要点

• ・水分に弱い水素結合とは原理的に異なる新しい会合性分子ユニットを発見
• ・高分子量かつ分子量分布の広いアモルファス高分子へ適用可能
• ・アモルファス高分子材料への熱可塑性の付与やナノパターニング材料、物質輸送材料などへの応用に期待

概要

東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の石割文崇助教、福島孝典教授らの研究グループは、同物質理工学院 応用化学系の戸木田雅利准教授、東北大学 多元物質科学研究所 高田昌樹教授（理化学研究所 放射光科学研究センターグループディレクター）と共同で、高分子鎖の末端に導入するだけでアモルファス高分子に3次元的な高次構造を誘起し、劇的な粘度の上昇をもたらす分子ユニットを開発した。
高分子に3次元の規則構造を誘起する技術は、ナノパターニング材料や物質輸送材料、フォトニック材料の開発など、様々な分野で重要となっている。研究グループは、特異な置換パターンを持つトリプチセン誘導体を、広く産業で用いられているポリジメチルシロキサンの末端のみに導入した新たな分子を作製。このテレケリックポリマーの構造を調べたところ、トリプチセンが入れ子状に自己集合した2次元シートが、規則的に積層して3次元構造を形成することを発見した。この構造変化によって、室温で液体だったポリジメチルシロキサンの粘度が1万倍以上に上昇したことで固体化し、熱可塑性を付与できることも明らかとなった。
このトリプチセン分子ユニットは、一見大きな会合力を持たないように見えるが、分析してみると非常に高い自己集合能力を持つ新しい会合性分子であることがわかった。このような高分子の末端修飾法は、様々な高分子系にも適用できると期待される。また、置換基の位置のみが異なるトリプチセン誘導体を導入しても上記のような構造化は全く示さないという興味深い結果も得た。
本研究成果は、2018年10月3日（米国時間）に米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載された。
プレスリリース本文（PDF）

今回発見した分子ユニット「1,8位置換トリプチセン」を導入したテレケリックポリジメチルシロキサン（左）と、既存の４重水素結合性官能基を導入したテレケリックポリ（オリゴ）ジメチルシロキサン（右）の物性差。

論文情報

“Terminal Functionalization with a Triptycene Motif That Dramatically Changes the Structural and Physical Properties of an Amorphous Polymer”
Fumitaka Ishiwari, Gen Okabe, Hibiki Ogiwara, Takashi Kajitani, Masatoshi Tokita, Masaki Takata, and Takanori Fukushima
Journal of the American Chemical Society
DOI: 10.1021/jacs.8b09242

▶ 東京工業大学
▶ 理化学研究所
▶ 東北大学