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希釈条件を必要としない閉環反応による環状ビニルポリマー合成法の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 20H02786
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分35010:高分子化学関連
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

高須 昭則  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30303697)

研究分担者 樋口 真弘  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50357836)
林 幹大  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70792654)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2020年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
キーワード環状高分子 / 高希釈条件を必要としない閉環反応 / N-ヘテロ環状カルベン / ソルビン酸エステル / メタクリル酸メチル / マレイミド / 直接観察 / 電子顕微鏡 / アルキルアクリレート / アルキルメタくリレート / 立体規則性 / 構造特殊高分子 / 希釈条件 / 生分解性 / アニオン重合 / 高希釈条件 / N-ヘテロ環状カルベン(NHC) / ビニルモノマー / ルイス酸 / ジアステレオ選択性 / ビニルポリマー / 無希釈条件 / 閉環反応
研究開始時の研究の概要

本研究では、N-ヘテロ環状カルベン(NHC)を開始剤に用いたアニオン重合と、そのN-ヘテロ環状カルベニル基(α-末端)の脱離基としての性質も活用して「希釈条件を必要としない閉環反応による環状ビニルポリマー合成法の新展開」を提案する。このアニオン重合では、開始末端であるN-ヘテロ環状カルベニル基(α末端)は、重合中は対カチオンとして成長アニオンに隣接し、モノマーが完全に消費されたあとは脱離基として閉環反応に選択的に関与するため、高希釈条件を必要としない。本研究課題により、閉環反応メカニズムの解明に加え、モノマーの拡張や立体規則性の制御および得られる環状高分子の特性解析および直接観察へと展開する。

研究成果の概要

本研究では、N-ヘテロ環状カルベンを開始剤に用いたリビングアニオン重合と、その(末端基)の脱離基としての性質も活用して「希釈条件を必要としない閉環反応による環状ビニルポリマー合成法の新展開」を提案した。このアニオン重合では、開始末端基は、重合中は対カチオンとして成長アニオンに隣接し、モノマーが完全に消費されたあとは脱離基として閉環反応に選択的に関与するため、高希釈条件を必要としない(ルイス酸の働きにより重合速度 >> 閉環(停止)反応速度の顕著な違いを達成できれば環のサイズを制御できる)。反応メカニズムに加え、モノマーの拡張や立体規則性の制御および得られる環状高分子の直接観察へと展開した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

末端のない環状高分子の制御合成は、絡み合いの効果を排除してダイレクトに高分子の一次構造と物性の相関に迫ることを可能にする。しかし、その合成法は、メタセシス反応による不飽和環状分子の環拡大重合が主流となり、20世紀最大の遺産である“リビング付加重合”を活用することができていない。線状高分子の閉環反応は、分子間の反応を抑制するために高希釈条件を必要とする。よってグラム単位の合成には浴槽サイズの反応容器が必要である。さらに線状高分子が混入した場合、その除去精製に多くの時間と労力を必要とする。これらの課題に対しては、これまでの慣用的な手法で対応するには限界があり、革新的な合成手法の開拓が必要である。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 13件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (37件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Facile Synthesis of Cyclic RAFT Agents and Ring Expansion Radical Polymerization of Vinyl Monomers Having Cyclic Topology2024

    • 著者名/発表者名
      Ito, H.; Oto, K.; Takasu, A.; Higuchi, M.
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 15 号: 8 ページ: 754-766

    • DOI

      10.1039/d4py00031e

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Base-assisted anionic polymerization of alkyl sorbates and subsequent ring-closure without extreme dilution for synthesis of cyclic stereoregular poly(alkyl sorbates)2024

    • 著者名/発表者名
      Ide, Y. ; Ito, H.; Takasu, A.* ; Higuchi, M.
    • 雑誌名

      Journal of Polymer Science

      巻: 62 号: 6 ページ: 1187-1192

    • DOI

      10.1002/pol.20230697

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biodegradability of unsaturated poly(ester-thioether)s synthesized by thiol-yne reactions2024

