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2013 年度 実績報告書

デンドリマー型元素ブロック高分子の構築と機能探索

公募研究

研究領域元素ブロック高分子材料の創出
研究課題/領域番号 25102536
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関大阪市立大学

研究代表者

小嵜 正敏  大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10295678)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード元素ブロック / 高分子合成 / デンドリマー / クリック反応 / ナノ材料
研究概要

簡便な末端官能基変換と代表的なクリック反応である CuAAC 反応をくり返すことで単一のデンドリマーから高分子量精密集積体を効率的かつ高収率で構築する手法を開発することに成功した。最初に、共役鎖内包型デンドリマー D1 (MW = 3,936) を合成した。続いて D1 を二分し、それぞれ片側末端基のみ CuAAC 反応に活性なアジド基およびエチニル基に高収率で変換することで、デンドリマー D1A 、 D1E をそれぞれ得た。得られた D1A と D1E を用いて CuAAC 反応を行うことで、デンドリマー二量体 D2 (MW = 7,762) を高収率で得ることに成功した。さらに、同様の官能基変換と CuAAC 反応を繰り返し行うことで、デンドリマー二量体から四量体 D4 (MW = 15,414) を、さらに四量体から八量体 D8 (MW = 30,719) を効率的かつ高収率で得ることに成功した。これらの研究成果は、デンドリマー型元素ブロック高分子を構築するための汎用性の高い効率的な方法を提供するものである。また、 CuAAC 反応がナノスケール元素ブロック高分子の構築に対して極めて有用な手法であることを実証した。
デンドリマー単量体および集積体のUV-visスペクトルを測定したところ、単量体と集積体は異なるスペクトルを与えた。単量体のスペクトルは、同程度の鎖長をもつオリゴ(フェニレンーエチニレン)(OPE)の溶液スペクトルとよく一致したが、集積体のスペクトルは OPE がランダム配向した会合体の吸収と一致した。蛍光スペクトルにおいても集積体のスペクトルは OPE 会合体のスペクトルと一致した。さらに、吸収スペクトル形状の溶液濃度依存性はいずれの集積体においても無視できる程度しかなかった。これらの結果は、集積体は溶液中において折りたたみ型構造を取ることを示している。

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

これまでに多くの元素を含む多様な構造のデンドリマーが報告されており、デンドリマーは大変魅力的な元素ブロックである。本研究の目的は、このデンドリマーの効率的で汎用性の高い集積法を確立して、革新的な機能を持つ高分子を構築することである。本年度の研究成果により、元素ブロックとして魅力的な共役鎖内包型デンドリマーどうしをクリック反応を利用して効率的に結合して多様な構造の集積体を構築することが可能となった。クリック反応は多くの官能基の存在下においても効率的に進行し、高収率で生成物を与える。したがって、開発に成功した元素ブロック集積法は、高い汎用性を有している優れた方法である。次年度からこの技術をさらに発展、改良してゆくことで目的とする高機能性高分子の構築を進めることができる。すなわち、本年度は次年度以降の研究展開のカギとなる基礎技術の確立を達成した。また、分子の合成のみならず、巨大分子の分離、精製法、構造評価法に関しても多くの経験と技術の蓄積を行うことができた。これらの成果は、今後の機能性分子の開発に直接応用することができる貴重なものである。
また、デンドリマー集積体が、溶液中において折りたたみ型の高次構造をとることがあきらかになった。さらに、集積体の高次構造が溶媒極性や温度によって変化することも分かった。高次構造変化は、それぞれのデンドリマーに内包される機能性部位の間の相互作用と密接に関係している。そのため、この高次構造変化を利用して、外部刺激に反応して、機能が変化する刺激応答型の高分子を得ることができる。このような高分子の開発は、まさに研究計画で提案したものであり、実際に高次構造変化が起きることを実証できたことは、この研究の目標達成への大きな一歩である。

