| 研究課題/領域番号 |
26600003
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
山田 哲弘 千葉大学, 教育学部, 教授 (40182547)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | パーフルオロアルキル化合物 / 水素結合 / 平行β－シート構造 / ロイシンファスナー / 分子ジッパー / 双極子アレイ / コーティング / 二次元稠密構造 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，水素結合と分子ジッパーで形成された二次元稠密構造を，糖基の接着力で基材に固定することによるナノコーティングを実現するのが目的である。そのため，①オリゴロイシン型糖脂質の合成，②フィルム中の分子配向解析，③コーティング方法･条件の確立が研究を構成する3本の柱である。これらのうち①については，撥水･撥油･低摩擦の特性を備えたパーフルオロアルキル鎖を導入したオリゴロイシン型糖脂質の合成に力点を置く。②は，二次元稠密構造の根幹である水素結合と分子ジッパーの検出が主目的で，優れた表面処理効果と稠密構造形成の相関を実証する。③は，二次元稠密構造を維持したコーティング法の開発を行うが，特に糖基と基材の間に働く相互作用を分光学的にモニターすることで検討していく。
当初ロイシン残基数は多い方が薄膜の稠密性に優れると考えていたが，結晶性が向上する結果，単分子膜は海島構造となって欠陥を生じることがわかった。また，撥水･撥油性といったフルオロアルキル鎖のマクロ物性は，フルオロアルキル鎖の鎖長によって変わることも明らかとなった。特に後者は研究協力者の長谷川が双極子アレイモデル（フルオロメチレン基が一定のねじれ角をもって連鎖する結果，鎖長によってパッキング構造が変化するというもの）を提唱して論理的解釈を与えた（2014年)。双極子アレイモデルはこれまで解釈の難しかったフルオロアルキル鎖を有する化合物のマクロ物性を説明できる斬新なモデルであり，本研究のコーティングを実践する上でも実際に用いるフルオロアルキル化合物を用いた理論との整合性を確認する必要があった。
そこで，平成27年度にはフルオロメチレン基数が７個と９個のフルオロアルキル鎖型界面活性剤を合成し，長谷川の理論にほぼ合致したパッキング構造の形成を示唆する分光学的データー（IRよよびUV･vis）を得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
β－シートと分子ジッパーの階層構造を薄膜コーティング剤に応用使用とする当初の研究計画から見れば，研究は予期しなかった方向に展開している。具体的に言えば，分子ジッパー形成を確かなものとするためにロイシン残基数を増やすと結晶性が向上して薄膜の二次元稠密性が損なわれる。また，オリゴロイシン基にフルオロアルキル鎖を結合させるとオリゴロイシン基のかさ高さによってフルオロアルキル鎖のパッキングが阻害されて疎水性などフルオロアルキル鎖の有するマクロ物性が発現されなくなるようである。しかしながら，これらの結果を踏まえれば，フルオロアルキル鎖のマクロ物性を最大限に発揮できるアミノ酸残基を必要数組み込むことで当初考えていたよりも簡単な構造の分子で表面コーティングが可能になる可能性があることを示唆している。
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| 今後の研究の推進方策 |
上で述べた，現在までの進捗状況に鑑み，アミノ酸にグリシンを用いてフルオロアルキル鎖を導入し，コーティング剤としての性能を検討する予定である。すでにグリシンを用いた単純な界面活性剤を合成して分子集合構造や水素結合構造を赤外スペクトルから評価したが，アミド基が120°ずつ位相を変えて水素結合をした3(1)-ヘリックス構造を確認し報告した（高分子論文集）。そこで平成28年度は3(1)-ヘリックスを形成するオリゴグリシン基にフルオロアルキル鎖を結合し，オリゴグリシン基部分の3(1)-ヘリックスとフルオロアルキル鎖部分の双極子アレイを階層化させた新しい表面コーティング剤の創出を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
合成を計画していたフルオロアルキル鎖を有するグリシン型両親媒性分子の合成を平成28年度前期にあと送りしたことにより原料となるパーフルオロアルコール（二種類）の購入を平成28年度としたため。この合成を平成28年度にあと送りした理由は，ハイドロカーボン鎖を有するグリシン型両親媒性分子の合成を先行して行い，平成27年度中に分子配向のデーターをえる必要があったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度前半にパーフルオロアルコール（二種類）を購入しフルオロアルキル鎖を有するグリシン型両親媒性分子の合成を行う。
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