2015 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
15K12390
|
|---|
| Research Institution | Fukuoka University of Education |
|---|
Principal Investigator |
伊藤 克治 福岡教育大学, 教育学部, 教授 (10284449)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大内 毅 福岡教育大学, 教育学部, 教授 (40346838)
長澤 五十六 福岡教育大学, 教育学部, 教授 (40302351)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 粒子 / 実験 / 三次元教材 / 3Dプリンター |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は当初計画に従って、巨視的な実験・観察の後に効果的に導入できる三次元教材の開発を行った。
まず、「ものの溶け方」の単元で扱う教材として、水溶性でかつ身近な物質であるα-D-グルコースに着目した。グルコースの分子模型として、「球棒モデル」と「空間充填モデル」の２種類について３Dプリンターを用いた出力を行うことにした。化学構造式描画ソフト(ChemDraw)を用いてグルコースの構造式を描いた後、Chem3Dで読み込んでSTLファイルへの出力を行った。また，水分子の結晶構造を3次元モデルとして作成可能かどうかを検証するため，空間充填モデルを作成し，３Dプリンター用のデジタルデータ（STLファイル）に変換した。
こうして得られたSTLファイルを用いて、３Dプリンターによる製作ができるか検証することを目的として、熱溶融造形法（FDM）タイプと光造形法（SLA）タイプの３Dプリンターを準備し、各種加工条件下でグルコースの球棒モデルと空間充填モデルを製作して、その加工精度を検証した。その結果、FDMタイプでは直径1.75mmのABS樹脂を用いた場合、内部充填密度10％、レイヤ高さ0.2の条件下であれば、空間充填モデルの製作が可能であることが明らかとなった。しかし、球棒モデルは積層中に支えることができず製作できなかった。一方、SLAタイプは、球棒モデルがいずれの条件においても、ほぼ製作可能であることが明らかとなった。
さらに、三次元教材の開発につなげるための基礎研究として、低分子の触媒を用いる有機合成として、ジアミン型有機分子触媒を用いる不斉aza-Michael反応の開発を行った。また、一次元鎖状構造を有する金属錯体の化学合成に取り組み、一次元鎖状金属錯体合成の部品となる、パラジウム(II)錯体、及びパラジウム(IV)錯体の合成に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記研究実績の概要欄に記載した通り、当初計画に沿って教材開発を行うことができた。また、三次元教材開発につなげるためのモデル触媒として、有機合成用の新規有機分子触媒、および、機能性錯体としてのパラジウム(II)錯体とパラジウム(IV)錯体の開発もできた。さらに、グルコースに着目した三次元教材開発では、３Dプリンターによる出力を二通りの製作方式で行い、これについては当初計画以上の進展があった。
以上のことから，本研究は「おおむね順調に進行している」と判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの基礎研究で開発した有機分子触媒や金属錯体の教材化について検討を行うとともに、教材化が必要であると判断された分子モデルを、実際に３Dプリンターを用いて、H27年度に明らかにした加工条件下で製作する。特に、加工精度はもちろんのこと、コストの検討も併せて行う。H27年度の試算では、FDMタイプでグルコースの空間充填モデルは１体あたり50円程度、同様にSLAタイプで球棒モデルは40円程度であった。このことを考慮して、加工精度を維持しつつ、コストを抑えながら加工時間を短縮できる加工条件を明らかにすることで最適化を図る。
三次元教材開発を指向した基礎研究においては、まず、一次元鎖状構造を有する金属錯体の化学合成を完成させるため，現在合成に成功しているパラジウム(II)錯体，及びパラジウム(IV)錯体を混合し，混合原子価一次元鎖状パラジウム錯体の作成に取り組む。また、巨視的現象として本年度は嗅覚に焦点を当て、種々の天然香料分子から教材への適用性についての検討を行う。具体的には、立体化学の違いにより匂いが異なる香料分子を選び、その立体構造（微視的構造）の違いが匂いの違い（巨視的な違い）につながるような実験プログラムの開発を行い、大学における化学実験系の授業や中・高生を対象とする化学実験講座で試行実施して評価を行う。さらに、ターゲットに選んだ香料分子の合成、特に低分子の有機分子触媒を用いた不斉合成について検討を行う。
これらの基礎研究で開発した有機分子触媒や金属錯体については、単結晶X線構造解析を行い、解析した結晶構造から原子位置の情報をSTLファイルに変換して、三次元立体モデル教材の作成を図ることにする。
なお、本研究は概ね順調に進行していることから、研究計画の変更は予定しておらず、遂行上の課題もない。
|
| Causes of Carryover |
前年度は、教材として市販品でもあるグルコースを選び、直ちに３Dプリンターによる製作の検討まで行ったため、当初予定よりも教材開発用の経費（実験消耗品代）が少なく抑えられており、本年度に持ち越している。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度は三次元教材の開発につながる基礎研究として様々な合成実験を行うとともに、開発した教材を用いた実践を行う予定であり、当初予定の研究費と繰り越した研究費を合わせて使用する計画である。
具体的には、薬品代、ガラス器具代、実験器具代の実験消耗品代に多くを使用する予定である。これに加えて、成果発表のための出張旅費を計上している。
|
Research Products
(5 results)
