北海道大学,お茶の水女子大学,東北大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和５年７月２０日

北海道大学
お茶の水女子大学
東北大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

「高分子のリングとひも」“マクロロタキサン”の合成に成功

～時間がたってもにじみ出さない高分子添加剤として期待～

ポイント

北海道大学 大学院工学研究院の佐藤 敏文 教授、磯野 拓也 准教授、お茶の水女子大学 基幹研究院 自然科学系の出口 哲生 教授、東北大学 多元物質科学研究所の陣内 浩司 教授、丸林 弘典 講師、防衛大学校 応用物理学科の萩田 克美 講師らの研究グループは、環状構造を持った高分子（環状高分子）とひものような高分子（線状高分子）の混合物に対して架橋反応を行うことで、環状高分子のリングの中に線状高分子が入り込んだネットワークポリマーの合成に成功しました。

リング分子に軸分子が貫通した「ロタキサン」は、軸分子両端のかさ高い構造の存在によって２つの分子が物理的につながった構造を持つ超分子であり、２０１６年のノーベル化学賞のトピックとしても注目されています。これまで知られているロタキサンはリング分子が比較的小さい小分子化合物に限られており、リング分子と軸分子の両方が高分子からできた巨大なロタキサンは全く注目されてきませんでした。しかし、巨大なロタキサンは分子量や構造を調節することで未知の物性や機能が期待できるため、その合成は意義深い挑戦と言えます。

研究グループは、環状高分子と線状高分子を混合した状態で線状高分子末端の架橋反応を行うことでロタキサンの形で環状高分子を取り込んだネットワークポリマーの合成に成功しました。研究グループが「マクロロタキサン」と名付けたこの巨大なロタキサンはリング分子と軸分子の両方が高分子から形成されているため、環状高分子のリングの数や大きさを自在にアレンジすることができます。

さらにロタキサンの形でネットワークポリマーに取り込まれた環状高分子は材料からにじみ出さないにもかかわらず、液体のように振る舞ってエネルギー分散性を付与できることから、建築物に使われる免振ゴムのような制振材料やタイヤの素材などへ応用可能であることを実証しました。今後、マクロロタキサンの特長を生かした新たな高分子材料の開発が期待されます。

なお、本研究成果は、現地時間２０２３年７月１７日（月）公開の「Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ」誌に掲載されました。

本研究は、科学技術振興機構「戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「高分子弾性のホモロジー的トポロジー理論の構築と環状混合デバイス」（ＪＰＭＪＣＲ１９Ｔ４）」、日本学術振興会 科学研究費助成事業（１９Ｋ２２２０９、１９Ｈ００９０５、２２Ｈ００３２９）、北海道大学 フォトエキサイトニクス研究拠点、創成特定研究事業、若手研究者育成事業、および江野科学振興財団の支援のもとで行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Rotaxane Formation of Multicyclic Polydimethylsiloxane in a Silicone Network: A Step toward Constructing “Macro-Rotaxanes” from High-Molecular-Weight Axle and Wheel Components”
ＤＯＩ：10.1002/anie.202304493

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Multicyclic molecular wheels with polymer potential”

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