JP2010254932A - Polyester and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリエステルとその製造法に関する。 The present invention relates to polyester and a method for producing the same.
今日、各種ポリマー、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート等が、各種容器等の成形品やゴミ袋、包装袋等に広く使用されている。しかしながら、これらのポリマーは、主に石油を原料としているため、廃棄の際、焼却すれば大気中の二酸化炭素を増加させて、地球温暖化の一因とされている。一方、焼却せずに、埋立て処分すると、自然環境下でほとんど分解されないものが多いため、半永久的に地中に残存することになる。 Today, various polymers such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, and polyethylene terephthalate are widely used for molded products such as various containers, garbage bags, packaging bags, and the like. However, since these polymers are mainly made from petroleum, if they are incinerated at the time of disposal, they increase carbon dioxide in the atmosphere and contribute to global warming. On the other hand, when landfilled without incineration, there are many things that are hardly decomposed in the natural environment, so they remain in the ground semipermanently.
近年、植物由来の原料や微生物による代謝を介して得られる植物由来のポリマーが注目されている。なぜなら、これらのポリマーは、石油を原料としない環境循環型の素材であり、植物に固定された二酸化炭素を大気中に戻すことになるという意味で、焼却しても大気中の二酸化炭素を増加させない。また、焼却せずに埋立て処分しても、土壌中の微生物により分解されるため、環境破壊を招く虞がない。かかる植物由来のポリマーとして、ポリ乳酸、ポリヒドロキシ酪酸等が挙げられ、将来性のある生物分解性である環境循環型の素材として、各種成形品への用途開発が進められている。しかしながら、かかる植物由来のポリマーは、澱粉等を含む穀物である食物を原料とする場合には、供給において食物と競合するという問題がある。これは、人類に対する食料の安定供給の観点から問題である。 In recent years, plant-derived polymers obtained through plant-derived raw materials and metabolism by microorganisms have attracted attention. Because these polymers are environmentally-circulating materials that do not use petroleum as a raw material, carbon dioxide fixed in plants is returned to the atmosphere. I won't let you. Even if landfilled without incineration, it is decomposed by microorganisms in the soil, so there is no risk of environmental destruction. Examples of such plant-derived polymers include polylactic acid, polyhydroxybutyric acid, and the like, and development of uses for various molded products is being promoted as a biodegradable material with future potential. However, such a plant-derived polymer has a problem of competing with food in supply when the raw material is food that is a grain containing starch or the like. This is a problem from the viewpoint of a stable supply of food to mankind.
ところで、植物由来の芳香族高分子化合物であるリグニンは、植物細胞壁に普遍的に含まれているバイオマス資源であるけれども、その化学構造が多様な成分で構成されていることや複雑な高分子構造であるため、未だ、有効な利用技術が開発されていない。そのため、例えば、製紙産業において大量に副生するリグニンは有効利用されずに、重油の代替燃料として焼却処分されている。 By the way, lignin, a plant-derived aromatic polymer compound, is a biomass resource that is universally contained in plant cell walls, but its chemical structure is composed of various components and has a complex polymer structure. Therefore, effective utilization technology has not been developed yet. Therefore, for example, lignin produced as a by-product in a large amount in the paper industry is not effectively used but is incinerated as an alternative fuel for heavy oil.
