Investigation of visualization of intermolecular hydrogen bonding of linear polymers in the crystal state

晶态线性聚合物分子间氢键可视化研究

• 批准号: 22K05217
• 负责人: 佐々木 園
• 金额: $ 1.33万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05217/
• 关键词: 高分子結晶; 電子密度分布マップ; 最大エントロピー法(MEM); 放射光粉末X線回折データ; パラクリスタル格子乱れ; 線状高分子; 結晶構造; 電子密度分布; 分子間水素結合

本研究は、大型放射光施設SPrig-8の高輝度X線を利用して収集した高SN比の粉末X線回折データと情報理論に基づく期待値の推定法であるマキシマムエントロピー法（MEM）を応用して、高分子（ポリマー）結晶の電子密度分布を3次元で可視化し、通常の結晶構造解析では不明瞭な結晶構造の乱れと非共有結合性分子鎖間相互作用（分子鎖間水素結合）を可視化可能な精密構造解析法を新たに確立することを目的とする。2022年度は、最も単純な1次構造を有する線状高分子である高密度ポリエチレン(HDPE)の粉末回折データを用いた構造解析法を再検討した。HDPEの粉末回折プロファイルと2次元回折パターンは、SPring-8の理研ビームラインで計測した。回折強度プロファイルについて、最初に結晶成分と非晶成分にピーク分離した後、結晶由来のBragg反射について直方晶系で指数付けを行なった。hkl反射ピークの位置からd-spacingを求め、格子定数a,b,cを決定した。hkl反射の観測強度Iobs(hkl)と上記の格子定数を用いて、既知の直方晶構造モデルを初期構造としてSHELEXで結晶構造を精密化した。精密化後の計算結晶構造因子Fcal(hkl)の位相角Φcal(hkl)を使って、Iobs(hkl)から求めた観測結晶構造因子Fobs(hkl)の実数項と虚数項を計算した。一連の反射のFobs(hkl)の実数項と虚数項を用いてMEM解析を行い、それらの最適解として3次元電子密度分布マップを得た。一方、試料に含まれる結晶の配向性を2次元回折パターンで評価した。結晶由来のDebye-Scherrerリングの強度を調べたところ、方位角に対する強度変化が小さかった。このことから、本研究で用いた試料に含まれる結晶はランダム配向（無配向）状態であることを確認した。

In this study, the electron density distribution of polymer crystals was visualized in 3-D using MEM method, which was used to estimate the expected value of high-luminance X-rays from SPrig-8, a large-scale radiation facility, based on information theory. General crystal structure analysis is not clear, crystal structure disorder and non-common molecular lock interaction (molecular lock element binding) can be visualized, and precision structure analysis method can be established. In 2022, the most pure linear polymer was re-examined by structural analysis. HDPE powder folding back, SPring-8 mechanical research and measurement Reflex strength, initial crystalline composition, amorphous composition, separation, Bragg reflection of crystalline origin, index of rhombic system hkl reflection position The measurement intensity of hkl reflection Iobs(hkl) and the lattice number of the above records are used to refine the known rectangular crystal structure. Calculation of crystal structure factor Fcal(hkl) after precision calculation of phase angle Φcal(hkl), Iobs(hkl), Ibs (hkl) Fobs(hkl) of continuous reflection is analyzed by MEM, and the optimal solution of Fobs (hkl) is obtained. On the one hand, the orientation of the crystals contained in the sample was evaluated using a two-dimensional analysis. Crystal origin Debye-Scherrer separation intensity modulation, azimuth intensity modulation This study was conducted to confirm the crystal alignment of the sample.

项目成果

Investigation of Electron Density Distribution Imaging of Paracrystal Structure of Polymers

聚合物副晶结构的电子密度分布成像研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Toan Van Nguyen;Toshiteru Nagata;Kosei Noso;Kenshiro Kaji;Hiroyasu Masunaga;Taiki Hoshino;Takaaki Hikima;Shinichi Sakurai;Kenta Yamamoto;Yuta Miura;Takashi Aoki;Hideki Yamane;and Sono Sasaki*;SONO SASAKI
• 通讯作者: SONO SASAKI

Comparison between Ultrathin Films and the Bulk of Microbial Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) with Regard to Their Melt-Isothermal Crystallization Kinetics

• DOI: 10.1021/acs.macromol.2c00389
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Macromolecules
• 影响因子: 5.5
• 作者: T. V. Nguyen;Toshiteru Nagata;Kosei Noso;Kenshiro Kaji;H. Masunaga;T. Hoshino;S. Sakurai;S. Sasaki