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アルケニルボロン酸エステル共重合体のルイス酸性ホウ素を鍵とした側鎖協働型触媒機能

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1879
補助金の研究課題番号 22J15083 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分35010:高分子化学関連
研究機関京都大学

研究代表者

牧野 寛  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードホウ素 / 高分子触媒 / 分子量効果 / 直接エステル化 / ベックマン転位 / 高分子分解 / ルイス酸性 / 側鎖間協働
研究開始時の研究の概要

これまでに見出していたアルケニルボロン酸エステルと無水マレイン酸ユニットの側鎖間協働に基づいた直接エステル化高分子触媒の構造をチューニングすることで、収率ならびにリサイクル性を向上させた新規合成高分子触媒の開発を試みる。さらに、ホウ素と相互作用させる元素を酸素から拡張することで新規触媒機能の発現を目指し、合成高分子の側鎖間協働を基軸とした触媒設計概念を確立する。また本研究の過程で偶然発見したアルケニルボロン酸エステルをトリガーとするビニルポリマーの分解反応について、より温和な条件で分解可能な反応系を新しく構築する。

研究実績の概要

当特別研究員はこれまで、ビニル基にホウ素が直結したアルケニルボロン酸エステルのラジカル重合を行い、その重合挙動を明らかにしてきたほか、ホウ素側鎖の変換に基づく新規高分子合成を行ってきた。そのような中、ビニルボロン酸ピナコールエステルと無水マレイン酸のラジカル共重合において比較的交互性の高い共重合体が得られた。また、このポリマー中で主鎖直結ホウ素と隣接する無水マレイン酸ユニットが五員環形成を介して相互作用することで酸無水物構造が活性化され、アルコールやカルボン酸などの弱い求核剤と高い反応性を示すことが分かった。本研究ではこのような発見に基づき、当該の共重合体を高分子触媒として用いるカルボン酸とアルコールの直接エステル化反応を開発した。本系の特徴は脱水条件を必要とせず、一方の基質を過剰に用いずとも効率的に反応が進行する点である。また、触媒の分子量が大きいほど活性が向上する興味深い挙動も見られ、これは高分子量体においてホウ素ならびに無水マレイン酸ユニットが局所的なコンフォメーションの制約を受け、五員環形成が促進されるためと推測している。本年度はさらに、当該の共重合体がベックマン転位反応の触媒としても機能することを見出した。活性化された無水マレイン酸ユニットに反応基質であるオキシムが求核攻撃し、側鎖上で1,2-転位が進行したのちに脱離することでアミド生成物が得られる。さらに、反応中間体を安定化できるヘキサフルオロイソプロパノールを溶媒に用いることで収率が向上することも見出した。
また、当特別研究員は同時期にビニルポリマーに一部導入したアルケニルボロン酸エステルユニットが主鎖分解のトリガーとして働くことを発見した。昨年度までは等量以上の金属試薬や高温条件を必要としていたが、本年度は室温でのルイス塩基と光触媒の作用に基づく温和な分解システムの設計に成功した。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Polymer Degradation by Synergistic Dual Stimuli: Base Interaction and Photocatalysis to Unlock a Boron Pendant Trigger for Main-Chain Scission2023

    • 著者名/発表者名
      Makino Hiroshi、Nishikawa Tsuyoshi、Ouchi Makoto
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 56 号: 21 ページ: 8776-8783

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.3c01165

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Incorporation of boryl pendant as the trigger in methacrylate polymer for backbone degradation2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Makino, Tsuyoshi Nishikawa, Makoto Ouchi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 号: 85 ページ: 11957-11960

    • DOI

      10.1039/d2cc04882e

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Programmed Degradation of Methacrylate-based Copolymers by Synergistic Dual Stimuli for Activation of Boryl Pendant2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Makino, Tsuyoshi Nishikawa, Makoto Ouchi
    • 学会等名
      The 13th SPSJ International Polymer Conference (IP2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アニオン重合におけるボリル化停止反応とホウ素部位の変換に基づいた末端官能性ポリマーの合成2022

    • 著者名/発表者名
      牧野寛、西川剛、大内誠
    • 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] ホウ素側鎖を含むビニルポリマーの炭素ーホウ素結合を起点とする主鎖開裂分解2022

    • 著者名/発表者名
      牧野寛、西川剛、大内誠
    • 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] 含ホウ素化合物の特異な反応性を鍵とした高分子合成と機能開拓2022

    • 著者名/発表者名
      牧野寛、西川剛、大内誠
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Polymethacrylate Degradation Unlocked by Synergistic Dual Stimuli: Base Interaction and Photocatalysis on Boryl Pendants Leading to Main-Chain Scission2022

    • 著者名/発表者名
      牧野寛、西川剛、大内誠
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Radical Copolymerization of Alkenyl Boronates for Syntheses of Functional Copolymers Based on Unique Reactivity and Transformability of Boron2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Makino, Tsuyoshi Nishikawa, Makoto Ouchi
    • 学会等名
      14th International Symposium on Ionic Polymerization (IP’22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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