筑波大,らせん光と電気で光学活性高分子を合成

筑波大学は,世界で初めて,らせん光を用いた「絶対不斉電解重合」に成功した(ニュースリリース)。

従来,導電性高分子の作製には,触媒を用いて作成する方法の他に,材料となるモノマーに電気を加えることにより合成する電解重合法がある。研究グループはこれまで,液晶を用いて不斉触媒を使わずに左手型と右手型の分子の混在した原料から右あるいは左まわりのらせん構造をもつ導電性高分子を合成する方法を考案しているが,今回,触媒にも液晶にもよらず,光と電気のみによって,光学活性を有する導電性高分子の合成を試みた。

研究では,右回りあるいは左回りの円偏光パルスレーザーを照射しながら,導電性高分子の電解重合を行なった。その結果,照射する光に応じて,選択的に右回りあるいは左回りのらせん構造をもつ光学活性な高分子の合成に成功した。

この方法により,触媒にも,原材料であるモノマーにも高価な光学活性体を用いずに,化学的な不斉構造ゼロの状態から分子の左手型と右手型をつくりわけられることを実証した。

現在までに,不斉構造をもつ低分子でもこのような試みが行なわれてきたが,共役系高分子(導電性高分子前駆体)でこのような合成を電気化学的に行なったのはこの研究が初めて。実際に用いた化合物は,ポリチオフェンを主鎖骨格に持ち,側鎖に発色団であるアゾベンゼンを持っている。ポリチオフェンはらせん構造をもつことが可能な導電性高分子。またアゾベンゼンは染料やCDにも用いられる色素で,レーザー光をよく吸収する。

このモノマーを有機溶媒であるアセトニトリルに溶かし,さらに電解質である有機塩を加える。この溶液に,作用電極である透明導電性ガラス(ITO ガラス)と対向電極(プラチナ線)を浸す。ここにパルスレーザー円偏光を照射しながら両極間に電位を与えると,光を受けながら電解反応が生じる。

このとき,パルスレーザー円偏光はらせん構造を誘導し,電気は高分子を成長させるために働く。電気化学的に合成されたポリチオフェンは通常,右手型と左手型の立体構造が50%ずつ混在している。しかしこの方法では,照射されるレーザー円偏光と同方向にらせんを巻くポリチオフェンのみが光分解され,残った片側の巻き方向のらせん構造をもつ不斉高分子のみを選択的に得ることができるという。

高分子には,低分子が連続してつながることにより,低分子の物理的性質が大きく現れる「高分子効果」がある。例えば低分子では小さかった導電性が,高分子になると大きく現れ,導電性高分子となる。光学活性物質も高分子化することにより,この光学活性が大きく現れ光を回転させる。

今回は,側鎖にアゾベンゼンをもつポリチオフェンを合成したが,将来的には光でさまざまな光学活性物質を合成できることを示唆しており,食品や医薬品の合成にも貢献できる可能性があるとしている。

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