新奇多環状トポロジー高分子の精密設計に基づくブレークスルー機能の創出

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23350050
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 手塚 育志 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (80155457)
• キーワード: トポロジー高分子 / ESA-CF法 / 高分子トポロジー化学 / 新奇多環状高分子

研究概要

申請者らはこれまでに、環状オニウム塩基を有する末端官能性高分子前駆体(テレケリクス)の高分子間静電相互作用による自己組織化と選択的共有結合変換を組み合わせた効率的合成システム(ESA-CF法)を基礎に、右のスキームに示す多環状トポロジー高分子およびこれらと直鎖状高分子セグメントを組み合わせたハイブリッド・トポロジー高分子の精密設計を進めてきた。本研究では、さらにこれを発展させるとともに、広範な環状トポロジー高分子による画期的ブレークスルー機能を創出することを目指した。これによって、今後この分野の研究を基礎・応用両面で牽引する技術基盤を確立する。
本研究では、高分子合成化学の到達点を大きく前進させる新奇多環状高分子の効率的・実用的合成プロセスを開発した。具体的には、(1)三環状高分子トポロジーのうち二重縮合型、および(2)四環状高分子トポロジーのうち、「非平面グラフ」としてのユニークなトポロジー幾何学的性質を持つ、三重縮合型トポロジーに焦点を絞り研究を推進した。これらはいずれも世界に先駆けての合成となるもので、高分子材料化学を超えて、ナノテクノロジーによる新材料創製を推進する基盤技術としても期待される。加えて本研究では、高分子の「かたち」に基づくブレークスルー機能の創出を目指し、(1)環状ブロック共重合体のトポロジー効果に基づく新奇ミセル・ベシクル特性の創出、(2)分子ねじれ単位を含む環状高分子の合成とメカノケミカル特性評価、および(3)アミノ酸、糖、核酸などのバイオ機能単位、および金属配位子、フォト、エレクトロ、マグネト機能単位を含む環状および多環状高分子(Functional Rings)の設計・合成についても検討を進めた。これらを統合し、高分子の「かたち」(トポロジー効果)に基づく新規な特性・機能を実現する「高分子トポロジー化学」体系を構築する。

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

平成23年度中に研究成果をJournal of the American Chemical Societyに論文発表した。(Sugai, N. ; Heguri, H. ; Yamamoto, T. ; ^*Tezuka, Y. A Programmed Polymer Folding : Click and Clip Construction of Doubly Fused Tricyclic and Triply Fused Tetracyclic Polymer Topologies, J.Am.Chem.Soc.2011, 133, 19694-19697.)さらに、招待講演を含む多数の学会発表を行っている。

今後の研究の推進方策

これらの成果を踏まえ、さらに3種(α、β、およびγグラフ図形)の高分子トポロジー設計に挑戦する。このうちγグラフ高分子は、これまでに申請者らが確立したESA-CF法およびclick法を適用し、双環状手錠型高分子の特定の位置にアリル基を導入した高分子前駆体を合成し、さらにメタセシス縮合環化反応することによって合成できる。また同様に、アリル基を導入したスピロ型3環状高分子前駆体を合成し、さらにこれをメタセシス縮合環化すると、これまで例のない4環3重縮合高分子トポロジー構築も実現できると思われる。