今後の研究の推進方策

我々がこれまで構築した光捕集機能や電荷分離機能を持つ共役鎖内包型デンドリマーは大変魅力的な高機能元素ブロックである。今後、これらの元素ブロックを戦略的に組み合わせて高分子化することで、優れた光捕集特性や光電変換特性を持つ元素ブロック高分子を構築する。柔軟な結合部を持つデンドリマー集積体では高次構造変化によって分岐鎖間の距離や相互作用の大きさが変化する。この特性を利用して、外部環境変化に反応して機能が変化する光捕集アンテナを開発する。
最初に、アンテナ色素を結合したデンドリマー型元素ブロックを複数構築する。次に、これらデンドリマーをクリック反応によって集積し、柔軟な結合部を持つデンドリマー集積体を構築する。この時、周辺部を形成するデンドリマーのアンテナ色素よりも励起エネルギーの小さなアンテナ色素を持つデンドリマーを集積体の中心に導入する。長距離の励起エネルギー移動を効率的に行うためには、周辺部から中心部に向けて順次励起エネルギーが小さくなるように色素やアンテナを精密配列することが鍵となることがこれまでの研究で分かっている。柔軟な結合部を有するデンドリマー集積体は溶媒極性変化を敏感に感じ取り、折りたたみ型と直線型の間で高次構造を変化させることが期待できる。折りたたみ型では周辺部から中心部へと段階的に小さくなる励起エネルギー勾配が形成される。そのため、中心部に励起エネルギーが集まりやすい。もちろん、周辺色素と中心色素の距離が小さくなる影響も大きい。一方、直線型では中心に励起エネルギーが集まりにくい配列となる。各種分光学的手法を用いて、外部環境変化に応じて集積体の光捕集能力が大きく変化することを実証する。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (36件)

  • [雑誌論文] Preparation and Magnetic Properties of Metal-Complexes from N-t-Butyl-N-oxidanyl-2-amino-(nitronyl nitroxide)2014

    • 著者名/発表者名
      Furui, T.; Suzuki, S.; Kozaki, M.; Shiomi, D.; Sato, K.; Takui, T.; Okada, K.; Tretyakov, E. V.; Tolstikov, S. E.; Romanenko, G. V.; Ovcharenko V. I.
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 53 ページ: 802-809

    • DOI

      10.1021/ic4020898

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Magnetic Properties of Nitronyl Nitroxides with an Adjacent Chiral Group2014

    • 著者名/発表者名
      Tanimoto, R.; Suzuki, S.; Kozaki, M.; Shiomi, D.; Sato, K.; Takui, T.; Okada, K.
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 87 ページ: 314-322

    • DOI

      10.1246/bcsj.20130264

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nitronyl Nitroxide as a Coupling Partner: Pd-Mediated Cross-Coupling of (Nitronyl Nitroxide-2-ide)gold(I) (triphenylphosphine) with Aryl Halides2014

    • 著者名/発表者名
      Tanimoto, R.; Suzuki, S.; Kozaki, M.; Okada, K.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1246/cl.131162

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Allosteric regulation of the ligand-binding ability of Zn-porphyrin by metal complexation2013

    • 著者名/発表者名
      Kozaki, M.; Ninomiya, Y.; Suzuki, S.; Okada, K.
    • 雑誌名

      Tetrahedron Lett.

      巻: 54 ページ: 3658-3661

    • DOI

      10.1016/j.tetlet.2013.04.130

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoinduced Charge Separation of 10-Phenyl-10H- phenothiazine-2-Phenylanthraquinone Dyad Bridged by Bicyclo[2.2.2]octane2013

    • 著者名/発表者名
      Karimata, A.; Kawauchi, H.; Suzuki, S.; Kozaki, M.; Ikeda, N.; Keyaki, K.; Nozaki, K.; Akiyama, K.; Okada K.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 794-796

    • DOI

      10.1246/cl.130062

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dendritic Light-Harvesting Antennas with Excitation Energy Gradients2013

    • 著者名/発表者名
      Kozaki, M.; Suzuki, S.; Okada K.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 1112-1118

    • DOI

      10.1246/cl.130654

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy Transfer from iminonitroxide diradicals to a series of lanthanide ion2013

    • 著者名/発表者名
      Fukushima, Mayuko; Takeuchi, Toshiaki; Suzuki, Shuichi; Kozaki, Masatoshi; Okada, Keiji; Shigeta, Yasuteru; Hasegawa, Miki
    • 雑誌名

      Kidorui

      巻: 62 ページ: 188-189

    • 査読あり
  • [学会発表] 三座配位型フェルダジルジラジカル白金錯体の合成と性質2014

    • 著者名/発表者名
      横井宙是,鈴木修一,小嵜正敏,塩見大輔,佐藤和信,工位武治,岡田惠次
    • 学会等名
      日本化学会第 94 春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] ニトロニルニトロキシドおよびイミノニトロキシド置換ピロリジン-1-オキシルの合成と性質2014

    • 著者名/発表者名
      辻本晴希,鈴木修一,小嵜正敏,塩見大輔,佐藤和信,工位武治,岡田惠次
    • 学会等名
      日本化学会第 94 春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] トリニトロニルニトロキシド置換トリオキシトリフェニルアミンの合成と性質2014

    • 著者名/発表者名
      尾向宏介,谷本理勇,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      日本化学会第 94 春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] ニトロニルニトロキシド直結型金(I)錯体を用いたカップリング反応の開発2014

    • 著者名/発表者名
      谷本理勇,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      日本化学会第 94 春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] ドナー連結型ビス(ピリジルイミノ)イソインドリン白金錯体の太陽電池特性2014

