 mmol) in a 20 mL Schlenk tube. Drying under reduced pressure was performed at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with oxygen was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with oxygen, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, benzaldehyde (226 μL, 2.22 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 113 mg of a solid. Due to the low solubility of the recovered product, IR and 1 H NMR measurements were performed after acetylation treatment. From the analysis results, it was confirmed that the recovered product before acetylation was the desired cellulose benzoic acid ester. The degree of substitution was 0.6.
IR (ATR, cm -1 ) 1711 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 8.2-7.0 (br), 5.5-3.0 (br), 2.2-1.5 (br).

(実施例10)酸素を外部酸化剤とするEmimOAc中におけるセルロースとベンズアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOAc(378mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器に酸素を充填したバルーンを取り付け、容器内部を酸素で置換し、脱水DMF(3.44mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、ベンズアルデヒド(226μL、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を139mg得た。回収物の溶解性が低いためアセチル化処理を行った後に、IR及びH NMR測定を行った。解析結果から、アセチル化前の回収物は目的のセルロース安息香酸エステルであることが確認された。置換度は0.4であった。
IR (ATR, cm-1) 1711.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 8.2-7.0 (br),5.6-3.0 (br), 2.2-1.5 (br).
(Example 10) Reaction of cellulose and benzaldehyde in EmimOAc using oxygen as an external oxidizing agent Cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) is dissolved in EmimOAc (378 mg, 2.22 mmol) in a 20 mL Schlenk tube. It was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with oxygen was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with oxygen, dehydrated DMF (3.44 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, benzaldehyde (226 μL, 2.22 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 139 mg of a solid. Due to the low solubility of the recovered product, IR and 1 H NMR measurements were performed after acetylation treatment. From the analysis results, it was confirmed that the recovered product before acetylation was the desired cellulose benzoic acid ester. The degree of substitution was 0.4.
IR (ATR, cm -1 ) 1711 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 8.2-7.0 (br), 5.6-3.0 (br), 2.2-1.5 (br).

(比較例2)酸素を外部酸化剤とするEmimCl中におけるセルロースとベンズアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])を1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(EmimCl)(325mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器に酸素を充填したバルーンを取り付け、容器内部を酸素で置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、ベンズアルデヒド(226μL、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を102mg得た。IR測定の解析結果から、エステル基に由来するピークは殆ど観測されず、回収物は出発原料のセルロースであることが確認された。
(Comparative Example 2) Reaction of cellulose and benzaldehyde in EmimCl using oxygen as an external oxidant In a 20 mL Schlenk tube, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EmmCl) of cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) is added. ) (325 mg, 2.22 mmol) and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with oxygen was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with oxygen, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, benzaldehyde (226 μL, 2.22 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 102 mg of a solid. From the analysis results of IR measurement, it was confirmed that the peak derived from the ester group was hardly observed, and the recovered material was cellulose as a starting material.

(比較例3)アルゴン雰囲気下、EmimOAc中におけるセルロースとベンズアルデヒドの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOAc(378mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器にアルゴンガスを充填したバルーンを取り付け、容器内部をアルゴンで置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、ベンズアルデヒド(226μL、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を102mg得た。IR測定の解析結果から、エステル基に由来するピークは殆ど観測されず、回収物は出発原料のセルロースであることが確認された。
(Comparative Example 3) Reaction of Cellulose and Benzaldehyde in EmimOAc under an Argon Atmosphere In a 20 mL Schlenk tube, cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) is dissolved in EmimOAc (378 mg, 2.22 mmol) at 80 ° C. Drying under reduced pressure was carried out for 3 hours. A balloon filled with argon gas was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with argon, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, benzaldehyde (226 μL, 2.22 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 102 mg of a solid. From the analysis results of IR measurement, it was confirmed that the peak derived from the ester group was hardly observed, and the recovered material was cellulose as a starting material.

