| 研究課題/領域番号 |
23K04717
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分33010:構造有機化学および物理有機化学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
相川 光介 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (30401532)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2025年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | フッ素化反応 / フッ素ガス / ぺルフルオロアルキル化合物 / フッ素原子 / ラジカルフッ素化反応 / フッ素化学 / フッ素化 / 有機フッ素化合物 / フッ素樹脂 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
フッ素原子が高い電気陰性度を持つことやC-F結合が強固であることなどにより、高度にフッ素化された化合物は特異な性質を示すため、有用な化合物群として注目されている。しかし、それらは高価で、入手できる化合物も決して多くない。よって、新規な含フッ素化合物を合成する手法を開発することが、この分野のブレークスルーに繋がる。このような背景のもと、実用化可能なフッ素源(フッ素ガス)を用いた理想的物質変換であるC-F結合形成の開拓を総合的に行うことで、これまでに類のないユニークな含フッ素化合物を自在合成できる合成プロセスの開発を目指す。さらに、構造・物性調査を通して機能性材料の精密な分子設計へと結実させる。
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| 研究実績の概要 |
フッ素原子が高い電気陰性度を持つことや炭素-フッ素結合が強固であることなどにより、高度にフッ素化された化合物は特異な性質を示すため、有用な化合物群として注目されている。例えばペルフルオロアルキル基を側鎖に持つポリマーは熱安定性や撥水撥油性を示すことが知られている。そうしたペルフルオロアルキル化合物のうち、鎖状のものは螺旋構造を取り剛直であるなど構造・物理的性質もよく知られている。しかし、炭素鎖８以上の長鎖ペルフルオロアルキル化合物は生体蓄積性や毒性があるといった問題点が指摘されている。このような背景のもと本研究では、鎖状ではない環状ペルフルオロアルキル化合物の簡便な合成法を確立し構造や物性調査を行うとともに、応用展開も検討することを目的としている
環状化合物の水素原子を効率的にフッ素原子に変換する方法として、フッ素ガスを用いた液相直接フッ素化法（PERFECT法：ラジカルフッ素化）を用いることとした。この手法により、生成した環状ペルフルオロアルキル化合物の官能基化も容易になると期待した。入手可能な環状アルコールとペルフルオロアルキル（RF）基を持つ化合物とを縮合させて含フッ素エステルとしたのち、これを溶解できるフッ素系溶媒中でフッ素ガスによる液相直接フッ素化反応を行うことで、フッ素原子が導入された目的の環状化合物を含む混合物を得た。フッ素化反応条件の検討の結果、ベンゼン添加で収率が改善することが分かった。続いてこの環状化合物を含む混合物をフッ化ナトリウム共存下、各種芳香族アルコールやアミンとエステル交換およびアミド化反応を試みた。検討の結果、ベンジルアルコールとのエステル交換反応により、対応する安定なエステルをシリカゲルカラムとGPCによって単離精製することに成功した。全フッ素化とエステル交換反応の２ステップ収率は最大でおよそ３０％となった。
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| 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
本研究はおおむね順調に進行している。基質としてエステルで官能基化された環状アルキル化合物の合成に成功した。さらに液相フッ素化法による炭素ー水素結合のラジカルフッ素化反応では、ベンゼンを添加することによって、効率よくフッ素化された対応する生成物が得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
官能基化された環状RF化合物の合成において、他のベンジルアルコールやベンジルアミン誘導体等についても検討を行い、様々なエステルおよびアミド誘導体（環状RF化合物）を合成する予定である。またそれらの得られた環状RF化合物と直鎖RF化合物やペルフルオロエーテル化合物の逆相HPLCの溶出時間を比較することで、疎水性の評価を行う。さらに、ベンジルアミンを用いると得られる環状RF化合物は固体となったため、単結晶X線構造解析を試みる予定である。
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