Design and Efficient synthesis of functional rotaxane cross-linked polymers using supramolecular crosslinker

• Project/Area Number: 16K17955
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Polymer/Textile materials
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2018); Tokyo Institute of Technology (2016-2017)
• Principal Investigator: Hiromitsu Sogawa 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (90709297)
• Research Collaborator: Takata Toshikazu
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: ロタキサン / 架橋高分子 / ニトリル-N-オキシド / ビニルポリマー / セグメント化ポリウレタン / シクロデキストリン / 解架橋 / エラストマー / ポリウレタン / 無触媒架橋 / ラジカル重合 / ゴム / アクリルアミド / 水素結合 / ポリロタキサンネットワーク / ロタキサン架橋高分子 / 後架橋 / 超分子 / 超分子化学 / 有機化学 / 構造・機能材料 / 高分子合成

Outline of Final Research Achievements

In this study, movable cross-linking points were introduced to common polymers to fabricate rotaxane cross-linked polymers (RCPs) using rotaxane-based crosslinkers containing vinyl and nitrile N-oxide groups. In addition, it was revealed that highly movable rotaxane structure were effective when it was introduced in segmented polyurethane network structures.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は従来まではマトリックスポリマーに制限のあったロタキサン架橋高分子のデザイン性を大きく広げるものである。またロタキサンの特徴的な動的特性を活用した分解性架橋高分子の合成や触媒や溶媒を用いない架橋体合成にも成功していることから、サステイナブルな高強度スマートマテリアルの創成に繋がるものである。

