ロタキサン連結高分子系超分子における組織化制御

• Project Area: Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
• Project/Area Number: 16H00754
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高田 十志和 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40179445)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: トポロジー変換 / ロタキサン / スターポリマー / 環状ポリマー / ミクロ相分離 / 高分子ロタキサン / 高分子合成 / ナノ材料 / 超分子ポリマー / トポロジー / 自己組織化

Outline of Annual Research Achievements

高分子の形 (トポロジー) とその物性・機能には密接な関係がある。しかしながら、同一の分子でその形を大きく変化させることは通常困難である。本研究では、高分子の連結点にロタキサン結合を組み込むことで各高分子鎖の相対位置を変化させることにより、そのトポロジーを自在に変換できる新たな刺激応答性高分子の創成を目指した。28年度までに、(1)動的な結合点を有する高分子量トリブロック共重合体の合成とそのトポロジー変換、(2)酸-塩基スイッチングによる可逆的な線状-分岐上トポロジー変換を行った。(1)では動的な結合点を有するポリバレロラクトン、PEG、ポリスチレンからなるトリブロック共重合体の合成と線状-分岐型トポロジー変換を達成し、これをもとに29年度はトポロジーの違いが及ぼす相分離構造の評価に注力した。各種測定および動的粘弾性試験等の結果から、確かにトポロジーの違いは相分離構造に表れており、物性の結果と合わせて議論した。トポロジー変換前後での相分離構造と物性との関連性について精査した結果、高分子連結点はロタキサン構造により動的であるにもかかわらず、様々な測定条件においてその連結点は設計通り固定されており、トポロジーがバルク条件においても維持された特徴的な物性を示すと結論づけた。また、(2)では環状と線状のポリマートポロジーの変換について、酸・塩基刺激に応答して可逆的にトポロジー変換するよう設計した。高分子中に3級アミノ基を導入することで、酸・塩基に対する応答性を改善し、実際に塩基性では環状、酸性条件では線状トポロジーへと可逆的に変換されることをSEC, NMRから評価した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Which One is Bulkier: The 3,5-Dimethylphenyl or the 2,6-Dimethylphenyl Group? Development of Size-Complementary Molecular and Macromolecular [2]Rotaxanes (2018)
  • Author(s): Sato Hiroki、Aoki Daisuke、Takata Toshikazu
  • Journal Title: Chemistry - An Asian Journal Volume: 13 Issue: 7 Pages: 785-789
  • DOI: 10.1002/asia.201800170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Decoupled Thermo- and pH-Responsive Hydrogel Microspheres Cross-Linked by Rotaxane Networks (2017)
  • Author(s): Kureha Takuma、Aoki Daichi、Hiroshige Seina、Iijima Keisuke、Aoki Daisuke、Takata Toshikazu、Suzuki Daisuke
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 56 Issue: 48 Pages: 15393-15396
  • DOI: 10.1002/anie.201709633
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of Tough Films by Evaporation of Water from Dispersions of Elastomer Microspheres Crosslinked with Rotaxane Supramolecules (2017)
  • Author(s): Hiroshige Seina、Kureha Takuma、Aoki Daichi、Sawada Jun、Aoki Daisuke、Takata Toshikazu、Suzuki Daisuke
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 23 Issue: 35 Pages: 8405-8408
  • DOI: 10.1002/chem.201702077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and properties of rotaxane-cross-linked polymers using a double-stranded A vinylic rotaxane cross-linker for toughened network polymers from the radical polymerization of vinyl monomers (2017)
  • Author(s): J. Sawada, D. Aoki, M. Kuzume, K. Nakazono, H. Otsuka, T. Takata
  • Journal Title: Polym Chem Volume: 8 Issue: 12 Pages: 1878-1881
  • DOI: 10.1039/c7py00193b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and properties of rotaxane-cross-linked polymers using a double-stranded γ-CD-based inclusion complex as a supramolecular cross-linker (2017)
  • Author(s): K. Jang, K. Iijima, Y. Koyama, S. Uchida, S. Asai, T. Takata
  • Journal Title: Polymer Volume: 印刷中 Pages: 379-385
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2017.01.062
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of rotaxane cross-linked polymers with supramolecular cross-linkers based on γ-CD and PTHF macromonomers: The effect of the macromonomer structure on the polymer properties (2017)
  • Author(s): K. Iijima, D. Aoki, H. Otsuka, T. Takata
  • Journal Title: Polymer Volume: 印刷中 Pages: 392-396
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2017.01.024
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and Characterization of Supramolecular Cross-linkers Containing Cyclodextrin Dimer and Trimer (2016)
  • Author(s): Keisuke Iijima, Daisuke Aoki, Hiromitsu Sogawa, Shigeo Asai, and Toshikazu Takata
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: in press Issue: 21 Pages: 3492-3495
  • DOI: 10.1039/c6py00367b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis and Star/Linear Topology Transformation of a Mechanically Linked ABC Terpolymer (2016)
