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2014 年度 実績報告書

粒径制御シルセスキオキサン元素ブロック合成法の開拓

計画研究

研究領域元素ブロック高分子材料の創出
研究課題/領域番号 24102003
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

中 建介  京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (70227718)

研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワード高分子合成 / 有機無機ハイブリッド高分子 / ナノ材料 / 自己組織化 / 分子性固体
研究実績の概要

かご型シルセスキオキサン(POSS)を基本骨格とし、有機化学的手法で複数のPOSSを結合させたスター型ハイブリッドブロックの設計合成を行い、これら単独での材料物性・機能評価を行い、元素ブロック基盤材料としての課題を抽出することを第一の目的として研究を行った。次いで、構造が規定された二官能性POSSの合成法を確立することで、高分子化の手法と融合させた元素ブロック高分子の創出を行った。また、高周期15族元素を組込んだ新たな元素ブロックの創製も押し進めることで、新たな元素ブロック高分子材料のライブラリー拡大化を行い、以下の成果を得た。
1)8個のイソブチル置換POSSを架橋ユニットであるアルキレン鎖の長さを変更させてオクタジメチルオクタシリケートに結合させたスター型POSS誘導体を合成し、それらの特性を評価することで化合物の結晶性や物性の制御を検討した結果、アルキレン鎖が短いほど結晶性が低下し、それにより光学的透明膜を形成することが分かった。
2)テトラエチルアンモニウム水酸化物(TEAOH)を塩基として用いたビニルへプタイソブチルT8のコーナーオープニング反応について検討し、分子構造が規定されたビスビニルヘキサイソブチルPOSS誘導体の合成に成功した。またこのモノマーを用いてPOSS元素ブロック高分子の合成を行った。
3)非対称アセチレン化合物を用いることで、不斉および非対称環状ヒ素配位子が得られると考えられる。そこで、ペンタメチルシクロペンタアルシンとフェニルアセチレンとの反応において、再沈殿および再結晶によって精製し、cis-2,5-ビスフェニル-1,4-ジメチル-1,4-ジヒドロ-1,4-ジアルシニンを収率5%で得た)。これを配位子としてとヨウ化銅との錯体形成を行った。単結晶X線構造解析より配位子とヨウ化銅が3対2の割合で配位したかご型錯体であり、片方のエナンチオマーのみで選択的に配位していることが分かった。

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

当初実施計画で予定した複数のPOSSを結合したダンベル型やスター型元素ブロック材料に関して、これら単独での材料物性・機能評価をA03班との共同研究を進めることで、かご型シルセスキオキサン(POSS)を基本骨格とした元素ブロックによる単一成分シルセスキオキサン材料の創出という学術分野を確率するに至った。さらに、元素ブロック高分子化に必須である種々の官能基を有する二官能性POSSモノマーの合成と、これを用いた重合にも成功した。これらの成果を踏まえてH26年度より複数との企業との共同研究による元素ブロック高分子材料の実用化研究に着手することができ、元素ブロック高分子の概念が未来の新素材として有望であることの産業界への認知度を高めることができた。
当初実施計画で予定していたヒ素元素を組込んだ新たな元素ブロック創出に関してもA04班との共同研究によって、不斉を付与された含ヒ素元素ブロックが新たに創出されるなど、予想以上の成果を得ることができた。
以上のことから本研究課題は当初目的と照らし合わせて、おおむね順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

平成26年度までに得られた課題や知見を踏まえ、主鎖型POSS高分子におけるPOSSモノマーの選択範囲を大きく広げるために、一置換ヘプタイソブチルPOSS以外の例えばシクロペンチル、トリフルオロプロピルまたはメチル基を有する一置換POSSを用いたコーナーオープニング法およびそれに続くコーナーキャッピング法の検討によって様々な置換基を有する二官能性POSSモノマー合成法の開拓を行う。平成26年度までに開発したアミノ基を有する二官能性POSSモノマーを用いて種々の酸無水物との組合せたポリイミドを合成し、領域内共同研究による力学的評価、光学的評価および熱膨張率などの特性を評価することで主鎖型POSSハイブリッドポリマーの特性を明らかにする。また、ビニル基を有する一官能性ヘプタイソブチル置換POSSとオクタキスジメチルシロキシ-T8-シルセスキオキサンを用いて、架橋の構造を変化させたスター型POSS化合物を合成し、それらの熱的、光学的特性を評価するとともに、A03班およびA04班との連携や共同研究による材料物性・機能評価によって、元素ブロック設計によって、元素ブロック単独での材料化可能性を探る。
これとは別に、様々な有機ヒ素化合物の合成と、それらの金属錯体を合成し、その結晶多形を精査することで、結晶多形制御による機能制御という新たな学術分野の創出を目指す。

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 6件) 学会発表 (27件) (うち招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Amphiphilic POSS-Core Dendrons for Optically Transparent Thermoplastic Films with Tunable Wettability2015

    • 著者名/発表者名
      Ogi, K.; Miyauchi, S.; Naka, K.
    • 雑誌名

      Polym. J.

