2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Functional Materials Utilizing Structural Characteristics of Helical Polymers Capable of Interconverting Dynamic and Static Properties
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16H04154
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
前田 勝浩 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (90303669)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井改 知幸 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (90402495)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 機能性高分子 / キラル高分子 / 分子認識 / らせん / ポリアセチレン / 不斉識別 / 光学活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ポリ(ジフェニルアセチレン)のユニークな構造特性を活用した高性能キラルマテリアルとしての機能開拓を目指し、次の４項目について検討することを目的としている。1.比色検出型キラルセンサーの開発、2. キラル識別能の自在スイッチングが可能なキラル固定相の開発、3. 発光波長や回転方向の制御が可能な円偏光発光材料の開発、4. ポリ(ジフェニルアセチレン)のらせん構造の分子レベルでの解明
本年度は、1ー3の研究項目に注力して検討し、以下の結果を得た。
1：らせん構造を記憶として保持した側鎖にカルボキシル基を有するポリ(ジフェニルアセチレン) をキラルアミンと高分子反応することにより、そのキラリティを色の変化から目視により識別できることを昨年度に見出した。今年度は、このポリマーが、アミンのキラリティだけでなくその鏡像体過剰率も色の変化から直接決定できるキラルセンサーとして機能することを実証した。さらに、非共有結合相互作用によってゲストのキラリティを色や発光の変化により検知できるキラルセンサーの開発に成功した。
2:溶媒や温度などの外部刺激に応答して、らせん反転やコンホメーション変化を起こすポリマーの開発について検討したところ、光学活性なアミド置換基を導入したポリ(ジフェニルアセチレン)が、置換基の導入パターンによって外部刺激に応答して全く異なるコンホメーション変化を示すことを見出した。また、これらのポリマーをHPLC用のキラル固定相に応用し、アキラルな外部刺激による主鎖のらせん構造変化によって、光学分割能が変化するキラル固定相として機能することを実証した。
3:項目２で開発したポリマーについて、主鎖の構造変化に対応して円偏光発光特性（波長の変化、発光のON-OFF、回転方向）の制御が可能であることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要にまとめたように、研究計画に掲げた４つの各研究項目のうち１－３の３つの研究項目に関しては、今年度までにすでに十分な研究成果が得られている。一方、ポリ(ジフェニルアセチレン)のらせん構造の分子レベルで解明については、徐々にデータは得られつつあるが、まだ十分な解明が達成されていないので、来年度注力をして取り組む必要がある。以上を総括し、全体的には概ね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究目的に掲げた４つの各研究項目に対して、今後の推進方策を以下に示す。
1. 色や発光の変化を利用した比色検出型のキラルセンサーの開発：今年度までに、色変化からアミンのキラリティや鏡像体過剰率(ee)を決定できる共有結合型のキラルセンサーとして機能するポリ(ジフェニルアセチレン)の開発に成功している。今後は、その適用範囲や一般性についてさらに詳細に検討するとともに、分子レベルでの機構解明を行う。また、キラル化合物との非共有結合相互作用によってそのキラリティを色や発光の変化により検知できるキラルセンサーの開発に今年度成功した。しかし、共有結合型のセンサーと比較するとエナンチオマー間の色変化が小さく検出の精度はかなり低い。今後は、側鎖の分子認識部位の構造を最適化することにより、より明確な色の変化を示すポリマーの開発を推進する。
2. キラル識別能の自在スイッチングが可能なキラル固定相：今年度の研究成果から、光学活性なアミド置換基を導入したポリ(ジフェニルアセチレン)が、置換基の導入パターンによって外部刺激に応答して全く異なるコンホメーション変化を示すことを見出した。今後は、分子レベルでの機構を解明するとともに、より高い光学分割能を示すスイッチングが可能なキラル固定相の開発を行う。
3. 発光波長や回転方向の制御が可能な円偏光発光材料の開発：研究項目２と同様に研究を進め、より効果的に発光波長や回転方向の制御が可能な円偏光発光材料の開発を行う。また、温度や溶媒以外の他の外部刺激に応答して、らせん反転やコンホメーション変化を起こすポリマーを開発する。
4. ポリ(ジフェニルアセチレン)のらせん構造の分子レベルで解明：今年度に引き続き、ポリ(ジフェニルアセチレン)のらせん構造について、様々な分光学的手法や分子モデル計算を駆使して、ポリマーの構造を分子レベルで正確に決定する。
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