バイオマス由来糖類を効率よく分解する触媒反応を開発~バイオマス由来糖類の利用拡大に期待~

2026-01-16 北海道大学

北海道大学触媒科学研究所の中島清隆教授らの研究グループは、バイオマス由来糖類であるグルコースを効率よく分解し、炭素数4の希少糖エリスロース(ERT)と炭素数2のグリコールアルデヒド(GA)を高選択率で得る新しい固体触媒反応を開発した。本手法は、比較的安価な固体触媒を用い、グルコース中の特定の炭素–炭素結合を選択的に切断すると同時に、反応性の高い生成物を安定に回収できる点が特長である。これにより、従来困難であった低級炭水化物の効率的合成を短時間で実現した。本成果は、石油化学に依存しない再生可能炭素資源からの基幹分子供給技術として、CO₂排出削減とカーボンニュートラル社会の実現に貢献する重要な基盤技術と位置付けられる。

バイオマス由来糖類を効率よく分解する触媒反応を開発~バイオマス由来糖類の利用拡大に期待~
グルコースを出発原料とした低級炭水化物の合成

<関連情報>

触媒的その場アセタール化戦略によるグルコースからのC4・C2炭水化物誘導体の高収率合成 Catalytic In Situ Acetalization Strategy for High-Yield Synthesis of C4– and C2-Carbohydrate Derivatives from Glucose

Ryota Osuga,Navya Subray Bhat,Quan Shi,Natsumi Shibayama,Mizuho Yabushita,Satoshi Suganuma,Hiroki Taniguchi,Mizuki Tada,Hideki Kato,Long Zhang,Ivo Filot,Emiel J. M. Hensen,and Kiyotaka Nakajima
ACS Catalysis  Published: December 19, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acscatal.5c08041

Abstract

The development of heterogeneous catalytic upgrading processes for glucose, the most abundant carbohydrate in plant biomass, is crucial for advancing the production of renewable chemicals. Among the promising strategies, retro-aldolization enables direct and selective cleavage of C–C bonds, offering a route to valuable C4 and C2 carbohydrates: erythrose (ERT) and glycolaldehyde (GA). These compounds serve as key precursors to a range of high-value chemicals. However, their susceptibility to degradation by humin formation hinders practical implementation. Here, we present a catalytic strategy involving Nb2O5 and H-MOR zeolite for converting glucose in ethanol to ERT and GA through selective retro-aldolization (Nb2O5), followed by in situ acetalization to form the corresponding stable acetals of ERT and GA (H-MOR). Lewis acidic Nb5+ in NbO4 tetrahedra in the Nb2O5 surface catalyzes retro-aldolization of glucose, while Bro̷nsted acid sites in the H-MOR pores provide a shape-selective reaction environment for the acetalization of ERT and GA with ethanol. The exclusion of glucose from the one-dimensional micropores of H-MOR is critical to the high efficiency achieved. This method for glucose conversion in heterogeneous catalysis, based on protection principles common in synthetic organic chemistry, can impact the use of glucose as a feedstock for making renewable C4 and C2 chemicals.

0502有機化学製品
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