新しい高分子合成技術の開発
※掲載内容は執筆当時のものです。
優れた機能性高分子材料の開発に向けて
我々の身の回りのものはすべて、材料からできています。その中で、プラスチックや繊維、ゴムなどの高分子※材料は、金属やセラミックスなどに比べて柔軟かつ軽量であることからさまざまな用途に使用され、今日の我々の生活を豊かにしています。その中でも最近は特に、「機能性高分子」と呼ばれる高分子の研究が注目を集めています。機能性高分子とはその名の通り、何らかの機能を持った高分子のことを指します。例えば、熱や光などの外部刺激によって自身の形を変化させたり、電圧をかけることで光ったりする高分子などがこれまでに開発されており、最先端のエレクトロニクスや医療材料などに応用されています。
現在、世界中の研究者が新しい機能性高分子材料の開発に向けて、日々研究を行っています。その多くは、既存の高分子合成手法を用いて、発現させたい機能性の官能基を有するモノマー※を重合※することで達成しようというものです。一方で私たちの研究グループでは、既存の手法を利用するのではなく、合成手法そのものを新しく開発することにより、新規な機能性高分子を開発しようというアプローチで研究を行っています。
＊高分子：分子量の大きな物質（明確な定義はないですが、一般に分子量が1万程度以上の物質のことを指し、ポリマーとも呼ばれます。）
＊モノマー：高分子の原料となる分子量の小さな化合物。
＊重合：モノマーを多数連結して高分子をつくる反応。
研究の概要・特色
我々の研究グループが現在力を入れて取り組んでいる研究テーマの一つが、ジアゾ化合物をモノマーとした重合です。パラジウムなどの遷移金属錯体を触媒に用いることで、窒素が脱離しながら重合が進行するユニークな手法です。これは、我々のオリジナルの高分子合成法で、従来の重合法では合成困難な構造を持つ高分子も合成することができます。
我々の研究室で開発されたオリジナルな重合法
一般に、多くの高分子はビニル化合物（CH2=CXY）の重合により得られます。置換基であるXおよびYには様々な官能基の導入が可能で、その構造によって得られる高分子の物性が大きく変化します。例えば、X=Y=Hの場合はレジ袋などに利用されるポリエチレンと呼ばれる材料になり、一方、X=CH3およびY=CO２CH3の場合には水族館の水槽などに利用されるアクリル樹脂(ポリメタクリル酸メチル)となります。その他にも多種多様な官能基の導入が可能ですが、モノマーにビニル化合物を用いる都合上、基本的には炭素―炭素主鎖骨格の一つおきの炭素上にしか置換基を導入することができません。
一方で、ジアゾ酢酸エステル（N2=CHCO2R）と呼ばれる化合物をモノマーとして得られる高分子は、ビニル重合とは異なり、炭素１ユニットから高分子を合成する方法であるため、主鎖骨格のすべての炭素上に置換基を有する構造の高分子が得られます。これらは、置換基が集積した構造であるため、その機能や物性に興味が持たれます。実際に、我々のこの新しい高分子合成法で得られる高分子は、従来のビニル重合で得られるものに比べて特異的な機能や優れた物性（例えば、特徴的な光機能性や高いイオン伝導性など）を示すことがわかっています。その結果については、複数の国際的な学術誌に投稿し、評価を得ています。
研究の展望・魅力
定序配列高分子のイメージ図
上述の我々の開発した重合法を含め、これまでにさまざまな高分子合成手法が開発され、多種多様な骨格の高分子を合成できるようになってきました。しかし、生体が実に巧みにDNAやタンパク質などを合成できるのに対し、試験管内で作ることができる合成高分子にはいまだ多くの課題があります。
私が達成したいと考えている課題の一つは、「定序配列高分子」の合成です。これはモノマーが決められた位置に決められた順番で連結された高分子のことを指します。これが達成できれば、タンパク質がおよそ２０種類のアミノ酸の一義的な配列からなることで高度な機能を発現できるように、合成高分子においてもこれまでにはない機能を持った材料の合成が期待できます。そのためには、既存の重合法ではない、全く新しい高分子合成技術の開発が求められます。
また、合成高分子研究におけるもう一つの課題に、エネルギー・環境問題があります。現在用いられている高分子材料の多くは、石油を原料として合成されており、また、廃棄されると自然環境中では分解されないことから、さまざまな環境問題を引き起こしています。そのため、化石エネルギーに依存せず、たとえ廃棄されても自然界で分解する低環境負荷型の新しい高分子材料の開発が求められています。しかし残念ながら、価格や物性の観点から、そのような要望を満たす高分子材料の開発はほとんど達成されていません。この問題の解決には、バイオマス資源を利用した新しい高分子材料の開発が求められ、こちらの場合もやはり、これまでにはない新しい高分子合成方法の開発が鍵となってくると思います。
この研究を志望する方・愛媛大学への進学を志望する方へ
松山城をバックに研究室のメンバーと
高分子の研究に限らず、あらゆる分野において、新しい技術は世界を変える可能性を持っています。その中でも高分子科学は材料に直結する学問であるため、社会に果たす役割が高く、非常に期待されている分野だと思います。一例ですが、車体をすべて合成高分子にすることで、軽量で安全性に優れた次世代車を作ろうという国家的なプロジェクトも現在進められています。我々の行っている研究は基礎研究ですが、他の学問分野に比べて新しい材料設計に直接的に結び付く場合が多く、非常にやりがいのある研究分野かと思います。
また、大学生活を送るうえで、居住環境も重要な点の一つだと思います。愛媛大学がある松山市は、徒歩圏内に主要な施設がほとんどそろっているコンパクトシティで、一年を通して天候にも恵まれています。また、夏目漱石や正岡子規の影が今なお残り、文化を感じられる街でもあります。地理的には不便な点もありますが、その分、都会の「いろいろな雑音」が少なく、実り多い大学生活を豊かに過ごすには最適な場所ではないかと思います。
大げさなようですが、世界の未来を変えるような優れた高分子材料を、松山という素晴らしい街で開発したいという高い志を持った方と一緒に研究できる日を心待ちにしています。
この研究活動は、教員の実績ハイライトにも掲載されています。
教員の実績ハイライトとは、教員の「教育活動」「研究活動」「社会的貢献」「管理・運営」ごとに、特色ある成果や業績を精選・抽出したもので、学内のみならず学外にも広く紹介することとしています。