「輪っか状」の高分子を精密につくる新手法 ―分子量や構造を制御できる「リビング環拡大重合法」を開発―

2026-10-23 広島大学

広島大学と東京科学大学の研究グループは、分子量や分子構造を精密に制御しながら、輪のようにつながった環状高分子を合成する新手法を開発した。環状パラジウム錯体を開始剤として、アリールイソシアニドを順次取り込ませる「リビング環拡大重合法」を確立。パラジウム中心を環状構造内に保持したまま重合を進行させることで、モノマーの添加量に応じた分子量制御と、分子量のばらつきの小さい高分子合成を実現した。さらに、キラルなモノマーを用いた環状らせん高分子や、異なる高分子鎖を組み合わせた環状ブロック共重合体の合成にも成功した。環状構造によって、線状高分子とは異なる分子サイズ、粘度、ガラス転移温度などの物性が得られることも確認した。高分子の分子構造とトポロジーを自在に設計する基盤技術として、次世代の光学・電子材料や高機能性プラスチックの開発への応用が期待される。


図1. 合成高分子の種類

<関連情報>

環状ポリ(アリールイソシアニド)の精密合成のための制御リビング環拡大重合 Controlled living ring expansion polymerization for the precision synthesis of cyclic poly(aryl isocyanides)

Eiichi Kayahara, Iori Arai & Takashi Kajitani
Nature Communications  Published: 21 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-78466-0

Abstract

Cyclic polymers exhibit physical properties distinct from those of their linear polymer counterparts. Although cyclic polymer materials with advanced designs can be synthesized using methods that control their molecular weight, dispersity, and topology, synthetic limitations have thus far restricted structurally defined cyclic polymers to non-conjugated structures with sp³-hybridized carbon backbones. Here we report a living ring expansion polymerization that enables the precise synthesis of cyclic polymers composed of sp²-hybridized carbon backbones, that is, cyclic poly(aryl isocyanides). Polymerization is initiated from a diarylpalladacycle complex in the presence of iodobenzene dichloride and proceeds via the successive insertion of aryl isocyanides into the palladacycle. This living polymerization process yields structurally controlled cyclic poly(aryl isocyanides) with low dispersity and predefined, customizable, high or low-molecular weights. The cyclic topology was unambiguously characterized by multiple analytical techniques, including direct visualization by high-resolution atomic force microscopy. Furthermore, the high fidelity of the palladium center facilitates the controlled synthesis of cyclic block copolymers. This advancement opens avenues for the development of topologically conjugated polymer materials.

0502有機化学製品
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