2019 Fiscal Year Research-status Report

糖類を認識可能な新規ブラシ状パイ共役ポリマーの創製

Research Project

Project/Area Number	18K05235
Research Institution	Kyoto Institute of Technology
Principal Investigator	本柳仁京都工芸繊維大学, 分子化学系, 助教 (10505845)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	精密重合 / パイ共役ポリマー / リビングカチオン重合 / 特異構造高分子
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、“化学構造”と“分子の大きさ”の両方を認識し呈色するケミカルプローブの合成を目的とし、側鎖に機能性官能基を有する新規ブラシ状パイ共役高分子の合成を検討している。本年度の成果として、共有結合的に糖鎖構造を導入したブラシ状パイ共役高分子の合成に成功し、糖鎖構造の導入による光学物性の制御を明らかにした。まず前年度に合成手法を確立した、潜在的な炭素カチオン源となる官能基を全ての側鎖に有するパイ共役高分子重合開始剤を合成し、得られたパイ共役高分子側鎖の重合開始点からビニルエーテル（VE）モノマーであるイソブチルビニルエーテルをリビングカチオン重合することで側鎖ポリマーの“分子の大きさ”が異なるブラシ状パイ共役高分子を合成した。そして、側鎖ポリマーの“分子の大きさ”と主鎖ポリマーの吸収色の相関を明らかにした（ACS Omega, 2020, 5, 11, 5854-5861）続いて、多様な類似構造を有する糖鎖を分子認識の対象化合物とし、上述のブラシ状パイ共役高分子に糖鎖構造を共有結合的に導入することを検討した。具体的には、前年度の成果を基にアルキン担持VEモノマーを用いることで、アルキン部位を側鎖に有するブラシ状パイ共役高分子を合成し、アジ化糖をクリック反応で導入することで、目的とする糖鎖構造を側鎖に有するブラシ状パイ共役高分子の合成に成功した。その結果、糖鎖構造を導入することで吸収が変化するとともに、蛍光発光することを見出した（submitted）。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 申請者は、本研究の進行にあたり次の三つのステージを設置している。［１］水溶性ポリマー鎖に覆われたパイ共役高分子の合成。［２］ホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成。［３］糖類を用いた基礎的な分子認識特性評価。そして、2019年度には［２］および［３］を重点課題としてパイ共役高分子側鎖への機能性基の導入を検討し、機能性の評価を行った。その結果、研究実績でも触れている通り、側鎖ポリマーの“分子の大きさ”と主鎖ポリマーの吸収色の相関を明らかにした（ACS Omega, 2020, 5, 11, 5854-5861）。当初設定した［２］ステージであるホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成には至っていないが、前駆体の導入に成功しており、次年度に標的化合物を合成するための道筋を作ることができた。また、［３］ステージの糖鎖構造の導入については、共有結合的に導入することに成功しており、得られたブラシ状パイ共役高分子について光学特性を解析した結果、主鎖ポリマーの吸収色だけでなく発光特性も変化することを見出している。このように当初設定したステージを一つずつ確実に解決しており、想定以上の成果を挙げている。
Strategy for Future Research Activity	当初の実験計画通り2020年度は2019年度に引き続き、実験計画における［２］ホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成および［３］糖類を用いた基礎的な分子認識特性評価の課題を集中的に実施し、得られる新規パイ共役高分子を用いて、種々の糖類の添加による吸収の変化を検討する。2019年度の検討結果から、従来の予想では想定していなかった糖鎖構造の導入による蛍光特性変化という新しい現象を見出しており、糖鎖の構造や導入量よる影響について詳細に検討する。また、非共有結合的な糖鎖構造の導入アプローチとして、ホウ酸誘導体を導入したパイ共役高分子の合成を引き続き検討する。そして、糖鎖構造との会合体形成にともなう吸収や蛍光発光について検討を行い、分子構造と分子認識能との関係を明らかにし、糖類を認識するのに最適な分子構造を検討する。