Innovative precision polymerization via photo-induced multi active species

• Project/Area Number: 18KK0158
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2019-2023); Nagoya University (2018)
• Principal Investigator: 佐藤 浩太郎 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (70377810)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上垣外 正己 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00273475) ; 内山 峰人 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (10779680)
• Project Period (FY): 2018-10-09 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2020: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2019: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: 高分子精密合成 / リビング重合 / マルチアクティブ種 / フォト変換 / 光触媒ラジカル重合

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、申請者らが開発した「共有結合を炭素原子の電子状態を制御し解離することで、複数のマルチアクティブ種を経由して１本の高分子鎖を形成する」という新しい概念に基づく精密重合系を、国際共同研究を通じて、さらに推進・発展することを目的とする。本年は、とくに以下の点について検討を行った。
フォト変換マルチアクティブ種によるカチオン/ラジカル重合系の開発:本申請者らが報告した活性種変換リビングカチオン・ラジカル重合に対して、国際共同研究者が報告したPET-RAFT重合を適用し、光刺激を用いたマルチアクティブ種の生成制御についての可能性について検証している。すでに光触媒として、近年有機合成分野でも注目されている光レドックス触媒や光有機触媒などについて検討するとともに、カチオン重合触媒であるルイス酸との組み合わせについて検討し、PET-RAFTによる活性種変換リビングカチオン・ラジカル重合の検討を完了した。次いで、本申請者や共同若手研究者が、国際共同研究者らの研究拠点である豪州ニューサウスウェールズ大学にて、実際に実験を通じてPET-RAFT重合光触媒の取り扱いや重合手法についてのノウハウを習得する予定であったが、出入国制限により渡航ができない状況が続いたため、オンラインで議論するとともに、当該研究室の修士課程を終えた学生を本申請者の研究室へ博士課程学生として受け入れ、研究を遂行している。繰り越しした次年度には豪州ニューサウスウェールズ大学での訪問研究において、この重合系における種々のモノマーを検討、植物由来モノマーへの展開も含めて、その適用範囲を明確にする。最終的に様々な構造の高分子の合成し、重合手法として確立・本重合系の有用性を見極める。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

先方への研究訪問に向けた検討を終え、概ね目的の反応が進行することを明確にした。2022年まで渡航ができない状況であったため、オンラインでの議論を重ねて研究を遂行している。さらに、植物由来モノマーであるグリセロール由来ビニルエーテル、スチレン誘導体のPET-RAFT重合の予備検討を開始した。