      巻: 47 ページ: 259-266

    • DOI

      10.1038/pj.2014.119.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bendable, Free-Standing Calcite Thin Films2015

    • 著者名/発表者名
      Nakamura, S.; Naka, K.
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 31 ページ: 2014-2018

    • DOI

      org/10.1021/la504075p

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spontaneous Formation of Gold Nanoparticles with Octa(3-aminopropyl) Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane2015

    • 著者名/発表者名
      Imoto, H.; Ishida, K.; Sasaki, A.; Irie, Y. Itoh, H.; Naka, K.; Chujo, Y.
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1246/bcsj.20150009.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface Modification and Aggregation Control of Gold Nanoparticles via Multi-Functional Stabilizer Based on Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane2015

    • 著者名/発表者名
      Imoto, H.; Suzuki, S.; Naka, K.
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1246/bcsj.20150016.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Syntheses of Biphenyl-Terminated Polyhedral Oligomeric Octasilicate-Core Dendrimers and Their Single Component Optical Transparent Free-Standing Thermoplastic Films2015

    • 著者名/発表者名
      Irie, Y.; Naka, K.
    • 雑誌名

      J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1002/pola.27583

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis and polymerization of a para-disubstituted T8-caged hexaisobutyl-POSS monomer2014

    • 著者名/発表者名
      Maegawa, T.; Irie, Y.; Fueno, H.; Tanaka, K.
    • 雑誌名

      Chem. Lett

      巻: 43 ページ: 1532-1534

    • DOI

      10.1246/cl.140515

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Polymorph Control of Luminescence Properties in Molecular Crystals of a Platinum and Organoaresenic Complex and Formation of Stable One-Dimensional Nanochannel2014

    • 著者名/発表者名
      Unesaki, H.; Kato, K.; Watase, S.; Matsukawa, K.; Naka, K.
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 53 ページ: 8270-8277

    • DOI

      10.1021/ic500550y.

    • 査読あり
  • [学会発表] 環状オリゴアルシンを用いた9-アルサフルオレンの合成2015

    • 著者名/発表者名
      加藤拓路,中 建介
    • 学会等名
      日本化学会第95回春季年会
    • 発表場所
      船橋
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
  • [学会発表] 9-アルサフルオレン-白金(II)錯体の合成とその固体発光2015

    • 著者名/発表者名
      田中 進,加藤拓路,渡瀬星児,松川公洋,中 建介
    • 学会等名
      日本化学会第95回春季年会
    • 発表場所
      船橋
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
  • [学会発表] ynthesis and coordination behavior of unsymmetrical cyclic arsenic compounds2015

    • 著者名/発表者名
      Adachi, H.; Imoto, H.; Naka, K.
    • 学会等名
      日本化学会第95回春季年会
    • 発表場所
      船橋
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
  • [学会発表] 不完全かご型シルセスキオキサンを主骨格とする両親媒性分子の合成2015

    • 著者名/発表者名
      中尾優花,井本裕顕,中 建介,藤井秀司,中村吉伸
    • 学会等名
      日本化学会第95回春季年会
    • 発表場所
      船橋
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
  • [学会発表] Synthesis of POSS-Based Compounds and Their Application2015

    • 著者名/発表者名
      Naka, K.; Araki, H.; Irie, Y.; Maegawa, T.
    • 学会等名
      IITG-KIT Joint Symposium on Biobased Materials
    • 発表場所
      Guwahati, India
    • 年月日
      2015-01-20
    • 招待講演
  • [学会発表] 二官能性ヘキサイソブチルPOSS モノマー開発による主鎖型POSS ハイブリット高分子の合成2014

    • 著者名/発表者名
      前川昂之,田中一義,笛野博之,中 建介
    • 学会等名
      第33 回無機高分子研究討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-11-13 – 2014-11-14
  • [学会発表] 置換基変換によるヒ素含有環状二座配位子の配位構造制御2014

    • 著者名/発表者名
      安達大輝,中 建介
    • 学会等名
      第33 回無機高分子研究討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-11-13 – 2014-11-14
  • [学会発表] アルキレン鎖架橋イソブチル基含有スター型POSS 誘導体を用いた単一成分光学的透明膜の特性とナノ構造評価2014

    • 著者名/発表者名
      安本勇太,櫻井伸一,中建介
    • 学会等名
      第33 回無機高分子研究討論会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-11-13 – 2014-11-14
  • [学会発表] 置換基変換によるヒ素含有環状二座配位子の配位構造制御2014

