環状化合物の細孔空間を利用したポリロタキサンの普遍的合成法の確立

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複数の環状分子が高分子鎖に貫通した構造を有するポリロタキサンは、その構造に由来したユニークな力学物性を発現することが知られており、有用な高分子素材として注目されている。しかし、その特異構造の合成の難しさから従来知られているポリロタキサンの種類は極めて限られており、普遍的かつ容易な合成アプローチの開発が望まれてきた。本研究ではこれまでの常識にとらわれない新しいポリロタキサン材料の合成法を開拓する。具体的には、①ナノサイズの細孔を有する結晶性物質内における重合反応、および②ナノ細孔物質と高分子の混合による複合化の２種類のアプローチを検討する。本年度はまず、②のアプローチに則り、ナノサイズの細孔を無数に有する共有結合性有機構造体（Covalent-Organic Framework: COF）を高分子鎖のホストとして選択し、ポリロタキサン状の構造を有するCOF/高分子複合体の合成を行った。一般にCOFは結晶性の固体として得られるため、そのまま高分子と混合しても均一な複合体を得ることはできない。そこで、本年度はCOFを単一分子層からなるナノシートへと剥離し、得られたCOFナノシートと高分子を複合化させる手法を検討した。骨格に後修飾可能な官能基を有するCOFを設計・合成し、得られた結晶性COFへ適切な可能基変換反応を施すことによりCOF層間の相互作用を減退させることでナノシートへ剥離することに成功した。得られたCOFおよびナノシートの構造は、FT-IR、13C CP-MAS、TGA、DSC、AFM、DLS、PXRD等の種々の測定法により詳細に解析した。得られたCOFは水および極性有機溶媒へと良好に分散することも見出した。次年度に予定している複合化実験に備え合成法を最適化することで、本COFをグラムスケールで大量に得ることにも成功した。