(実施例11)酸素(空気中)を外部酸化剤とするEmimOPy中におけるセルロースとシトロネラールの反応
20mLシュレンク管内で、セルロース(120mg、2.22mmol=[OH])をEmimOPy(456mg、2.22mmol)に溶解させ、80℃で3時間減圧乾燥を行った。反応容器に乾燥処理を行った空気を充填したバルーンを取り付け、容器内部を空気で置換し、脱水DMSO(3.15mL、44.4mmol)を加えて60℃で3時間撹拌した。撹拌後、セルロースが均一に溶液に溶解していることを確認し、シトロネラール(342mg、2.22mmol)を反応溶液中へ加え、60℃で24時間撹拌した。反応溶液を過剰量のメタノールに加えることで不溶分を析出させ、ろ過後さらにメタノールを用いて洗浄した後に回収した。減圧条件下60℃で一晩不溶分を乾燥させることで、固体を65mg得た。回収物の溶解性が低いためアセチル化処理を行った後に、IR及びH NMR測定を行った。解析結果から、アセチル化前の回収物は目的のセルロースシトロネル酸エステルであることが確認された。置換度は0.1であった。
IR (ATR, cm-1) 1728.;1H NMR (600 MHz, Acetone-d6) δ; 5.5-3.0 (br), 2.2-0.7 (br).
(Example 11) Reaction of cellulose and citronellal in EmimOPy using oxygen (in air) as an external oxidant In a 20 mL Schlenk tube, cellulose (120 mg, 2.22 mmol = [OH]) was added to EmimOPy (456 mg, 2.22 mmol). And dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours. A balloon filled with dried air was attached to the reaction vessel, the inside of the vessel was replaced with air, dehydrated DMSO (3.15 mL, 44.4 mmol) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours. After stirring, it was confirmed that the cellulose was uniformly dissolved in the solution, citronellal (342 mg, 2.22 mmol) was added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. The insoluble matter was precipitated by adding the reaction solution to an excess amount of methanol, and the solution was recovered after filtration and further washing with methanol. The insoluble material was dried overnight at 60 ° C. under reduced pressure to give 65 mg of a solid. Due to the low solubility of the recovered product, IR and 1 H NMR measurements were performed after acetylation treatment. From the analysis results, it was confirmed that the recovered product before acetylation was the desired cellulose citroneric acid ester. The degree of substitution was 0.1.
IR (ATR, cm -1 ) 1728 .; 1 1 H NMR (600 MHz, Acetone-d 6 ) δ; 5.5-3.0 (br), 2.2-0.7 (br).

Claims (11)

多糖類を含む原料を、カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させる工程を含む多糖類誘導体の製造方法。 Many include a step of dissolving a raw material containing a polysaccharide in at least one ionic liquid having an azolium ion as a cation and an anionic conjugate acid having a pKa of 1 or more in vacuum and oxidatively reacting with an aldehyde. Method for producing a saccharide derivative. 前記多糖類が、セルロースである請求項1に記載の多糖類誘導体の製造方法。 The method for producing a polysaccharide derivative according to claim 1, wherein the polysaccharide is cellulose. 前記反応が、酸素の存在下で行われる請求項1又は2に記載の多糖類誘導体の製造方法。 The method for producing a polysaccharide derivative according to claim 1 or 2, wherein the reaction is carried out in the presence of oxygen. 前記アルデヒドが、α,β−不飽和アルデヒドであり、酸化剤を別途使用せずに反応が行われる請求項1又は2に記載の多糖類誘導体の製造方法。 The method for producing a polysaccharide derivative according to claim 1 or 2, wherein the aldehyde is an α, β-unsaturated aldehyde, and the reaction is carried out without using a separate oxidizing agent. 前記α,β−不飽和アルデヒドが、シンナムアルデヒドである請求項4に記載の多糖類誘導体の製造方法。 The method for producing a polysaccharide derivative according to claim 4, wherein the α, β-unsaturated aldehyde is cinnamaldehyde. カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種の前記イオン液体を、反応中に生成させる請求項1〜5のいずれか一項に記載の多糖類誘導体の製造方法。 The polysaccharide according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the ionic liquids having an azolium ion as a cation and a conjugate acid of an anion having a pKa of 1 or more in vacuum is produced during the reaction. Method for producing a saccharide derivative. リグニンを含む原料を、カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種のイオン液体に溶解させ、アルデヒドと酸化的に反応させる工程を含むリグニン誘導体の製造方法。 A lignin derivative comprising a step of dissolving a raw material containing lignin in at least one ionic liquid in which the cation is an azolium ion and the pKa of the conjugate acid of the anion is 1 or more and oxidatively reacts with an aldehyde. Manufacturing method. 前記反応が、酸素の存在下で行われる請求項7に記載のリグニン誘導体の製造方法。 The method for producing a lignin derivative according to claim 7, wherein the reaction is carried out in the presence of oxygen. 前記アルデヒドが、α,β−不飽和アルデヒドであり、酸化剤を別途使用せずに反応が行われる請求項8に記載のリグニン誘導体の製造方法。 The method for producing a lignin derivative according to claim 8, wherein the aldehyde is an α, β-unsaturated aldehyde, and the reaction is carried out without using a separate oxidizing agent. 前記α,β−不飽和アルデヒドが、シンナムアルデヒドである請求項9に記載のリグニン誘導体の製造方法。 The method for producing a lignin derivative according to claim 9, wherein the α, β-unsaturated aldehyde is cinnamaldehyde. カチオンがアゾリウムイオンであり且つアニオンの共役酸の真空中におけるpKaが1以上である少なくとも1種の前記イオン液体を、反応中に生成させる請求項7〜10のいずれか一項に記載のリグニン誘導体の製造方法。
The lignin according to any one of claims 7 to 10 for producing at least one of the ionic liquids having an azolium ion as a cation and a conjugate acid of an anion having a pKa of 1 or more in vacuum during the reaction. Method for producing a derivative.
JP2019042767A 2019-03-08 2019-03-08 Method for producing polysaccharide derivative and method for producing lignin derivative Active JP7265754B2 (en)

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