近年、リグニン等の植物由来芳香族成分が、加水分解、酸化分解、加溶媒分解等の化学的分解法、又は超臨界水や超臨界有機溶媒による物理化学的分解法により、数種の低分子化合物の混合物に変換されて単一の化合物である2−ピロン−4,6−ジカルボン酸を製造する方法が開発されてきた。例えば、特開2005−278549号公報(以下、特許文献1参照)には、リグニンを含む植物原料を低分子化技術により得たバニリン、シリンガアルデヒド、バニリン酸、シリンガ酸、プロトカテク酸を含む低分子混合物から多段階の酵素反応を介して単一の化合物である2−ピロン−4,6−ジカルボン酸(以下、PDCともいう。)を発酵生産技術により製造する方法が開示されている。また、特開2008−79603号公報(以下、特許文献2参照)には、微生物により生産された2−ピロン−4,6−ジカルボン酸を含む発酵液に、陽イオンの塩を存在させて2−ピロン−4,6−ジカルボン酸を精製する方法や遊離2−ピロン−4,6−ジカルボン酸を抽出する方法が開示されている。
また、PDCのエステルは、例えば、国際公開WO99/54376パンフレットに記載された方法により得ることができる(以下、特許文献3を参照のこと)。
In recent years, plant-derived aromatic components such as lignin have been converted into several small molecules by chemical decomposition methods such as hydrolysis, oxidative decomposition, solvolysis, or physicochemical decomposition methods using supercritical water or supercritical organic solvents. Methods have been developed to convert to a mixture of compounds to produce a single compound, 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-278549 (hereinafter referred to as Patent Document 1) discloses a low raw material containing vanillin, syringaldehyde, vanillic acid, syringic acid, and protocatechuic acid obtained from a plant raw material containing lignin by a low molecular weight technology. A method for producing 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid (hereinafter also referred to as PDC), which is a single compound, from a molecular mixture through a multi-stage enzymatic reaction by a fermentation production technique is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 2008-79603 (hereinafter referred to as Patent Document 2) discloses that a cation salt is present in a fermentation solution containing 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid produced by a microorganism. A method for purifying pyrone-4,6-dicarboxylic acid and a method for extracting free 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid are disclosed.
The ester of PDC can be obtained, for example, by the method described in International Publication WO99 / 54376 pamphlet (refer to Patent Document 3 below).
このようにして得られた単一の化合物である2−ピロン−4,6−ジカルボン酸を、生物分解性のプラスチックや各種化学製品の原料として使用することができれば、供給において、食物と競合しない、リグニン含有植物原料(バイオマス)を有効利用することができることになる。しかしながら、リグニン含有バイオマスに由来する2−ピロン−4,6−ジカルボン酸の利用方法は未だ確立されていない。 If 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid, which is a single compound thus obtained, can be used as a raw material for biodegradable plastics and various chemical products, it will not compete with food in supply. Thus, the lignin-containing plant material (biomass) can be used effectively. However, a method for utilizing 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid derived from lignin-containing biomass has not yet been established.
本発明が解決しようとする課題は、リグニン含有バイオマスに由来する2−ピロン−4,6−ジカルボン酸から誘導されるδ−バレロラクトン誘導体の開環重合により得られる新規ポリエステル及びその製法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a novel polyester obtained by ring-opening polymerization of a δ-valerolactone derivative derived from 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid derived from lignin-containing biomass, and a process for producing the same. That is.
本発明者は、前記課題を解決するため、実験を繰り返し、鋭意研究を重ねた結果、2−ピロン−4,6−ジカルボン酸からδ−バレロラクトン誘導体(以下、テトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレートともいう。)を実際に製造し、かかるδ−バレロラクトン誘導体を開環重合してポリエステルを実際に製造し、その製造方法を確立し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[9]である:
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has repeated experiments and made extensive studies. As a result, the present inventors have obtained a δ-valerolactone derivative (hereinafter referred to as tetrahydro-2H-pyrone-4, 4) from 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid. 6-dicarboxylate) was actually produced, and the δ-valerolactone derivative was ring-opening polymerized to actually produce a polyester, the production method was established, and the present invention was completed.
That is, the present invention is the following [1] to [9]:
[1]以下の式(1):
[2]以下の式(1):
[3]以下の式(2):
[4]以下の式(3):
[5]以下の式(4):
[6]前記触媒が有機スズである、前記[4]又は[5]に記載の方法。 [6] The method according to [4] or [5], wherein the catalyst is organotin.
[7]前記有機スズが2−エチルヘキサン酸スズである、前記[4]〜[6]のいずれかに記載の方法。 [7] The method according to any one of [4] to [6], wherein the organotin is tin 2-ethylhexanoate.
[8]前記重合反応が室温〜130℃で行われる、前記[4]〜[7]のいずれか1に記載の方法。 [8] The method according to any one of [4] to [7], wherein the polymerization reaction is performed at room temperature to 130 ° C.