    • 著者名/発表者名
      安達大輝,中 建介
    • 学会等名
      第15回リング・チューブ超分子研究会シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-10-27 – 2014-10-28
  • [学会発表] 縮合多環式ジイミド型有機ヒ素化合物の特性と金属錯体2014

    • 著者名/発表者名
      石徹白真,加藤 拓路,阿部 剛士,中 建介
    • 学会等名
      第15回リング・チューブ超分子研究会シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-10-27 – 2014-10-28
  • [学会発表] 二官能性へキサイソブチルPOSS誘導体を用いた高分子合成と特性2014

    • 著者名/発表者名
      前川昂之,入江 康行,田中 一義,笛野 博之,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会討論会
    • 発表場所
      長崎
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [学会発表] アルキレン鎖架橋イソブチル基含有スター型POSS誘導体による単一成分光学的透明膜の作製とナノ構造評価2014

    • 著者名/発表者名
      安本勇太,櫻井伸一,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会討論会
    • 発表場所
      長崎
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [学会発表] ビスアリール置換ヒ素含有環状二座配位子の合成とその錯体形成挙動2014

    • 著者名/発表者名
      安達大輝,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会討論会
    • 発表場所
      長崎
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [学会発表] 縮合多環式ジイミド型有機ヒ素化合物の特性と金属錯体2014

    • 著者名/発表者名
      石徹白真,加藤拓路,阿部剛士,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会討論会
    • 発表場所
      長崎
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
  • [学会発表] Organic-Inorganic Hybrid Polymers: Synthesis and Function2014

    • 著者名/発表者名
      Naka, K.
    • 学会等名
      The 12th Japan-Vietnam Joint Symposium, Can Tho University
    • 発表場所
      ベトナム
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-18
    • 招待講演
  • [学会発表] 無機高分子の新展開を目指した元素ブロック高分子材料2014

    • 著者名/発表者名
      中 建介
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      2014-09-10 – 2014-09-10
    • 招待講演
  • [学会発表] 縮合多環式ジイミド型有機ヒ素化合物の立体異性化とその金属錯体形成2014

    • 著者名/発表者名
      石徹白真,中建介
    • 学会等名
      第60回高分子研究発表会(神戸)
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-25
  • [学会発表] 両親媒性POSS核デンドロン透明膜の作製とその表面特性2014

    • 著者名/発表者名
      宮内咲奈,尾木公一,中建介
    • 学会等名
      第60回高分子研究発表会(神戸)
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-25
  • [学会発表] 二官能性へキサイソブチルPOSS 誘導体を用いたポリイミドの合成2014

    • 著者名/発表者名
      前川昂之,入江康行,田中一義,笛野博之,中建介
    • 学会等名
      第60回高分子研究発表会(神戸)
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-25
  • [学会発表] Synthesis of POSS-Based Compounds and Their Application2014

    • 著者名/発表者名
      Naka, K.; Araki, H.; Irie, Y.
    • 学会等名
      1st JAIST JAPAN-INDIA SYMPOSIUM ON AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES
    • 発表場所
      石川
    • 年月日
      2014-08-05 – 2014-08-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of POSS-Based Compounds and Their Application2014

    • 著者名/発表者名
      Naka, K.
    • 学会等名
      The First International Symposium on Advanced Polymer Materials and Fiber Science
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2014-08-04 – 2014-08-05
  • [学会発表] 二官能性へキサイソブチルPOSS誘導体の合成と高分子2014

    • 著者名/発表者名
      前川昂之,入江康行,田中一義,笛野博之,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-30
  • [学会発表] トランス体縮合多環式ジイミド型有機ヒ素化合物を用いた金属錯体の合成2014

    • 著者名/発表者名
      石徹白真,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-30
  • [学会発表] 対称および非対称ジフェニル置換ヒ素含有環状二座配位子を用いた金属錯体の合成2014

    • 著者名/発表者名
      安達大輝,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-30
  • [学会発表] 種々のアルキレン鎖で架橋されたイソブチル置含有スター型POSS誘導体光学的透明膜の作製2014

    • 著者名/発表者名
      安本勇太,中 建介,櫻井伸一
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-30
  • [学会発表] 水素結合性末端POSS核デンドロンを用いた単一成分透明膜の作製2014

    • 著者名/発表者名
      宮内咲奈,尾木公一,中 建介
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-30
  • [学会発表] POSSを基盤とした単一成分有機無機ハイブリッド材料の創出2014

    • 著者名/発表者名
      中 建介
    • 学会等名
      14-1精密ネットワークポリマー研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-04-18 – 2014-04-18
    • 招待講演
  • [備考] 中研究室、京都工芸繊維大学大学院、工芸科学研究科、物質工学部門、応用錯体化学分野

    • URL

      http://www.cis.kit.ac.jp/~kenaka/index.html

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公開日: 2016-06-01  

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