    • 著者名/発表者名
      松本侑真,狩俣 歩,鈴木修一,小嵜正敏,村松陽平,昆野昭則,岡田惠次
    • 学会等名
      日本化学会第 94 春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 末端官能基活性化とクリック反応の繰り返しによるデンドリマー八量体の合成2014

    • 著者名/発表者名
      西岡沙織,小嵜正敏,鈴木修一,岡田惠次
    • 学会等名
      日本化学会第 94 春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] かさ高い遮蔽部を有する人工アロステリックレセプターの合成と性質2014

    • 著者名/発表者名
      二宮美雄,小嵜正敏,鈴木修一,岡田惠次
    • 学会等名
      日本化学会第 94 春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Regulation of the Receptor Ability of Zn-porphyrin with Sterically Bulky Shielding Units by the Formation of Fe Complexes2014

    • 著者名/発表者名
      Ninomiya, Y.; Kozaki, M.; Suzuki, S.; Okada, K.
    • 学会等名
      The 2013 OCARINA Annual International Meeting
    • 発表場所
      大阪市立大学
    • 年月日
      20140304-20140305
  • [学会発表] ニトロニルニトロキシド導入型酸素架橋トリフェニルアミンの合成2013

    • 著者名/発表者名
      谷本理勇,尾向宏介,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      第 7 回有機π電子系シンポジウム
    • 発表場所
      高崎ビューホテル(群馬)
    • 年月日
      20131213-20131214
  • [学会発表] クリック反応を用いたデンドリマー集積による高分子量精密分子集積体の構築2013

    • 著者名/発表者名
      西岡沙織,小嵜正敏,鈴木修一,岡田惠次
    • 学会等名
      第 7 回有機π電子系シンポジウム
    • 発表場所
      高崎ビューホテル(群馬)
    • 年月日
      20131213-20131214
  • [学会発表] 11 族金属元素置換ニトロニルニトロキシドの合成と酸化還元的性質2013

    • 著者名/発表者名
      谷本理勇,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      錯体化学会第 63 回討論会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] 安定有機ラジカルを配位子とする新奇 10 族金属錯体の合成と性質2013

    • 著者名/発表者名
      横井宙是,Xun Zhang,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      錯体化学会第 63 回討論会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] ジホスフィン配位子をもつ発光性銅 (I) フェニルアセチリド錯体の発光メカニズム2013

    • 著者名/発表者名
      石川絵美子,岩村宗高,神原隆介,鈴木修一,小嵜正敏,岡田恵次,野崎浩一
    • 学会等名
      錯体化学会第 63 回討論会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] 錯体形成を利用した亜鉛ポルフィリンのレセプター機能制御2013

    • 著者名/発表者名
      二宮美雄,小嵜正敏,鈴木修一,岡田惠次
    • 学会等名
      第 3 回 CSJ フェスタ
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      20131021-20131023
  • [学会発表] 基底二重項および三重項分子をエネルギードナーとしたランタニドの発光発現2013

    • 著者名/発表者名
      福嶋真由子,竹内利明,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次,重田育照,長谷川美貴
    • 学会等名
      第 3 回 CSJ フェスタ
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      20131021-20131023
  • [学会発表] ニトロキシド系二量体化合物の光吸収特性に関する理論研究2013

    • 著者名/発表者名
      中村亮太,重田育照,奥野克樹,岸 亮平,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次,長谷川美貴,中野雅由
    • 学会等名
      第 3 回 CSJ フェスタ
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      20131021-20131023
  • [学会発表] イミノニトロキシド-ニトロキシド基底三重項ジラジカルのESR二量子遷移のメカニズムの研究2013

    • 著者名/発表者名
      中澤重顕,河盛萌子,杉崎研司,豊田和夫,塩見大輔,佐藤和信,尾向宏介,古井孝宜,倉津将人,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次,工位武治
    • 学会等名
      第 7 回分子科学討論会
    • 発表場所
      京都テルサ
    • 年月日
      20130924-20130927
  • [学会発表] 希土類錯体の有機ジラジカル配位子の光吸収特性に関する理論研究2013

    • 著者名/発表者名
      中村亮太,重田育照,奥野克樹,岸 亮平,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次,長谷川美貴,中野雅由
    • 学会等名
      第 7 回分子科学討論会
    • 発表場所
      京都テルサ
    • 年月日
      20130924-20130927
  • [学会発表] 電子求引基を導入したフェノチアジン誘導体の発光特性2013

    • 著者名/発表者名
      狩俣 歩,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      2013 年光化学討論会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] トリフェニルアミン-白金ポルフィリン-ナフタルジイミド三連結体のスピン制御型光電子移動反応2013