[9]前記重合反応が1〜24時間の時間期間にわたり行われる、前記[4]〜[8]のいずれかに記載の方法。 [9] The method according to any one of [4] to [8], wherein the polymerization reaction is performed over a time period of 1 to 24 hours.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
重合反応の出発物質であるモノマー、δ−バレロラクトン誘導体は、以下の式(3):
The monomer, δ-valerolactone derivative, which is the starting material for the polymerization reaction, has the following formula (3):
重合反応の出発物質であるモノマー、δ−バレロラクトン誘導体の入手方法は問わないが、例えば、前記した特許文献1に開示されるように、リグニンを含む植物原料を低分子化技術により得たバニリン、シリンガアルデヒド、バニリン酸、シリンガ酸、プロトカテク酸を含む低分子混合物から多段階の酵素反応を介した発酵生産技術により製造して得た2−ピロン−4,6−ジカルボン酸を、エステル化し、これを水素化触媒の存在下で還元することにより入手することができる。 There is no limitation on the method for obtaining the monomer and δ-valerolactone derivative as the starting material for the polymerization reaction. For example, as disclosed in Patent Document 1, vanillin obtained from a plant raw material containing lignin by a low molecular weight technology Esterification of 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid obtained from a low-molecular-weight mixture containing syringaldehyde, vanillic acid, syringic acid, and protocatechuic acid by fermentation production technology through a multi-stage enzymatic reaction This can be obtained by reduction in the presence of a hydrogenation catalyst.
PDCのエステル化は、例えば、特許文献3に記載されるように、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸等の酸の存在下で、PDCと、アルコール、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、ポリアルキレングリコール、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリアルキレンオキシド、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドとを、必要により加熱しながら反応させることにより行われる。 For example, as described in Patent Document 3, PDC is esterified with PDC in the presence of an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, p-toluenesulfonic acid and the like, for example, methanol, ethanol, n-propyl alcohol. , Polyalkylene glycol, for example, ethylene glycol, propylene glycol, polyalkylene oxide, for example, ethylene oxide, propylene oxide, is reacted by heating, if necessary.
例えば、以下の反応スキームに従って、PDCエステルは、δ−バレロラクトン誘導体(テトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート)に還元される。
PDCエステルの還元における水素源としては、水素ガス、ギ酸、ギ酸ナトトリウム、シリルヒドリド、シクロヘキサンジエン、メチルシクロヘキサン、デカヒドロナフタレン等の炭化水素が挙げられる。水素源の使用量は、使用するPDCエステルの量に対して通常2モル以上であり、その上限は特にない。 Examples of the hydrogen source in the reduction of the PDC ester include hydrocarbons such as hydrogen gas, formic acid, sodium formate, silyl hydride, cyclohexanediene, methylcyclohexane, decahydronaphthalene and the like. The usage-amount of a hydrogen source is 2 mol or more normally with respect to the quantity of the PDC ester to be used, and there is no upper limit in particular.
