【要点】

• 水分に弱い水素結合とは原理的に異なる新しい会合性分子ユニットを発見
• 高分子量かつ分子量分布の広いアモルファス高分子へ適用可能
• アモルファス高分子材料への熱可塑性の付与やナノパターニング材料、物質輸送材料などへの応用に期待

【概要】

東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の石割文崇助教、福島孝典教授らの研究グループは、同物質理工学院 応用化学系の戸木田雅利准教授、東北大学 多元物質科学研究所 高田昌樹教授（理化学研究所 放射光科学研究センターグループディレクター）と共同で、高分子鎖の末端に導入するだけでアモルファス高分子（用語１）に3次元的な高次構造を誘起し、劇的な粘度の上昇をもたらす分子ユニットを開発した。

高分子に3次元の規則構造を誘起する技術（用語２）は、ナノパターニング材料や物質輸送材料、フォトニック材料の開発など、様々な分野で重要となっている。研究グループは、特異な置換パターンを持つトリプチセン誘導体（用語３）を、広く産業で用いられているポリジメチルシロキサン（用語４）の末端のみに導入した新たな分子を作製。このテレケリックポリマー（用語５）の構造を調べたところ、トリプチセンが入れ子状に自己集合した2次元シートが、規則的に積層して3次元構造を形成することを発見した。この構造変化によって、室温で液体だったポリジメチルシロキサンの粘度が1万倍以上に上昇したことで固体化し、熱可塑性（用語６）を付与できることも明らかとなった。

このトリプチセン分子ユニットは、一見大きな会合力を持たないように見えるが、分析してみると非常に高い自己集合能力を持つ新しい会合性分子であることがわかった。このような高分子の末端修飾法は、様々な高分子系にも適用できると期待される。また、置換基の位置のみが異なるトリプチセン誘導体を導入しても上記のような構造化は全く示さないという興味深い結果も得た。

本研究成果は、2018年10月3日（米国時間）に米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載された。

【用語説明】

（１）アモルファス高分子
特定の構造を取らない、ランダムな鎖状態の高分子。非晶性高分子とも呼ばれ、液体状態?ガラス状態を取る。

（２）高分子への3次元的規則構造の誘起
高分子材料に、ナノメートル（1ナノメートルは10億分の1メートル）の球状構造や層状構造、シリンダー構造など高次構造を形成させること。通常は、互いに混ざりにくいポリマー鎖を連結したブロックコポリマー（用語７参照）の自己集合（ミクロ相分離）によりこれら高次構造が形成される。この3次元構造を利用した、フォトニック結晶などの光学材料や、イオン?分子?ガス透過材料などの開発が盛んに行われており、特に自発的にナノパターンを形成するレジスト材料としての応用が期待されている。

（３）トリプチセン誘導体
３枚のベンゼン環が120°の角度で連結された下記の構造を持つ剛直なプロペラ状分子。置換基の位置を示すために番号付けがされている。分子の周辺には、ベンゼン環に挟まれた大きな空間（自由体積）がある。研究グループはこれまでに、1,8,13位に置換基を導入したトリプチセン分子が、３枚羽プロペラ構造を蜂の巣状の最密充填構造を形成することを見出した。
参考文献：Rational synthesis of organic thin films with exceptional long-range structural integrity N. Seiki, Y. Shoji, T. Kajitani, F. Ishiwari, A. Kosaka, T. Hikima, M. Takata, T. Someya, T. Fukushima, Science 2015, 348, 1122?1126

（４）ポリジメチルシロキサン
シリコンオイルのオイルとして利用される液体状の高分子。PDMSとも呼ばれる。化学的な架橋により３次元的なネットワークを取らせることにより固体化し、シリコンゴムとして用いられるが、液体状と固体状態の相転移を熱で誘起すること、すなわち、熱可塑性（用語６参照）を持たせるは困難であるとされている。

（５）テレケリックポリマー
高分子の両末端に置換基を導入したポリマーのこと。

（６）熱可塑性
低温状態では固体であるが、高温になると融解し液状になる性質のこと。

詳細（プレスリリース本文）

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