    • 著者名/発表者名
      狩俣 歩,鈴木修一,小嵜正敏,木本健嗣,野崎浩一,松下浩典,池田憲昭,岡田恵次
    • 学会等名
      2013 年光化学討論会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] 白金ポルフィリン-亜鉛ポルフィリン-ジニトロベンゼン連結体のスピン選択的光電子移動2013

    • 著者名/発表者名
      上友淳弘,小嵜正敏,鈴木修一,鍋谷 悠,山本大亮,Kuttassery Fazalurahman, Ramakrishnan Vivek,井上晴夫,岡田惠次
    • 学会等名
      2013 年光化学討論会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] N-フェノチアジニルボラン誘導体 : 中性及び酸化体の合成と構造2013

    • 著者名/発表者名
      吉田考平,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] テトラフェニルアザジピロメテン誘導体の合成と色素増感太陽電池への応用2013

    • 著者名/発表者名
      中川堅太郎,松本侑真,鈴木修一,小嵜正敏,昆野昭則,村松陽平,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] 反磁性ホストを用いた基底三重項ニトロキシドジラジカル誘導体の希釈単結晶の作成2013

    • 著者名/発表者名
      尾向宏介,鈴木修一,小嵜正敏,中澤重顕,塩見大輔,佐藤和信,工位武治,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] Ru錯体を光増感剤とするラジカル付加反応の開発とアミノ酸誘導体の合成2013

    • 著者名/発表者名
      杉本 梓,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] ニトロニルニトロキシド置換ピロリジン-1-オキシルの合成と性質2013

    • 著者名/発表者名
      辻本晴希,鈴木修一,小嵜正敏,塩見大輔,佐藤和信,工位武治,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] ビス(ジアリールホスフィノ)ベンゼン-銅(I) アセチリド錯体の発光特性2013

    • 著者名/発表者名
      神原隆介,堀越敬史,鈴木修一,小嵜正敏,植野光代,石山 泰,石川絵美子,佐藤 翼, 成瀬大輔,岩村宗孝,野崎浩一,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] 電子ドナー連結型白金錯体の光電変換特性2013

    • 著者名/発表者名
      松本侑真,狩俣 歩,鈴木修一,小嵜正敏,村松陽平,昆野昭則,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] 遮蔽部のかさ高さが Zn-ポルフィリン-軸配位子結合のアロステリック抑制に与える効果2013

    • 著者名/発表者名
      二宮美雄,小嵜正敏,鈴木修一,岡田惠次
    • 学会等名
      第 24 回基礎有機化学討論会
    • 発表場所
      学習院大学
    • 年月日
      20130905-20130907
  • [学会発表] Construction of Organized Linear Assemblies of Dendrimers Using Click Reactions2013

    • 著者名/発表者名
      Nishioka, S.; Morita, S.; Kozaki, M.; Suzuki, S.; Okada, K.
    • 学会等名
      15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130728-20130802
  • [学会発表] Tris(N-phenothiazinyl)borane: The B-N bond characters of the Neutral and Radical Cation species, 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshida, K.; Suzuki, S.; Kozaki, M.; Okada, K.
    • 学会等名
      15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130728-20130802
  • [学会発表] Syntheses and Structures of Mono- and Bi-nuclear Copper(I) Acetylide Complexes with Highly Luminescent Properties2013

    • 著者名/発表者名
      Kambara, R.; Horikoshi, T.; Suzuki, S.; Kozaki, M.; Ueno, M.; Ishiyama, Y.; Naruse, D.; Iwamura, M.; Nozaki, K.; Okada, K.
    • 学会等名
      15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130728-20130802
  • [学会発表] Allosteric Suppression of the Ligand-binding Ability of Zn-porphyrin by the Formation of Fe Complexes2013

    • 著者名/発表者名
      Ninomiya, Y.; Kozaki, M.; Suzuki, S.; Okada, K.
    • 学会等名
      15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130728-20130802
  • [学会発表] Syntheses and Properties of Metal Complexes Coordinated by (Nitronyl Nitroxide)-2-ide Radical Anion2013

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, S.; Zhang, X.; Kozaki, M.; Okada, K.
    • 学会等名
      15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130728-20130802
  • [学会発表] Photoelectric Conversion Using Platinum Complexes Linked with Electron Donors2013

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, Y.; Karimata, A.; Suzuki, S.; Kozaki, M.; Muramatsu, Y.; Konno, A.; Okada, K.
    • 学会等名
      15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130728-20130802
  • [学会発表] イミノニトロキシドジラジカルからランタニドへのエネルギー移動2013

    • 著者名/発表者名
      福嶋真由子,竹内利明,鈴木修一,小嵜正敏,岡田惠次,重田育照,長谷川美貴
    • 学会等名
      第 30 回希土類討論会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      20130523-20130524

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公開日: 2015-05-28  

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