2020 Fiscal Year Research-status Report
活性な空軌道を持つカゴ型ボレートに基づく多様な結合の構築と高分子機能への展開
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19K15639
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
高橋 明 神奈川大学, 工学部, 助教 (50815660)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ホウ素 / カゴ型ボレート / 機能性高分子 / ラジカル重合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の研究では側鎖にカゴ型ボレートを有する高分子の合成手法を確立し、カゴ型ボレートが高分子物性に与える影響、および当該部分を起点とした高分子反応について検討を行った。
まず、目的高分子の直接原料となるカゴ型ボレート含有メタクリレートモノマーの合成を検討した。その結果、中間体や最終生成物の精製が難しく、高純度のモノマーを得ることが困難であった。そこで、これと並行して高分子側鎖でカゴ構造を形成する手法での側鎖カゴ型ボレート含有ポリマーの合成を検討した。まず、フリーラジカル共重合とその後の側鎖修飾により、前駆体となるビニルポリマーを合成した。これにホウ素試薬を作用させてカゴ形成反応を行うことで、側鎖にカゴ型ボレートを有するランダムコポリマーを合成した。
得られた側鎖カゴ型ボレート含有ポリマーは、その前駆体ポリマーと比較して優れた熱物性を示した。また、上記の検討で得られた側鎖カゴ型ボレート含有ポリマーを溶媒中で塩基と混合したところ、溶解していたポリマーが粘稠な沈殿へと変化した。これは塩基の作用による側鎖カゴ型ボレート部位のイオン化と、それを起点とした側鎖間での結合の組換えに起因すると考えられる。また、ここで生成したポリマーは浸漬する溶媒によりコロイド様の液体へと変化するなど、様々な状態変化を示した。このことから、カゴ型ボレートが高分子全体の物性を改質可能な刺激応答性の分子骨格であることが明らかとなった。以上、本研究の「高分子化学におけるカゴ型ボレートの機能展開」の実現可能性を強く支持する重要な結果を得た。
また、本研究の過程で着想を得て合成した配位構造を持つ低分子ボレート化合物についても並行して研究を行った結果、従来の発光色素とは大きく異なる構造をもつ可視光発光分子を新たに見出し、ボレート研究のさらなる拡張・発展に繋がる知見を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまでの研究により、本研究の遂行の基盤となる側鎖カゴ型ボレート含有ポリマーの合成を達成し、過去の研究で明らかにされていなかったカゴ型ボレート特有の性質・反応性について一定の知見を得た。また、その原料となるモノマー合成についても合成手法を確立しつつある。一方、今年度はコロナ禍により長期間にわたる大学への入校制限が実施され、実験時間が大幅に減少した。加えて、遠隔授業への切替え対応に伴う授業内容の刷新、その他大学業務の比重増大に伴い、研究に割くことのできるエフォートが大きく減少した。その結果、計画していた研究内容のうち重要性の高いものに限定した遂行にとどまってしまったことから、やや遅れていると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる2021年度は、カゴ構造としてビシクロ[2.2.2]構造、および高分子として側鎖カゴ型ボレート含有ビニルポリマーを対象とした研究について集中的に推進する。これは、前年度に引き続き2021年度もコロナ禍に伴う各種制限による研究時間の減少が予想される（既に一部の制限が敷かれている）中で、本研究の最重要コンセプトである「カゴ型ボレート特有の性質・反応性に基づく高分子機能の開拓」を確かな研究成果とともに着実に達成するための方策である。
まず、カゴ型ボレート含有メタクリレートモノマーの合成手法を確立し、そのラジカル重合挙動を明らかにする。次に、側鎖カゴ型ボレート含有ビニルポリマーの熱的・機械的物性について、その前駆体ポリマーとの比較を行いながら、カゴ型ボレート構造が高分子物性にもたらす影響を明らかにする。また、側鎖カゴ型ボレートの分解や結合組み換えなどの反応を用いた分子構造変換、およびそれに伴う巨視的な性質変化についてより詳細に検討する。さらに、カゴ型ボレートを起点としたさらなる化学修飾の開拓を目指し、カゴ型ボレートを用いた付加反応について低分子モデル化合物を用いながら検討する。これらの検討から、カゴ型ボレートを汎用ビニルポリマーの機能化に利用可能な分子ユニットとして確立するとともに、カゴ型ボレートに立脚した新たな分子機能化学の創出を目指す。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍に伴う長期にわたる大学への入校制限、および大学業務の比重増大による研究時間の大幅な減少のため、当初の予定よりも使用額が減少した。また、購入を予定していた計算用ソフトウェアが所属研究室に別途導入されたことから、その分の費用も未使用となった。これらの費用を次年度の当初予算と合わせて、単年度の予算では購入が難しかった力学物性の測定装置の購入に充てることを計画している。
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