Active control of supramolecular polymerization by using field-effect catalysis

利用场效应催化主动控制超分子聚合

基本信息

批准号：
22K20531
负责人：
渡邊雄一郎
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、超分子ポリマーの電界下精密合成を目的としている。「電界効果を触媒」として利用し「モノマーの自己集合プロセス」を能動的に制御する方法論の確立を目指した。１．電界応答性モノマー分子の合成と２．電界下超分子ポリマー合成の制御が２本柱となる。今年度は、１のモノマー分子の合成に注力した。当初設計していたモノマーは、平面かつ剛直なπ共役系有機半導体材料を組み込む構造を有していた。しかし、溶解性の観点からイオン性官能基の導入が困難であることがわかった。そこで、分子設計を柔軟に見直し、シンプルなモデルモノマーの合成に着手した。モノマーの主骨格には複数のアミド結合を施し、外縁部にカチオン性部位を導入した分子を合成した。モノマーの合成に向けて、まずイオン性側鎖の合成に取り組んだ。ジハロアルカンの片側にフタル酸イミド基を導入、他方にイミダゾールを導入し、最後に加水分解することで目的化合物を総収率４０％で得た。得られた側鎖を主骨格に導入後、イオン化し最終化合物を得た。得られたモノマーを2枚の電極で挟み、その電界応答性をクロノアンペロメトリーによって調査した。その結果、対向電極へモノマー分子が移動することを示唆する電流挙動が観測された。比較実験としてイオン化していない中性モノマーを用いて同様の実験を行った結果、特異な電流挙動は見られなかった。以上より、イオン性官能基を導入したモノマーの効果が現れたと考えられる。続いて、電界下におけるモノマーの分子集合体構造を調べる目的で、光学顕微鏡を用いて電極近傍の観察を行った。その結果、電圧印加して得られた試料では、陰極先端に複屈折が観測された。電圧を印加しない場合では複屈折は観測されないことから、電界によって位置選択的に集合体を形成することができたと考察している。

这项研究的目的是在电场下精确合成超分子聚合物。我们的目标是建立一种方法，通过使用“电场效应作为催化剂”来主动控制“单体自组装过程”。 1.电响应单体分子的合成和2。两个支柱是电场下超分子聚合物合成的控制。今年，我们重点研究单体分子1的合成。最初设计的单体具有包含平面刚性π共轭有机半导体材料的结构。然而，已发现从溶解性的角度来看，引入离子官能团是困难的。因此，我们灵活地重新审视了分子设计，并开始合成一个简单的模型单体。合成的分子具有连接到主要单体骨架上的多个酰胺键和在外边缘引入的阳离子部分。对于单体的合成，我们首先进行离子侧链的合成。在二卤代烷的一侧引入邻苯二甲酰亚胺基团，另一侧引入咪唑，最后水解得到目标化合物，总收率40%。将所得侧链引入主骨架后，进行电离，得到最终化合物。将获得的单体夹在两个电极之间，并通过计时电流法研究其电场响应。结果，观察到的电流行为表明单体分子向对电极移动。作为对比实验，使用非电离中性单体进行了类似的实验，没有观察到异常的电流行为。由上可知，认为引入了离子性官能团的单体的效果显现出来。接下来，为了研究电场下单体的分子组装结构，使用光学显微镜观察电极附近的区域。结果，在通过施加电压获得的样品中的阴极尖端处观察到双折射。由于在不施加电压时没有观察到双折射，因此认为电场能够以位置选择性的方式形成聚集体。