2021 Fiscal Year Annual Research Report
多孔性金属錯体を利用した高分子末端の厳密認識・分離・選択的反応法の開発
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21J21641
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
水谷 凪 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 多孔性金属錯体 / 環状高分子 / 分離 / 液体クロマトグラフィー / 固溶体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、MOFへ高分子を捕捉する手法および原理の開拓を進め、高分子の末端の有無に基づく分離、すなわち環状高分子と線状高分子の分離を可能とする画期的手法の開発に成功した。環状のポリエチレングリコール(PEG)の存在下でMOFの合成を行うと、環状PEGがMOFの結晶性格子に幾何学的に拘束された構造の複合体が得られることを発見した。本原理を利用して、環状PEGと線状PEGの混合物から環状体のみを選択的に回収することに成功した。本技術は、一般に極めて精製が難しい環状高分子を高純度に得ることのできる新しい分離法となる。また、結晶性の分子骨格に環状高分子が永久に拘束された本複合体の構造は、これまでに前例のない新しい複合様式であり、今後様々な材料機能開発への応用が期待される。
また、MOFを固定相として用いたカラムクロマトグラフィー法による高分子分離技術の開発も行った。これまでは一種類のMOFを固定相として用いる手法が一般的であったが、本研究では新たにMOF固溶体（二種類以上の配位子を用いて合成したMOF）を固定相として用い、固溶体の配位子組成と高分子基質（PEG）の保持時間の関係を詳細に調査した。結果、単体のMOFではPEGの保持時間が短い、もしくは全く保持しない二種類のMOFであっても、それらを固溶体にすることで非常に強い保持を示すことを発見した。詳細な検討の結果、これは、MOFの細孔壁およびPEGの相互作用と、PEGのMOF細孔への吸着速度のバランスにより生じる現象であることを解明した。本成果は、ACS Nano誌へと掲載された。
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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
本年度は、識別が難しいとされていた環状高分子と線状高分子を分離するための新たな原理の開発に成功した。本分離手法を開発する過程でMOFの結晶性格子へ高分子が幾何学的に絡み合った構造を有する新規複合体が合成できることを発見し、さらにその複合体が優れた安定性を有することを見出した。また、高分子がMOFの細孔内へ浸入し吸着する現象の根本的なメカニズムを調査し、高分子とMOF細孔の相互作用と高分子の拡散速度のバランスによって吸着挙動が決まることを発見した。本知見は、MOF細孔へ高分子を捕捉して分離や反応を行う上で重要な指針となる。以上の理由により、研究は順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、MOFを用いることでポリエチレングリコールの末端官能基の有無や官能基の種類を識別することに成功した。今後は、分離対象を他の高分子に拡大する。例えば、幅広い産業的用途があるポリシロキサンの末端・側鎖官能基の認識に取り組む。末端や側鎖の異なるポリシロキサンを合成し、MOF細孔へ各ポリシロキサンが吸着する挙動を、バッチ系及びフロー系の両方で調査し、適切なMOFの設計や溶媒・温度等の条件を検討する。また、MOFを利用したバッチ系での高分子末端変換反応にも取り組む。このとき、高分子とMOF細孔の相互作用と高分子の拡散速度のバランスによって吸着挙動が決定するという知見を活かしたMOFの設計を行う。
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Research Products
(5 results)
