筑波大,モノマーに光学活性を持たせ液晶を螺旋化

筑波大学の研究グループは,光学活性な添加剤を用いず,ポリマーの材料であるモノマー自体に光学活性を持たせ,これを通常の液晶に添加することにより,液晶全体をらせん構造に変えることに成功した(ニュースリリース)。

液晶中でポリマーを合成すると,その材料であるモノマーは液晶の分子配列を転写しながら重合するために,生成したポリマーは液晶のような分子配列を形成する。

研究グループはこれまでに,らせん構造を持ち光学活性(キラル)なコレステリック液晶中にモノマーを溶解し,電気を印加すると,簡便に光学活性な導電性ポリマーが得られることを見いだし(電解不⻫重合法),この方法を用いて,タマムシ色に輝くポリマーや,電気をかけると金-銀-銅に変化するポリマーを合成している。

しかし,モノマー自体には光学活性がなく,別途,反応場である液晶に添加剤として低分子キラル化合物を加えて,液晶にキラリティーを導入する必要があった。そこで今回,モノマー自体にキラル添加剤としての性能を付与し,反応場の構造を変えつつポリマーを合成することを試みた。

研究では,原料であるモノマー自体にキラリティーを導入した。重合活性の高いビチオフェンにキラルなアルキル基を導入し,光学活性なモノマーを作成した。

このモノマーは,分岐構造を持つため反応場である液晶となじみやすく,かつ,キラリティーを持たないネマチック液晶をキラルなコレステリック液晶に変えるキラル添加剤としての機能を持っている。これにより,光学活性な液晶反応場を作り出すと同時に,液晶のらせん状の分子積層構造を転写しながら重合し,ポリマーに成⻑する。

このようにして得られたポリマーは,明確な光学回転や円偏光二色性を示し,それらは電圧により制御することができたとする。またらせん構造に基づく円形のレーザー回折現象もみられたという。

この研究で見出した液晶中でのキラリティーの自己増幅現象は,発光性や光学回転を電位で制御する素子の開発につながると期待される。また,生体を構成する分子のほとんどはキラルであることから,研究グループは,生体内でも同様の反応が生じている可能性が考えられるとしている。

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