水素化触媒としては、例えば、パラジウム触媒、ニッケル触媒、白金触媒、ルテニウム触媒、レニウム触媒、銅触媒、ロジウム触媒又はこれらの混合物が挙げられる。とりわけ、反応性及び経済性の観点から、パラジウム触媒、ニッケル触媒、白金触媒又はルテニウム触媒が好ましい。パラジウム触媒としては、例えば、パラジウムカーボン、パラジウムアルミナ、パラジウムシリカ、パラジウムシリカアルミナ、ゼオライト担持パラジウム等が挙げられる。パラジウム触媒としては、乾燥品又は含水品のいずれも使用してもよいが、工業製法上の安定性の観点から、含水品が好ましい。ニッケル触媒としては、例えば、ニッケル珪藻土、スポンジニケル、ニッケルアルミナ、ニッケルシリカ、ニッケルカーボン等が挙げられる。白金触媒としては、例えば、白金シリカ、白金シリカアルミナ、ゼオライト担持白金等が挙げられる。ルテニウム触媒としては、例えば、ルテニウムカーボン、ルテニウムアルミナ、ルテニウムシリカ、ルテニウムアルミナ、ゼオライト担持ルテニウム等が挙げられる。還元に使用する上記水素化触媒の量は、金属換算で、使用するPDCエステルのモル数に対して、通常、0.1〜1モル%であることができる。 Examples of the hydrogenation catalyst include a palladium catalyst, a nickel catalyst, a platinum catalyst, a ruthenium catalyst, a rhenium catalyst, a copper catalyst, a rhodium catalyst, or a mixture thereof. In particular, from the viewpoint of reactivity and economy, a palladium catalyst, a nickel catalyst, a platinum catalyst, or a ruthenium catalyst is preferable. Examples of the palladium catalyst include palladium carbon, palladium alumina, palladium silica, palladium silica alumina, and zeolite-supported palladium. As the palladium catalyst, either a dried product or a hydrated product may be used, but a hydrated product is preferred from the viewpoint of industrial process stability. Examples of the nickel catalyst include nickel diatomaceous earth, sponge nickel, nickel alumina, nickel silica, nickel carbon, and the like. Examples of the platinum catalyst include platinum silica, platinum silica alumina, zeolite-supported platinum, and the like. Examples of the ruthenium catalyst include ruthenium carbon, ruthenium alumina, ruthenium silica, ruthenium alumina, and zeolite-supported ruthenium. The amount of the hydrogenation catalyst used for the reduction can be usually 0.1 to 1 mol% with respect to the number of moles of the PDC ester used in metal conversion.
還元反応は、0℃〜室温で数時間〜数日間行うことができる。水素源としてギ酸を用いる場合には、反応溶媒を必要としないが、以下の反応溶媒を更に加えてもよい。反応溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシテンなどの芳香族炭化水素;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタニールなどの低級アルコール;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジイシプロピルエーテルなどのエーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素;シメチルスルホキシド;1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールなどのジオール;又はこれらの混合溶媒が挙げられる。還元の際に加えられる溶媒の量は、使用するPDCエステルの量に対して、通常、1〜200重量倍であることができる。 The reduction reaction can be performed at 0 ° C. to room temperature for several hours to several days. When formic acid is used as a hydrogen source, a reaction solvent is not required, but the following reaction solvent may be further added. Examples of the reaction solvent include aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, and octane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xitene; lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and butane; diethyl ether, Ethers such as tetrahydrofuran and diisopropyl ether; Nitriles such as acetonitrile, propionitrile and benzonitrile; Halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane and trichloroethane; Cymethyl sulfoxide; 1,3-propane Diols, diols such as 1,4-butanediol; or a mixed solvent thereof. The amount of the solvent added during the reduction can be usually 1 to 200 times by weight based on the amount of the PDC ester used.
得られたδ−バレロラクトン誘導体(テトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート)は、常法により単離・精製される。 The obtained δ-valerolactone derivative (tetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate) is isolated and purified by a conventional method.
以下の反応スキーム:
上記重合反応に使用する重合触媒は、チタンの塩又は酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物又は炭酸塩からなる触媒;金属アルコキシド等の塩基カチオン系触;スズ、アルミニウム、亜鉛、希土類金属、チタン、パラジウム、モリブデン等の錯体、例えば、有機スズ系触媒、例えば、2−エチルヘキサン酸スズであることができる。使用する触媒の使用量は、重合開始剤及びラクトンモノマーの合計に対し0.1〜1モル%程度であることができる。 The polymerization catalyst used in the above polymerization reaction is a catalyst comprising a titanium salt or oxide, an alkali metal or alkaline earth metal oxide or carbonate; a basic cation catalyst such as a metal alkoxide; tin, aluminum, zinc, rare earth It can be a complex of metal, titanium, palladium, molybdenum and the like, for example, an organic tin-based catalyst, for example, 2-ethylhexanoic acid tin. The usage-amount of the catalyst to be used can be about 0.1-1 mol% with respect to the sum total of a polymerization initiator and a lactone monomer.
重合反応において、重合開始剤を使用することができる。重合開始剤としては、アルコラート、例えば、メタノールと水酸化ナトリウムとを脱水して得られるナトリウムメチラートが挙げられる。 In the polymerization reaction, a polymerization initiator can be used. Examples of the polymerization initiator include alcoholates such as sodium methylate obtained by dehydrating methanol and sodium hydroxide.
