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JP2007006827A - Method for synthesis of lignin-polyester copolymer using enzyme - Google Patents

Method for synthesis of lignin-polyester copolymer using enzyme Download PDF

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JP2007006827A
JP2007006827A JP2005193865A JP2005193865A JP2007006827A JP 2007006827 A JP2007006827 A JP 2007006827A JP 2005193865 A JP2005193865 A JP 2005193865A JP 2005193865 A JP2005193865 A JP 2005193865A JP 2007006827 A JP2007006827 A JP 2007006827A
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lignin
polyester copolymer
reaction
copolymer
peroxidase
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JP2005193865A
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Japanese (ja)
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Makiko Enoki
牧 子 榎
Yusuke Aida
田 祐 輔 相
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Tokyo University of Marine Science and Technology NUC
Original Assignee
Tokyo University of Marine Science and Technology NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for the effective utilization of lignin and the synthesis of a biodegradable polyester copolymer. <P>SOLUTION: A lignin-polyester copolymer is produced by polymerizing lignin and a cyclic ester in the presence of an electron acceptor and a phenol oxidase. Preferably, the electron acceptor is a peroxide, the phenol oxidase is a peroxidase, especially horseradish peroxidase, and the cyclic ester is a lactide or ε-caprolactone. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はリグニンの有効利用に関するものである。さらに詳しくは、本発明はリグニンと環状エステルとを反応させ、有用な共重合体を合成する方法に関するものである。   The present invention relates to effective utilization of lignin. More specifically, the present invention relates to a method of synthesizing a useful copolymer by reacting lignin and a cyclic ester.

近年、環境にやさしい材料への関心が高まっており、そのひとつとして地球環境保全のため再生可能な資源であるバイオマスに大きな期待が寄せられている。バイオマスは「光合成によって太陽エネルギーが変換されて生成されるすべての有機物質」と定義されている。すなわち、バイオマスは大気中の炭酸ガスから生成されるものであると言えるものである。したがって、バイオマスを利用することは、地球上の炭酸ガス排出量を増加させることにはならないため、環境を破壊することが少ない。   In recent years, interest in environmentally friendly materials has increased, and as one of them, great expectations are placed on biomass, which is a renewable resource for preserving the global environment. Biomass is defined as "all organic substances produced by conversion of solar energy by photosynthesis". That is, it can be said that biomass is produced from carbon dioxide in the atmosphere. Therefore, using biomass does not increase the amount of carbon dioxide emission on the earth, and therefore it is less likely to destroy the environment.

地球上のバイオマスの大部分は、木質系バイオマスである。この木質系バイオマスは主として、セルロース、ヘミセルロース、およびリグニンに分類できる。このうち、リグニンは木材材料の約20〜30%を占めるものであるが、製紙工場ではパルプ製造工程において廃液として排出されている。このように排出されたリグニンは、従来、材料としては活用できなかったため、そのほとんどが工場内等で熱源として直接燃焼されていた。しかしながら、その排出量は膨大であるため、天然資源の有効利用の観点から、新たなリグニンの有効利用が期待されている。   Most of the biomass on the earth is woody biomass. This woody biomass can be mainly classified into cellulose, hemicellulose, and lignin. Among these, lignin occupies about 20 to 30% of the wood material, but is discharged as a waste liquid in a pulp manufacturing process in a paper mill. Conventionally, the lignin discharged in this way could not be used as a material, and most of it was directly burned as a heat source in a factory or the like. However, since the amount of emission is enormous, effective utilization of new lignin is expected from the viewpoint of effective utilization of natural resources.

リグニンは植物体を構成する高分子の一種であり、構造中に芳香環構造を有した複雑な構造を有している。このようなリグニンは、他の天然高分子や生分解性プラスチックに比べて、極めて優れた耐熱性を有するという特徴を有している。しかし一方で、剛直で脆く、そのままでは板状またはフィルム上に成形加工することが困難である。リグニンを化学的に変質させて成形加工性を改良することも検討されているが、リグニンは種々の化学反応に抵抗性があり、変質させるためには環境に負荷の高い反応条件が必要であることが多い。このため、リグニンの有効利用にはまだ検討の余地があった。   Lignin is a kind of polymer constituting a plant body, and has a complex structure having an aromatic ring structure in the structure. Such lignin is characterized by having extremely superior heat resistance compared to other natural polymers and biodegradable plastics. However, on the other hand, it is rigid and brittle, and as it is, it is difficult to mold it on a plate or film. Although chemical modification of lignin to improve molding processability is also being studied, lignin is resistant to various chemical reactions, and in order to change its quality, environmentally intensive reaction conditions are required. There are many cases. For this reason, there is still room for study on effective use of lignin.

