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No.R02V0724

元素ブロック高分子 ―有機-無機ハイブリッド材料の新概念―

出版日 2015年12月
価格
印刷タイプ 73,440円(税込)
ページ数 B5判 270ページ
発行<調査・編集> (株)シーエムシー出版

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レポート内容

■刊行にあたって■
 様々な元素群で構成される構造単位を「元素ブロック」と呼ぶ。この元素ブロックを新たに設計合成する手法を開拓することで、従来の有機材料では不可能な電子・光学・磁気特性と、従来の無機材料の欠点である成形加工性と自在設計性を、高度なレベルで共有する新しい材料の創出が期待できる。
 このような考え方を基礎に、平成24年度から文部科学省科学研究費の新学術領域研究として「元素ブロック高分子材料の創出」が採択された。本書においては、この「元素ブロック」の概念と実例、それを利用した新しい機能材料について、これまでの領域の研究成果を中心にまとめている。
 いわゆる三大材料と呼ばれる、有機高分子材料や無機材料、金属材料は、それぞれ特有の機能を示し、いろいろな分野で使われている。その中間的な位置付けとして無機高分子があるが、これを飛躍的に発展させて、有機高分子や無機材料と並ぶ一大材料の新しい領域が「元素ブロック材料」である。
 これまでの複合材料、いわゆるコンポジットは、バルク状態で異なった素材を組み合わせたものであり、最近はそれらをナノレベルで組み合わせたハイブリッド材料も活発に研究されている。これらに対して、元素ブロック材料は、有機と無機とを元素レベルで組み合わせようというものであり、全く新しい学術領域を立ち上げようとするものである。その意味では「元素ブロック材料」は、「有機-無機ハイブリッド材料」の更に進化した先端機能材料であると位置付けることができる。このような化学の力を結集した新しい機能材料によって日本の未来を元気いっぱいにしたいと強く願っている。

■ポイント■
・新学術領域研究「元素ブロック高分子材料の創出」の成果をまとめた1冊!
・元素ブロックの基礎から材料合成、設計、分析までを徹底解説!
・π電子系、キラル元素、環状・カゴ状元素ブロックなど多様な種類を網羅!

■キーワード■
金属クラスター/ナノチューブ複合体/プラズモン/ナノコンポジット/
超分子/ナノシート/多孔性配位高分子/ ポリオキソメタレート/
パーヒドロポリシラザン/ヤヌス微粒子/ホウ素-窒素相互作用/
π共役高分子/ホスフィン/不斉触媒/らせんポリマー/シルセスキオキサン/
シロキサン/表面改質/ソフトマテリアル

■監修■
中條 善樹
京都大学

■著者■
中條 善樹
京都大学
劒 隼人
大阪大学
新堀 佳紀
東京理科大学
藏重 亘
東京理科大学
根岸 雄一
東京理科大学
藤原 尚
近畿大学
松川 公洋
(地独)大阪市立工業研究所
藤井 秀司
大阪工業大学
中村 吉伸
大阪工業大学
黒岩 敬太
崇城大学
菅原 義之
早稲田大学
井戸田 直和
早稲田大学
植村 卓史
京都大学
久保 和也
北海道大学
中村 貴義
北海道大学
斎藤 礼子
東京工業大学
稲木 信介
東京工業大学
大下 浄治
広島大学
鈴木 克規
中央大学
山下 誠
中央大学
冨田 育義
東京工業大学
須賀 健雄
早稲田大学
森崎 泰弘
関西学院大学
伊津野 真一
豊橋技術科学大学
小山 靖人
北海道大学
中野 環
北海道大学
田中 一生
京都大学
中 建介
京都工芸繊維大学
國武 雅司
熊本大学
郭素芳
早稲田大学
下嶋 敦
早稲田大学
三ツ石 方也
東北大学
Ali Demirci
東北大学
山本 俊介
東北大学
宮下 徳治
東北大学
西野 孝
神戸大学
織田 ゆか里
九州大学
平井 智康
九州大学
松野 寿生
九州大学
田中 敬二
九州大学
櫻井 伸一
京都工芸繊維大学
山口 浩靖
大阪大学
田中 一義
京都大学
笛野 博之
京都大学