重合反応は、重合溶媒中で行うこともできる。重合溶媒としては、重合反応を阻害しないものであれば特に制限されないが、例えば、炭素数5〜18個の脂肪族炭化水素や環式炭化水素、炭素数6〜20個の芳香族炭化水素等の不活性溶媒、例えば、トルエン、n−ヘプタン、イソペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、エチルベンゼン、クロロホルム、ジクロロエタン等の塩素系有機溶媒、エチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類が挙げられる。なお、アルコール類は、重合反応の遅延、抑制、停止を導くので使用すべきではない。
前記重合反応は、室温〜130℃の温度範囲内で、例えば、約80℃で行われることができる。前記重合反応は、通常、1〜24時間の時間期間にわたり行われる。
The polymerization reaction can also be performed in a polymerization solvent. The polymerization solvent is not particularly limited as long as it does not inhibit the polymerization reaction. For example, aliphatic hydrocarbons or cyclic hydrocarbons having 5 to 18 carbon atoms, aromatic hydrocarbons having 6 to 20 carbon atoms, etc. Inert solvents such as toluene, n-heptane, isopentane, hexane, octane, nonane, decane, cyclohexane, benzene, xylene, ethylbenzene, chloroform, dichloroethane and other chlorinated organic solvents, ethyl ether, diethyl ether and other ethers Is mentioned. Alcohols should not be used because they lead to the delay, inhibition and termination of the polymerization reaction.
The polymerization reaction may be performed within a temperature range of room temperature to 130 ° C., for example, at about 80 ° C. The polymerization reaction is usually performed over a time period of 1 to 24 hours.
出発原料モノマーであるδ−バレロラクトン誘導体(テトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート)は、低粘性液体であるので、重合反応において、マグネチックスターラー等で容易に攪拌することができる。重合反応においては、例えば、Sn触媒を添加してものを攪拌することができる。 Since the starting raw material monomer δ-valerolactone derivative (tetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate) is a low viscosity liquid, it can be easily stirred with a magnetic stirrer or the like in the polymerization reaction. . In the polymerization reaction, for example, the addition of Sn catalyst can be stirred.
重合反応により得られたポリマーはポリエステルであるが、エステル型ポリアクリル酸メチルである。ポリマーのユニット間にも側鎖メチル基にもエステル結合が存在するため、得られたポリマーは、アルカリで分解され易い。さらに、エステル交換反応を介して架橋構造を形成し易い。したがって、得られたポリマーをさらに修飾することで、多様な目的に合った機能を付加することが可能になる。 The polymer obtained by the polymerization reaction is polyester, but is ester type polymethyl acrylate. Since ester bonds exist between the polymer units and in the side chain methyl groups, the obtained polymer is easily decomposed with an alkali. Furthermore, it is easy to form a crosslinked structure through a transesterification reaction. Therefore, by further modifying the obtained polymer, it is possible to add functions that meet various purposes.
以下、非制限的な実施例によって本発明を説明する。
参照例1:δ−バレロラクトン誘導体(ジメチルテトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート)の製造
100mlナスフラスコに、WO99/54376に記載の方法によって製造した2H−ピラン−4,6−ジカルボキシレート(4.8g,22.9mmol)及びブタンジオール(20mL)を加え、脱気と窒素導入を3回繰り返し、系内を窒素雰囲気下にした。ここに、Pd/C(0.48g)を添加し、再び脱気と窒素導入を3回繰り返した。系内を減圧後、水素ガスを導入し、激しく攪拌して水素添加反応を開始した。薄層クロマトグラフィー(TLC)により原料の濃度低下と新たなスポットの出現を適宜確認しながら、1日反応させた。反応物をろ過、Pd/Cを除去し、ろ液中のブタノールをエバポレータで除去し、粗生成物(5.4g)を得た。粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開液:クロロホルム/酢酸エチル(7/3)にて精製し、化合物(A1)を得た。この化合物は、各種スペクトルの測定により、下記式:
1H−NMR(300MHz,CDCl3)δ(ppm):2.39−2.41(q),2.55−2.68(m),2.68−2.81(m),2.81−2.94(m),2.98−3.11(m),3.72(s),3.82(s),4.97(d)。
13C−NMR(300MHz,CDCl3)δ(ppm):31.5(ピラン環CH2),33.8(ピラン環CH2),34.0(ピラン環CH),51.8(CH3),52.6(CH3),73.7(ピラン環CH),170.2(ピラン環アシル),170.7(カルボニル),176.9(カルボニル)。
GC−MS:m/z=185,171,157,143,125。
IR(ν(cm−1)):2959(−CH),2858(−CH2−),1750(カルボン酸のC=O),1733(ラクトンのC=O),1444(−CH),1062(C−O)。
The invention will now be illustrated by non-limiting examples.