特許文献1には、そのようなリグニンの有効利用についての検討がなされている。そこには、リグニンと、グルコース、バニリン酸、ソルビット、およびアクリルアミドなどの有機化合物とを重合させて重合体を得る方法が開示されている。しかしながら、これらは単に重合体を得るにとどまっており、環境に対する配慮の点ではまだ改良の余地があった。
特開平8−505780号公報
Patent Document 1 discusses the effective use of such lignin. There is disclosed a method for obtaining a polymer by polymerizing lignin and an organic compound such as glucose, vanillic acid, sorbit, and acrylamide. However, these are merely to obtain a polymer, and there is still room for improvement in consideration of the environment.
JP-A-8-505780

本発明によれば、従来、有効利用が困難であったリグニンを、環境に対してやさしい方法で、環境に対してやさしく、有効利用が容易な材料に変換することができる。   According to the present invention, lignin, which has been difficult to use effectively in the past, can be converted into a material that is friendly to the environment and easy to use effectively by an environment-friendly method.

本発明によるリグニン−ポリエステル共重合体の合成方法は、リグニンと環状エステルとを、過酸化物およびペルオキシターゼの存在下に重合反応させて、リグニン−ポリエステル共重合体を形成させることを特徴とするものである。   A method for synthesizing a lignin-polyester copolymer according to the present invention is characterized in that a lignin-polyester copolymer is formed by polymerizing a lignin and a cyclic ester in the presence of a peroxide and a peroxidase. It is.

また、本発明によるリグニン−ポリエステル共重合体は、前記の方法により合成されたものである。   The lignin-polyester copolymer according to the present invention is synthesized by the above-described method.

本発明によれば、リグニンの有効利用が可能となる。具体的には、リグニンを環境にやさしい反応条件により変質させ、弾力や成形加工性を付与したリグニン−ポリエステル共重合体を得ることができる。このリグニン−ポリエステル共重合体は、リグニンに由来する耐熱性や化学反応耐性を有するものであり、さらには生分解性をも有するものである。   According to the present invention, lignin can be effectively used. Specifically, a lignin-polyester copolymer imparted with elasticity and moldability can be obtained by modifying lignin under environmentally friendly reaction conditions. This lignin-polyester copolymer has heat resistance and chemical reaction resistance derived from lignin, and also has biodegradability.

本発明にもちいることができるリグニンは、木材等の植物体の主成分であり、フェニルプロパンを骨格とする構成単位体が縮合してできた網状高分子化合物である。ここで構成単位体は具体的には下記の構造を有するものである。

Figure 2007006827
Lignin that can be used in the present invention is a main component of a plant such as wood, and is a network polymer compound formed by condensation of structural units having a skeleton of phenylpropane. Here, the structural unit specifically has the following structure.
Figure 2007006827

リグニンの構造は複雑であり、その分子量も種々であり、その構造は特定が困難であるが、一般に上記の構成単位体が相互に結合して網状高分子化合物を形成している。また、植物体の種類によっても、上記の構成単位体の構成比率や、全体の分子量が変化する。本発明においては、そのいずれのリグニンも用いることができる。   The structure of lignin is complex and has various molecular weights, and its structure is difficult to identify, but generally the above structural units are bonded to each other to form a network polymer compound. Further, depending on the type of plant body, the constituent ratio of the structural unit body and the overall molecular weight change. In the present invention, any lignin can be used.

リグニンは、植物体の細胞と細胞とを接着する作用を有する中間層リグニンと、細胞膜中に含まれる細胞膜リグニンとに分類されるが、本発明においてはいずれのリグニンを用いることができる。また、植物体にあったままのリグニンはプロトリグニンと呼ばれるが、プロトリグニンの他に、プロトリグニンを無機試薬または有機試薬によって分離された各種の単離リグニンも存在するが、そのいずれを用いることもできる。   The lignin is classified into an intermediate layer lignin having an action of adhering plant cells to each other and a cell membrane lignin contained in the cell membrane, and any lignin can be used in the present invention. In addition, lignin as it is in the plant body is called protolignin. In addition to protolignin, there are various isolated lignins obtained by separating protolignin with inorganic or organic reagents. You can also.

また、リグニンは化学試薬として市販されているが、それを利用することもできる。さらには、反応に先立って精製することもできる。精製方法は、水洗、イオン交換など任意の方法を用いることができる。   Moreover, although lignin is marketed as a chemical reagent, it can also be utilized. Further, it can be purified prior to the reaction. As a purification method, any method such as washing with water or ion exchange can be used.

