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共役置換による連結および光による分解反応を鍵とするポリマー修飾法の開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1489
補助金の研究課題番号 20J00360 (2020-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2020-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分35010:高分子化学関連
研究機関信州大学

研究代表者

赤江 要祐  信州大学, 繊維学部, 特別研究員(CPD) (40837415)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2024年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードポリウレタン / AB型モノマー / 精密合成 / アシルアジド / Curtius転位反応 / イソシアナート / 自立膜 / 光分解 / 活性エステル / 重合後修飾反応 / 不斉反応 / 機能性高分子 / らせん高分子 / 高分子修飾 / 光分解反応 / 共役置換反応
研究開始時の研究の概要

o-ニトロベンジルアルコール誘導体(o-NBA)は、UV照射によって分解する。本研究では、この光分解反応を材料の接脱着へ応用すべく研究を進める。すなわち、接着層にo-NBA構造を組み込み、UV照射によってこの結合が分解すると、接着層全体が解体して材料が剥離する、という応用である。光を用いるため、接着層以外の材料へ損傷を与えずに選択的な解体が可能であり、将来的には高度な選択性が必要な、医療用途への展開も期待される。

研究実績の概要

今年度は特に、AB型モノマーを用いたポリウレタンの精密合成法開発、および機能材料への応用について研究し、本研究が目指す機能性高分子・光分解性材料の開発を検討した。ポリウレタンは通常ジオールおよびジイソシアナートを用いてAA型とBB型モノマーの重付加反応によって合成される。この従来法では基本的にAA-BB連鎖が続き、より高度なシークエンス制御は困難である。高分子の一次構造制御は重要な研究分野であるものの、大きな進捗が見られるのは連鎖重合系である。これは、逐次重合は連鎖重合に比べて一次構造の制御が困難だからだと考えられる。しかしながら、ポリウレタンを含む逐次重合型のポリマーが広く社会に用いられている点を踏まえると、その精密合成法開発も重要な課題である。こうした背景から、研究代表者らは、AB型モノマーを用いたポリウレタンの新規精密重合法の開発に着手し、上記の課題解決を検討した。AB型モノマーを用いることでより高度な分子・材料デザインが可能となることが実験的に示唆された。また、本手法による高度な構造・物性制御に基づき、本研究が目指す機能性高分子・光分解性材料の開発を検討した。その結果、昨年度検討していた活性エステルを用いた高分子修飾反応よりも、より高効率的な合成手法が見いだされた。
研究代表者らは、AB型モノマーとして、イソシアナート基とアルコール基を両方含む化合物の前駆体である、アシルアジド化合物に着目した。アシルアジド基はイソシアナート基に比べて安定であるため、柔軟な分子デザインが可能である一方、加熱により生じるCurtius転位反応により、速やかに反応活性なイソシアナートに変換される。この性質を利用し、アシルアジド、およびアルコール基を両方含むAB型モノマーを種々合成し、その反応性・重合性・および生成ポリマーの物性を評価した。この方法に従い、新規光分解性高分子の合成に成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

AB型モノマーを用いたポリウレタンの新規精密合成法開発について特に進展が見られたため。従来法では精密な構造制御が困難であったポリウレタンにおいて、本合成手法はより精密で柔軟な分子デザインを可能にすることが示唆された。その結果、ポリマーの構造・物性の制御が今までよりも高い解像度で実現可能となり、例えば光分解性・熱力学特性の制御について実際に本手法の有用性が示された。ポリウレタンは世界で最も生産されている高分子材料の1つであることから、本合成手法はサステイナブル材料、生体適合性材料等といった産業的応用も期待される。以上の状況を鑑みると、順調に進捗していると判断できる。

今後の研究の推進方策

さらなる精密合成・物性制御を実現するため、新たな機能性モノマーの開発、および引き続き重合・材料物性についての基本的な知見の獲得を検討する。例えば、今までに開発されたAB型モノマーの共重合において、異なる反応性を有する官能基AおよびBの様々な組合せにより、共重合の振る舞いは大きく影響を受けることが示唆されている。こうした重合の基本的な知見を集めることで、よりシステマティックな分子デザイン・材用物性評価が可能となる。この点は従来のポリウレタン合成法と比べて本研究の大きな利点でもある。また、現在用いている光分解性モノマーは、結晶性の高さから高分子材料に組み込んだ際に材料が扱いにくくなるといった側面があるため、こうした点を改良した分子・材料デザインも検討する。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 5件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件) 備考 (7件)

  • [国際共同研究] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] カールスルーエ工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] カールスルーエ工科大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Polyurethanes by ring‐opening polymerization initiated from alcohol moiety‐tethering acylazide2024

