千葉大,光で特殊な構造のポリマーを開発

千葉大学の研究グループは,一本のポリマー鎖内に2つの二次構造が共存する超分子ポリマー(キメラ型超分子ポリマー)の開発に成功した(ニュースリリース)。

分子が弱い力(非共有結合)によって鎖状につながった高分子材料である超分子ポリマーは,色素や半導体分子など,化学反応に敏感なあらゆる機能性分子をモノマーに利用できるというメリットがあり,近年新たな機能性材料として注目が集まっている。

ポリマーに多様な機能を付与するには構造を制御することが非常に重要だが,一本の主鎖の中に異なる二次構造を持ったキメラ型超分子ポリマーを作ることは極めて困難だった。

研究グループは以前に,水素結合性ナフタレンモノマーがまず水素結合によって風車状のサブユニットを形成し,このサブユニットがカーブを描きながら積層(重合)することで,らせん二次構造を持った超分子ポリマーを形成することを見出している。

今回,ナフタレンからベンゼン環が一つ拡張したアントラセンモノマーを合成したところ,この分子はカーブを描かずに重合し,直線二次構造を作ったことから,非常に似た分子構造で,全く異なる二次構造の超分子ポリマーを形成する2種類のモノマーを得た。

そこで研究グループは,この分子構造の似た2つのモノマーで,キメラ型超分子ポリマーを作成できるのではないかと考え,2種の分子を混合する研究に取り組んだ。

その結果,アントラセンモノマーとナフタレンモノマーは,ゆっくり冷却することで自己と非自己を認識でき,各成分に分離するが,速く冷却することで分子が騙されて非自己を自己として認識し,各成分が完全に分離することなくらせん二次構造と直線二次構造がつながったキメラ型超分子ポリマーを形成した。

さらに研究グループは,キメラ型超分子ポリマーをより高次な立体構造へと組織化させることを目的として,キメラ型超分子ポリマーに,分子と分子が特異的に結合するアントラセン分子の光反応(光二量化)を利用した実験を行ない,紫外線を照射したところ,直線二次構造が折り畳まれたような構造を確認した。

これは,直線二次構造内において,アントラセンの光二量化によってアントラセン分子の積み重なりに乱れ(欠陥)が生じ,この欠陥によって直線二次構造が柔軟な構造に変わったことで,折りたたまれたと考えられるという。

研究グループは,このポリマー材料は複数の外部刺激に応答する材料や,タンパク質が示す高度な分子認識や触媒反応,さらにエネルギー変換を模倣できる材料の開発にも期待できるとしている。

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