本発明において用いることができる環状エステルは、環状構造を有し、環に−C(O)−O−結合を有するものである。このような環状エステルとしては、環状モノエステルや環状ジエステルが挙げられる。好ましい環状エステルはε−カプロラクトンやラクチドである。これらは開環重合により生分解性ポリエステルを与えるものであり、環境に優しい材料を得ることができるので好ましい。   The cyclic ester that can be used in the present invention has a cyclic structure and has a —C (O) —O— bond in the ring. Examples of such cyclic esters include cyclic monoesters and cyclic diesters. Preferred cyclic esters are ε-caprolactone and lactide. These are preferable because they give a biodegradable polyester by ring-opening polymerization, and an environmentally friendly material can be obtained.

本発明においては、上記のリグニンを酸化させて環状エステルを反応させる。この酸化反応は共存するフェノール酸化酵素と電子受容体とにより進行する。本発明においては本発明の効果を損なわない範囲で任意のフェノール酸化酵素を用いることができる。このような酵素としてはラッカーゼおよびペルオキシダーゼが挙げられる。ペルオキシダーゼは種々のものが知られているが、本発明においては特に好ましいのは西洋わさびペルオキシダーゼ(Horse Radish Peroxidaze、以下HRPということがある)である。このペルオキシダダーゼは電子受容体、特に過酸化物の共存のもとにリグニンの芳香環に結合した水酸基に作用して、その酸化反応を引き起こす。この反応において、リグニンを酸化した後にはペルオキシダーゼは初期の状態に戻るため、触媒(酵素)として作用する。この反応様式の例を挙げると以下の通りである。

Figure 2007006827
In the present invention, the above lignin is oxidized to react with a cyclic ester. This oxidation reaction proceeds by the coexisting phenol oxidase and the electron acceptor. In this invention, arbitrary phenol oxidase can be used in the range which does not impair the effect of this invention. Such enzymes include laccase and peroxidase. Various peroxidases are known, but particularly preferred in the present invention is horseradish peroxidaze (hereinafter sometimes referred to as HRP). This peroxidase acts on a hydroxyl group bonded to the aromatic ring of lignin in the presence of an electron acceptor, particularly a peroxide, to cause its oxidation reaction. In this reaction, after oxidizing lignin, peroxidase returns to the initial state, and thus acts as a catalyst (enzyme). An example of this reaction mode is as follows.
Figure 2007006827

例として芳香環に水酸基のみを有するリグニン、過酸化物として過酸化水素、ペルオキシダーゼとしてHRPである場合を示したが、その他のリグニン構造やペルオキシダーゼでも同様の反応が起こる。すなわち、まずペルオキシダーゼが過酸化物により酸化され、酸化されたペルオキシダーゼがリグニンの芳香環に結合した水酸基を酸化させる。   As an example, lignin having only a hydroxyl group in an aromatic ring, hydrogen peroxide as a peroxide, and HRP as a peroxidase are shown, but similar reactions occur with other lignin structures and peroxidases. That is, first, peroxidase is oxidized by peroxide, and the oxidized peroxidase oxidizes the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of lignin.

またラッカーゼを用いる場合には、反応系に共存する酸素を電子受容体として寄与させることもできる。   When laccase is used, oxygen coexisting in the reaction system can be contributed as an electron acceptor.

本発明による共重合体の合成方法は、前記のリグニンと、環状エステルとを、電子受容体およびフェノール酸化酵素の存在下に、例えば過酸化水素または有機過酸化物から選ばれる過酸化物およびペルオキシダーゼの存在下に、反応させる。この反応によりリグニンの芳香環に結合した水酸基が酸化され、その水酸基を基点として環状エステルが重合して、リグニン−ポリエステル共重合体が形成される。その反応の例を示すと下式の通りである。

Figure 2007006827
A method for synthesizing a copolymer according to the present invention comprises the step of converting a lignin and a cyclic ester into a peroxide and a peroxidase selected from, for example, hydrogen peroxide or an organic peroxide in the presence of an electron acceptor and a phenol oxidase. In the presence of By this reaction, the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of lignin is oxidized, and the cyclic ester is polymerized using the hydroxyl group as a base point to form a lignin-polyester copolymer. An example of the reaction is as follows.
Figure 2007006827

上式は一例を示すものであり、リグニンは各種置換基を有しているものであってもよい。nは重合度を示す数であり、1以上の任意の数をとりえる。   The above formula shows an example, and lignin may have various substituents. n is a number indicating the degree of polymerization and can be any number of 1 or more.

本発明によれば、このようにリグニンの水酸基にポリエステルが結合したリグニン−ポリエステル共重合体が合成できる。   According to the present invention, it is possible to synthesize a lignin-polyester copolymer in which a polyester is bonded to a lignin hydroxyl group.