-CONTENTS-

<1>有機-無機ハイブリッド材料の新概念としての元素ブロック材料
 ・有機-無機ハイブリッド材料
 ・元素ブロック材料の考え方
 ・元素ブロックの設計と合成
 ・元素ブロックの高分子化制御
 ・元素ブロックの界面階層制御
 ・シーズ包括育成
 ・日本の未来を化学の力で元気にする元素ブロック材料

<2>元素ブロッククラスター・ナノ粒子・微粒子
1.有機-無機ハイブリット材料の構成単位としての金属クラスター錯体
 ・はじめに
 ・金属-金属結合を含む金属クラスター錯体
  -二核モリブデンクラスター錯体によるラジカル付加・重合反応
  -二核モリブデンクラスター錯体による脱ハロゲン化
  -水素化反応における金属クラスター錯体の構造変化
 ・酸素架橋を含む金属クラスター錯体
  -単核セリウム錯体の酸化反応に対する支持配位子の影響
  -Ce6O8コアのプロトン化によるヒドロキシ架橋形成
 ・おわりに
2.無機元素ブロックとしての金属クラスターの精密合成
 ・チオラート保護金クラスター
 ・精密合成法
 ・我々の取り組み
  -構成原子数毎の分離
  -配位子の組み合わせ毎の分離
  -位置異性体毎の分離
 ・金属クラスターに基づく無機高分子材料の創成に向けて
3.無機ナノ粒子-ポリマーハイブリッドナノチューブの創製と機能
 ・はじめに
 ・プラズモニックナノチューブ:
  プラズモン活性金属ナノ粒子-ポリチオフェンナノチューブ複合体
  における蛍光増強
 ・プラズモニックナノチューブ:
  プラズモン活性金属ナノ粒子-フラーレン-ポリチオフェンナノチューブ
  複合体における表面増強ラマン散乱
 ・レドックス活性ポリチオフェンナノチューブナノ空間に閉じ込められたAgナノ粒子
4.表面修飾ナノ粒子を元素ブロックとした有機無機ハイブリッド材料の創製
 ・はじめに
 ・シランカップリング剤によるジルコニアナノ粒子分散体の作製と問題点
 ・2段階法によるジルコニアナノ粒子分散体の調製
 ・デュアルサイト型シランカップリング剤によるジルコニアナノ粒子分散体の調製
  -ビスフェニルフルオレン誘導体からのデュアルサイト型シランカップリング剤と
   その適用
  -ジアリルフタレートからのデュアルサイト型シランカップリング剤とその適用
 ・おわりに
5.有機無機同時析出重合法によるハイブリッド材料の創出
 ・はじめに
 ・有機無機同時析出化学酸化重合
 ・有機無機同時析出化学酸化分散重合によるナノコンポジット粒子の合成
 ・有機無機同時析出化学酸化重合による基材のナノコンポジットによる被覆
  -粒子形状基材
  -ファイバー形状基材
 ・導電性高分子―貴金属ナノコンポジット材料の応用
  -有機反応の触媒
  -無電解めっき反応の触媒
 ・おわりに
6.両親媒性ポリマーを用いた金属錯体の元素ブロック超分子創成
 ・緒言
 ・ポリマー(両親媒性ジブロックコポリペプチド)と磁性金属錯体複合体の集積組織化
 ・ポリマー(両親媒性ブロックポリペプチド)と発光性金属錯体複合体の組織化
 ・オリゴマーと金属イオン(金属錯体)の集積組織化
 ・結言