Reference Example 1: Production of δ-valerolactone derivative (dimethyltetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate) 2H-pyran-4,6-produced by a method described in WO99 / 54376 in a 100 ml eggplant flask. Dicarboxylate (4.8 g, 22.9 mmol) and butanediol (20 mL) were added, degassing and nitrogen introduction were repeated three times, and the system was put under a nitrogen atmosphere. Here, Pd / C (0.48 g) was added, and deaeration and nitrogen introduction were repeated three times. After reducing the pressure in the system, hydrogen gas was introduced and stirred vigorously to initiate the hydrogenation reaction. The reaction was carried out for 1 day while appropriately confirming the decrease in the raw material concentration and the appearance of new spots by thin layer chromatography (TLC). The reaction product was filtered to remove Pd / C, and butanol in the filtrate was removed by an evaporator to obtain a crude product (5.4 g). The crude product was purified by silica gel column chromatography (developing solution: chloroform / ethyl acetate (7/3)) to obtain a compound (A1).
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 2.39-2.41 (q), 2.55-2.68 (m), 2.68-2.81 (m), 2. 81-2.94 (m), 2.98-3.11 (m), 3.72 (s), 3.82 (s), 4.97 (d).
13 C-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 31.5 (pyran ring CH 2 ), 33.8 (pyran ring CH 2 ), 34.0 (pyran ring CH), 51.8 (CH 3 ), 52.6 (CH 3 ), 73.7 (pyran ring CH), 170.2 (pyran ring acyl), 170.7 (carbonyl), 176.9 (carbonyl).
GC-MS: m / z = 185, 171, 157, 143, 125.
IR (ν (cm −1 )): 2959 (—CH), 2858 (—CH 2 —), 1750 (C═O of carboxylic acid), 1733 (C═O of lactone), 1444 (—CH), 1062 (C-O).
製造例1:δ−バレロラクトン誘導体(ジメチルテトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート)の製造
100mlナスフラスコに、ギ酸(8ml)、及び特許文献3に記載される方法に従って製造された2−ピロン−4,6−ジカルボン酸ジメチル(2.5g,1.1mmol)を加え、攪拌して懸濁液を調製した。次いで、ナスフラスコ内を脱気して窒素ガスで置換した後、Pd/C(1.2g)を添加し、ギ酸が沸騰しないように減圧しながら攪拌を続けた。薄層クロマトグラフィー(TLC)により原料の濃度低下を適宜確認しながら、ギ酸の添加と脱気を行い、5日間反応を続けた。反応物を、ろ過してPd/Cを除去し、ろ液中のギ酸をエバポレータで除去して、粗生成物を得た(2.5g)。粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開液:クロロホルム/酢酸エチル(7/3)を用いて精製し、下記式(4):
還元生成物がジメチルテトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレートであることは、1H−NMR、13C−NMR、GC−MS、IR測定により確認した。
(1)1H−NMR(300MHz,CDCl3)δ(ppm):2.39−2.41(q、1.2H)、2.63−2.65(m、2.3H)、2.65−2.82(t、0.2H)、2.86(dd,1H)、3.04−3.11(m,1.8H)、3.72(3H)、4.97(d,1H)
(2)13C−NMR(300MHz,CDCl3)δ(ppm):31.6、33.9、34.0、51.9、52.6、73.7、170.2、171.1、176.8
(3)GC−MS:m/z=185、171、157、125(PDCジメチル:m/z=212、181、153、125)
(4)IR(ν(cm−1)):2959(−CH)、2858(−CH2−)、1750(カルボン酸のC=O)、1733(ラクトンのC=O)、1444(−CH)、1062(C−O)
It was confirmed by 1 H-NMR, 13 C-NMR, GC-MS, and IR measurement that the reduction product was dimethyltetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate.
