光で分解可能な高分子を開発~配列制御と後修飾反応によるケトン骨格の周期的導入~

2025-10-20 京都大学

京都大学大学院工学研究科の黒田啓太博士後期課程学生と大内誠教授の研究グループは、紫外線を照射することで分解可能な新しい高分子を開発した。ラジカル交互共重合と重合後修飾反応を組み合わせ、ケトンのカルボニル基を一定周期で導入する手法を確立。SBD(トリメチルシロキシ・メトキシ置換ブタジエン)とPFA(ペンタフルオロフェニルアクリレート)の共重合により、アクリルアミド・ケトン・メチルビニルエーテル単位が規則的に並ぶ高分子を合成した。得られたポリマーは熱的に安定だが、紫外光を当てると主鎖がノリッシュ反応で効率的に切断され、固体状態でも分解が進行した。ケトン骨格を光分解のトリガーとして利用した本設計は、「使用時は安定、廃棄時は光で分解」という新しい環境調和型プラスチック実現への道を示し、持続可能な材料開発に貢献する成果である。

光で分解可能な高分子を開発~配列制御と後修飾反応によるケトン骨格の周期的導入~
ケトン骨格が周期的に導入された高分子の合成と分解(左図)と光で分解されるイメージ(右図)

<関連情報>

ラジカル交互共重合と後重合改質によるビニルポリマーへの周期的ケトン単位の導入:バルク状態における配列指向性光分解 Introduction of Periodic Ketone Units on Vinyl Polymers via a Radical Alternating Copolymerization and Postpolymerization Modification: Sequence-Oriented Photodegradation in the Bulk State

Keita Kuroda,and Makoto Ouchi
Journal of the American Chemical Society  :Published October 15, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c13090

Abstract

The synthesis and the sequence-oriented bulk-state photodegradation of sequence-controlled polymers with a periodic structure bearing acrylamide, ketone, and vinyl ether units is reported. The alternating terpolymers can be synthesized via a radical copolymerization of a silyl-protected 1,3-butadiene bearing a methyl ether group (SBD) with a pentafluorophenyl acrylate (PFA) monomer in an alternating and 1,4-regioselective fashion. This process is followed by the addition of an amine to trigger a cascade aminolysis–desilylation reaction. The pendant alkyl group on the acrylamide unit, which is derived from the added amine, is crucial for determining the physical properties of a series of polymers, particularly the glass-transition temperature (Tg). Relatively flexible and sufficiently thermally stable polymers with Tg values below room temperature could be degraded under UV irradiation in the bulk state. Control experiments revealed that synergistic interactions between the periodically arranged ketone, vinyl ether, and acrylamide units were essential for promoting the photodegradation.

0504高分子製品
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