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Revealing of chiral factors in cellulosic liquid crystal toward the design and development of new functional materials

Research Project

Project/Area Number 21K05706
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 40020:Wood science-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Sugimura Kazuki  京都大学, 農学研究科, 助教 (30711783)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsセルロース系液晶 / コレステリック構造 / 分子キラリティー / 掌性反転 / 位置選択置換 / 包接錯体 / 液晶デバイス
Outline of Research at the Start

本研究課題では、液晶性のセルロース誘導体であるエチルセルロース(EC)とヒドロキシプロピルセルロース(HPC)が形成するコレステリック液晶のピッチとセンスに及ぼす種々の効果(置換度(DS)、溶媒種、温度、etc.)を調査し、セルロース分子鎖のキラリティー変化と液晶のセンス反転のメカニズムを解明する。分光測定では検出困難なオーダー(~数Å)である『セルロース鎖の分子キラリティーの解明』を液晶形成の観点から取り組むとともに、豊富に得られるデータを活用して液晶構造を制御することで、『環境応答性を示す光学素子・呈色デバイスの開発』を目指す。

Outline of Final Research Achievements

The effects of the molecular structure (e.g., side-chain group and its degree of substitution) and environmental factors (polymer concentration, temperature, etc.) on the liquid crystallinity of ethyl cellulose (EC) and (hydroxypropyl)cellulose (HPC) derivatives were evaluated. Regioselectively substituted EC derivatives were synthesized via regioselective protection of cellulose. It was revealed that the wavelength of maximal reflectance λmax of their lyotropic solutions in chloroform shifted to longer wavelength by selective acetylation at the O-6 position. In addition, bulky adamantoyl group was introduced as a substituent on HPC, and the effects of the degree of adamantoyl substitution, polymer concentration, and temperature on the chiroptical properties of HPC lyotropic were investigated. Optical measurements revealed that the hydrophilicity/hydrophobicity of the HPC molecule strongly affects the cholesteric liquid-crystalline structure.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

代表的な液晶性セルロース誘導体であるエチルセルロースECとヒドロキシプロピルセルロースHPCが濃厚溶液中で形成するコレステリック液晶について、そのラセン周期(ピッチP)と旋回方向(センス)に及ぼす分子構造・環境因子を解明した本研究成果により、コレステリック液晶の反射波長と偏光状態のコントロールが可能な先進的光学機能材料の設計開発に向け、有益な指針を獲得できた。さらに、セルロース分子鎖のキラリティーに関する学術研究の一助となり、近年議論が活発なセルロースナノ繊維におけるキラリティー起源の解明に繋がる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 分子複合化と配向制御によるセルロース系フィルムの機能設計2022

    • Author(s)
      杉村 和紀
    • Journal Title

      日本包装学会誌

      Volume: 31 Pages: 143-156

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Cholesteric Liquid-crystalline Structure and Chiroptical Properties of Adamantoyl Derivative of (Hydroxypropyl)Cellulose in Aqueous Solution2021

    • Author(s)
      Momoko ANDO, Kazuki SUGIMURA, Hiroshi KAMITAKAHARA
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 70 Issue: 7 Pages: 547-553

    • DOI

      10.2472/jsms.70.547

    • NAID

      130008066063

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Year and Date
      2021-07-15
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Handedness Inversion in Chiral Nematic (Ethyl)cellulose Solutions: Effects of Substituents and Temperature2021

    • Author(s)
      Yoshiyuki NISHIO, Takayuki NADA, Takuma HIRATA, Shinpei FUJITA, Kazuki SUGIMURA, Hiroshi KAMITAKAHARA
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 54 Issue: 13 Pages: 6014-6027

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.1c00605

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 3位あるいは6位を選択的にアセチル化したエチルセルロースの液晶光学特性2024

    • Author(s)
      上野 敬紀, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      セルロース学会第31回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] エチルセルロースおよびその誘導体の液晶光学特性:置換基導入位置の影響2023

    • Author(s)
      上野 敬紀, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      2023年繊維学会秋季研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Chiroptical properties of blends of left-handed ethyl cellulose/CHCl3 and right-handed acetyl ethyl cellulose/CHCl3 lyotropics2023

    • Author(s)
      Yuuki SATO, Kazuki SUGIMURA, Hiroshi KAMITAKAHARA
    • Organizer
      The 5th International Cellulose Conference (ICC2022+1)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chiroptical properties of 2,3-di-O-ethyl-6-O-acetyl/ethyl cellulose2023

    • Author(s)
      Takanori UENO, Kazuki SUGIMURA, Hiroshi KAMITAKAHARA
    • Organizer
      The 5th International Cellulose Conference (ICC2022+1)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 2,3-Di-O-ethyl-6-O-acetyl/ethyl celluloseの合成と液晶形成挙動:C6位の置換基と選択光反射特性の関係2023

    • Author(s)
      上野 敬紀, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      2023年繊維学会年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] NMRを利用したセルロース系多糖のポリマーブレンド研究2023

    • Author(s)
      杉村 和紀
    • Organizer
      23-1 NMR研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 置換基位置が精密制御されたエチルセルロースの合成: セルロース系液晶における構造制御因子の解明に向けて2022

    • Author(s)
      上野 敬紀, 佐藤 佑樹, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      日本材料学会関西支部第17回若手シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 掌性の異なるコレステリック液晶を形成するエチルセルロース成分のブレンド溶液が発現するキロプティカル特性2022

    • Author(s)
      佐藤 佑樹, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      2022年繊維学会秋季研究発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 左旋性コレステリック相と右旋性コレステリック相をブレンドしたエチルセルロース系液晶のキロプティカル特性2022

    • Author(s)
      佐藤 佑樹, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      第71回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] エチルセルロースが形成するコレステリック液晶の選択光反射特性:導入側鎖種が与える影響2021

    • Author(s)
      佐藤 佑樹, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      日本材料学会関西支部第16回若手シンポジウム・若手見学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ヒドロキシプロピルセルロースのアダマントイル誘導体が濃厚水溶液中で形成するコレステリック液晶構造とその光学特性2021

    • Author(s)
      安藤 桃子, 杉村 和紀, 上高原 浩
    • Organizer
      セルロース学会第28回年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 京都大学大学院 農学研究科 森林科学専攻 複合材料化学研究室

    • URL

      http://www.fukugou.kais.kyoto-u.ac.jp/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Research-status Report 2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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