反応は、一般に溶媒中で行われる。用いることができる溶媒としては、水、炭化水素、アルコール、エステル、エーテル、ケトン、およびこれらの混合溶媒などを用いることができる。これらは、リグニン、環状エステルなどの溶解性や、重合反応の反応速度などから適宜選択することができる。これらのうち、アセトンなどのケトン類またはジオキサンなどの環状エーテル類と、水との混合溶媒が好ましい。   The reaction is generally performed in a solvent. Examples of the solvent that can be used include water, hydrocarbons, alcohols, esters, ethers, ketones, and mixed solvents thereof. These can be appropriately selected from the solubility of lignin and cyclic esters, the reaction rate of the polymerization reaction, and the like. Of these, a mixed solvent of ketones such as acetone or cyclic ethers such as dioxane and water is preferable.

また、本願発明における重合反応はペルオキシダーゼなどの酵素が作用するものであるので、反応混合物のpHは制御されることが好ましい。pHの制御は任意の方法で行うことができる。具体的には、pHを測定しながら酸またはアルカリを添加することで制御する方法、緩衝液を加える方法などがある。特に緩衝液を用いる方法は、pHを制御するための特別な装置なども不要であり好ましい。反応混合物のpHは、原料物質、溶媒、温度、または求められる共重合体の性質等によって変化するが、一般にpHは5.0〜9.0であり、特に6.0〜8.0に制御されることが好ましい。   In addition, since the polymerization reaction in the present invention is performed by an enzyme such as peroxidase, the pH of the reaction mixture is preferably controlled. The pH can be controlled by any method. Specifically, there are a method of controlling by adding acid or alkali while measuring pH, a method of adding a buffer, and the like. In particular, the method using a buffer solution is preferable because a special device for controlling pH is unnecessary. The pH of the reaction mixture varies depending on the raw material, solvent, temperature, required copolymer properties, etc., but generally the pH is 5.0 to 9.0, and is particularly controlled to 6.0 to 8.0. It is preferred that

反応温度および反応時間も原料物質、溶媒、温度、または求められる共重合体の性質等によって変化するが、一般に20〜40℃、好ましくは25〜30℃の温度で、0.5〜72時間、好ましくは0.5〜24時間である。本発明においては、特に昇温が必要ではなく、室温付近で特別の温度制御なしで反応させることが可能である。   The reaction temperature and reaction time also vary depending on the raw material, solvent, temperature, or desired properties of the copolymer, etc., but generally 20 to 40 ° C., preferably 25 to 30 ° C., for 0.5 to 72 hours, Preferably it is 0.5 to 24 hours. In the present invention, it is not particularly necessary to raise the temperature, and the reaction can be performed near room temperature without special temperature control.

反応が進行すると、生成した共重合体は溶解度が低いために析出する。このため、共重合体を沈殿として回収することができる。回収された共重合体は、必要に応じて精製し、目的のリグニン−ポリエステル共重合体を得ることができる。   As the reaction proceeds, the produced copolymer precipitates due to its low solubility. For this reason, the copolymer can be recovered as a precipitate. The recovered copolymer can be purified as necessary to obtain the desired lignin-polyester copolymer.

得られるリグニン−ポリエステル共重合体は、原料となるリグニンの分子量や構造と、重合反応とにより一定ではないが、例えば重量平均分子量Mwが30,000〜120,000の共重合体を合成することができる。得られる共重合体は、天然高分子であるリグニンと生分解性を有するポリエステルとからなるため、環境に対する負荷が小さいものである。さらには、リグニンに由来する耐熱性および化学反応耐性と、ポリエステル部分によりもたらされた加工成形性とを兼ね備えるものである。   The obtained lignin-polyester copolymer is not constant depending on the molecular weight and structure of the lignin used as a raw material and the polymerization reaction. For example, a copolymer having a weight average molecular weight Mw of 30,000 to 120,000 is synthesized. Can do. Since the resulting copolymer is composed of lignin, which is a natural polymer, and biodegradable polyester, it has a low environmental impact. Furthermore, it combines the heat resistance and chemical reaction resistance derived from lignin and the processability provided by the polyester portion.

諸例により本発明を説明すると以下の通りである。   The present invention will be described below with examples.

アルカリリグニン(アルドリッチ社製、Mw:60,000、Mn:10,000)1gを飽和塩化ナトリウム水溶液50mlに溶解させ、1N硫酸を50ml加え、12時間常温で放置した。生じた沈殿を遠心分離により分別し、水で3回洗浄し、さらに105℃に設定したウインドオーブンで24時間乾燥させて、精製アルカリリグニンを得た。   1 g of alkaline lignin (manufactured by Aldrich, Mw: 60,000, Mn: 10,000) was dissolved in 50 ml of a saturated aqueous sodium chloride solution, 50 ml of 1N sulfuric acid was added, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 12 hours. The resulting precipitate was separated by centrifugation, washed with water three times, and further dried in a window oven set at 105 ° C. for 24 hours to obtain purified alkali lignin.