Research Products

• [Journal Article] Effective Synthesis and Modification of α-Cyclodextrin-Based [3]Rotaxanes Enabling Versatile Molecular Design (2019)
  • Author(s): Akae Yosuke、Sogawa Hiromitsu、Takata Toshikazu
  • Journal Title: European Journal of Organic Chemistry Volume: 印刷中 Issue: 22 Pages: 3605-3613
  • DOI: 10.1002/ejoc.201900362
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct introduction of movable crosslinking points to double-bond-containing polymers using nitrile N-oxide-based rotaxane cross-linker (2019)
  • Author(s): Sogawa Hiromitsu, Tani Misako, Sawada Jun, Takata Toshikazu
  • Journal Title: RUBBERCON 2019 Volume: - Pages: 415-420
• [Journal Article] Cyclodextrin-Based [3]Rotaxane-Crosslinked Fluorescent Polymer: Synthesis and De-Crosslinking Using Size Complementarity (2018)
  • Author(s): Akae Yosuke、Sogawa Hiromitsu、Takata Toshikazu
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 45 Pages: 14832-14836
  • DOI: 10.1002/anie.201809171
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New synthetic route to OH-functionalized nitrile N-oxide and polyfunctional nitrile N-oxides for click crosslinking and decrosslinking of natural rubber (2018)
  • Author(s): Sogawa Hiromitsu、Monjiyama Syunsuke、Wang Chen-Gang、Tsutsuba Toyokazu、Takata Toshikazu
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 9 Issue: 34 Pages: 4382-4385
  • DOI: 10.1039/c8py00904j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of a Structure-Definite α-Cyclodextrin-Based Macromolecular [3]Rotaxane Using a Size-Complementary Method (2018)
  • Author(s): Akae Yosuke、Sogawa Hiromitsu、Takata Toshikazu
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 36 Pages: 11742-11746
  • DOI: 10.1002/anie.201807261
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetically Stabilized Aliphatic Nitrile <i>N</i>-Oxides as Click Agents: Synthesis, Structure, and Reactivity (2017)
  • Author(s): Toyokazu Tsutsuba, Hiromitsu Sogawa, Shigeki Kuwata, Toshikazu Takata
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 46 Issue: 3 Pages: 315-318
  • DOI: 10.1246/cl.161098
  • NAID: 130005436583
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Preparation of a highly reactive polymer click reagent, PEG nitrile N-oxide, and its application in block and star polymer synthesis (2017)
  • Author(s): T. Tsutsuba, H. Sogawa, T. Takata
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 8 Issue: 9 Pages: 1445-1448
  • DOI: 10.1039/c7py00100b
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 蛍光性ロタキサン架橋高分子の合成と可動型架橋点の動的特性評価 (2018)
  • Author(s): 曽川 洋光, 赤江 要祐, 飯島 圭祐, 高田十志和
  • Organizer: 第67回高分子討論会
• [Presentation] Toughening and functionalization of vinyl polymer-based rotaxane-cross-linked polymers (2018)
  • Author(s): Jun Sawada, Daisuke Aoki, Hiromitsu Sogawa, Toshikazu Takata
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会2018
• [Presentation] 二官能性安定脂肪族ニトリル N-オキシドによる高効率無触媒架橋 (2018)
  • Author(s): 池田 立人, 筒場 豊和, 曽川 洋光, 高田 十志和,
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会2018
• [Presentation] Catalyst-free Synthesis of Network Polymer Utilizing Nitrile N-Oxide Cross-linkers (2017)
  • Author(s): Hiromitsu Sogawa, Misako Tani, Toyokazu Tsutsuba, Toshikazu Takata
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ニトリル-N-オキシド基含有ロタキサン型反応剤の合成と無触媒架橋 (2017)
  • Author(s): 曽川 洋光、谷 美紗子、澤田 隼、高田 十志和
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Synthesis of nitrile N-oxide-based orthogonal reagent and their application to catalyst-free polymer linking (2017)
  • Author(s): Hiromitsu Sogawa, Cheawchan Sumitra, Toshikazu Takata
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会2017
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] 超分子架橋剤を用いたクリック反応によるロタキサン架橋高分子合成と特性 (2017)
  • Author(s): 曽川洋光、谷美紗子、高田十志和
  • Organizer: 第１７回リングチューブ超分子研究シンポジウム
• [Presentation] ニトリル-N-オキシド含有ロタキサン型反応剤を用いたロタキサン架橋エラストマーの簡便合成 (2017)
  • Author(s): 曽川洋光、谷美紗子、高田十志和
  • Organizer: 第８９回日本ゴム協会年次大会
• [Presentation] ロタキサン型超分子架橋剤を用いた架橋高分子の高効率合成と特性 (2017)
  • Author(s): 曽川洋光、澤田隼、谷美紗子、高田十志和
  • Organizer: 第６７回高分子討論会
• [Presentation] ロタキサン型超分子架橋剤を用いた架橋点可動型エラストマーの高効率合成 (2017)
  • Author(s): 曽川洋光、澤田隼、谷美紗子、高田十志和
  • Organizer: 第２８回エラストマー討論会
• [Presentation] ニトリル-N-オキシド反応剤を用いる高分子の無触媒架橋 (2017)
  • Author(s): 池田立人、筒場豊和、曽川洋光、高田十志和
  • Organizer: 第２８回エラストマー討論会
• [Presentation] シクロデキストリン含有ロタキサン架橋高分子のセルロースナノファイバーを用いた強靭化 (2017)
  • Author(s): 飯島圭祐、青木大輔、曽川洋光、高田十志和
  • Organizer: 第２８回エラストマー討論会
• [Presentation] 架橋ポリマーの力学物性に及ぼすロタキサン架橋剤の構造効果 (2017)
  • Author(s): 澤田隼・青木大輔・曽川洋光・高田十志和
  • Organizer: 第２８回エラストマー討論会
• [Presentation] 機械的結合とクリック反応を活用する新しい架橋方法 (2017)
  • Author(s): 曽川洋光・高田十志和
  • Organizer: 超分子研究会・精密ネットワークポリマー研究会 合同講座
  • Invited
• [Presentation] ニトリルオキシドを用いた高分子の合成・修飾・架橋 (2017)
  • Author(s): 曽川洋光
  • Organizer: 関東高分子若手研究会 サマーキャンプ2016
  • Invited
• [Presentation] Synthesis and Catalyst-free Click Reaction of Nitrile N-Oxide-functionalized Polymers (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Sogawa, Toyokazu Tsutsuba, Shouhei Takamatsu, Toshikazu Takata
  • Organizer: IPC2016
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2016-12-14
• [Presentation] Catalyst-free Synthesis of Rotaxane Cross-linked Polymers Using Nitrile N-Oxide-containing Rotaxane Cross-linker (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Sogawa, Misako Tani, Toshikazu Takata
  • Organizer: IPC2016
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2016-12-14
• [Presentation] Efficient Conversion of Rubbers Using Cascade Functionalization Tool Containing Masked-ketene and Nitrile N-Oxide Functions (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Sogawa, Sumitra Cheawchan, Toshikazu Takata
  • Organizer: IRC2016
  • Place of Presentation: 九州国際会議場
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] Synthesis of nitrile N-oxide moiety-containing rotaxane linkers directed forward Rubber Modification (2016)
  • Author(s): Hiromitsu Sogawa, Misako Tani, Toshikazu Takata
  • Organizer: IRC2016
  • Place of Presentation: 九州国際会議場
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] ニトロアルカン構造を有する重合開始剤を活用した高分 子ニトリル-N-オキシドの合成と無触媒高分子連結 (2016)
  • Author(s): 曽川 洋光、筒場 豊和、高松 将平、高田 十志和
  • Organizer: 第65回高分子学会討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] Catalyst-free cascade functionalization of unsaturated bonds-containing polymers using masked ketene-tethering nitrile N-oxide (2016)
  • Author(s): Sumitra Cheawchan, Hiromitsu Sogawa, Toshikazu Takata
  • Organizer: PCT-6
  • Place of Presentation: Pathumwan Princess Hotel, Bangkok, Thailand
  • Year and Date: 2016-06-30
• [Presentation] アミノ酸含有ニトリル-N-オキシドの合成とクリック反 応 (2016)
  • Author(s): 曽川 洋光、高松 将平, 筒場 豊和, 高田 十志和
  • Organizer: 第65回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Presentation] ニトリル-N-オキシド基含有ロタキサン反応剤の合 成と click 反応への応用 (2016)
  • Author(s): 曽川 洋光、谷 美紗子, 高田 十志和
  • Organizer: 第65回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Presentation] アミノ酸含有ニトリル-N-オキシドの合成とエラストマーの無触媒修飾, (2016)
  • Author(s): 曽川 洋光、高松 将平、高田 十志和
  • Organizer: 日本ゴム協会2016年年次大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Presentation] 光開裂性基含有安定ニトリル-N-オキシド反応剤の合成とエラストマーの無触媒修飾 (2016)
  • Author(s): Sumitra Cheawchan、曽川 洋光、高田 十志和
  • Organizer: 日本ゴム協会2016年年次大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Presentation] ニトリル-N-オキシド基含有ロタキサン反応剤の合 成と click 反応への応用 (2016)
  • Author(s): 谷 美紗子、曽川 洋光、高田 十志和
  • Organizer: 日本ゴム協会2016年年次大会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ
  • Year and Date: 2016-05-19
• [Book] Click Polymerization (2018)
  • Author(s): Takata Toshikazu, Koyama Yasuhito, Sogawa Hiromitsu
  • Total Pages: 248
  • Publisher: RSC