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2018 年度 実施状況報告書

動的共有結合を利用する環状高分子の合成と機能材料への展開

研究課題

研究課題/領域番号 18K14272
研究機関東京工業大学

研究代表者

青木 大輔  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (80736950)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード動的共有結合 / 環状高分子 / ラジカル
研究実績の概要

本研究課題では、「動的共有結合」が生み出す特異な「構造再編成」を利用することで、従来合成が困難であった環状高分子の効率的な合成を目指す。初年度(平成30年度)は、熱によってその動的特性を制御可能な(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-イル)ジスルフィド(BiTEMPS)の水酸基誘導体(BiTEMPS-OH)をジイソシアネート基と反応させることで、BiTEMPS骨格を繰り返し単位に有する直鎖状の高分子(P-1)を合成した。合成したP-1を希釈条件下で加熱することで結合交換反応を引き起こし、エントロピー的に有利な環状体 (P-2) へと選択的に誘導することに成功した。BiTEMPS-OHと反応させるジイソシアネートの構造を高分子とした場合にも、同様の反応が進行し、環状高分子を合成できることもわかった。本反応系を適用できる分子骨格の拡張を目指して、BiTEMPS-OHの水酸基とアクリル酸2-イソシアナトエチルを反応させることでチオ-エン反応活性なアクリレート基を有するBiTEMPS誘導体(BiTEMPS-Ac)を合成した。BiTEMPS-Acと末端にチオール基を有しているポリエチレングリコール(PEO)を用いて同様の手順で環化を行ったところ、環状のPEOを合成することにも成功した。本手法は環状高分子の合成法のみならず、超分子的な包摂能や反応場を提供する低分子環状化合物の合成法へも展開できることから今後の展開が期待できる。

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

計画した分子設計・反応設計通りに反応が進行したためスムーズに研究を推進できた。また予想以上にラジカルの安定性があり、大気中でも環化反応が進行したことは今後さらなる応用展開が期待できる。

今後の研究の推進方策

本反応系を適用できる分子骨格の拡張を目指して、種々のBiTEMPS誘導体や両末端官能基化された高分子(マクロモノマー)の開発を進める。さらに環化反応後に多少なりとも存在する末端構造を完全に取り除くための反応系を確立する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018

すべて 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件)

  • [学会発表] A Rational Entry to Macrocyclic Compounds and Polymers via Selective Cyclization Derived From Dynamic Covalent Bond2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      Japan-Korea Joint Symposium on Polymer Science 2018 (JKJS2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 動的共有結合化学を利用した環状高分子の効率的合成法2018

    • 著者名/発表者名
      青木大輔、大塚英幸
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 高分子トポロジー変換とその応用2018

    • 著者名/発表者名
      青木大輔
    • 学会等名
      関東高分子若手研究会 サマーキャンプ (2018年)
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子トポロジー変換が生み出すケミストリー2018

    • 著者名/発表者名
      青木大輔
    • 学会等名
      第一回 高分子の物理と化学を融合する会(2018年)
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的共有結合を利用した環状高分子の効率的合成法2018

    • 著者名/発表者名
      青木大輔、大塚英幸
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] A Rational Entry to Cyclic Polymers via Topology Transformation2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Aoki
    • 学会等名
      The First International Conference of Polymeric and Organic Materials Yamagata University
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子トポロジー変換を利用した環状トポロジーの構築2018

    • 著者名/発表者名
      青木大輔、鶴見七央、大塚英幸
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会(2019)
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子トポロジー変換による環状トポロジーの構築2018

    • 著者名/発表者名
      青木大輔
    • 学会等名
      高分子学会九州支部フォーラム 主題 数理・データサイエンスと材料科学のクロスオーバー
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of cyclic compounds and polymers via dynamic covalent chemistry-based topology transformation2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Aoki, Nao Tsurumi, Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会2019

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公開日: 2019-12-27  

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