75年間不明だった植物由来樹脂の構造決定に成功～分子設計による高性能化と化石燃料由来の材料代替への大きな期待～
◆本研究成果のポイント
- 植物を原料とするβ-ピネンの重合体は、約75年前に初めて合成されて以来、正確な構造が未決定であった。
- 独自の触媒技術を用いた重合体の合成と極低温プローブNMRを用いた解析により、ポリ(β-ピネン)の２種類の主構造の決定に成功した。
- 2種類の主構造の比率と熱物性の関連も明らかになったため、ポリ(β-ピネン)の高機能化・用途拡大、化石燃料由来の材料の代替が加速することが期待できる。
【概要】
広島大学大学院先進理工系科学研究科の田中亮准教授、中山祐正准教授、塩野毅名誉教授、岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域（工）の押木俊之講師らの研究グループは、約75年にわたり知られていなかった、ポリ（β-ピネン）の正確な化学構造の決定に成功しました。
β-ピネンを重合して得られるポリ（β-ピネン）は、植物由来の炭化水素樹脂として良く知られている高分子化合物で、工業的には粘着剤等に用いられる他、近年では透明樹脂材料などへの応用も期待されています。この化合物は複数種の繰り返し構造から構成されることが、さまざまな実験結果から明らかであったにもかかわらず、その正確な構造決定は行われておらず、これまでの文献には約75年前に提案された推定構造がそのまま記載され続けていました。
本研究では、我々が開発した触媒を用いて得られたさまざまな組成のポリ（β-ピネン）を、極低温プローブNMRを駆使して構造決定することで、ポリ(β-ピネン)が1,4-シクロヘキセニル構造と1,3-シクロヘキセニル構造の２種類の繰り返し構造を持つことを明らかにしました。構造情報を元にあらためて組成と物性の関連を整理し、樹脂の耐熱性は1,4-構造の割合が大きいほど高くなることや、1,4-構造の割合を上昇させるのに必要な触媒の性質も明らかにしました。これらの知見は、循環可能な資源を原料として得られるポリ（β-ピネン）の高機能化・用途拡大に役立つものです。また、本知見を元にポリ（β-ピネン）のさらなる精密合成が達成できれば、化石資源から作られる炭化水素樹脂を用いたコーディング剤・塗料・透明フィルム・レンズなど、あらゆる製品の代替も可能になると期待できます。
本研究成果は、2024年9月25日にアメリカ化学会が発行する学術誌「Macromolecules」でオンライン公開されました。
＜詳しい研究内容について＞
75年間不明だった植物由来樹脂の構造決定に成功～分子設計による高性能化と化石燃料由来の材料代替への大きな期待～