精製アルカリリグニン100mgに、ラクチド50mg、0.1M酢酸緩衝液(pH5.0)600μl、水1.8mlを加えて攪拌し、40℃に加熱して溶解させた。さらにジオキサン7mlを加えて均一にしたあと、HRP溶液(1mg/ml)500μl、過酸化水素溶液(1mM)100μlを加え、常温にて1時間攪拌した。   To 100 mg of purified alkaline lignin, 50 mg of lactide, 600 μl of 0.1 M acetate buffer (pH 5.0) and 1.8 ml of water were added and stirred, and heated to 40 ° C. to dissolve. Further, 7 ml of dioxane was added to make uniform, and then 500 μl of an HRP solution (1 mg / ml) and 100 μl of a hydrogen peroxide solution (1 mM) were added and stirred at room temperature for 1 hour.

原料である精製アルカリリグニンおよび反応生成物に対して、ゲル濾過クロマトグラフィーを用いて、重合反応の進行を確認するための測定を行った。測定には、LC−VP GPCシステム(株式会社島津製作所製)にフォトダイオードアレイ紫外可視分光光度検出器(SPD−M10A)を組み合わせたものを用いた。カラムはShodexのAsahipak GF−7MHQ(昭和電工株式会社製)を使用し、溶離液は水/メタノール混合液(95:5、v/v)を用いた。流速は0.8ml/min、カラム温度は40℃とした。試料をシリンジに注入し、ポアサイズ0.45μmのポリテトラフルオロエチレン製メンブレンフィルター水系溶媒用(ミリポア社製)を用いて濾過し、20μlをGPC装置に注入した。   The purified alkali lignin as a raw material and the reaction product were measured for confirming the progress of the polymerization reaction using gel filtration chromatography. For the measurement, a combination of an LC-VP GPC system (manufactured by Shimadzu Corporation) and a photodiode array ultraviolet-visible spectrophotometer detector (SPD-M10A) was used. As column, Shodex Asahipak GF-7MHQ (manufactured by Showa Denko KK) was used, and a water / methanol mixture (95: 5, v / v) was used as an eluent. The flow rate was 0.8 ml / min and the column temperature was 40 ° C. The sample was injected into a syringe, filtered using a polytetrafluoroethylene membrane filter aqueous solvent (Millipore) having a pore size of 0.45 μm, and 20 μl was injected into a GPC apparatus.

原料である精製アルカリリグニンおよび反応生成物のそれぞれについて溶出時間を測定したところ、原料であるアルカリリグニンは17.7分にピークが認められたのに対して、反応生成物は16.9分と13.3分にピークが認められた。反応生成物における16.9分のピークは原料に対応し、13.3分のピークはそれよりも分子量の大きな成分が存在することを示しており、重合反応が進行していることがわかった。   When the elution time was measured for each of the purified alkali lignin and the reaction product as a raw material, a peak was observed at 17.7 minutes for the alkaline lignin as a raw material, whereas the reaction product was 16.9 minutes. A peak was observed at 13.3 minutes. The peak at 16.9 minutes in the reaction product corresponds to the raw material, and the peak at 13.3 minutes indicates that a component having a higher molecular weight is present, indicating that the polymerization reaction is proceeding. .

重合反応が進行した結果得られる共重合体の分子量を測定するために、試料のアセチル化を行った上でゲル濾過クロマトグラフィーを用いて測定を行った。   In order to measure the molecular weight of the copolymer obtained as a result of the progress of the polymerization reaction, the sample was acetylated and then measured using gel filtration chromatography.

試料のアセチル化は以下の通りの方法で行った。   The sample was acetylated by the following method.

試料100mgに3mlのピリジンと3mlの無水酢酸とを加えて溶解するまで放置した。放置時間は24時間〜2ヶ月であった。溶解後、約60mlの氷水に滴下し、30分放置した。その後、分液漏斗を用いてクロロホルムで3回抽出し、得られた有機相を合わせてから水で1回洗浄し、エバポレーターで乾固した後、デシケーター中で減圧乾燥した。   To 100 mg of sample, 3 ml of pyridine and 3 ml of acetic anhydride were added and allowed to dissolve. The standing time was 24 hours to 2 months. After dissolution, it was dropped into about 60 ml of ice water and left for 30 minutes. Thereafter, the mixture was extracted three times with chloroform using a separatory funnel, and the obtained organic phases were combined, washed once with water, dried to dryness with an evaporator, and then dried under reduced pressure in a desiccator.

