シクロファン型超分子メカノフォアの開拓と高分子材料への応用展開
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18H02024
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology (2020)
Hokkaido University (2018-2019) |
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Principal Investigator |
相良 剛光 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (60767292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
キム ユナ 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (00648131)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2018: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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| Keywords | メカノフォア / シクロファン / 超分子 / エラストマー / 機械的刺激応答性発光材料 / 超分子化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、機械的刺激により共有結合が切断され、吸収・蛍光特性が変化する“メカノフォア”と呼ばれる分子骨格が盛んに研究されている。しかし、従来の共有結合切断型のメカノフォアは、可逆性に乏しいなどの本質的な問題を抱えている。申請者らは最近、これらの問題を克服した「ロタキサン型超分子メカノフォア」を開発した。本研究では、より洗練された分子構造を持つ「シクロファン型超分子メカノフォア」を創製することを目的としている。得られたシクロファン型メカノフォアを高分子に共有結合を介して導入し、機械的刺激に応じて生じる発光特性変化を精査すると共に、新しい機械的刺激応答性発光材料の創製を目指す。
研究初年度となる本年度は、プロトタイプとなるシクロファン型メカノフォアの合成を目指し、蛍光団として電子ドナー性の高い9,10-bis(phenylethynyl)anthracene、消光団として電子アクセプター性の高いnitrobenzeneを導入したシクロファンの合成ルートを確立し、目的化合物を得ることに成功した。蛍光団と消光団はフレキシブルなオリゴエチレングリコール鎖で連結された構造となっている。次に、得られたシクロファンに対して、蛍光スペクトル測定を行った。今回合成したシクロファンは、消光団を持たないreference化合物と比較して溶液中でその蛍光強度が３０％程度にまで減少していることが確認されたものの完全には消光されず、ON/OFF型のメカノフォアとしては機能しないことが明らかとなった。これは、消光団と蛍光団の会合定数が溶液ではそこまで大きくないことが原因であると考えられる。
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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
一般に、環状構造を持つシクロファンの合成は、その環状構造を形成するための環化反応においてオリゴマーが副生成物として多数生成し、収率が低くなる。さらに本研究で開発するシクロファンでは、高分子鎖を導入するための水酸基を二か所に導入することが必要となり、合成ルートを確立するのは困難となることが容易に予想できた。しかし、初年度において、蛍光団と消光団を環状構造内に持ち、二つの水酸基を末端に持つハンドル構造を導入したシクロファンの合成ルートを確立することができた。初年度に合成したシクロファンでは完全に蛍光団からの蛍光が消光されなかったものの、目的の環状構造を得るための合成ルートを確立できた意義は大きく、今後のシクロファン合成に適応できると考えられる。そのため、現在までの進捗状況は（２）おおむね順調に進展している、とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策として、まず、溶液中で蛍光団からの蛍光が完全に消光されるようなシクロファンを合成することを目指す。この目的を達成するため、別途研究を進めているロタキサン型超分子メカノフォアの分子骨格を参考にし、蛍光団はそのままで、消光団をnitrobenzeneからやnaptharenediimideに変更したシクロファンの合成ルートを確立したい。蛍光団からの蛍光が確実に消光団により消光されるように、オリゴエチレングリコール鎖の鎖長を適宜調節する。新しく得られたシクロファンに対して、有機溶媒中で蛍光団の蛍光が消光団により消光されることを確認する。さらに、本年度は新しく合成したシクロファン型メカノフォアを高分子材料に共有結合を介して導入し、分子量測定、DSC測定、TGA測定、動的粘弾性測定、引っ張り試験等を行い基本物性を明らかにする。また、フィルムを延伸しながら蛍光スペクトル測定を同時に行い、延伸率と蛍光強度の相関関係、及び、良好な繰り返し応答性があるかを明らかにする予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