  • Author(s): H. Sato, D. Aoki, T. Takata
  • Journal Title: ACS Macro Lett Volume: 5 Issue: 6 Pages: 699-703
  • DOI: 10.1021/acsmacrolett.6b00320
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Structure effect of [2]rotaxane cross-linker on property of rotaxane cross-linked polymer (2017)
  • Author(s): Jun Sawada, Daisuke Aoki, Toshikazu Takata
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • Place of Presentation: 慶応大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 高分子[2]ロタキサン二量体のトポロジー変換による環状ポリマーの高収率合成 (2017)
  • Author(s): 相原豪太、塚本匡、青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • Place of Presentation: 慶応大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Synthesis and topology transformation of mechanically linked ABC terpolymer (2017)
  • Author(s): 佐藤弘樹、青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • Place of Presentation: 慶応大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Synthesis of Vinyl Polymer-Based Cross-Linked Polymers Using Cyclodextrin-Tethering Supramolecular Cross-Linkers (2017)
  • Author(s): 飯島圭祐、青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • Place of Presentation: 慶応大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Property change of rotaxane-linked polymers by star/linear topology transformation (2017)
  • Author(s): 青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • Place of Presentation: 慶応大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ロタキサン構造で連結された ABC トリブロック共重合体の合成と星形/線状トポロジー変換およびそれに伴う物性変化 (2017)
  • Author(s): 佐藤弘樹、青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 第66回高分子学会年次大会
• [Presentation] Synthesis of Rotaxane-Linked ABC Terpolymer and Its Star/Linear Topology Transformation Controlled by Supramolecular Interaction (2017)
  • Author(s): Hiroki SATO, Daisuke AOKI, Toshikazu TAKATA
  • Organizer: IUPAC 17th International Symposium on MacroMolecular Complexes (MMC-17)
• [Presentation] ビニルポリマーからなる高分子[2]ロタキサンの合成と特性評価 (2017)
  • Author(s): 廣飯美耶・曽川洋光・青木大輔・高田十志和
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] 空間連結を活用したブロック共重合体の動的トポロジー変換およびそれに伴うナノ構造変化 (2017)
  • Author(s): 佐藤弘樹、青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 第7回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] 柔軟なロタキサン結合を活用したブロック共重合体の動的トポロジー変換 (2017)
  • Author(s): 佐藤弘樹、青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 第66回高分子学会討論会
• [Presentation] Topology transformation of rotaxane-linked block copolymer from miktoarm A2B2-star to ABA-linear (2017)
  • Author(s): 佐藤弘樹，高田十志和
  • Organizer: 日本化学会第 98 回春季年会
• [Presentation] Tough Elastomer Synthesized with Rotaxane Cross-Linker (2016)
  • Author(s): Jun Sawada, Daisuke Aoki, Toshikazu Takata
  • Organizer: The International Rubber Conference 2016
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2016-10-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ロタキサン架橋剤の構造が架橋体へ及ぼす効果 (2016)
  • Author(s): 澤田 隼、青木 大輔・高田 十志和
  • Organizer: 第66回（2016年）ネットワークポリマー講演討論会
  • Place of Presentation: 千葉大学
  • Year and Date: 2016-10-21
• [Presentation] 有機分子触媒を用いたリビング開環重合による高分子[2]ロタキサンの合成と物性 (2016)
  • Author(s): 青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] Synthesis of Rotaxane-Cross-Linked Polymers Using Macromolecular[2]rotaxane Having Hydrophilic Axle Component as a Vinylic cross-linker (2016)
  • Author(s): Daisuke Aoki, Daisuke Suzuki, Toshikazu Takata
  • Organizer: PNG2016
  • Place of Presentation: Stockholm
  • Year and Date: 2016-06-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高分子ロタキサンの軸高分子の性質に及ぼす輪成分の運動性効果 (2016)
  • Author(s): 青木大輔、陳震、高田 十志和
  • Organizer: 第65回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2016-05-26
• [Presentation] 異なる軸末端を有する高分子[2]ロタキサンの合成と性質 (2016)
  • Author(s): 佐藤弘樹、青木大輔、高田十志和
  • Organizer: 第65回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・展示場
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Remarks] 高田研究室
  • URL: http://www.op.titech.ac.jp/polymer/lab/takata/english/index-e.html