得られたアセチル化物の分子量をGPCにより測定した。測定には、LC10A GPCシステム(株式会社島津製作所製)に示差屈折計(RID−10A)を組み合わせたものを用いた。カラムはShodexのK−806MとK−802(いずれも昭和電工株式会社製)の直列カラムを使用し、溶離液はクロロホルムを用いた。流速は0.8ml/min、カラム温度は40℃とした。試料を高速液体クロマトグラフィー用クロロホルムに溶解してシリンジに注入し、ポアサイズ0.45μmのポリテトラフルオロエチレン製メンブレンフィルター水系溶媒用(ミリポア社製)を用いて濾過した。GPC装置への注入量は50μlとした。標準として、ShodexスタンダードSM−105(昭和電工株式会社製)を用い、ポリスチレンスタンダードMW=1.3×10〜3.15×10の検量線を作成し、各試料のポリスチレン換算の相対分子量を決定した。 The molecular weight of the obtained acetylated product was measured by GPC. For the measurement, an LC10A GPC system (manufactured by Shimadzu Corporation) combined with a differential refractometer (RID-10A) was used. The column used was a serial column of Shodex K-806M and K-802 (both manufactured by Showa Denko KK), and chloroform was used as the eluent. The flow rate was 0.8 ml / min and the column temperature was 40 ° C. The sample was dissolved in chloroform for high-performance liquid chromatography, injected into a syringe, and filtered using a polytetrafluoroethylene membrane filter aqueous solvent (Millipore) having a pore size of 0.45 μm. The injection amount into the GPC apparatus was 50 μl. As a standard, a standard curve of polystyrene standard MW = 1.3 × 10 3 to 3.15 × 10 6 was prepared using Shodex Standard SM-105 (manufactured by Showa Denko KK), and relative molecular weight in terms of polystyrene of each sample. It was determined.

原料である精製アルカリリグニンでは、Mwが約60,000に相当するピークが認められ、反応生成物ではMnが約60,000に相当するピークの他にMwが約120,000に相当するピークも認められた。   In the purified alkali lignin as a raw material, a peak corresponding to Mw of about 60,000 is recognized, and in the reaction product, a peak corresponding to Mw of about 120,000 is also included in addition to a peak corresponding to Mn of about 60,000. Admitted.

さらに、原料である精製アルカリリグニンおよび反応生成物のそれぞれについてH−NMR測定を行った。精製アルカリリグニンは重水と少量の水酸化ナトリウムとに溶解したものを試料とし、反応生成物については重クロロホルムに溶解して測定を行った。測定には、DRX−300(BRUKER社製)を用いた。反応生成物のH−NMRスペクトルには1.2ppm付近にピークが認められたが、原料には認められなかった。このピークはポリ乳酸中の−CHのプロトンに帰属するものと考えられ、反応生成物にはラクチドが開環して生成したポリ乳酸部分があることがわかった。 Furthermore, 1 H-NMR measurement was performed on each of the purified alkali lignin as a raw material and the reaction product. The purified alkaline lignin was dissolved in heavy water and a small amount of sodium hydroxide as a sample, and the reaction product was measured by dissolving in deuterated chloroform. For the measurement, DRX-300 (manufactured by BRUKER) was used. In the 1 H-NMR spectrum of the reaction product, a peak was observed near 1.2 ppm, but not in the raw material. This peak is considered to belong to the proton of —CH 3 in the polylactic acid, and it was found that the reaction product had a polylactic acid moiety formed by ring opening of lactide.

さらに、原料である精製アルカリリグニンおよび反応生成物のそれぞれについて透過型赤外線吸収スペクトル測定を行った。測定には、JASCO FT−IR615(日本分光株式会社製)を用いた。各試料は、デシケーター中、五酸化リン上で十分に乾燥し、試料1mgにKBr100mgを加えてメノウルツボですりつぶしてペレットとした。測定は真空中で行った。   Further, transmission infrared absorption spectrum measurement was performed for each of the purified alkali lignin as a raw material and the reaction product. For the measurement, JASCO FT-IR615 (manufactured by JASCO Corporation) was used. Each sample was sufficiently dried on phosphorus pentoxide in a desiccator, 100 mg of KBr was added to 1 mg of the sample, and the mixture was crushed with an agate crucible to give a pellet. The measurement was performed in a vacuum.

反応生成物には、原料に認められなかった1717cm−1のピークが認められた。このピークはカルボニル基に帰属するものであり、反応により生成したポリ乳酸に含まれるカルボニル基が確認できた。また、原料のスペクトルには、3300cm−1付近に、リグニン構成単位の芳香環に結合した水酸基に帰属されるピークが認められるが、反応生成物ではこのピークが減少し、リグニン構成単位の芳香環に結合した水酸基は反応により変化したこと、すなわち反応基として作用したことが確認できた。 In the reaction product, a peak at 1717 cm −1 that was not observed in the raw material was observed. This peak is attributed to the carbonyl group, and the carbonyl group contained in the polylactic acid produced by the reaction was confirmed. In the spectrum of the raw material, a peak attributed to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of the lignin structural unit is observed near 3300 cm −1 , but this peak decreases in the reaction product, and the aromatic ring of the lignin structural unit is reduced. It was confirmed that the hydroxyl group bonded to was changed by the reaction, that is, it acted as a reactive group.

