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2018 年度 実績報告書

柔軟性と構造対称性を併せ持つ革新的ラダーポリマーの合成と物性研究

研究課題

研究課題/領域番号 17H04879
研究機関東京工業大学

研究代表者

石割 文崇  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (00635807)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードラダーポリマー / コンフォメーション変化 / 溶液物性 / 熱物性 / ガス吸着特性 / ガス透過性
研究実績の概要

本研究では、Troeger's base骨格の高効率開環反応を鍵とした、1,5-ジアザシクロオクタン構造を主鎖に持つ、柔軟かつ高規則的という新しい構造特性を有する 新規ラダーポリマーの開発と物性研究を行っている。平成29年度には、エタノアントラセン骨格を有するジアミンモノマーからTroeger's base形成重合により得られるラダーポリマーに対し、ジメチル硫酸とNaOHを作用させることにより、二級アミン構造を有する1,5-ジアザシクロオクタン構造を主鎖に持つラダーポリマーを得た。しかし、上記論文で親ポリマーとして用いたPIM-EA-TBは、エタノアントラセン骨格を有するジアミンモノマーが、異性体の混合物であり、構造不規則性をもつ。そこで、平成30年度には、市販の単一のジアミンモノマー(2,5-ジアミノ-p-キシレンなど)から得られるTroeger's base含有ラダーポリマーの合成と開環反応について検討を行った。2,5-ジアミノ-p-キシレンから得られるラダーポリマーに関しては一段階の反応では完全な開環は達成されなかったが、開環反応を繰り返し行うことで開環率を向上させることができ高対称性のラダーポリマーが得られた。その過程で、1,5-ジアザシクロオクタンの二級アミン部位へのヨードメタンなどでのN-メチル化は、四級化体を生じることなく効率的に進行し、さらに構造対称性を向上させることにも成功した。このポリマーの溶液物性、ガス吸着測定、ガス選択透過性、熱物性などの調査を行っている。これに加え、1,5-ジアザシクロオクタンに対し、ホウ素化合物などのルイス酸を作用させることで、コンフォメーションの固定化が起こり、コンフォメーション挙動の変化が可能であることも見出した。これらの成果を元に、招待講演3件を含む計11件の学会発表を行うに至った。

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

研究2年目の段階で、柔軟性ラダーポリマーの溶液物性、ガス吸着測定、ガス選択透過性、熱物性などの物性検討をスタートさせることができている。また、1,5-ジアザシクロオクタンの二級アミン部位への効率的N-メチル化や、ルイス酸の配位/脱離によるコンフォメーション挙動の変化など、などの思いがけない発見もあり、これらの成果を元に、招待講演2件を含む計10件の学会発表を行うに至った。以上より、研究はおおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

平成30年度には、柔軟性ラダーポリマーの物性の徹底解明と、機能開拓を検討を行う。これまでに合成した,5-ジアザシクロオクタン骨格含有柔軟性ラダーポリマーの高次構造や物性に関しても徹底的な調査を行う。具体的には、固体状態においては、熱重量測定(TGA)、示差走査熱量測定(DSC)、X線回折測定(XRD)、偏光顕微鏡(POM)観察、動的粘弾性(DMA)測定などの基礎物性測定に加え、熱伝導率や、ガス吸着測定、ガス選択透過特性の評価を行い、高熱伝導性材料や、CO2分離膜などの機能開拓を行う予定である。また、溶液物性に関しては、分子量と慣性半径との関係(コンフォメーションプロット)を調べ、柔軟性ラダーポリマーの溶液中での振る舞い(コンフォメーション)について明らかにすることを目指す。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      マサチューセッツ工科大学
  • [雑誌論文] 柔軟性と対称性を持つ新しいラダーポリマーの展望2018

