| 研究課題/領域番号 |
19K05417
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
中薗 和子 東京工業大学, 物質理工学院, 特任准教授 (30467021)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | マクロサイクル / サイズ可変 / ロタキサン |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、末端を持たないマクロサイクル特有の物性や化学特性発現を内在する変換可能な材料の創製を目的とし、機械的結合を骨格に有するマクロサイクルを鍵構造として用いることにより、可逆的な構造変換が可能なマクロサイクルの開発と物質・機能の評価を目標として研究を推進した。
本年度は特に、①骨格に機械的結合を有するマクロサイクル分子の設計と導入方法の開発、および②溶液中におけるマクロサイクルの構造評価、③直鎖状高分子のマクロサイクル化方の開発について検討を進めた。結果として、①二環性クラウンエーテル分子と軸分子から構成されるHandcuff[2]ロタキサンを高効率で合成する手法を確立した。またその軸分子中にクラウンエーテルと非共有結合性相互作用する官能基を導入し、②コンポーネントの相対配置を制御することで、軸分子と二環性クラウンエーテル分子で形づくられるマクロサイクル構造の制御を行った。また、③高分子量の軸を用いてマクロサイクルを合成したところ、溶液中においても環状高分子に特徴的な物性を示すことを明らかにした。
これらの検討によりマクロサイクルのサイズの変換は酸または塩基処理による制御を検討し、溶液反応では問題なくマクロサイクルの内孔部分の拡大縮小が繰り返し行えることを見出した。また、動的共有結合化学によるマクロサイクルの修飾・変換に向けてチオール基の導入検討にも着手し、モデル分子を用いて合成経路の探索を行った。現在、モデル分子でチオール-ジスルフィド動的共有結合化学を用いた構造変換の検討を進めている。
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| 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
予定していたHandcuff[2]ロタキサンの合成については、順調に検討を進め、当初の分子設計から多少の変更のみで目的のHandcuff[2]ロタキサンを収率良く得られる合成法を確立した。これらの構造評価も合わせて本研究の基礎となる知見を得た。論文化に向けた化合物データの収集および構造の一般性についての検討がやや遅れており、Handcuff[2]ロタキサンの合成に関する成果の論文投稿が遅れているが、次年度中には論文投稿できるものと考えている。これらを総合して概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
Handcuff[2]ロタキサンの合成に関する論文投稿に向けた実験に加え、今後は特に①動的共有結合を有するHandcuff[2]ロタキサンの合成と構造制御およびポリマー等への変換について検討を進める。可動な機械的結合を動的共有結合化学によって固定化することで、化学修飾や重合反応に安定な構造に変換し、マクロサイクル含有高分子材料としての物性・機能を評価する。すでに合成したチオール基をクラウンエーテル上に導入したモデル[2]ロタキサンの合成において、クラウンエーテル同士がジスルフィド結合した二量体である[3]ロタキサンが安定に得られることを見出しており、チオール-ジスルフィドの可逆的な変換反応を取り入れたHandcuff[2]ロタキサンの合成と構造変換の検討を進める。一方、②マクロサイクルの自己組織化など集合体における、構造変換の評価を進めていきたい。また、③機械的結合の可動性を用いたマクロサイクル構築法の構造一般性を精査するために、剛直な骨格や極性官能基を有する鎖状分子の導入検討にも着手する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は、研究開始にあたり予備的に進めていたサンプルを用いて最終目的物の合成および精製、構造決定を重点的に進めたため、試薬やガラス器具等の消耗品は現有のもので進めることができた。当初は論文化に向けてHandcuff[2]ロタキサンの誘導体合成のためのスケールアップ合成も計画していたが、実験協力者が不在のため小スケールでのHandcuff[2]ロタキサンの合成法の確立と同定に注力したため、スケールアップ合成に着手できなかった。そのため新たに購入を予定していた試薬や溶媒等の消耗品については次年度購入する。
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