実施例1の反応溶媒を変更して、重合反応を行った。   The polymerization reaction was carried out by changing the reaction solvent in Example 1.

実施例1と同様にして得た精製アルカリリグニン100mgに、ラクチド50mg、0.1M酢酸緩衝液(pH5.0)1ml、水3.4mlを加えて攪拌し、40℃に加熱して溶解させた。さらにアセトン5mlを加えて均一にしたあと、HRP溶液(1mg/ml)500μl、過酸化水素溶液(1mM)100μlを加え、常温にて1時間攪拌した。   To 100 mg of purified alkaline lignin obtained in the same manner as in Example 1, 50 mg of lactide, 1 ml of 0.1 M acetate buffer (pH 5.0) and 3.4 ml of water were added and stirred, and heated to 40 ° C. to dissolve. . Further, 5 ml of acetone was added to homogenize, 500 μl of HRP solution (1 mg / ml) and 100 μl of hydrogen peroxide solution (1 mM) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour.

得られた反応生成物について、実施例1と同様に透過型赤外線吸収スペクトル測定を行った。原料の生成アルカリリグニンのスペクトルと比較すると、反応生成物のスペクトルでは、新たに1718cm−1付近にカルボニル基に帰属されるピークが現れ、またリグニン構成単位の芳香環に結合した水酸基に帰属される3300cm−1付近のピークが低くなっていた。 The obtained reaction product was subjected to transmission infrared absorption spectrum measurement in the same manner as in Example 1. Compared with the spectrum of the raw material generated alkali lignin, in the spectrum of the reaction product, a new peak attributed to the carbonyl group appears in the vicinity of 1718 cm −1 , and it also belongs to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of the lignin structural unit. The peak around 3300 cm −1 was low.

実施例1のラクチドをε−カプロラクトンに変更して重合反応を行った。   The polymerization reaction was carried out by changing the lactide of Example 1 to ε-caprolactone.

実施例1と同様にして得た精製アルカリリグニン100mgに、ε−カプロラクトン40mg、0.1M酢酸緩衝液(pH5.0)600μl、水1.8mlを加えて攪拌し、溶解させた。さらにジオキサン7mlを加えて均一にしたあと、HRP溶液(1mg/ml)500μl、過酸化水素溶液(1mM)100μlを加え、常温にて1時間攪拌した。   To 100 mg of purified alkaline lignin obtained in the same manner as in Example 1, 40 mg of ε-caprolactone, 600 μl of 0.1 M acetate buffer (pH 5.0) and 1.8 ml of water were added and stirred to dissolve. Further, 7 ml of dioxane was added to make uniform, and then 500 μl of an HRP solution (1 mg / ml) and 100 μl of a hydrogen peroxide solution (1 mM) were added and stirred at room temperature for 1 hour.

得られた反応生成物について、実施例1と同様に透過型赤外線吸収スペクトル測定を行った。   The obtained reaction product was subjected to transmission infrared absorption spectrum measurement in the same manner as in Example 1.

原料の生成アルカリリグニンのスペクトルと比較すると、反応生成物のスペクトルでは、新たに1717cm−1付近にカルボニル基に帰属されるピークが現れ、またリグニン構成単位の芳香環に結合した水酸基に帰属される3300cm−1付近のピークが低くなっていた。このスペクトルから、リグニン構成単位の芳香環に結合した水酸基に、ポリ乳酸が結合した共重合体が形成されていることが確認できた。 Compared with the spectrum of the generated alkali lignin of the raw material, in the spectrum of the reaction product, a new peak attributed to the carbonyl group appears in the vicinity of 1717 cm −1 , and also attributed to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of the lignin structural unit. The peak around 3300 cm −1 was low. From this spectrum, it was confirmed that a copolymer in which polylactic acid was bonded to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of the lignin structural unit was formed.

実施例3の反応溶媒を変更して、重合反応を行った。   The polymerization reaction was carried out by changing the reaction solvent in Example 3.

実施例1と同様にして得た精製アルカリリグニン100mgに、ε−カプロラクトン40mg、0.1M酢酸緩衝液(pH5.0)1ml、水3.4mlを加えて攪拌し、溶解させた。さらにアセトン5mlを加えて均一にしたあと、HRP溶液(1mg/ml)500μl、過酸化水素溶液(1mM)100μlを加え、常温にて1時間攪拌した。   To 100 mg of purified alkaline lignin obtained in the same manner as in Example 1, 40 mg of ε-caprolactone, 1 ml of 0.1 M acetate buffer (pH 5.0), and 3.4 ml of water were added and stirred to dissolve. Further, 5 ml of acetone was added to homogenize, 500 μl of HRP solution (1 mg / ml) and 100 μl of hydrogen peroxide solution (1 mM) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour.

