| 研究課題/領域番号 |
21J20498
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
磯辺 篤 千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| キーワード | 超分子ポリマー / 湾曲 / フォールディング / トポロジー / 速度論 / 水素結合 / 超分子多形 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、バルビツール酸が修飾されたπ共役分子が形成する超分子ポリマーのフォールディング過程を調査した。
研究内容１：π共役部位を拡張した分子は、直線状超分子ポリマーを形成した後に湾曲した超分子ポリマーへと自発的に巻き上がる現象を見出した。原子間力顕微鏡観察・小角X線散乱によって、この構造転移を実証した。さらに、分光スペクトルによって構造転移の過程・メカニズムを解明することに成功した。
研究内容２：π共役部位を構成するユニットを組み変えた分子は、温度制御による超分子重合により高温で直線状超分子ポリマーを形成し、溶液を室温まで冷却すると直線状超分子ポリマーが湾曲性超分子ポリマーへとフォールディングすることが分光測定、顕微鏡観察および小角X線散乱測定により実証した。さらに、直線状超分子ポリマーおよび湾曲性超分子ポリマー間のフォールディング・アンフォールディングが温度に対して可逆的に起きることも明らかになった。
研究内容３：先行研究の分子のπ共役部位にメチル基を1 個導入した分子を合成したところ、この新規分子は湾曲性を失ったロッド状の構造へと自己集合した。さらに、新規分子は、先行分子に比べて自己集合を駆動するアルカン溶媒中に高い溶解性を示した。バルク状態における集合状態を顕微鏡観察・X線回折測定により調査したところ、先行研究の分子は結晶性多形体へと自己集合し、難溶になってしまった一方で、メチル基を導入した新規分子は、不明瞭な凝集体を形成し、高い溶解性を示すことを明らかにした。これら2分子を混合した溶液を乾燥させてフィルムを作製したところ、新規分子が難溶性をもたらす結晶性多形体の形成を抑制し、先行分子が形成するラセン構造が高濃度で溶解した溶液を温和な条件で得ることに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
今年度は、高次ラセン構造を与えるモノマー分子のπ共役ユニットを組み換えた分子が温度変化に対して可逆的にフォールディングする超分子ポリマーを形成することを見出した。先行研究の分子との比較により、分子構造が自己集合過程や超分子ポリマーの構造に与える影響について解明した。また、高次ラセン構造を形成するモノマーはバルク中で結晶性多形体の形成によりアルカン溶媒に難溶であったが、結晶性多形体の形成を阻害し、高濃度で高次ラセン構造を得る興味深い戦略を見出したことから、本年度の研究は順調に進んでいると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに発見したフォールディングを示す超分子ポリマーを与える分子群に対してMDシミュレーションを行い、分子の積層様式、得られる構造およびフォールディング挙動の相関を明らかにする。
また、当初の目的である光応答性トポロジカル超分子ポリマーの創製を本年度までに実現できなかったため、最終年度も分子や自己集合の条件等を模索する予定である。
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