研究成果

構造制御された多分岐ポリマーの簡便合成に成功


2017年12月01日


     山子茂 化学研究所教授らの研究グループは、三次元構造の制御された「多分岐構造ポリマー」の実用的合成に世界で初めて成功しました。

     本研究成果は、2017年11月30日午後7時に英国の科学誌「Nature Communications」に掲載されました。

    研究者からのコメント

    山子教授

     ラジカル重合は合成ポリマーの約4~5割を産出する産業的に重要なポリマー材料創製法です。多分岐ポリマーの構造を制御することで様々な機能の向上が見込まれます。今回の成果は、ラジカル重合を用いた機能性ポリマー材料開発研究へ大きな波及効果が期待されます。

    概要

     樹状に枝分かれした多分岐ポリマーは、通常用いられる線状のポリマーと異なる様々な特徴を持ちます。特に、抵抗が小さく粘度が低い点や、様々な原子に置き換えられるポリマーの末端部分を多く持つという特徴を持つことから、粘度調節剤、潤滑剤、触媒、薬品輸送システムなど、多くの応用分野ですでに利用されています。しかし、製品で用いられている多分岐構造ポリマーは分子量、分子量のばらつき、分岐数、分岐間隔といった三次元(3D)構造が制御されていません。そもそもこれらの要素を制御した多分岐ポリマーの簡単な合成法が見つかっておらず、世界中で研究が進められています。

     中には3D構造の制御された多分岐ポリマーもありますが、合成に手間がかかるため大量に入手するのは困難です。一方、1回の合成で多分岐ポリマーを合成する方法もこれまでに知られていますが、3D構造までは十分に制御できていませんでした。

     そこで本研究グループは、新しく化学合成の材料となるモノマー分子(ポリマーを合成する際の基質)を開発しました。有機テルル重合制御剤を用いて、このモノマーとアクリル酸エステルをリビングラジカル(ラジカル重合において成長末端が重合の間中、常に活性である重合法)により重合することで、3D構造の制御された枝状の分岐構造を持つ多分岐ポリマーの合成に成功しました。有機テルル重合制御剤、新モノマー、アクリル酸エステルの量比を変えることで、分子量のばらつきが少ない状態を保ったまま分子量、分岐数、分岐間隔を自在に変えることができます。さらに、様々な官能基を持つアクリレートを利用できることや、成長末端を変換できることも明らかにしました。

    図:新しいモノマーを用いた多分岐ポリマーの制御合成。反応が進むにつれ、木のように枝分かれした構造をつくる。

    書誌情報

    【DOI】https://doi.org/10.1038/s41467-017-01838-0

    【KURENAIアクセスURL】http://hdl.handle.net/2433/228142

    Yangtian Lu, Takashi Nemoto, Masatoshi Tosaka & Shigeru Yamago (2017). Synthesis of structurally controlled hyperbranched polymers using a monomer having hierarchical reactivity. Nature Communications, 8, 1863.

    • 日刊工業新聞(12月1日 23面)に掲載されました。

    構造制御された多分岐ポリマーの簡便合成に成功
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