光を使って高分子を高付加価値化する手法を開発~機能性ホスホン酸エステルの導入に成功~

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2025-06-02 東京科学大学

東京科学大学と京都大学の研究チームは、可視光を利用して高分子に機能性ホスホン酸エステルを導入する新たな手法を開発しました。この手法では、光酸化還元触媒を用いて高分子中に炭素カチオン種を生成し、亜リン酸トリアルキルとの反応によりホスホン酸エステルを導入します。従来の炭素ラジカル種を利用する方法では難しかった複雑な機能性部位の導入が可能となり、温度応答性や難燃性などの特性を持つ高分子の開発が期待されます。この成果は、リチウムイオン電池の安全性向上などへの応用が見込まれ、2025年5月15日に「Angewandte Chemie International Edition」に掲載されました。

光を使って高分子を高付加価値化する手法を開発~機能性ホスホン酸エステルの導入に成功~
図2. 光酸化還元触媒を用いたラジカル-極性交差反応による高分子へのホスホン酸エステルの導入(本研究)

<関連情報>

有機光レドックス触媒を用いたラジカル‐極性クロスオーバーホスホニル化によるポリメタクリレート誘導体の後官能基化 Organophotoredox-Catalyzed Postfunctionalization of Poly(methacrylate) Derivatives via Radical–Polar Crossover Phosphonylation

Tomohiro Tamano, Dr. Kosuke Sato, Prof. Dr. Hirohisa Ohmiya, Prof. Dr. Shinsuke Inagi
Angewandte Chemie International Edition  Published: 05 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202507572

Graphical Abstract

Description unavailable

The organophotoredox-catalyzed postfunctionalization of polymers with a redox-active moiety using trialkyl phosphite nucleophiles afforded the corresponding phosphonate-containing polymers via the radical–polar crossover process, in which a carbocation equivalent is generated to react with nucleophiles. This strategy provides versatile functional polymers in a simple, green, and sustainable manner.

Abstract

Photoredox-catalyzed postfunctionalization of poly(meth)acrylate-based copolymers bearing phthalimide moieties can produce novel polymer architectures that are inaccessible using polymerization approaches; however, this method is restricted to radical reactions. To expand the scope of reactions applicable to photoredox-catalyzed postfunctionalization, this study focused on the radical–polar crossover (RPC) process, in which a carbocation equivalent is generated to react with nucleophiles. The organophotoredox-catalyzed reaction of a random copolymer of N-(methacryloxy)phthalimide and methyl acrylate using trialkyl phosphite nucleophiles afforded the corresponding phosphonate-containing polymers. Although simultaneous hydrogenation was inevitable, a novel polymer comprising dialkyl isopropenylphosphonate, propylene, and methyl acrylate units was obtained, which is of interest because phosphonate-containing polymers are potentially applicable as thermoresponsive materials, flame-retardant materials, and additives in Li-ion batteries. A series of copolymers with different components were successfully applied to the postfunctionalization method. The organophotoredox catalysis-based postfunctionalization strategy developed in this study provides versatile functional polymers in a simple, green, and sustainable manner.

0502有機化学製品
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