    • 著者名/発表者名
      Yano, K.; Takasu, A.*,; Higuchi, M.
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 56 号: 8 ページ: 725-734

    • DOI

      10.1038/s41428-024-00916-7

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catenane formation of a cyclic poly(alkyl sorbate) via chain-growth polymerization induced by an N-heterocyclic carbene and ring-closing without extreme dilution2023

    • 著者名/発表者名
      Yato, H.; Oto, K.; Takasu, A.*; Higuchi, M.
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 13 号: 20 ページ: 13616-13623

    • DOI

      10.1039/d3ra01614e

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Preparation of Alginic Acid/Poly(2-Oxazoline) Hybrid Gels and Their Use in Cell Preservation2023

    • 著者名/発表者名
      Tsurube, M.; Takasu, A.*
    • 雑誌名

      Macromoler Materials and Enginerring

      巻: 309 号: 4 ページ: 2300356-2300356

    • DOI

      10.1002/mame.202300356

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis and Biodegradability of Tartaric Acid-Based Poly(ester-thioether)s via Thiol-Ene Click Polymerization2023

    • 著者名/発表者名
      Imamura, R.; Kataoka, K.; Oto, K.; Takasu, A.
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 8 号: 26 ページ: 23358-23364

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c07627

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anionic Polymerization of Polar Conjugated Diene Monomers with Phosphine as the Initiator and Subsequent Ring Closure without Highly Dilute Conditions2023

    • 著者名/発表者名
      Ito, H.; Takasu, A.*; Higuchi, M.
    • 雑誌名

      ACS Applied Polymer Materials

      巻: 5 号: 10 ページ: 8369-8378

    • DOI

      10.1021/acsapm.3c01506

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Use of an N-heterocyclic carbene (NHC)-based interacting Lewis pair for the synthesis of a cyclic poly(alkyl acrylate) via chain-growth polymerization and subsequent ring-closing without extreme dilution2023

    • 著者名/発表者名
      Oto, K.; Muramatsu, Y.; Takasu, A.*; Higuchi, M.
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 14 号: 7 ページ: 811-820

    • DOI

      10.1039/d2py01457b

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Biodegradability of Poly(ester-urethane)s via the Thiol-Michael Polyaddition of Dianhydro Sugar-Based Diacrylates2023

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi, S.; Takasu, A.
    • 雑誌名

      ACS Appl. Polym. Mater.

      巻: 4 号: 6 ページ: 4486-4494

    • DOI

      10.1021/acsapm.2c00466

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthetic innovations for cyclic polymers2021

    • 著者名/発表者名
      Muramatsu, Y.; Takasu, A.
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 54 号: 2 ページ: 121-132

    • DOI

      10.1038/s41428-021-00560-5

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Observation of a Cyclic Vinyl Polymer Prepared by Anionic Polymerization using N-Heterocyclic Carbene and Subsequent Ring-Closure without Highly Diluted Conditions2020

    • 著者名/発表者名
      Keiji Naruse, Akinori Takasu, Masahiro Higuchi
    • 雑誌名

      Macromolecular Chemistry and Physics

      巻: 221 号: 10 ページ: 2000004-2000004

    • DOI

      10.1002/macp.202000004

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Observation of cyclic poly(N-substituted maleimide)s with broad size distributions synthesized by anionic polymerization using an N-heterocyclic carbene and successive ring closure without high dilutions2020

    • 著者名/発表者名
      Muramatsu, Y. ; Oga, Y. ; Takasu, A.; Higuchi, M.
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 52 号: 11 ページ: 1253-1261

    • DOI

      10.1038/s41428-020-0384-z

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Observation of the Formation of a Cyclic Poly(alkyl sorbate) via Chain-Growth Polymerization by an N-Heterocyclic Carbene Initiator and Ring-Closing Without Extreme Dilution2020

    • 著者名/発表者名
      Muramatsu, Y. ; Takasu, A.*; Higuchi, M. ; Hayashi, M.
    • 雑誌名