<3>元素ブロックナノ構造体
1.無機ナノ構造からの元素ブロックの作製
 ・はじめに
 ・無機ナノ構造の作製
 ・酸化物系ナノ構造の表面修飾
  -酸化物粒子の表面修飾
  -酸化物系ナノ構造の表面修飾
  -元素ブロックの作製例
 ・酸化物系ナノ構造元素ブロックの利用
 ・最後に
2.配位-有機ブロック高分子材料の創製
 ・はじめに
 ・配位-有機ブロック高分子の形成
 ・配位-有機ブロック高分子の機能
 ・まとめ
3.強磁性元素ブロックを利用した電子機能性物質開拓
 ・無機元素ブロックによる新規エレクトロニクス材料開発
 ・無機元素ブロック高分子
 ・無機元素ブロック高分子の複合化と機能発現
  -水素結合ネットワークによる複合化
  -単分子磁石元素ブロックの静電相互作用による複合化
  -強磁性元素ブロック{[MIIMIII(oxalate)3]-}∞と
    超分子ローター構造の複合化
 ・まとめ
4.パーヒドロポリシラザンを元素ブロックとする有機-シリカナノ複合体合成
 ・パーヒドロポリシラザンによるシリカ合成
 ・有機高分子との複合化によるナノ構造体創製
 ・複合体のナノ構造制御
 ・ナノ複合体の特性
5.局所電位印加による元素ブロック微粒子デザインとネットワーク化
 ・はじめに
 ・バイポーラ電気化学法の基礎原理とヤヌス微粒子作成
 ・交流バイポーラ電解法による二官能性微粒子の作成
 ・ファイバー状導電性高分子成長と導電性ネットワーク化
 ・おわりに

<4>π電子系元素ブロック
1.π電子系の元素架橋による電子状態制御と機能発現
 ・はじめに
 ・ジチエノメタロール
 ・ジピリジノメタロール
 ・そのほか
 ・まとめ
2.ホウ素-窒素相互作用を有する共役系化合物を用いた元素ブロック材料設計
3.高分子反応に基づく元素ブロック高分子の創出
 ・はじめに
 ・主鎖型反応性高分子の創製と反応性高分子としての応用
 ・主鎖型反応性高分子を経由する第16族元素ブロックπ共役高分子の構築
 ・15族元素ブロックπ共役高分子の構築
 ・高分子反応に基づく機能性π共役高分子の設計
 ・おわりに
4.気相重合による元素ブロック共役高分子のその場形成と電子・光物性
 ・はじめに
 ・気相酸化重合の特徴・位置づけ
 ・無置換・元素ブロック共役モノマーへの拡張
  -無置換ターチオフェンの気相酸化重合
  -元素ブロック共役モノマーの気相酸化重合
 ・気相重合共役ポリマーの光・電子特性
 ・まとめと将来展望 
  ~ その場(in-situ)重合の視点から見た気相酸化重合の応用展開

<5>キラル元素ブロック
1.キラルビスホスフィンを元素ブロックとする光学活性クラウンエーテルの創出
 ・はじめに
 ・光学活性ジホスファクラウン
  -合成
  -錯形成と応用
  -合成法の改良
 ・おわりに
2.キラル元素ブロック高分子の合成と不斉触媒機能材料
 ・はじめに
 ・キラル遷移金属錯体をキラル元素ブロックとする高分子の不斉触媒機能材料化
  -架橋高分子へのキラル遷移金属錯体触媒の固定化:ケトンの不斉水素化
  -動的速度論的光学分割
  -イミンの水素移動型不斉還元
  -キラル遷移金属錯体触媒の高分子主鎖への組込み
 ・キラル有機分子触媒をキラル元素ブロックとする高分子の不斉触媒機能材料化
  -シンコナアルカロイド誘導体触媒の高分子化
  -イミダゾリジノン型触媒の高分子化
3.らせんポリマーの不斉内孔を利用した光学活性元素ブロック材料の創製
 ・はじめに
 ・構造改変アミロースの合成と構造
 ・構造改変アミロースを用いた光学活性元素ブロックの創製
 ・おわりに

