2020 Fiscal Year Annual Research Report
前例なき構造特性を持つ新奇ラダーポリマー類の開発と物性研究および機能開拓
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20H02784
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
石割 文崇 大阪大学, 工学研究科, 講師 (00635807)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福島 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70281970)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高分子化学 / 高分子反応 / ラダーポリマー / らせんポリマー / 刺激応答性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新しい構造特性を持つポリマーの創成は、材料科学を中心に様々な分野に大きなインパクトを与える可能性がある。研究代表者はこれまでに、通常のポリマーと比べてより高次な構造要素を持つラダーポリマーの合成法の開拓に注力してきた。本研究では、(1)配座柔軟性ジアザシクロオクタン(DACO)含有ラダーポリマーに関する継続的研究に加え、(2)脈動運動を実現する片方巻らせん状ラダーポリマー、(3)二面性ラダーポリマーと言った、これまで考案すらされていなかった独創的かつ前例無き構造特性のラダーポリマーを世界に先駆けて開発し、それらの物性研究・機能開拓を行う。2020年度は上記(1)～(3)の３つの研究項目に関して下記のような成果が得られている。
(1) DACO含有ラダーポリマーの物性研究：本研究スタート以前に、研究代表者は、DACO部位のルイス酸の配位/脱離による、可逆的配座柔軟性スイッチング挙動を見出していた。2020年度では、より一般的な酸であるプロトンのDACO部位に対する配位挙動について検討した。その結果、プロトンはDACOの２つ窒素に段階的に配位し、配位が進むにつれ折れ曲がり角度や配座の硬化が起こることを見出し、論文発表まで行った（Asian JOC 2021）。さらにその研究過程で、DACOの2級アミンが通常よりも著しく高い塩基性を持つと言う当初は想定していなかった知見を得た。そこで、2級アミン部位を持つDACOを持つラダーポリマーのN2ガスに対するCO2ガスの吸着選択性を調べると、2級アミン部位を持つDACOが増加するほど、CO2/N2吸着選択性が増加することを見出し、論文として報告した（ChemNanoMat 2021）。
(2) 脈動らせん状ラダーポリマーと(3) 二面性ラダーポリマーに関しては、これらラダーポリマーの原料となる光学活性モノマーの効率的合成法を見出している。
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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
DACO含有ラダーポリマーに関する研究過程で、研究当初は予想していなかったDACOの興味深い段階的プロトン応答性を見出し、さらに、2級アミン部位の塩基性向上といった、基礎的に非常に重要な知見を得ることができている。これにより研究が加速し、2級アミン部位を持つDACOを持つラダーポリマーのCO2/N2吸着選択性が増加することも見出すことができた。さらに現在も、このDACOの高い塩基性を持つ2級アミン部位に着目した研究を展開中であることから、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は下記のように研究を展開していく予定である。
(1) DACO含有ラダーポリマーの物性研究：DACOラダーポリマーが高いCO2/N2吸着選択性を示したことに着目し、様々な置換基を持つDACOラダーポリマーのガス吸着性や、DACOラダーポリマーから成る自立膜を作成し、CO2/N2選択透過性について評価していく。また、DACO部位の２級アミンの高い塩基性に関しては、pKbの定量的な評価や、高い塩基性の起源を解明するような研究を進めていく予定である。
(2) 脈動らせん状ラダーポリマーと(3) 二面性ラダーポリマーに関しては、2020年度に合成を完了した光学活性モノマーから、幾何選択的ラダーポリマー合成を行い、DACO含有らせんポリマーおよび、二面性ラダーポリマーを合成する。これらの構造特性を持つラダーポリマーが得られたことを各種スペクトルなどにより慎重に確認し、合成が確認され次第、これらラダーポリマーの物性評価を行う。
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