液晶場を用いた高分子合成と新機能発現

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12129201
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 赤木 和夫 筑波大学, 物質工学系, 教授 (20150964)
• 研究分担者: 後藤 博正 筑波大学, 物質工学系, 講師 (40292528)
• キーワード: ポリアセチレン / 導電性高分子 / ヘリカル構造 / キラルネマティック液晶 / 光学活性 / 不斉異方性反応場 / 分子ソレノイド / 分子素子

研究概要

キラルネマチック液晶を溶媒とする不斉反応場でのヘリカルポリアセチレンの合成を展開するとともに、らせん状モルホロジーの制御を目指した。
(1)軸不斉キラルビナフティル誘導体をキラルドーパントしてネマティック液晶に添加して、キラルネマティック液晶を調製した。これに所定量のチグラー・ナッタ触媒を加えた後、5テスラーの磁場を印加して、キラルネマティック液晶が一方向に配向したモノドメイン構造を構築した。配向した不斉反応場でアセチレンの重合を行い、磁場方向に平行にかつ巨視的に配向したヘリカルポリアセチレン薄膜を合成することに成功した。従来の通説では、キラルネマティック液晶に磁場を印加すると、らせん構造が消失しネマティック液晶になるといわれていたが、本研究により、少なくとも5テスラーの磁場強度を印加する限りでは、液晶のらせん構造は壊れることなくキラルネマティック相が維持されたまま配向することがわかった。
(2)ヘリカルポリアセチレンのねじれ方向をより一層厳密に制御すべく、ネマティック液晶に加えるキラルドーパントを分子設計し、種々の軸不斉ビナフチル誘導体を合成した。その中で、ビナフチル環の2、2'位をメチレン鎖で連結した架橋型バイナフチル誘導体は、非架橋型と同じ旋光性(R体ないしS体)であっても、ネマティック液晶に加えた段階で逆のらせん構造を形成し、結果的にヘリカルポリアセチレンのねじれも逆転することを見出した。すなわち、ビフェニル環同士の相対的ねじれ方向は同じであっても、ねじれの度合いが架橋型と非架橋型で異なるため、母液晶のネマティック分子のねじれ方向をも変えうる作用が働いていると理解された。すなわち、ヘリカルポリアセチレンのねじれ方向を制御するには、同じキラル化合物でR体とS体という二種類の旋光性を使い分けるアプローチの他に、同じR体ないしS体のビナフチル誘導体でも架橋型と非架橋型に分子修飾することで制御可能であることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] S.Yorozuya: "Synthesis and Properties of Chiral Thienylene-Phenylene Copolymers"Synthetic Metals. 135-136. 93-94 (2003)
• [文献書誌] H.Iida: "Induction of Helicity on Liquid Crystalline Poly(para-phenylene) Derivatives by Means of Chiral Dopant"Synthetic Metals. 135-136. 91-92 (2003)
• [文献書誌] T.Mori: "Synthesis of Vertically Aligned Helical Polyacetylene under Homeotropic Chiral Nematic Liquid Crystal Field"Synthetic Metals. 135-136. 83-84 (2003)
• [文献書誌] S.J.Zheng: "Synthesis of Shish-Kebab-Type Liquid Crystalline Polyfluorene Derivatives"Synthetic Metals. 135-136. 135-136 (2003)
• [文献書誌] M.Kyotani: "Synchrotron Radiation Ablation of Polymers Having Double Bonds in Their Main Chains"Synthetic Metals. 135-136. 785-786 (2003)
• [文献書誌] Y.Kumuchi: "Nanostructural Properties of Pyrolytic Carbon from Polyacetylene Thin Film"Polymers. 45. 303-312 (2004)
• [文献書誌] H.Goto: "Synthesis of Polythiophene Derivatives Bearing Ferroelectric Liquid Crystalline Substituents"Macromolecules. (in press). (2004)
• [文献書誌] H.Goto: "Synthesis and Properties of Mono-Substituted Polyacetylene Derivatives Bearing Ferroelectric Liquid Crystalline Groups"Macromolecules. (in press). (2004)
• [文献書誌] H.Goto: "Synthesis and Magnetic Property of Polydiphenylamine Derivative Bearing Stable Radical Groups"Polymer. (in press). (2004)
• [文献書誌] 赤木和夫: "有機エレクトロニクスを支える共役系高分子と材料技術"MATERIAL STAGE. 3. 5-8 (2003)
• [文献書誌] 赤木和夫: "マジカルポリマー:進化する導電性高分子-赤木和夫・筑波大学教授にきく"高分子. 52. 916-917 (2003)
• [文献書誌] 赤木和夫: "発光性と液晶性の融合を目指した高分子の設計と制御"機能性材料. 24. 71-82 (2004)
• [文献書誌] 赤木和夫(分担執筆): "21世紀版・薄膜作製応用ハンドブック"ポリアセチレン,エヌ・ティー・エス社. 1222-1227 (2003)
• [文献書誌] 赤木和夫(分担執筆): "化学ってそういうこと!-夢が広がる分子の世界"プラスチックに電気を流す,日本化学会編. 154-155 (2003)
• [文献書誌] K Akagi(分担執筆): "The Chemical Society of Japan: 125 Years to the future"Metallic Luster of Polyacetylene Film Drawing Gold Medal of Nobel Prize,日本化学会. 47-49 (2003)
• [文献書誌] 赤木和夫(分担執筆): "ナノ・IT時代の分子機能材料と素子開発"ポリアセチレン系,エヌ・ティー・エス社. 40-52 (2003)
• [文献書誌] 赤木和夫(分担執筆): "ナノ・IT時代の分子機能材料と素子開発"液晶性導電性高分子の作製、エヌ・ティー・エス社. 84-92 (2003)
• [文献書誌] 赤木和夫(分担執筆): "高分子辞典(第三版)"高分子学会編(印刷中). (2004)