    • 著者名/発表者名
      石割文崇・福島孝典
    • 雑誌名

      公益社団法人 高分子学会 超分子研究会アニュアルレビュー

      巻: 39 ページ: 4-5

  • [学会発表] ジアザシクロオクタン骨格を主鎖に含む高い柔軟性と構造対称性を併せ持つラダーポリマーの合成と性質2019

    • 著者名/発表者名
      井上 恵希・石割 文崇・福島孝典
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会 甲南大学 岡本キャンパス (2019.3.16-19)
  • [学会発表] ジアザシクロオクタン骨格含有ラダーポリマーへのルイス酸の配位/脱離による可逆的配座柔軟性スイッチング2019

    • 著者名/発表者名
      大淵 萌々子・石割 文崇・福島 孝典
    • 学会等名
      第99回日本化学会春季年会 甲南大学 岡本キャンパス (2019.3.16-19)
  • [学会発表] “面”を持つ新たな高分子の合成と機能2019

    • 著者名/発表者名
      石割文崇
    • 学会等名
      第3回東工大応用化学系 次世代を担う若手シンポジウム 東京工業大学大岡山キャンパス ELSI棟三島ホール (2019. 3. 23)
    • 招待講演
  • [学会発表] 二面性π共役ポリマーの合成2018

    • 著者名/発表者名
      阿部 大樹・石割 文崇・福島 孝典
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会 名古屋国際会議場 (2018. 5. 23-25)
  • [学会発表] Troeger 塩基の高効率開環反応を鍵とした柔軟性と対称性を併せ持つラダーポリマーの合成と物性2018

    • 著者名/発表者名
      石割 文崇・竹内 信彦・佐藤 嵩浩・福島 孝典
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会 名古屋国際会議場 (2018. 5. 23-25)
  • [学会発表] 二面性共役ポリマーの合成と性質2018

    • 著者名/発表者名
      阿部 大樹・石割 文崇・福島 孝典
    • 学会等名
      第29回基礎有機化学討論会 東京工業大学 大岡山キャンパス (2018.9.6-8)
  • [学会発表] 二面性π共役ポリマーの合成と光電子物性2018

    • 著者名/発表者名
      阿部 大樹・石割 文崇・福島 孝典
    • 学会等名
      第67回高分子討論会 北海道大学 札幌キャンパス (2018.9.12-14)
  • [学会発表] ルイス酸の配位と脱離によるジアザシクロオクタン骨格含有 ラダーポリマーの可逆的配座柔軟性スイッチング2018

    • 著者名/発表者名
      大淵 萌々子・石割文崇・福島孝典
    • 学会等名
      第67回高分子討論会 北海道大学 札幌キャンパス (2018.9.12-14)
  • [学会発表] ジアザシクロオクタン骨格を主鎖に持つ柔軟性と対称性を併せ持つラダーポリマーの合成2018

    • 著者名/発表者名
      井上恵希・竹内信彦 ・石割文崇・福島孝典
    • 学会等名
      第67回高分子討論会 北海道大学 札幌キャンパス (2018.9.12-14)
  • [学会発表] 新奇トポロジカル分子・高分子の創成とその物性、機能2018

    • 著者名/発表者名
      石割文崇
    • 学会等名
      日本化学会関東支部栃木地区講演会 宇都宮大学陽東キャンパス(2018. 7. 10)
    • 招待講演
  • [学会発表] 特異な構造特性および集合構造を有する高分子の合成と機能2018

    • 著者名/発表者名
      石割文崇
    • 学会等名
      有機合成化学協会関東支部 平成30年度若手研究者のためのセミナー 東京大学薬学系総合研究棟2階講堂 (2018. 8. 4)
    • 招待講演
  • [備考] 福島・庄子研究室ウェブサイト

    • URL

      http://fuku.res.titech.ac.jp

  • [備考] 「化学と工業」ディビジョン・トピックス:柔軟性と対称性を併せ持つ新しいラダーポリマーの合成

    • URL

      http://www.chemistry.or.jp/division-topics/2018/03/post-111.html

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公開日: 2019-12-27  

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