(1) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 2.39-2.41 (q, 1.2 H), 2.63-2.65 (m, 2.3 H), 2. 65-2.82 (t, 0.2H), 2.86 (dd, 1H), 3.04-3.11 (m, 1.8H), 3.72 (3H), 4.97 (d, 1H)
(2) 13 C-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 31.6, 33.9, 34.0, 51.9, 52.6, 73.7, 170.2, 171.1, 176.8
(3) GC-MS: m / z = 185, 171, 157, 125 (PDC dimethyl: m / z = 212, 181, 153, 125)
(4) IR (ν (cm −1 )): 2959 (—CH), 2858 (—CH 2 —), 1750 (C═O of carboxylic acid), 1733 (C═O of lactone), 1444 (—CH ), 1062 (C-O)
実施例1:δ−バレロラクトン誘導体(ジメチルテトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート)の開環重合によるポリマー(ポリアクリル酸メチル)の製造
10mlナス型フラスコに、製造例1において得られたジメチルテトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート(ジメチル6−オキソテトラヒドロ−2H−ピラン−2,4−ジカルオキシレートともいう。)1.0g(4.6mmol)と2−エチルヘキサン酸スズを0.02ml入れ、室温下で攪拌して反応させた。その後、メタノールを0.01ml滴下し、さらに1時間加熱後、純水中で分散させた。沈殿物をろ過して回収し、60℃真空下で乾燥させて、透明粘性溶液状のポリアクリル酸メチル(0.57g、収率57%)を得た。
Example 1: Production of polymer (polymethyl acrylate) by ring-opening polymerization of δ-valerolactone derivative (dimethyltetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate) Obtained in Production Example 1 in a 10 ml eggplant type flask 1.0 g (4.6 mmol) of dimethyltetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate (also referred to as dimethyl 6-oxotetrahydro-2H-pyran-2,4-dicarboxylate) and 2-ethyl 0.02 ml of tin hexanoate was added, and the reaction was stirred at room temperature. Thereafter, 0.01 ml of methanol was dropped, and the mixture was further heated for 1 hour and then dispersed in pure water. The precipitate was collected by filtration and dried under vacuum at 60 ° C. to obtain a transparent viscous solution-like methyl polyacrylate (0.57 g, yield 57%).
上記反応によりポリエステル(ポリアクリル酸メチル)が得られたことを、1H−NMR、13C−NMR、GPC、IR測定により確認した。
(1)1H−NMR(500MHz,CDCl3)δ(ppm):2.25−2.29(m,末端)、2.36−2.50(m,主鎖CH2)、2.58−2.75(m,主鎖CH2)、2.81−2.94(m,主鎖CH)、3.00−3.15(m,主鎖)、3.69−3.81(m,側鎖CH3)、4.21(t,末端)、4.98(t,主鎖CH)(from TMS)
(2)13C−NMR(500MHz,CDCl3)δ(ppm):31.5(主鎖CH2)、33.8(主鎖CH2)、34.0(主鎖CH、CH2)、52.3(側鎖、CH3)、73.7(主鎖CH)、170.5−171.4(側鎖C=O)、177.2(側鎖C=O)、182.6(主鎖C=O)(from TMS)
(3)GPC測定:Mn=約1045(THF溶媒)
(4)IR測定(cm−1):2965(−CH2−)、2911(CH)、1736(C=O)、1439(CH)、1271(CO)、1063(CO)
It was confirmed by 1 H-NMR, 13 C-NMR, GPC, and IR measurement that polyester (polymethyl acrylate) was obtained by the above reaction.
