2018 Fiscal Year Research-status Report
デザインされた有機触媒による環境適合的かつ簡便な精密重合機能性ポリマーの合成
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18K05215
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高木 幸治 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60303690)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機触媒 / メタルフリー / カチオン重合 / ハロゲン結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
精密カチオン重合は、構造が明確なポリマーを生成する手法として開発され、次世代ポリマー材料創製のコア技術としてさらなる貢献が期待されている。しかし、空気中で金属触媒の取り扱いが困難であることに加え、ポリマーに残存する金属不純物が材料性能・機能の経時劣化を招くため、精密重合ポリマーの高品質を長期保証する取り組みが重要である。一方、工業的観点からは、揮発性有機溶剤を代替する水媒体中での重合が好まれている。原子利用効率が高く廃棄物を出さないモノづくりの観点から、官能基の保護を必要としない機能性ポリマーの合成も望まれている。本研究では、代表者が独自に開発したハロゲン結合を形成する有機触媒による精密カチオン重合を発展させ、金属を用いず、水媒体中で、機能性ポリマーを簡便合成する。
今年度は、水媒体中において有機触媒が重合生長末端と形成するハロゲン結合の詳細について検討するのに先立ち、イソブチルビニルエーテル以外でも精密カチオン重合できる条件を検討した。まず、中性ハロゲン結合触媒を用いたイソブチルビニルエーテルの重合では、イオン性触媒よりも活性が劣るとともに、副反応が併発する結果となった。有機アンモニウム塩の添加は重合を抑制するだけであった。次に、イオン性触媒の対アニオンをトリフラートから嵩高いテトラアリールボレートへと変換したところ、配位性が低い対アニオンを有するものでは、無置換スチレンの重合が可能であることが分かった。従来のトリフラートを対アニオンに有する触媒でも、パラメトキシスチレンは定量的に重合し、開始剤や重合温度の影響は小さかった。開始剤に対するモノマーの仕込み比を変えることで分子量が制御できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度行った実験から、ハロゲン結合触媒の活性を具体的に評価できた。高重合性のビニルエーテルは従来の触媒では分解が誘起されてしまうこと、配位性が低い対アニオンを有する触媒で無置換スチレンの重合が可能であること、スチレンのパラ位に電子供与性基があれば従来の触媒でも活性を示すこと、などを明らかにできた。予備的ではあるが、含水溶媒中でもスチレン系モノマーの重合が可能であることも示せた。ただ、いずれの重合においても、イソブチルビニルエーテルのような制御重合には至っておらず、その原因を究明することが今後の課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
モノマー、開始剤、触媒を水に分散させる方法でカチオン重合を行って、ポリマー構造をスペクトル解析することで、精密カチオン重合が進行する条件を決定する。本系においては、重合生長末端の耐加水分解性、および油/水相に対する触媒の溶解性が精密重合の鍵を握ると考えられる。前者に関しては、重合結果に基づいて、水媒体中において有機触媒が重合生長末端と形成するハロゲン結合の振る舞いにを明らかにする。後者に関しては、窒素上にアルキル鎖やオリゴエチレンオキシド鎖を導入して疎水性と親水性のバランスをチューニングした有機触媒を新たに開発する。
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| Causes of Carryover |
（理由）関連する研究について別途財団より研究助成金を獲得することができたこと、また合成ルートの工夫や実験の小スケール化により消耗品費を抑えることができたため
（使用計画）次年度使用額は主に消耗品費に充てると同時に、研究がさらに加速するよう環境整備に努める
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