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2021 年度 実績報告書

高分子鎖切断の科学的解明を目指したポリマーラジカルを検出可能な分子プローブの開発

研究課題

研究課題/領域番号 21H04689
研究機関東京工業大学

研究代表者

大塚 英幸  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (00293051)

研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2026-03-31
キーワード高分子反応 / 高分子反応 / ポリマーラジカル / 分子プローブ / 蛍光検出
研究実績の概要

本研究では、外部刺激により高分子鎖が切断される際に発生する、微量かつ不安定なポリマーラジカルと速やかに反応して長寿命かつ蛍光を発する分子プローブ群の開発と高分子切断の多角的な解析を目的としている。今年度は、「ステージ1:蛍光性ラジカルを与える分子プローブ群の構築」から研究を着手し、10種類以上の誘導体の合成に成功した。合成の確認は、核磁気共鳴測定、赤外分光測定、質量分析、元素分析等により実施し、純度の確認は高速液体クロマトグラフィー測定により行った。得られた一連の分子プローブ群に対して、「ステージ2:分子プローブへの機能付与と評価」を実施した。
また、「ステージ3:プローブの高分子化と評価」を実施した。具体的には、高分子修飾反応を用いて、最も汎用的な高分子の一つであるポリスチレン(PS)に、ジアリールアセトニトリル(DAAN)骨格を直接導入したDAAN修飾PS(PS-DAAN)を合成した。PSへのDAANの導入率は、反応条件を変えることで制御できることが明らかとなった。PS-DAANは,低分子のDAAN誘導体と比較して、主鎖の切断を50倍程度高感度で検出できることが明らかになった。さらに、熱重量分析の結果、水素移動反応によってPSの連鎖的熱分解を抑止し、高分子の熱安定性を向上させる効果があることが示唆された。
こうして得られた知見は、本研究の今後の計画にとって重要な知見となり、これまで系統的な研究が行われてこなかった高分子鎖切断に関する学術基盤の構築に向けて、大きな一歩となった。

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

当初計画において、2021年度は「ステージ1:蛍光性ラジカルを与える分子プローブ群の構築」から着手し、年度途中から「ステージ2:分子プローブへの機能付与と評価」を実施することを想定していたが、それらは順調に進んでいる。また、「ステージ3:プローブの高分子化と評価」に関しては、一部を前倒しで実施することができた。

今後の研究の推進方策

順調に親展しているので、このまま計画通りに研究を推進する。予想外のことが起きた場合には、臨機応変に対応する計画である。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 7件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Mechanochromic elastomers with different thermo- and mechano-responsive radical-type mechanophores2022

    • 著者名/発表者名
      Yanada Kosaku、Aoki Daisuke、Otsuka Hideyuki
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 18 ページ: 3218~3225

    • DOI

      10.1039/D1SM01786A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polystyrene Functionalized with Diarylacetonitrile for the Visualization of Mechanoradicals and Improved Thermal Stability2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Takumi、Aoki Daisuke、Otsuka Hideyuki
    • 雑誌名

      ACS Macro Letters

      巻: 10 ページ: 744~748

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.1c00352

    • 査読あり
  • [学会発表] 高分子反応場を利用した蛍光ラジカルの物性評価2022

    • 著者名/発表者名
      山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      関東高分子若手研究会 2021 年度学生発表会
  • [学会発表] 固体中で発生するポリマーメカノラジカルを検出可能な蛍光性分子プローブの開発2022

    • 著者名/発表者名
      山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      関東高分子若手研究会 2021 年度学生発表会
  • [学会発表] 高分子鎖切断を検出可能なジアリール酢酸系分子プローブの合成と特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      内田優斗, 山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      関東高分子若手研究会 2021 年度学生発表会
  • [学会発表] 高分子鎖切断を検出可能な蛍光ラジカル前駆体の分子設計2022

    • 著者名/発表者名
      山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会 (2022)
  • [学会発表] ポリマーメカノラジカルを検出可能なジアリール酢酸系分子プローブの合成と評価2022

    • 著者名/発表者名
      内田優斗, 山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会 (2022)
  • [学会発表] 動的共有結合化学に基づく高分子反応に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      大塚英幸
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会 (2022)
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子反応を利用したメカノクロミックポリマーの設計2021

    • 著者名/発表者名
      大塚英幸
    • 学会等名
      高分子学会 21-1フォトニクスポリマー研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Visualization of Mechanoradicals Using Fluorescent Radical Precursor in Bulk State2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamamoto, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      4th Growing Polymer Symposium in KANTO
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluorescent Radical Precursors That Can Visualize Polymer Chain Scission2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamamoto, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      The 12th Multidisciplinary International Student Workshop
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluorescent Radical Precursors That Can Detect Polymeric Mechanoradicals2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamamoto, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      Multiscsle Mechanochemistry & Mechanobiorogy 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 高分子反応を基盤とした力学応答性高分子の設計2021

    • 著者名/発表者名
      大塚英幸
    • 学会等名
      36th Summer University in Hokkaido
    • 招待講演
  • [学会発表] ポリマーメカノラジカルを検出可能な蛍光ラジカル前駆体の置換基効果2021

    • 著者名/発表者名
      山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
  • [学会発表] 蛍光分子プローブを用いた高分子鎖切断で発生するメカノラジカルの可視化2021

    • 著者名/発表者名
      山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
  • [学会発表] 共有結合の切断・再結合・交換を駆使した力学機能高分子の設計2021

    • 著者名/発表者名
      大塚英幸
    • 学会等名
      日本接着学会東北支部講演会2021-1
    • 招待講演
  • [学会発表] 共有結合の切断・再結合・交換反応を利用した次世代型力学機能高分子の設計2021

    • 著者名/発表者名
      大塚英幸
    • 学会等名
      山形大学グリーンマテリアル成形加工研究センター&YU-COE(S)ソフトマテリアル創製研究拠点第60回合同セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛍光ラジカル前駆体を利用した高分子の力学的分子鎖切断の可視化および熱安定性の向上2021

    • 著者名/発表者名
      山本拓実, 青木大輔, 大塚英幸
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ
  • [学会発表] Design of Radical-type Mechanofunctional Polymers2021

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      MRM2021 Materials Research Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Visualization of Mechanoradicals Generated by Polymer Chain Scission in Bulk State Through a Fluorescent Radical Precursor2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamamoto, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      MRM2021 (Materials Research Meeting)
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of Mechanoradicals Generated by Polymer Chain Scission in Bulk State with Fluorescent Molecular Probes2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamamoto, Sota Kato, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Macromolecular Design of Mechanofunctional Polymers for Self-healing and Stress Visualization Based on Dynamic Covalent Chemistry2021

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Otsuka
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 大塚研究室

    • URL

      http://www.otsuka-cap.mac.titech.ac.jp/index.html

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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