多様な環状構造の可逆変換－トランスフォーマブルマクロサイクルの創成

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05417
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分33010:構造有機化学および物理有機化学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 中薗 和子 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30467021)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: マクロサイクル / サイズ可変 / ロタキサン / 多環状高分子

研究成果の概要

マクロサイクルは、末端を持たない閉じた構造により同一の化学組成・分子量の鎖状分子とは異なる物性・化学特性を示すことから様々な応用が期待されている。しかし、マクロサイクルの合成には多くの課題があり、望みの構造とサイズを有するマクロサイクルを自在に合成することは容易ではない。本研究では機械的結合を持つ分子であるロタキサンの動的構造特性を利用した新しい環化方法を提案し、ビニルポリマーの環化および、マクロサイクル構造を有するモノマーの重合では合成が難しい、多環構造を有する高分子の合成を達成した。刺激に応答して環状構造を変換させる刺激応答性官能基の導入とマクロサイクル中での駆動についても明らかにした。

自由記述の分野

構造有機化学、高分子化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

マクロサイクル骨格は医薬品や分子認識材料の多くに見られる骨格であり、最近では環状高分子の物性にも注目が集まっているが、マクロサイクルの研究において環化はボトルネックであり、自在な構造・サイズのマクロサイクルを高純度かつ大量に合成することは難しい。本研究を通して、ロタキサンの動的構造特性を利用したマクロサイクル合成は、従来からある鎖状分子を環化する方法や、小さな環状分子への挿入反応によって環拡大してマクロサイクルを得る方法とは本質的に異なる新しい合成概念であり、可逆的トポロジー変換という機能化も可能にすることを明らかにした。本成果をもとに多様な機能性マクロサイクルの研究の促進が期待される。