    • 著者名/発表者名
      Akae Yosuke、Theato Patrick
    • 雑誌名

      Journal of Polymer Science

      巻: - 号: 18 ページ: 4127-4135

    • DOI

      10.1002/pol.20240092

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Aggregation Behavior of Cyclodextrin‐Based [3]Rotaxanes2023

    • 著者名/発表者名
      Akae Yosuke、Theato Patrick
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 29 号: 50

    • DOI

      10.1002/chem.202301582

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cover Feature: Aggregation Behavior of Cyclodextrin‐Based [3]Rotaxanes (Chem. Eur. J. 50/2023)2023

    • 著者名/発表者名
      Akae Yosuke、Theato Patrick
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 29 号: 50

    • DOI

      10.1002/chem.202302307

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Photoresponsive Spiropyran and DEGMA‐Based Copolymers with Photo‐Switchable Glass Transition Temperatures2023

    • 著者名/発表者名
      Pruthi Vaishali、Akae Yosuke、Theato Patrick
    • 雑誌名

      Macromolecular Rapid Communications

      巻: 44 号: 19 ページ: 2300270-2300270

    • DOI

      10.1002/marc.202300270

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] From Squaric Acid Amides (SQAs) to Quinoxaline-Based SQAs─Evolution of a Redox-Active Cathode Material for Organic Polymer Batteries2023

    • 著者名/発表者名
      Baumert Marcel E.、Le Victoria、Su Po-Hua、Akae Yosuke、Bresser Dominic、Theato Patrick、Hansmann Max M.
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 145 号: 42 ページ: 23334-23345

    • DOI

      10.1021/jacs.3c09153

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] ケミカルリサイクルを志向した ビニルポリマーおよびポリエステルの分子設計2022

    • 著者名/発表者名
      川谷 諒・野田 拓海・赤江 要祐・髙坂 泰弘
    • 雑誌名

      日本ゴム協会誌

      巻: 95 ページ: 319-325

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polymer chemistry of α-substituted acrylates designed for functional-group synergy2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Kohsaka, Yosuke Akae, Ryo Kawatani, Aakane Kazama
    • 雑誌名

      J. Macromol. Sci. Part A: Pure and Appl. Chem.

      巻: 59 号: 2 ページ: 83-97

    • DOI

      10.1080/10601325.2021.1989311

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Segmented polyurethanes containing movable rotaxane units on the main chain: Synthesis, structure, and mechanical properties2021

    • 著者名/発表者名
      Jun Sawada,Hiromitsu Sogawa, Hironori Marubayashi, Shunichi Nojima,Hideyuki Otsuka,Ken Nakajima,Yousuke Akae, Toshikazu takata
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 213 ページ: 123291-123291

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2020.123291

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Polyarylates and Aliphatic Polyesters by Divalent Acyl‐1,2,4‐triazole: A Route to Metal‐Free Synthesis at Low Temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Kohsaka, Ichiro Mori, Kazumasa Homma, Yosuke Akae, Daisuke Matsuura, Yoshikazu Kimura
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 53 号: 8 ページ: 887-893

    • DOI

      10.1038/s41428-021-00484-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Precise synthesis and evaluation on rotaxane-based polymer and polyurethane2024

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Akae
    • 学会等名
      Chemiedozentagung 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Assembly of Cyclodextrin-Based [3]Rotaxane and Its Application to Polymer2023

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Akae, Patrick Theato
    • 学会等名
      72nd Annual Meeting of Society of Polymer Science Japan
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Structure-Defined polymer synthesis on polyurethane and rotaxane-based polymer2023

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Akae
    • 学会等名
      30. Nachwuchswissenschaftler-Symposium Bioorganische Chemie
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of The Self-Assembly System Consisted of Cyclodextrin-Based Rotaxane Structure Embedded in Polymer Framework2023

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Akae, Patrick Theato
    • 学会等名
      Freiburg Macromolecular Colloquium 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 重合後修飾反応を基盤とした高分子の構造変換と機能材料の開発(受賞講演)2022

    • 著者名/発表者名
      赤江 要祐
    • 学会等名
      第53回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] Theato Reseach group website

    • URL

      https://www.itcp.kit.edu/theato/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 信州大学 高坂研究室 HP

    • URL

      http://fiber.shinshu-u.ac.jp/kohsaka/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2021 実績報告書
  • [備考] Theato research group HP

    • URL

      https://www.itcp.kit.edu/theato/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] 信州大学 高坂研究室 HP

    • URL

      http://fiber.shinshu-u.ac.jp/kohsaka/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 信州大学繊維学部 HP; 赤江 要祐さん(CPD)が日本化学会東海支部奨励賞を受賞

    • URL

      https://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles/news/2022/11/170320.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] カールスルーエ工科大学 Theato研究室HP

    • URL

      https://www.itcp.kit.edu/theato/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 信州大学 高坂研究室HP

    • URL

      http://fiber.shinshu-u.ac.jp/kohsaka/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-12-25  

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