2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Functional Materials Exhibiting Mobility Based on Expansion and Contraction of Helical Polymer Chains
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21K18997
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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) |
廣瀬 大祐 金沢大学, 物質化学系, 助教 (60806686)
西村 達也 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (00436528)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | らせん / ポリアセチレン / 機能性高分子 / リビング重合 / 刺激応答性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者が独自に開発した「簡便かつ適用範囲の広い両末端の官能基化が可能なポリフェニルアセチレン誘導体(PPA)の精密合成技術 」と、「ラセン高分子の外部刺激応答性・運動性」・「固体表面で機能するスイッチングマテリアル」に関する知見を基軸として、従来のラセン高分子の合成手法では設計・合成が困難であった、固体基板上でプログラミングされた運動性を示すラセン高分子鎖からなる機能性マテリアルの創製を行うことを目的としている。具体的には、独自に開発したテレケリックPPAの新規精密合成法を利用して、固体基板上でプログラミングされた運動性を示すラセン高分子からなる２種類の運動性集合体(A)分子アクチュエーターと(B)運動性ポリマーベルトの創製を目指して、以下の２項目について検討を行った。
１. 分子アクチュエーターの創製 本年度は、シリコン基板上にフェニルボロン酸ピナコールエステルを修飾し、我々の開発したロジウムをベースとする多成分触媒を用いて、フェニルボロン酸部位を開始点としてフェニルアセチレンをリビング重合し、PPA鎖からなるポリマーブラシ基板を合成した。各種測定結果から、得られたポリマーブラシのグラフト密度は十分に高く、各高分子鎖の長さの揃った濃厚なブラシ構造が基板表面に形成されたことが明らかになった。また、生長末端の触媒活性が保持されるリビング重合の特性を活かし、ブロック構造の形成を試みた。２種類の異なるモノマー溶液に順番に浸漬したところ、それぞれ200 nmの長さを持つブロックコポリマーからなるポリマーブラシの合成に成功した。
２. 運動性ポリマーベルトの創製 本年度は、末端にクリック反応(ヒュスゲン環化)部位と側鎖にホストゲスト相互作用部位等を導入したテレケリックブロックPPAを合成することに成功した。
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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2つの研究項目「1. 分子アクチュエーターの創製」と「2. 運動性ポリマーベルトの創製」に関して、概ね研究計画に掲げた研究成果が得られている。
「1. 分子アクチュエーターの創製」では、固体基板上にポリフェニルアセチレン鎖からなる濃厚ラセンポリマーブラシを合成する手法を確立することができたことから、期待通りの一定の研究成果が得られた。
「2. 運動性ポリマーベルトの創製」では、最も基礎的な技術となる末端にクリック反応(ヒュスゲン環化)部位と側鎖にホストゲスト相互作用部位等を導入したテレケリックブロックポリマーを合成することができたことから、今年度に予定していた成果が期待通り得られており、順調に進んでいる。
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 |
研究計画に掲げた２つの研究項目に対して、今後の推進方策を以下に示す。
1. 分子アクチュエーターの創製：初年度に確立した「固体基板上にポリフェニルアセチレン(PPA)の濃厚ラセンポリマーブラシを合成する手法」を利用して、外部刺激に応答してラセンピッチが協同的に変化し、ポリマー鎖がバネのように伸び縮みするといったラセン伸縮挙動を示すことが報告されている各種PPA鎖からなるポリマーブラシを基板上に作成する。基板上のラセンポリマーブラシが、各種の外部刺激に応答して、協同的かつ指向性の高いラセン伸縮運動を起こすかどうかを詳細に調べ、未踏の比出力特性を示す分子筋肉として機能することを明らかにすることを目指す。
2. 運動性ポリマーベルトの創製：初年度に、末端にクリック反応(ヒュスゲン環化)部位と側鎖にホストゲスト相互作用部位等を導入したテレケリックブロックポリマーを合成することに成功している。この合成法を適用して、クリック重合により分子内相互作用が優先される希薄溶液中では三次元集積構造を、固体表面ではポリマーベルトを形成する前駆体ポリマーを合成する。前駆体ポリマーからのベルト形成を確認した後に、運動性の確認を容易にするために観察容易な鎖長のテレケリックブロックポリマーに蛍光サイトをそれぞれ導入することで、蛍光性ポリマーベルトを固体表面上に作製する。得られたベルトを外部刺激により伸縮させる前後で蛍光サイト間距離が変化をすることを蛍光顕微鏡で確認して運動性ポリマーベルトとして機能することを明らかにし、ポリマーベルトを運動性機能性材料として応用するための礎を築く。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍のため、参加を予定していた学会がオンライン開催となり計上していた旅費が必要無くなったため。次年度に開催される学会の旅費として使用する計画である。
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