Strategy for Future Research Activity

可能な限り豪州ニューサウスウェールズ大学への訪問研究を実施する。訪問に際しては、先方の事情も加味した上で時期を決定し、共同研究の加速に努める。また、当該研究室から博士課程へ受け入れた学生とともに国際共同研究を推進する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] UNSW Sydney(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)
• [Journal Article] Radical-promoted single-unit monomer insertion (SUMI) [aka. reversible-deactivation radical addition (RDRA)] (2023)
  • Author(s): Boyer Cyrille、Kamigaito Masami、Satoh Kotaro、Moad Graeme
  • Journal Title: Progress in Polymer Science Volume: 138 Pages: 101648-101648
  • DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2023.101648
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] One-pot synthesis of structure-controlled temperature-responsive polymer gels (2022)
  • Author(s): Tomoki Sakai, Nagisa Ito, Mitsuo Hara, Takahiro Seki, Mineto Uchiyama, Masami Kamigaito, Kotaro Satoh*, Taiki Hoshino, Yukikazu Takeoka*
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 13 Issue: 63 Pages: 4230-4240
  • DOI: 10.1039/d2cc02651a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cationic RAFT and DT polymerization (2022)
  • Author(s): Uchiyama Mineto、Satoh Kotaro、Kamigaito Masami
  • Journal Title: Progress in Polymer Science Volume: 124 Pages: 101485-101485
  • DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2021.101485
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interconvertible and Switchable Cationic/PET-RAFT Copolymerization Triggered by Visible Light (2020)
  • Author(s): K. Satoh, Z. Sun, M. Uchiyama, M. Kamigaito, J. Xu, C. Boyer,
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 52 Issue: 1 Pages: 65-73
  • DOI: 10.1038/s41428-019-0257-5
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 様々な反応機構を操った新しい高分子合成 (2023)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 北海道大学 応用化学特別講義 講演会
  • Invited
• [Presentation] 高分子合成の基礎2―連鎖重合を中心に (2023)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 高分子基礎講座、高分子学会関東支部
  • Invited
• [Presentation] 様々な反応機構を操った新しい精密重合系の開発 (2023)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 先端応用化学特別講義Ⅲ 講演会、東京農工大
  • Invited
• [Presentation] 高分子の合成 (2022)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 22－1高分子入門講座、高分子学会関東支部
  • Invited
• [Presentation] 固定概念を覆す新しい精密重合系の探索 (2022)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 第４９回東北地区若手研究会夏季ゼミナール、東北地区高分子若手研究会 高分子学会東北支部
  • Invited
• [Presentation] 高分子化学 (2022)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 基本を深く学ぶ接着基礎講座、日本接着会
  • Invited
• [Presentation] Controlled Polymerization by Switching Active Species (2022)
  • Author(s): Kotaro Satoh
  • Organizer: 1st International Symposium of Precision Polymer Chemistry for Functional Materials, ACS
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高分子合成の基礎2―連鎖重合を中心に (2022)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 高分子基礎講座、高分子学会関東支部
  • Invited
• [Presentation] Novel Controlled Polymerization by Switching Active Species (2022)
  • Author(s): Kotaro Satoh
  • Organizer: The 17th Pacific Polymer Conference 2022 (PPC-17)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 異種反応を用いた精密高分子合成の新しい手法 (2021)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 第70回高分子学会年次大会
  • Invited
• [Presentation] New Polymerization Systems by Switching Active Species (2021)
  • Author(s): Kotaro Satoh
  • Organizer: Web Seminar, National Chung Hsing University, Taiwan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高分子化学 (2021)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 基本を深く学ぶ接着基礎講座、日本接着学会
  • Invited
• [Presentation] 高分子合成の基礎1―連鎖重合を中心に (2021)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 2021年度若手社員のための高分子基礎講座, 高分子学会関東支部
  • Invited
• [Presentation] Novel controlled polymerization systems by switching active species (2021)
  • Author(s): Kotaro Satoh
  • Organizer: Pacifichem 2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 異種活性種を操る新しい精密重合 (2020)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 第168 回ラドテック研究会
  • Invited
• [Presentation] 種々の活性種を組み合わせた新しい精密重合反応系の開発 (2020)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: TPE技術研究会
  • Invited
• [Presentation] 既成概念を超えた新しい精密重合系の開発 (2020)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 関東高分子若手研究会２０20 ミニシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 様々な活性種を組み合わせた新規精密重合 (2020)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Organizer: 2020年度繊維学会年次大会
  • Invited
• [Presentation] Photo-Switchable Cationic/PET-RAFT Copolymerization Using Photoredox Catalyst and Lewis Acid (2019)
  • Author(s): Z. Sun, M. Uchiyama, K. Satoh, M. Kamigaito, J. Xu, C. Boyer,
  • Organizer: 13th IUPAC International Symposium on Ionic Polymerization (IP’19)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Switchable Cationic/PET-RAFT Copolymerization Induced by Visible Light with Various Wavelengths (2019)
  • Author(s): Z. Sun, M. Uchiyama, K. Satoh, M. Kamigaito, J. Xu, C. Boyer,
  • Organizer: 第68回高分子学会年次大会
• [Presentation] Simultaneous Cationic/PET-RAFT Copolymerization Combining Photoredox Catalyst and Lewis Acid (2019)
  • Author(s): 孫志紅, 内山峰人, 佐藤浩太郎, 上垣外正己, Xu Jiangtao, Boyer Cyrille
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] Photo-Switchable Cationic/Radical Copolymerization Using Photoredox Catalyst and Lewis Acid (2018)
  • Author(s): Sun Zhihong, 伊藤渚, 内山峰人, 佐藤浩太郎, 上垣外正己, Xu Jiangtao, Boyer Cyrille
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] Photo-Switchable Cationic/Radical Copolymerization Using Photoredox Catalyst and Lewis Acid (2018)
  • Author(s): Z. Sun, N. Ito, M. Uchiyama, K. Satoh, M. Kamigaito, J. Xu, C. Boyer
  • Organizer: The 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Book] 新訂三版 ラジカル重合ハンドブック「重合機構変換によるブロック共重合体の合成」 (2023)
  • Author(s): 佐藤浩太郎
  • Total Pages: 8
  • Publisher: NTS
  • ISBN: 9784860438715
• [Book] Cationic RAFT Polymerization in "RAFT Polymerization: Methods, Synthesis, and Applications, 2 Volume Set" (2021)
  • Author(s): M. Uchiyama, K. Satoh, and M. Kamigaito,
  • Publisher: Wiley-VCH
  • ISBN: 9783527344956
• [Remarks] http://www.satoh-cap.mac.titech.ac.jp/