      Journal of Polymer Science

      巻: 58 号: 20 ページ: 2936-2942

    • DOI

      10.1002/pol.20200587

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 塩基触媒を用いた立体規則性環状ポリ(ソルビン酸エステル)の合成2023

    • 著者名/発表者名
      井手 悠人、伊藤 大輝、高須 昭則、樋口 真弘
    • 学会等名
      第54回中部化学関連学協会支部連合秋季大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] N-ヘテロ環状カルベンを用いたイソシアネートのルイスペア重合2023

    • 著者名/発表者名
      内田遼太 、高須 昭則 、樋口 真弘
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 青色LEDによる”RAFTゲル”内でのビニルモノマーの重合2023

    • 著者名/発表者名
      Oto, K.; Takasu, A.
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] アルギン酸/ポリオキサゾリン複合ゲルの調製と細胞の室温保存2023

    • 著者名/発表者名
      Oto, K.; Takasu, A.
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] チオールーイン反応によるジアンヒドロ糖ユニットを含む不飽和ポリエステルの合成と生分解性2023

    • 著者名/発表者名
      大藤宏太, 高須昭則
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] キラルな天然物化合物ユニットを含むポリ(エステルチオエーテル)の合成と生分解性2023

    • 著者名/発表者名
      今村稜大、高須昭則
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ホスフィンを開始剤とするソルビン酸エステルのアニオン重合とトポロジー制御2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤 大輝 、高須 昭則 、樋口 真弘
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of Stereoregular Cyclic Poly(alkyl sorbate) Initiated by Strong Base2023

    • 著者名/発表者名
      Yuto Ide. Akinori Takasu
    • 学会等名
      ACS Meeting Fall 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of Biodegradable Poly(ester-thiether) Using Click Polymerization of Tartarates and Dianhydrosugar-Based Dithiol2023

    • 著者名/発表者名
      Ryota Imamura, Akinori Takasu
    • 学会等名
      ACS Meeting Fall 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Catenane Formation of a Cyclic Poly(alkyl sorbate) via Lewis pair polymerization induced by an N-Heterocyclic Carbene and Ring-Closing without Extreme Dilution2023

    • 著者名/発表者名
      Hirotake Yato, Akinori Takasu
    • 学会等名
      ACS Meeting Fall 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機触媒を用いたビニルモノマーの制御重合と環状トポロジーの直接観察2023

    • 著者名/発表者名
      高須昭則
    • 学会等名
      第100回高分子若手研究会[関西]
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ホスフィンを開始剤として用いたソルビン酸エステルのアニオン重合と高希釈条件を必要としない閉環反応2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤 大輝 、高須 昭則 、樋口 真弘
    • 学会等名
      第72回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 強塩基を用いたソルビン酸エステルのルイスペア重合と立体規則性2023

    • 著者名/発表者名
      井手悠人、伊藤大輝、高須昭則、樋口真弘
    • 学会等名
      第72回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 酒石酸とジアンヒドロ糖のクリック反応による ポリ(エステル-チオエーテル)の合成と生分解性2023

    • 著者名/発表者名
      今村稜大、高須昭則
    • 学会等名
      第72回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] アクリレートのインターラクティングルイスペア重合2023

    • 著者名/発表者名
      高須昭則
    • 学会等名
      第72回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Progress in Synthesis of Cyclic Vinyl Polymers via Ring-Closure without Highly Diluted Condition2022

    • 著者名/発表者名
      Takasu, A.
    • 学会等名
      17th Pacific Polymer Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ito, H.; Takasu, A.2022

    • 著者名/発表者名
      Anionic Polymerization of Polar Conjugated Diene Monomers with Phosphine as Initiator
    • 学会等名
      17th Pacific Polymer Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Radical polymerization of vinyl monomers mediated by cyclic RAFT agents and the topology2022

    • 著者名/発表者名
      Oto, K.; Takasu, A.
    • 学会等名
      17th Pacific Polymer Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Radical polymerization of acrylate monomer mediated by cyclic RAFT agent and the topology2022