(1) 1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 2.25-2.29 (m, terminal), 2.36-2.50 (m, main chain CH 2 ), 2.58 -2.75 (m, main chain CH 2 ), 2.81-2.94 (m, main chain CH), 3.00-3.15 (m, main chain), 3.69-3.81 ( m, side chain CH 3 ), 4.21 (t, terminal), 4.98 (t, main chain CH) (from TMS)
(2) 13 C-NMR (500 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 31.5 (main chain CH 2 ), 33.8 (main chain CH 2 ), 34.0 (main chain CH, CH 2 ), 52.3 (side chain, CH 3), 73.7 (backbone CH), 170.5-171.4 (side chain C = O), 177.2 (side chain C = O), 182.6 ( Main chain C = O) (from TMS)
(3) GPC measurement: Mn = about 1045 (THF solvent)
(4) IR measurement (cm −1 ): 2965 (—CH 2 —), 2911 (CH), 1736 (C═O), 1439 (CH), 1271 (CO), 1063 (CO)
実施例2:δ−バレロラクトン誘導体(ジメチルテトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート)の開環重合によるポリマー(ポリアクリル酸メチル)の製造
10mlナス型フラスコに、製造例1において得られたジメチルテトラヒドロ−2H−ピロン−4,6−ジカルボキシレート(ジメチル6−オキソテトラヒドロ−2H−ピラン−2,4−ジカルオキシレートともいう。)0.64gと2−エチルヘキサン酸スズを0.02ml入れ、80℃で攪拌しながら、1.5時間反応させた。その後、メタノールを0.01ml滴下し、さらに1時間加熱した後、純水中に分散させた、沈殿物をろ過して回収し、60℃真空下で乾燥させて、ポリアクリル酸メチル(0.1143g、収率17%)を得た。
1H−NMR及び13C−NMR測定結果は、実施例1におけるものと同じであった。GPC測定により、Mn=約4000(THF溶媒)であることを確認した。また、IR測定(cm−1)は、2972(−CH2−)、2876(CH)、1734(C=O)、1439(CH)、1278(CO)、1066(CO)であった。また、Tg(ガラス転移温度)は、−71℃(10℃/分の昇速度で測定)であり、熱分解温度は130℃(5wt%重量減少)、261℃(50wt%重量減少)であった。
Example 2: Preparation of polymer (methyl polyacrylate) by ring-opening polymerization of δ-valerolactone derivative (dimethyltetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate) Obtained in Preparation Example 1 in a 10 ml eggplant type flask 0.64 g of the obtained dimethyltetrahydro-2H-pyrone-4,6-dicarboxylate (also called dimethyl 6-oxotetrahydro-2H-pyran-2,4-dicarboxylate) and tin 2-ethylhexanoate were changed to 0. .02 ml was added and reacted at 80 ° C. for 1.5 hours with stirring. Thereafter, 0.01 ml of methanol was added dropwise, and the mixture was further heated for 1 hour, and then the precipitate dispersed in pure water was collected by filtration, dried at 60 ° C. under vacuum, and methyl acrylate (0. 1143 g, 17% yield).
1 H-NMR and 13 C-NMR measurement results were the same as those in Example 1. By GPC measurement, it was confirmed that Mn = about 4000 (THF solvent). Further, IR measurements (cm -1) is, 2972 (-CH 2 -), 2876 (CH), 1734 (C = O), 1439 (CH), 1278 (CO), was 1066 (CO). Further, Tg (glass transition temperature) was −71 ° C. (measured at an increasing rate of 10 ° C./min), and the thermal decomposition temperatures were 130 ° C. (5 wt% weight reduction) and 261 ° C. (50 wt% weight reduction). It was.
本発明に係る方法に従って、2−ピロン−4,6−ジカルボン酸から誘導されるδ−バレロラクトン誘導体の開環重合により新規ポリエステルを製造することができるので、本発明は、食物と競合しないリグニン含有バイオマスの有効利用に貢献する。 According to the method of the present invention, since a novel polyester can be produced by ring-opening polymerization of a δ-valerolactone derivative derived from 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid, the present invention provides a lignin that does not compete with food. Contributes to effective use of contained biomass.
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