得られた反応生成物について、実施例1と同様に透過型赤外線吸収スペクトル測定を行った。   The obtained reaction product was subjected to transmission infrared absorption spectrum measurement in the same manner as in Example 1.

原料の生成アルカリリグニンのスペクトルと比較すると、反応生成物のスペクトルでは、新たに1717cm−1付近にカルボニル基に帰属されるピークが現れ、またリグニン構成単位の芳香環に結合した水酸基に帰属される3300cm−1付近のピークが低くなっていた。このスペクトルから、リグニン構成単位の芳香環に結合した水酸基に、ポリカプロラクトンが結合した共重合体が形成されていることが確認できた。 Compared with the spectrum of the generated alkali lignin of the raw material, in the spectrum of the reaction product, a new peak attributed to the carbonyl group appears in the vicinity of 1717 cm −1 , and also attributed to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of the lignin structural unit. The peak around 3300 cm −1 was low. From this spectrum, it was confirmed that a copolymer in which polycaprolactone was bonded to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring of the lignin structural unit was formed.

Claims (7)

リグニンと環状エステルとを、電子受容体およびフェノール酸化酵素の存在下に重合反応させて、リグニン−ポリエステル共重合体を形成させることを特徴とする、リグニン−ポリエステル共重合体の合成方法。   A method for synthesizing a lignin-polyester copolymer, comprising polymerizing a lignin and a cyclic ester in the presence of an electron acceptor and a phenol oxidase to form a lignin-polyester copolymer. 電子受容体が過酸化物または酸素である、請求項1に記載のリグニン−ポリエステル共重合体の合成方法。   The method for synthesizing a lignin-polyester copolymer according to claim 1, wherein the electron acceptor is a peroxide or oxygen. フェノール酸化酵素が、ペルオキシダーゼまたはラッカーゼである、請求項1または2に記載のリグニン−ポリエステル共重合体の合成方法。   The method for synthesizing a lignin-polyester copolymer according to claim 1 or 2, wherein the phenol oxidase is peroxidase or laccase. ペルオキシダーゼが、西洋わさびペルオキシダーゼである、請求項3に記載のリグニン−ポリエステル共重合体の合成方法。   The method for synthesizing a lignin-polyester copolymer according to claim 3, wherein the peroxidase is horseradish peroxidase. 環状エステルが、ラクチドまたはε−カプロラクトンである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリグニン−ポリエステル共重合体の合成方法。   The method for synthesizing a lignin-polyester copolymer according to any one of claims 1 to 4, wherein the cyclic ester is lactide or ε-caprolactone. 重合反応を20〜40℃で行う、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリグニン−ポリエステル共重合体の合成方法。   The method for synthesizing a lignin-polyester copolymer according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymerization reaction is carried out at 20 to 40 ° C. 請求項1〜6のいずれかの方法により合成された、リグニン−ポリエステル共重合体。   A lignin-polyester copolymer synthesized by the method according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8146277B2 (en) 2002-09-20 2012-04-03 Puredepth Limited Multi-view display
JP2013076067A (en) * 2011-09-14 2013-04-25 Sakuranomiya Kagaku Kk Method for producing functional material from lignocellulose-containing material
WO2014042851A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Univeristy Lignin poly(lactic acid) copolymers

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1171401A (en) * 1997-08-28 1999-03-16 Agency Of Ind Science & Technol Biodegradable polymeric material and its production
JP2000086750A (en) * 1998-09-08 2000-03-28 Shimadzu Corp Copolymer of lactic acid-based polymer and its production
JP2000345033A (en) * 1999-03-31 2000-12-12 Mitsui Chemicals Inc Resin composition
JP2005008821A (en) * 2003-06-20 2005-01-13 Toyota Motor Corp Heat resistant resin obtained by using plant resource as main raw material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1171401A (en) * 1997-08-28 1999-03-16 Agency Of Ind Science & Technol Biodegradable polymeric material and its production
JP2000086750A (en) * 1998-09-08 2000-03-28 Shimadzu Corp Copolymer of lactic acid-based polymer and its production
JP2000345033A (en) * 1999-03-31 2000-12-12 Mitsui Chemicals Inc Resin composition
JP2005008821A (en) * 2003-06-20 2005-01-13 Toyota Motor Corp Heat resistant resin obtained by using plant resource as main raw material

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8146277B2 (en) 2002-09-20 2012-04-03 Puredepth Limited Multi-view display
JP2013076067A (en) * 2011-09-14 2013-04-25 Sakuranomiya Kagaku Kk Method for producing functional material from lignocellulose-containing material
WO2014042851A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Univeristy Lignin poly(lactic acid) copolymers

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