無機微粒子内包ポリマーカプセルのワンポット作製法の開発

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K05975
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 鈴木 登代子 神戸大学, 先端融合研究環, 助教 (40314504)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ポリマーカプセル / 金属粒子 / 触媒 / ゾルゲル反応

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，シリカの前駆体であるテトラエトキシシラン（TEOS）を内包したポリマーカプセル内にてゾルゲル反応を進行させることによるシリカ粒子内包カプセル作製法を確立させ，さらに他の金属粒子内包系へと発展させることを目的としている。初年度であった昨年度は，カプセル内ゾルゲル反応によるシリカ粒子内包カプセル作製法を確立することに特に注力した。2年目の本年度は，他金属種を含む系への適用範囲拡大に取組んだ。内包金属としては，有機合成反応において最も良く用いられている金属触媒の一つであるパラジウム（Pd）をターゲットにした。
ジビニルベンゼンモノマーにPd源としてPd(PPh3)4もしくはPd-PEPPSI-IPrを溶解させて懸濁重合を行なった。後者のPd-PEPPSI-IPr系は真白の真球状のポリマーカプセルが得られたのに対し，前者のPd(PPh3)4系は灰色であった。Pd(PPh3)4系では重合を開始すると，懸濁滴がオレンジ色から灰色，黒色と変化したことから，重合中にPd粒子が生成したと考えられた。一方で，Pd-PEPPSI-IPr系では， 1H NMR測定により分子のまま含有していることを確認した。これは用いたPd錯体の安定性の違いによるものであると考えられた。得られたカプセルをトルエン溶媒中で鈴木－宮浦カップリング反応に適用したところ，Pd粒子含有カプセルでは，収率82%，Pd錯体分子含有カプセルでは，収率105%で進行した。
しかしながら，本研究に欠かせない電子顕微鏡が故障し，修理に時間を要し，カプセルの形状などの検討を行うことはできなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

申請者が別途採択された科研費（国際強化）の研究遂行のため長期海外出張（2017.6-2018.7）した。その間も本課題研究は，スカイプを用いて学生とミーティングをしながら，研究遂行に取り組んできたが，その進捗状況は申請計画予定よりもやや遅れている。また，本研究に欠かせない電子顕微鏡が故障し，修理に時間を要したことも問題であった。

Strategy for Future Research Activity

引き続き，カプセル内ゾルゲル反応によるシリカ粒子内包カプセルにかんする検討に取り組むと共に，他金属種を含む系への適用範囲拡大に取組む。具体的には次のようなことに取り組む予定である。
１）初年度に注力したシリカ粒子内包カプセルの作成手法について，より詳細な検討を試みるために，マイクロ流路装置を導入して，カプセル径を揃えて検討を行う。
２） TEOS内包カプセルのカプセル壁厚み及び架橋密度（カプセル壁の網目構造の大きさ）を増減させて，カプセルの作製を行ない，生成するシリカ粒子のモルフォロジィに対する影響を検討する。
３）金属種（Pd, Au, Pt, Ag等）の原料成分は水溶性塩が多いため，逆相系（有機溶剤を媒体に水溶液を分散滴）にて，水溶性の架橋性モノマーを用い，金属塩水溶液内包カプセルを作製する。
４）触媒活性能の発現とその評価：作製されたカプセルを用いて，触媒反応性（例えばPd内包系ならば鈴木宮浦カップリング等の有機反応）を行う。特に，ポリマーカプセルという閉ざされた空間性の効能（カプセル壁の架橋構造の網目が分子ふるい効果を示す可能性あり），触媒となる金属粒子の形状による比較を行う。

Causes of Carryover

大きさの揃ったカプセルを作製するためにマイクロ流路装置の導入を行う予定であったが，研究代表者の長期海外出張により研究の進捗状況がやや遅れ気味であることが原因である。また，本研究に欠かせない電子顕微鏡が故障し，修理に時間を要したことも問題であった。本修理費用は2018年度決済の予定であったが，予定がずれ込み2019年度となった。