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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

Research Project

Project/Area Number 20H02784
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 35010:Polymer chemistry-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

石割 文崇  大阪大学, 工学研究科, 講師 (00635807)

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)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Keywordsラダーポリマー / 高分子反応 / 高分子化学 / らせんポリマー / 刺激応答性 / 高分子合成 / 高分子物性 / らせん / 自己集合
Outline of Research at the Start

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する。さらに、その物性研究・機能開拓を通じ、特異な物性や構造化挙動および新機能を示す高分子材料の創製を目指す。

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。

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。

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。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(24 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

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      Qiagedeer Airong、Yamagishi Hiroshi、Sakamoto Minami、Hasebe Hanako、Ishiwari Fumitaka、Fukushima Takanori、Yamamoto Yohei
    • Journal Title

      Mater. Chem. Front.

      Volume: 5 Pages: 799-803

    • DOI

      10.1039/d0qm00722f

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      Imaizumi Takaki、Takehara Ryosuke、Yamashita Yuichiro、Yagi Takashi、Ishiwari Fumitaka、Shoji Yoshiaki、Wang Xiaohan、Murakami Yoichi、Nishino Tomoaki、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Pages: 038002-038002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe340

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      Ogiwara Hibiki、Ishiwari Fumitaka、Kimura Tadahiro、Yamashita Yukihiro、Kajitani Takashi、Sugimoto Atsuki、Tokita Masatoshi、Takata Masaki、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 57 Pages: 3901-3904

    • DOI

      10.1039/d1cc01092a

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      Ishiwari Fumitaka、Miyake Sayuri、Inoue Keiki、Hirose Keiji、Fukushima Takanori、Saeki Akinori
    • Journal Title

      Asian Journal of Organic Chemistry

      Volume: in press

    • DOI

      10.1002/ajoc.202100154

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      Inoue Keiki、Selyanchyn Roman、Fujikawa Shigenori、Ishiwari Fumitaka、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      ChemNanoMat

      Volume: in press

    • DOI

      10.1002/cnma.202100151

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      Inoue Keiki、Ishiwari Fumitaka、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Polymer Chemistry

      Volume: 印刷中 Pages: 3690-3694

    • DOI

      10.1039/d0py00603c

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      Hayashi Shotaro、Ishiwari Fumitaka、Fukushima Takanori、Mikage Shohei、Imamura Yutaka、Tashiro Motomichi、Katouda Michio
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: xx Pages: 16195-16201

    • DOI

      10.1002/anie.202006474

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      Miyazaki Takuya、Shoji Yoshiaki、Ishiwari Fumitaka、Kajitani Takashi、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Chem. Sci.

      Volume: 11 Pages: 8388-8393

    • DOI

      10.1039/d0sc02836c

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  • [Journal Article] Analysis of Interconversion between Atropisomers of Chiral Substituted 9,9’‐Bicarbazole2020

    • Author(s)
      Kobayashi Toshifumi、Ishiwari Fumitaka、Fukushima Takanori、Hanaya Kengo、Sugai Takeshi、Higashibayashi Shuhei
    • Journal Title

      European Journal of Organic Chemistry

      Volume: 2021 Pages: 449-451

    • DOI

      10.1002/ejoc.202001385

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      藤井 慎太郎・石割 文崇・小本 祐貴・蘇 李欣竹・山形 悠斗・小阪 敦子・相場 諒・西野 智昭・福島 孝典・木口 学
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      石割 文崇・福島 孝典
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      石割 文崇
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      石割 文崇
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      京都大学 生越研究室講演会@ZOOM (2020.11.14)(招待講演)
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  • [Book] マイクロ・ナノ熱工学の進展2021

    • Author(s)
      石割 文崇・庄子 良晃・福島 孝典
    • Total Pages
      808
    • Publisher
      (株)エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860437220
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  • [Remarks] 石割文崇ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/fishiwari/home?authuser=0

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  • [Remarks] 大阪大学大学院工学研究科・応用化学専攻・物質機能化学コース・佐伯研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~saeki/cmpc/

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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