2018 Fiscal Year Research-status Report
Multi-functional Rare Earth Catalysts for Precision Chemical Transformation
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17K05824
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
西浦 正芳 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30332258)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 希土類金属 / 不斉触媒 / シクロペンタジエニル基 / C-H結合活性化 / 非極性と極性オレフィンとの共重合 / ポリオレフィン / 自己修復材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、優れた物性や新機能を持つ高分子材料の合成や高効率な物質変換反応を目指して、希土類錯体の特異な性質を利用した高活性、高選択的な錯体触媒の開発を行っている。本年度は、希土類錯体(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2と[Ph3C][B(C6F5)4]の触媒系を用いてアニシルプロピレンとエチレンの共重合を行うことにより、比較的高分子量の共重合体を得ることに成功した。各種2次元NMRによる構造解析の結果、アニシルプロピレンとエチレンとの交互ユニットに加え、エチレン－エチレン連鎖を持つ構造であることが明らかとなった。この共重合反応のメカニズムについては、アニシルプロピレンおよび触媒配位子のかさ高さの影響でアニシルプロピレンの連続挿入が抑制され、アニシルプロピレンとエチレンの交互挿入が優先的に進行し、短いエチレン連鎖の形成を伴うユニークなマルチブロック共重合体が生成している。得られた共重合体の引張り試験を行った結果、伸び率が2200％以上と優れたエラストマー物性を示し、分子量が増加するに従って破断強度が増大し、最高10.2 MPaに達した。さらにこれらの共重合体は、乾燥空気中のみならず、水や酸、アルカリ性水溶液中でも自己修復性能や形状記憶性能を示すことが明らかとなった。さまざまな測定の結果、エラストマー物性や自己修復性および形状記憶特性を発現する理由の一つとして、アニシルプロピレンとエチレンとの交互ユニットが柔らかい成分として働き、エチレン-エチレン連鎖の硬い結晶ユニットが物理的な架橋点として働くことができるネットワーク構造の構築が重要な鍵となっていることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、スカンジウム触媒系を用いることにより、希土類金属触媒を用いることにより、アニシルプロピレンとエチレンとの精密共重合を達成し、乾燥空気中のみならず、水や酸、アルカリ性水溶液中でも自己修復性能や形状記憶性能を示す新しい機能性ポリマーの創製に成功した。本研究成果は、今後の自己修復性材料の設計・開発にとって重要な指針を与えた。
以上のように、自己修復性能や形状記憶性能を示す新しいエチレンとアニシルプロピレンの共重合体の合成に成功し、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
希土類触媒による新規重合反応の開発においては、まずこれまでの実験結果を踏まえて、引き続き、中心金属や配位子を適切に組み合わせて、対応する様々な希土類ジアルキル錯体を合成し、これらを触媒として用いてヘテロ原子の配位を適切に活用した精密重合および共重合反応を検討していく。具体的には置換アニシルプロピレンの他に、アリルアニリンやアリルスルフィド類とエチレンの共重合を行い、機能性ポリオレフィンを開発する。
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