スポットライトリサーチ

汎用の機能性モノマーユニットを交互に配列させた高分子の合成です。ビニルポリマーはラジカル重合で共重合することができますが、特殊な組み合わせを除いて配列を制御することは難しく、配列に由来するポリマーの特性を調べた例はほとんどありませんでした。本論文では新しく設計したジビニルモノマーを用いて、メタクリル酸（MAA）とN-イソプロピルアクリルアミド（NIPAM）を交互に並べたポリマーを合成しました。MAAとNIPAMそれぞれのポリマーはpHと温度に応答する汎用の機能性ポリマーです。この交互ポリマーの水溶液は広い温度範囲で徐々に濁るという、ホモポリマーや同じ組成のランダムコポリマーとは異なる温度応答性を示しました。また、pHを変えると透過率が変化する温度領域が変化しました。

交互ポリマーを合成するためのジビニルモノマーの分子設計です。図のように二種類のモノマーを活性化エステルと三級エステルでつないだジビニルモノマーを設計しました。このジビニルモノマーを希釈条件で重合すれば、分子内反応と、反応性と電子密度の差による選択的付加によって選択的な環化重合が進行し、交互配列が組み込まれた環化ポリマーが得られます。その後、活性化エステルと三級エステルを変換して目的の交互ポリマーとなります。今回の論文ではMAAとNIPAMへ変換しましたが、活性化エステルを変換する際に用いるアミン由来の構造をアクリルアミド側鎖に導入することができ、今後さまざまな交互配列ポリマーの合成が期待されます。

意外に思われるかもしれませんが、比較用のランダムコポリマーの合成です。MAAの前駆体であるtBMAとNIPAMは反応性が異なるため、モノマーを1:1で仕込んで重合しても組成が1:1のポリマーは得られません。そこで、モノマー反応性比から組成が1:1となる仕込み比を求め、反応条件を最適化し、組成や分子量がほぼ同じで配列の異なるランダムコポリマーを合成しました。

今回の論文では今まで困難とされてきた機能性モノマーユニットの交互配列を実現し、合成高分子の機能について新たな可能性を示すことができました。今後も高分子を中心に化学の分野で課題を解決し、得られた成果がどこかで役に立ち、誰かを救うことに繋げられたら最高だと思います。

この研究に取り掛かったときは「交互ポリマーは均一性が高いから温度応答性はシャープになる」と予想していました。しかし実際は真逆の結果となりました。このように予想とは違うことが起こるから研究はおもしろいのだと思います。予想通りにうまくいかず苦しめられることも多いですが、それもひっくるめて研究を楽しみましょう！最後まで読んでくださりありがとうございました。