Theoretical studies on optical activities of helical polymers based on localized orbitals under the periodic boundary condition

周期性边界条件下基于局域轨道的螺旋聚合物旋光性理论研究

基本信息

批准号：
19K05392
负责人：
畠中正志
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tokyo Denki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はコロナ感染症により期間延長が認められており、本年度はその一年目に該当する。本研究はらせん高分子の光学活性を局在化軌道の方法を用いて理論的に導出し、実験的にその妥当性を検証することを目的としているが、理論的には前年度までに定式化と論文発表を終え、高分子の場合のみならず、３次元結晶で異方性がある場合にまで発展的に理論構築が進んでいる。一方、当該理論で予測された光学活性はすでによく確立された実験結果、たとえば、らせんポリアセチレンの円二色性スペクトルと非常に良好な一致を示し、その妥当性が検証されつつある。本理論はポリアセチレンのような共役系のみならず、非共役系の高分子にも適用可能であるはずだが、非共役系の高分子に関しては実験結果が乏しいため、本年度は実験的に非共役系のらせん高分子を合成して、その光学活性を測定・検討することにした。その結果、アクリル酸を鋳型重合させて選択的に左巻きのポリアクリル酸を合成することができ、その結晶構造解析と光学活性の測定に成功した。これは本研究の遂行にあたって貴重なデータであるのみならず、らせん高分子の構造化学的研究として基礎的かつ重要な意味をもっており、すでに年度末には論文投稿した。現在、実験結果をさらに補完するデータを取得している。また、らせん高分子の光学活性におけるサイズ効果の研究を平行して進めており、旋光強度の重合度依存性において興味深い法則が得られた。これはらせん高分子の光学活性が残基の局所構造と全体のらせん構造の寄与に分けられることを証明するもので、当該分野における基礎的な知見と考えられる。

由于Covid-19的大流行，允许该研究扩展，今年属于第一年。这项研究旨在使用局部轨道方法从理论上得出螺旋聚合物的光学活性，并在实验上验证其有效性，但是从理论上讲，该公式和论文在上一年完成，并且该理论不仅在聚合物中，而且在三维晶体中有Anisotrepropy的情况下也取得了进展。另一方面，该理论预测的光活性与已经建立的实验结果（例如螺旋聚乙烯的圆形二色性谱系）表现出非常良好的一致性，并且正在验证其有效性。该理论不仅适用于共轭系统，例如聚乙烯，而且适用于非偶联的聚合物，而且实验结果对于非偶联的聚合物而言很少，因此今年我们决定实验化非偶联的螺旋聚合物并测量和测量其光学活性。结果，丙烯酸可通过通过模板聚合化丙烯酸来选择性地合成左手聚丙烯酸，并且可以成功测量其晶体结构分析和光学活性。这不仅是进行这项研究的宝贵数据，而且作为螺旋聚合物的结构化学研究，它还具有基本和重要的意义，并且已经在财政年度结束时提交。当前，正在获得进一步补充实验结果的数据。此外，对螺旋聚合物光学活性的尺寸影响的研究已经并联，并且根据光学旋转强度对聚合程度的依赖性获得了一个有趣的规则。这表明螺旋聚合物的光活性可以分为残基的局部结构和整体螺旋结构的贡献，并被认为是该领域的基本知识。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

“Optical activities of helical polymers: A crystal orbital theory based on Wannier functions“

“螺旋聚合物的光学活性：基于万尼尔函数的晶体轨道理论“

DOI：
10.1007/s00214-021-02843-9
发表时间：
2021
期刊：
Theor. Chem. Acc., 140, 153 (2021).
影响因子：
0
作者：
K. Aki;E. Okamura;M. Hatanaka
通讯作者：
M. Hatanaka

A structural study on chiral poly(methacrylic acid) polymerized with chitosan templates

DOI：
10.1016/j.molstruc.2023.136710
发表时间：
2023-09
期刊：
Journal of Molecular Structure
影响因子：
3.8
作者：
Daisuke Sayama;Masashi Hatanaka;Makoto Miyasaka
通讯作者：
Daisuke Sayama;Masashi Hatanaka;Makoto Miyasaka

Polyuret

聚脲

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
Powder Diffraction File, submitted.
影响因子：
0
作者：
C. R. Baiz;B. Blasiak;J. Bredenbeck;M. Cho; H. Torii;L. Wang;L. J. Webb;M. T. Zanni;et al.;M. Hatanaka
通讯作者：
M. Hatanaka

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