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天然高分子「キチン」はα、βの2種の結晶構造を持つ。当該研究者は、βキチン結晶内に溶媒分子を取り込ませることができることを見い出した。溶媒分子の取り込みは結晶構造が保たれたままでおこり、溶媒の種類に固有の「溶媒和結晶」が形成される。これは一種の層間包接である。これまでキチンの包接に関する研究はほとんどなく、新しい材料開発への展開が期待できる。当研究課題では、まず溶媒和結晶キチンの生成機構について、X線回折、偏光赤外分光、粘弾性、熱的測定を主体とした動的解析をおこない、層間包接がおこる場合のキチン分子鎖どうし、及びキチン分子鎖と溶媒分子間の凝集状態を解明することを目的とした。
様々な種類のβキチン溶媒和結晶のうち、水和、メタノール和、エタノール和結晶に関して、結晶内分子間水素結合様式を明らかにした。2軸配向した高結晶性のβキチン溶媒和結晶を作製し、溶媒分子を蒸発させる過程での無水βキチンへの転移を偏光赤外分光法により捉えた。重水置換を利用することで、βキチン溶媒和結晶内のゲスト溶媒分子の水酸基、およびゲスト溶媒分子と水酸基とを区別して認識することができた。この結果から、(1)溶媒和結晶内のキチン分子鎖間アミド水素結合は無水βキチンと同じ状態で保たれ、分子鎖のコンフォメーションにほとんど変化はないこと、(2)溶媒分子-キチン分子鎖間水素結合は分子鎖方向に垂直な面内に形成されること、(3)エタノールやメタノールにくらべ水分子は、ホスト分子鎖に強い作用を及ぼすことなどが示された。X線回折の結果ともあわせ、βキチンの分子鎖は軸方向の周期はそのままに、分子間アミド水素結合方向に分子鎖がスタックしてあたかもシートのようにふるまい、そのシート間に溶媒分子が取り込まれて水素結合によって保持されるという、溶媒和結晶化の機構が明らかとなった。
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