2017 Fiscal Year Annual Research Report
Materials Innovation by Manipulation of Intramolecular Interactions at Hydrophobic Interface
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16H06035
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊藤 喜光 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00531071)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超分子化学 / 水チャネル / フッ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では、自身が見いだした「ナノスケールで近接する疎水界面近傍で静電相互作用は増強される」現象を利用し、これまで実現が困難であった新たな機能性表面を開発することを目的とする。具体的には、「ハイドロゲルの接着・摩擦制御」、「pH可変固体酸触媒」、「高い物質選択性を有するナノチャネル」の開発に挑戦する。これらは物質界面での分子間相互作用を制御することにより実現可能であると考えられるが、界面における相互作用の理解が進んでいないが故に開発が困難であった。申請者は表面化学・超分子化学・有機合成化学を駆使してこの難題に挑む。
二年目である平成29年度は、ナノチャネルの開発に挑んだ。申請者はこれまで内壁がフッ素で覆われた大環状化合物（マクロサイクル）を開発しており、その一次元集合化を検討してきた。本年は、マクロサイクルの一次元集合化によって形成されるナノチューブが物質を透過するためのナノチャネルとして働くことを期待して検討を行った。まず、同じ繰り返し単位で構成されるサイズの異なるマクロサイクルの合成を検討した。合成はジアミンとジカルボン酸の重縮合によって行った。途中予期しない不純物の混入が判明しその除去のため時間を費やしたものの、0.9から1.9 nmまでの内径の異なる三種類のマクロサイクルの合成に成功した。また、内部に有するフッ素原子を一部水素で置き換えたマクロサイクルの合成にも成功した。これらはこれまでに知られているマクロサイクルの中でも最大級（史上二番目）のサイズである。また、これらマクロサイクルは炭化水素媒体中で一次元に集合化することがTEM観察によって明らかになった。サイズの最も大きなマクロサイクルをベシクル中に埋め込み、その水透過能を測定したところ、過去に報告されているあらゆる水透過ナノチャネルの中で最大の水透過速度を持っていることが明らかとなった。
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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
実験を進めている最中、これまでは認識されてこなかった不純物の存在が明らかとなりそれを除くためにかなりの時間を費やすこととなった。しかしその結果、得られた純粋なマクロサイクルはこれまで我々が得ていた水透過能の知見を遙かに上回るものであり、過去に報告されている最大の水透過能をもつカーボンナノチューブの水透過能をも凌駕するものであった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は得られたすべてのマクロサイクルの水透過能の測定を行い、サイズの違いによる水透過能を比較・検討する。また、イオン透過能に関しても検討を行い、フッ素原子由来の特異なイオン透過能の発現について検討する。水透過と比較してイオン透過能が低い場合は脱塩膜としての利用が考えられるため、透過膜への応用を視野に入れながら検討を進めていきたい。
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