<6>環状・カゴ状元素ブロック
1.かご型シルセスキオキサン元素ブロックによるポリマーの
  ハイブリッド化と機能性付与
 ・はじめに
 ・ POSS元素ブロックを基盤としたハイブリッド材料の開発と特性
  -高分子の耐熱・機械的特性向上
  -低屈折率化フィラーの開発
  -硫黄含有ハイブリッド化による高屈折材料の開発
 ・POSSイオン液体
  -POSSイオン液体の合成
  -耐熱性POSSイオン液晶
  -イオン液体の熱物性制御のためのPOSSフィラー
 ・おわりに
2.かご型シルセスキオキサン元素ブロック高分子の創出
 ・はじめに
 ・三脚型かご型シルセスキオキサン
 ・かご型シルセスキオキサン元素ブロック材料
 ・T8主鎖型元素ブロック高分子
 ・さいごに
3.ネックレス型ポリマーにおける高分子構造のデザイン
 ・かご型シルセスキオキサン(POSS)を主鎖に有するネックレス型ポリマーの
  創成
 ・カゴ型シルセスキオキサンを主鎖に持つネックレス型ポリマーの
  階層的構造デザインと合成
  -重縮合によるかご鎖間鎖長固定型ポリマーの合成
  -POSSダイマーを使用したかご鎖間鎖長変調型ポリマーの合成
  -開環平衡重合によるかご鎖間鎖長ランダム型ポリマーの合成
 ・かご鎖交互型ネックレスポリマーの特徴
 ・最後に
4.自己組織化による光応答性オルガノシロキサンの合成
 ・はじめに
 ・アゾベンゼン-シロキサンハイブリッド材料に関する従来研究
 ・光応答性アゾベンゼン-シロキサン層状メソ構造体
 ・アゾベンゼン-シロキサンハイブリッド膜の作製と光屈曲挙動
 ・おわりに
5.環状シロキサンを用いた有機・無機ハイブリッド材料
 ・はじめに
 ・環状シロキサンの化学気相蒸着法による有機・無機ハイブリッド材料
 ・環状シロキサンのネットワーク化を利用した成形加工
 ・環状シロキサンモノマーの高分子化
 ・おわりに

<7>元素ブロックの界面・分析・理論
1.元素ブロック高分子を用いた高撥水かつ高接着性表面の創製
 ・はじめに
 ・化学的な撥水の極限
 ・パーフルオロアルキル側鎖を有する高分子の表面構造と撥水性
  -撥水化に及ぼすシークエンスの影響
  -撥水化に及ぼすフィルムの作製法の影響
  -ポリマーブレンドと撥水性表面
 ・高撥水かつ高接着性表面
 ・おわりに
2.元素ブロックによる高分子界面の階層的ダイナミクス制御
 ・はじめに
 ・元素ブロック高分子の界面構造
 ・元素ブロック高分子の界面ダイナミクス
 ・元素ブロック高分子の界面ダイナミクス制御と機能化展開
 ・おわりに
3.小角X線散乱法によるナノサイズ分布の解析
 ・緒言
 ・ポリエチレングリコールが形成する結晶ラメラの厚み分布の解析と
  その温度による変化
 ・ポリピロール-パラジウムナノコンポジット粒子の粒径分布解析
 ・両親媒性オリゴマーと金属イオンとの複合化ナノミセルのサイズ分布
 ・結論
4.元素ブロック導入ソフトマテリアルの自己組織化
 ・はじめに
 ・ホスト-ゲスト相互作用を介したソフトマテリアルの集積
 ・光に応答して集積・解離するソフトマテリアル
 ・金属配位結合を利用したソフトマテリアルの自己集積システム
 ・アポタンパク質導入ゲルと補因子固定ゲルとの接着現象と触媒活性制御
 ・自己修復材料への展開
 ・おわりに
5.元素ブロック材料の基礎と実用化のための理論化学
 ・はじめに ―材料として必要な物性―
 ・高分子の電子状態解析と電子物性
 ・バンドギャップの特徴と導電性
 ・ナローバンドギャップをもつ高分子の設計
 ・磁性高分子の設計
 ・おわりに

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