2014年8月18日
中西和樹 理学研究科准教授、金森主祥 同助教、嶋田豊司 奈良工業高等専門学校物質化学工学科教授らの研究グループは、従来、ケイ素原子を含むシランカップリング剤を用いて、有機溶媒中100度以上の高温で10時間以上反応させなければならなかった、シリカゲルに代表される無機酸化物表面修飾を、合成が容易でしかも精製できる種々のヒドロシラン類と少量の特殊な触媒を用いることで、室温で5分以内に担持量をこれまでの1.5倍から2倍に増大させる簡易かつ高速プロセスを見い出しました。
本研究成果は、2014年8月8日午前1時（日本時間）に米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」誌の電子版（ASAP論文）に掲載されました。
研究者からのコメント
左から中西准教授、嶋田 奈良工業高等専門学校教授
表面修饰は基材への机能付与に利用できますが、一般的に异种材料间结合は、それぞれの特性をもつ复合材料ができるだけでなく、新たな机能をもつ新规材料の创製にもつながります。本成果は、表面界面の制御によって、身の回りの目に见える材料に変革をもたらすだけでなく、分离?分析担体や触媒担体などの材料化学を支える基本技术にも大きく贡献することが期待でき、国内外における新材料开発研究への波及効果が极めて高いと思われます。
今后、种々の异种材料间结合形成へ応用し、材料化学、界面化学、有机化学、无机化学のみならず、低温処理が要求されるバイオテクノロジー分野への応用や分析化学、さらには医薬品合成などへも展开していきます。
概要
产业界で膨大な量が使用されている従来のアルコキシシランカップリング剤は、反応性、种类、取り扱いの面で问题があり、新规シランカップリング剤と迅速?高効率な新规プロセスの开発が半世纪にわたり待望されてきました。2003年に、この课题を部分的に解决できるアリルシランカップリング剤を开発しましたが、なお反応には高温?长时间を要しました。厂颈-贬结合を有するヒドロシラン类は不饱和结合のヒドロシリル化などに広く使われますが、効率の良い表面修饰反応に利用された例はこれまでにありませんでした。
そこで本研究グループは、所望の官能基を有するヒドロシラン类を必要に応じて溶媒に溶解して液体状态とし、触媒を加えて反応させました。触媒は种々探索し、特に金属を含まない特殊な触媒が有効であることを见い出しました。この触媒を用いると、基材の表面にある水酸基と厂颈-贬基の间で水素を発生する反応が速やかに起こり、基材と修饰官能基の间に共有结合が形成されました。
本手法は表面水酸基を豊富にもつガラス?セラミックスのみならず、天然および合成繊维?树脂类の表面にも适用することができ、しかも室温?短时间で反応が进行します。耐热性の低い基材のみならず、これまで物理的被覆等の非结合形成処理しかできなかった基材表面にも耐久性を付与できる、共有结合形成を伴う表面修饰が可能となりました。
少量の触媒存在下、室温、5分间でヒドロシラン诱导体をシリカゲル表面に効率的に担持した。その一例として、クマリンヒドロシランを用いると鲍痴照射により、鲜やかな蛍光発光が见られた。
详しい研究内容について
室温?短時間（5分以内）で各種材料表面を修飾することに成功 －ガラス?セラミックス等の無機材料表面、天然および合成繊維?樹脂表面に迅速?高密度に機能分子を共有結合させる新技術に期待－
书誌情报
[DOI]
Nirmalya Moitra, Shun Ichii, Toshiyuki Kamei, Kazuyoshi Kanamori, Yang Zhu, Kazuyuki Takeda, Kazuki Nakanishi, and Toyoshi Shimada
"Surface Functionalization of Silica by Si–H Activation of Hydrosilanes"
Journal of the American Chemical Society Publication Date (Web): August 6, 2014
掲载情报
- 京都新聞（9月27日 9面）に掲載されました。
