| Project/Area Number |
24KJ1487
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
安澤 樹一 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2024-04-23 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2026: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2025: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | ポリロタキサン / 固相反応 / 共結晶化 / ピラーアレーン / キラリティー |
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| Outline of Research at the Start |
複数の環分子に直鎖状分子が貫通した構造を持つポリロタキサンは環と軸が共有結合で連結されていないため、環分子のスライド運動に由来する動的な性質を示す。そのため、一般的なポリマーとは異なる特徴を有し、新素材として研究されている。一方で、一般的なポリマーでは、立体規則性といったキラル構造の制御による耐熱性の向上や、ブロック・ランダム・交互などの共重合体のモノマーの配列の制御によって物性の向上を達成している。しかしながら、ポリロタキサンにおいてはそのような構造制御がこれまで未開拓な領域であり、その材料特性に高い関心が持たれる。本研究では、ポリロタキサンの構造制御を達成し、未踏の材料特性の開拓に挑む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
複数の環分子に直鎖状分子が貫通した構造を持つポリロタキサンは、環と軸が共有結合で連結されていないため、環分子のスライド運動に由来する動的な性質を示す。そのため、一般的なポリマーとは異なる特徴を有し、新素材として研究されている。本研究では、これまで未開拓であったポリロタキサンのキラル構造や複数の環モノマーの配列制御による新規材料の開発を目指している。
特に、本年度はポリロタキサンや末端をキャップしていないインターロック分子であるポリ擬ロタキサンのキラル構造の制御に取り組んだ。S体とR体のキラリティーを有する環分子をポリロタキサンの軸上に配置する際、環の数が増えるにつれてその一つ一つのキラリティーを制御することは困難になる。本研究では、S体とR体が動的に変換する環分子であるピラー[5]アレーンに対して、S体の環分子からなるポリ擬ロタキサンを選択的に形成させることに成功した。
合成の鍵となったのは反応場の設計である。環分子同士が効果的に隣接できる場合、相互作用により連続する環に選択性が生まれる。しかしながら、従来の溶液中では環分子が分散してしまい選択性を発現することが困難であった。そこで本研究では、反応場を固相とした合成を行った。固相で軸と環を共結晶化させることによって、溶液中では分散して存在する環を軸上に密に配置する。それにより環分子を近接させることができ、協働的に同じキラリティーを有する環が配列し、高い選択性でキラルポリ擬ロタキサンが得られた。また、続けて固相で末端をキャップすることにより、共結晶化によって制御した構造を保存したままポリロタキサンを形成することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的はポリロタキサンのキラル構造と環の配列を制御した合成である。本研究では、相互作用が弱い系に対してでもポリロタキサンの構造制御を達成できる方法を提案し、機能特性の開拓を目指している。本年度はこのうち、キラル構造の制御に成功し、学術誌に受理されるに至った (Angew. Chem. In. Ed. 2025, 64, e202420115)。特に軸の長さが伸長してもなお、高いキラル選択性が得られたのは想定外の発見であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策としては大きく2点あり、1点目はキラル構造を制御したポリロタキサンの応用展開、2点目はポリロタキサンのモノマー配列の制御の達成である。
本年度はポリロタキサンのキラル構造制御に成功した。そのため、まずはこれを活用し、新規材料特性の開拓を進めていきたいと考える。具体的には、ポリマー鎖の耐熱性向上を期待している。ポリマーの耐熱性に関しては工業的にはタクティシティーの制御による密な凝集状態の形成によって達成されている。本研究ではポリマー鎖ではなく、ポリマー鎖を包接する環のキラリティーを制御することによって、ポリマー鎖の耐熱性の向上を行う。そのため、官能基がなく修飾が困難なポリエチレンや導電性・発光性といった多様な機能性ポリマーの耐熱性向上にも適応可能な戦略である。
2点目として、ポリロタキサンを構成する複数の環分子の配列制御に取り組む。一般的なポリマーでは、ブロック・ランダム・交互などの共重合体のモノマーの配列の制御によって物性の向上を達成している。ポリロタキサンにおいても、このような配列の制御が可能になれば、組み合わせ次第で特性を自在に変換できる無限の可能性を秘めていると考える。
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