研究成果

• [雑誌論文] Surface Modification by Electrostatic Self-Assembly Followed by Covalent Fixation (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Foston, C. Hubbell, D.-Y. Park, F. Cook, Y. Tezuka, H. W. Beckham
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 51 ページ: 1849-1852
  • DOI: 10.1002/anie.201106968
  • 査読あり
• [雑誌論文] ATRP-RCM Polymer Cyclization : Synthesis of Amphiphilic Cyclic Polystyrene-b-Poly(Ethylene Oxide) Copolymers (2012)
  • 著者名/発表者名: Baba, E.; Honda, S.; Yamamoto, T.; Tezuka, Y.
  • 雑誌名: Polym.Chem. 巻: 3(in press)
  • DOI: 10.1039/c1py00475a
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Programmed Polymer Folding : Click and Clip Construction of Doubly Fused Tricyclic and Triply Fused Tetracyclic Polymer Topologies (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugai, N.; Heguri, H.; Yamamoto, T.; Tezuka
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 巻: 133 ページ: 19694-19697
  • DOI: 10.1021/ja209394m
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高分子トポロジー化学:環状高分子の新規合成プロセスおよびトポロジー効果に基づく機能創出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本拓矢, 手塚育志
  • 雑誌名: 高分子論文集 巻: 68 ページ: 782-794
  • DOI: 10.1295/koron.68.782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological Polymer Chemistry : A Cyclic Approach Toward Novel Polymer Properties and Functions (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T.; Tezuka, Y.
  • 雑誌名: Polym.Chem. 巻: 2 ページ: 1930-1941
  • DOI: 10.1039/c1py00088h
  • 査読あり
• [学会発表] コントロールドリリースに向けた環状両親媒性ブロック共重合体ヒドロゲルの構築:トポロジー効果に基づく高分子材料設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 本多智・山本拓矢・手塚育志・乳井樹・藤森厚裕
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] アジド基を有する環状テレケリクスの多重クリック反応によるスピロ多環状高分子トポロジーの構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高毅松・平郡寛之・山本拓矢・手塚育志
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Synthesis of Cyclic Polymers by Click Chemistry and Olefin Metathesis (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, N.Sugai, H.Heguri, K.Ishikawa, Y.Tezuka
  • 学会等名: 12th Pacific Polymer Conference
  • 発表場所: Jeju (Korea)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Construction of an Archaeal-cell Membrane-Mimetic Micelle with a Cyclic Block Copolymer (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Honda, T.Yamamoto, Y.Tezuka
  • 学会等名: 12th Pacific Polymer Conference
  • 発表場所: Jeju (Korea)
  • 年月日: 2011-11-15
• [学会発表] Topological Polymer Chemistry in Pursuit of Novel Macromolecular Structures and Functions (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Tezuka
  • 学会等名: Japan-Korea Joint Seminar 2011 : Advanced Soft Materials (JKJS 2011)
  • 発表場所: Sapporo (Japan)(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-31
• [学会発表] 環状両親媒性ブロック共重合体の構造特性を活用した外部刺激応答型ミセルの設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 本多智、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] 両親媒性環状PEO-PS共重合体の合成と自己組織化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 馬場英輔、本多智、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 親水性および疎水性環状ユニットから成る8の字型高分子の合成と自己組織化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 畠山史也、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 単一サイズの多環状高分子構築を目指した3分岐スターおよび6分岐デンドリックテレケリクスの合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木拓也、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] クリックケミストリー及びオレフィンメタセシスを用いた多環多重縮合型高分子の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平郡寛之、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] ペリレンジイミド部位を持つ8の字型高分子の合成と単一分子法による拡散挙動の観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤原奨、山本拓矢、手塚育志、羽渕聡史、バッハ マーティン
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 環状ステレオブロックポリ乳酸の合成と熱的性質の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅井直人、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] DFTを用いた遷移状態計算に基づく新規テレケリクス末端環状アンモニウム塩の設計と開環/脱環反応選択性制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村彰宏、高橋伸之介、山本拓矢、川内進、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] Topological Polymer Chemistry : A cyclic approach toward novel polymer properties and functions (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Tezuka
  • 学会等名: 2011 Taiwan-Japan Bilateral Polymer Symposium
  • 発表場所: Shinchu (Taiwan)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] Synthesis and Aggregation Behavior of PEO-PS Cyclic Block Copolymers (2011)
  • 著者名/発表者名: E.Baba, T.Yamamoto, Y.Tezuka
  • 学会等名: 2011 Taiwan-Japan Bilateral Polymer Symposium
  • 発表場所: Shinchu (Taiwan)
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] Construction of Multicyclic Polymers from kyklo-Telechelics via Click Chemistry (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, N.Sugai, H.Heguri, K.Ishikawa, Y.Tezuka
  • 学会等名: Baekeland Symposium 2011
  • 発表場所: Toyohashi, Japan
  • 年月日: 2011-09-12
• [学会発表] 両親媒性ブロック共重合体の環状化による高分子ミセルの耐熱性および耐塩性の向上 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本拓矢、本多智、手塚育志
  • 学会等名: 第63回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-09-08
• [学会発表] 親水性および疎水性環状ユニットから成る8の宇型高分子の合成と自己組織化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 畠山史也、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-27
• [学会発表] 環状両親媒性ブロック共重合体による耐熱性および耐塩性に優れたミセルの創製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 本多智、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-27
• [学会発表] 高分子トポロジー化学:「かたち」からはじめる高分子機能設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-26
• [学会発表] Click and Clipプロセスを用いた3重縮合4環高分子の構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平郡寛之、菅井直人、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 蛍光標識を持つ8の字型ポリテトラヒドロフランの合成と単一分子イメージング (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤原奨、山本拓矢、手塚育志、羽渕聡史、バッハ マーティン
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 両親媒性環状ブロック共重合体の合成と自己組織化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 馬場英輔、本多智、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 単一サイズの新規多環状高分子構築を目指した多分岐型テレケリクスの合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木拓也、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] クリックケミストリーおよびオレフィンメタセシスを用いた環状ステレオブロックポリ乳酸の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅井直人、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 臨界条件液体クロマトグラフィーを用いた直鎖および環状ブロック共重合体の分離 (2011)
  • 著者名/発表者名: イスケンディロバ グルミラ、本多智、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 計算化学を用いた遷移状態の解明に基づくテレケリクス末端環状アンモニウム塩基の開環・脱環反応選択性の制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村彰宏、高橋伸之介、山本拓矢、川内進、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 両末端に官能基を持つポリノルボルネンおよびポリシクロオクタジェンの合成と環化反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 貝原卓倫、山本拓矢、手塚育志
  • 学会等名: 第60回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-05-25
• [図書] Synthesis of Polymers : New Structures and Methods (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T.; Tezuka, Y.
  • 総ページ数: 531-545
  • 出版者: Wiley-VCH
• [図書] Topological Polymer Chemistry : A Quest for Strange Polymer Rings (2012)
  • 著者名/発表者名: Tezuka, Y.
  • 総ページ数: 293-303
  • 出版者: Wiley-VCH
• [備考]
  • URL: http://www.op.titech.ac.jp/lab/tezuka/ytsite/index.html