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2014 年度 実績報告書

ロタキサンの動的特性制御を基盤とする機能素子・素材の創成

研究課題

研究課題/領域番号 13J08481
研究機関東京工業大学

研究代表者

赤江 要祐  東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードロタキサン / シクロデキストリン / 高分子ロタキサン / 分解性ゲル / 不斉伝達 / 刺激応答性材料
研究実績の概要

本研究では構造明確な低分子ロタキサンを基盤とした機能素子・素材の創成を目指す。まずは高分子系へと展開することを計画した。サイズ相補性ロタキサンを高分子系に拡張することで、高分子ロタキサン中の輪成分の数、向き、位置及び運動性の制御が可能であると考えた。まず低被覆率高分子ロタキサンの合成を目標とする。この分子は報告がないため合成面、物性面および応用面において非常に興味深い。具体的には片方の末端に嵩高い置換基を有するポリマーをサイズ相補性ロタキサンに導入することで合成できると考えられる。この分子が期待通り機能すれば、加熱によって2つの輪成分の位置が変化するような熱応答性分子スイッチの創出が期待される。この高分子ロタキサンに関しては、昨年度開発に成功した。この他にもサイズ相補性ロタキサンの動的特性制御を基盤とした機能性超分子の開発を目指す。
また今年度は、サイズ相補性[3]ロタキサンを架橋剤に用いてポリマーを重合し、刺激応答性ゲルを合成した。メチルメタクリレートのフリーラジカル重合にこのロタキサン架橋剤を添加し、ロタキサン架橋ゲルを得た。ゲルを溶媒に膨潤させて加熱するとサイズ相補性部位のデスリップ反応が進行し、ゲル全体の解架橋が進行した。また蛍光性の[3]ロタキサン架橋剤を用いた系についても同様の検討を行った。その結果、ゲルの解架橋の様子は蛍光を用いても観測することが出来た。
さらに今年度はシクロデキストリン(CD)含有ロタキサンの不斉特性解析も行った。CD含有ロタキサンにおいて、アキラルな軸末端置換基に、CDのキラリティーが転写され、CDスペクトルにCotton効果が観測された。この発現機構について調べている。今後はさらに詳細を検討し、不斉触媒やCPLへの応用を試みるつもりである。

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

今年度はロタキサン架橋剤を用いた刺激応答性ゲル、およびロタキサンの不斉特性解析を行った。いずれも難関である化合物の合成法は確立出来、また十分に興味深い結果が得られている。また初年度開発に成功した高分子ロタキサンの結果も合わせると、ロタキサンの動的特性制御を応用した系を3つ開発出来たことになる。それぞれ論文1本分以上の結果が得られていることから、研究は順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

当初の計画通りに研究を進める予定である。今までに大きく3つの系を新たに開発出来たことから、それらのさらに詳細な検討と、論文化を行う。その後4つ目となる系の開発に着手する。特にロタキサンの不斉特性解析に関してはまだ十分な知見が得られていないので、その系について十分に調べ、CPLや不斉触媒への応用可能性を検討する。

備考

次の3件の受賞をした。ポスター賞、第25回基礎有機化学討論会2014年9月9日。Poster Award 、Molecular Chirality Asia 2014、Oct. 31, 2014, Beijing, China.藤森工業賞優秀賞、日本経済新聞社テクノルネサンスジャパン、2015年1月19日。
次の1件のテレビ番組に出演した。BSジャパン、「ヒラメキ!時代は理系」、2015年2月22日

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Cyclodextrin-Based Size-Complementary [3]Rotaxanes: Selective Synthesis and Specific Dissociation2014

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Akae, Yasuhito Koyama, Shigeki Kuwata, Toshikazu Takata
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 20 ページ: 17132-17136

    • DOI

      DOI: 10.1002/chem.201405005

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Synthesis of α-Cyclodextrin-based Size-complementary [3]Rotaxane and its Application to Polymer Systems2015

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Akae, Hiromitsu Sogawa, Toshikazu Takata
    • 学会等名
      日本化学会第95回春季年会
    • 発表場所
      日本大学理工学部船橋キャンパス、千葉県船橋市
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
  • [学会発表] Synthesis and Chiral Property of α-Cyclodextrin based [3]Rotaxanes2014

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Akae, Hiromitsu Sogawa, Toshikazu Takata
    • 学会等名
      Molecular Chirality Asia 2014
    • 発表場所
      北京大学、中国、北京
    • 年月日
      2014-10-29 – 2014-10-31
  • [学会発表] α-CD含有高分子[3]ロタキサンの合成と動的特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      赤江要祐・高田十志和
    • 学会等名
      第15回リング・チューブ超分子研究会
    • 発表場所
      東京工業大学、東京都目黒区
    • 年月日
      2014-10-27 – 2014-10-28
  • [学会発表] α-シクロデキストリン含有高分子[3]ロタキサンの合成と構造2014

    • 著者名/発表者名
      赤江要祐・高田十志和
    • 学会等名
      第4回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      タワーホール船堀、東京都江戸川区
    • 年月日
      2014-10-14 – 2014-10-16
  • [学会発表] α-シクロデキストリンとジアミノアルカンで構成されるロタキサンの合成と構造2014

    • 著者名/発表者名
      赤江要祐・高田十志和
    • 学会等名
      第25回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      東北大学川内キャンパス、萩ホール、宮城県仙台市
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-09

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公開日: 2016-06-01  

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