    • 著者名/発表者名
      Oto, K.; Takasu, A.
    • 学会等名
      5th G'L'owing Polymer Symposium in KANTO
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ビニルモノマーの環拡大 RAFT ラジカル重合とサイズの制御2022

    • 著者名/発表者名
      大藤宏太, 高須昭則
    • 学会等名
      第53回中部化学関連学協会支部連合秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ホスフィンを開始剤として用いた極性共役ジエンモノマーのアニオン重合と閉環反応2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤大輝, 高須昭則
    • 学会等名
      第53回中部化学関連学協会支部連合秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 高希釈条件を必要としないビニルポリマーの閉環反応とその新展開2022

    • 著者名/発表者名
      高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 環状RAFT剤を用いたビニルモノマーのラジカル重合とそのトポロジー2022

    • 著者名/発表者名
      大藤宏太, 高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 新規環状RAFT剤を用いたビニルモノマーのラジカル重合2022

    • 著者名/発表者名
      大藤宏太, 高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ジアステレオ選択的チオール―イン反応を用いた不飽和ポリエステルの創製とその生分解性2022

    • 著者名/発表者名
      矢野雄久, 高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 酒石酸ユニットを含むポリ(エステル-チオエーテル)の合成と生分解2022

    • 著者名/発表者名
      片岡佳穂, 高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ジアンヒドロ糖を原料としたジアクリレートのチオールマイケル重付加によるポリ(ウレタン-チオエーテル)の合成と生分解性2022

    • 著者名/発表者名
      竹内涼風, 高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 高希釈条件を必要としない閉環反応によるカテナン構造の設計2022

    • 著者名/発表者名
      谷藤寛剛, 高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ホスフィンを開始剤として用いた極性共役ジエンモノ マーのアニオン重合2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤大輝, 高須昭則
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] N-ヘテロ環状カルベンを開始剤に用いたアルキルアクリレートのルイスペア制御重合2021

    • 著者名/発表者名
      村松優哉, 松岡真一, 高須昭則
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高希釈条件を必要としない閉環反応による環状ビニルポリマー合成と新展開2021

    • 著者名/発表者名
      村松優哉, 大藤宏太, 伊藤大輝, 谷藤寛剛, 高須昭則
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] N-ヘテロ環状カルベンを開始剤に用いたアルキルアクリレートの制御重合2021

    • 著者名/発表者名
      村松優哉, 高須昭則
    • 学会等名
      第52回中部化学関連学協会支部連合 秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Direct observation of cyclic vinyl polymers prepared vby ring-closing without need of highly diluted condition2021

    • 著者名/発表者名
      Yki Muramatsu, Akinori Takasu
    • 学会等名
      Pacfichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of cyclic vinyl polymers via ring-closure procedure without highly diluted condition and direct observation2021

    • 著者名/発表者名
      Akinori Takasu
    • 学会等名
      Pacfichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 無希釈条件下における環状ポリ(ソルビン酸メチル)の合成と直接観察2020

    • 著者名/発表者名
      村松優哉, 高須昭則, 樋口真弘
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 希釈条件を必要としない閉環反応による環状ビニルポリマーの設計と直接観察2020

    • 著者名/発表者名
      村松優哉, 高須昭則, 林 幹大, 樋口真弘
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 希釈条件を必要としない閉環反応による環状ビニルポリマーの設計と直接観察2020

    • 著者名/発表者名
      村松優哉, 高須昭則, 林 幹大, 樋口真弘
    • 学会等名
      第69回高分子学討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] Topological Polymer Chemistry: concepts and practices2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuyuki Tezuka
    • 総ページ数
      447
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      981166806X
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 重合開始剤,硬化剤,架橋剤の選び方、使い方とその事例 第1章 重合開始剤の種類、特徴と選び方、使い方 第9節 N-ヘテロ環状カルベンを開始剤とする高分子合成2021

    • 著者名/発表者名
      深谷洸貴,
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      株式会社 技術情報協会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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