高分子こうぶんし化学かがく

高分子こうぶんし化学かがく（こうぶんしかがく、英語えいご：polymer chemistry）は、分子ぶんし量りょうがおよそ 10,000 を超こえる無機むき化合かごう物ぶつおよび有機ゆうき化合かごう物ぶつである高分子こうぶんしを研究けんきゅう対象たいしょうとする学問がくもん分野ぶんやである。主おもに、タンパク質たんぱくしつやポリエチレンなどのポリマーを扱あつかう。

高分子こうぶんし化学かがくを大別たいべつすると高分子こうぶんし化学かがくは物理ぶつり化学かがく的てき研究けんきゅう領域りょういきと有機ゆうき化学かがく的てき研究けんきゅう領域りょういきとに分わけることができる。前者ぜんしゃは高分子こうぶんしの分子ぶんし構造こうぞうを扱あつかう高分子こうぶんし構造こうぞう論ろん、高分子こうぶんし固体こたいの熱ねつ的てき性質せいしつ、力学りきがく的てき性質せいしつあるいは電気でんき的てき性質せいしつを扱あつかう高分子こうぶんし固体こたい論ろん、高分子こうぶんしの希薄きはくあるいは濃厚のうこう溶液ようえきの物性ぶっせいを扱あつかう高分子こうぶんし溶液ようえき論ろんなどから構成こうせいされる。後者こうしゃはモノマーから高分子こうぶんしへと成長せいちょう増大ぞうだいさせる手法しゅほうに関かんする高分子こうぶんし合成ごうせい論ろんと合成ごうせい論ろんに適用てきようする化学かがく反応はんのうを探求たんきゅうする高分子こうぶんし反応はんのう論ろん等ひとしから構成こうせいされる。

高分子こうぶんしは低てい分子ぶんしとは異ことなる特異とくいな物性ぶっせい・反応はんのう性せいを持もつため、1つの研究けんきゅう分野ぶんやとして確立かくりつしている。高分子こうぶんしの特異とくいな機能きのう・物性ぶっせいは主おもに力学りきがく的てき・熱ねつ力学りきがく的てきな部分ぶぶんに強つよく現あらわれるために、固体こたいや溶液ようえきの粘ねば弾性だんせいなどといった物理ぶつり化学かがく的てきな視点してんからの研究けんきゅうが大おおきく発展はってんしている。また、近年きんねんでは生体せいたい高分子こうぶんしに関かんする研究けんきゅうも大おおきな柱はしらになっている。

歴史れきし

前史ぜんし

自然しぜん界かいにおける高分子こうぶんし化合かごう物ぶつは、おもに有機ゆうき高分子こうぶんしの生体せいたい物質ぶっしつである糖とう鎖くさり、タンパク質たんぱくしつ、核酸かくさんなどとして多種たしゅ多様たようなものが見出みいだされる。したがって研究けんきゅう対象たいしょうである高分子こうぶんし自体じたいは有史ゆうし以前いぜんより人類じんるいの営いとなみのなかに存在そんざいしていた。人類じんるいが天然てんねん高分子こうぶんしを利用りようしていた歴史れきしは古ふるく、紀元前きげんぜん3000年ねんの古代こだいインド文明ぶんめいの遺跡いせきより綿布めんぷが見みつかっており、絹織物きぬおりものの歴史れきしは新しん石器せっき時代じだいの中国ちゅうごくで始はじまっている。しかしながら、綿めんや絹きぬがセルロースやフィブロインといった高分子こうぶんしであると知しられていたわけではない。また今日きょうでは高分子こうぶんしに分類ぶんるいされる、ニトロセルロースやポリスチレンは19世紀せいきに、レーヨンは20世紀せいき初頭しょとうに発明はつめい・発見はっけんされているが、学問がくもん対象たいしょうとしての高分子こうぶんし化学かがくが確立かくりつするのは比較的ひかくてき最近さいきんである。

高分子こうぶんし化学かがくの確立かくりつ

「高分子こうぶんし」概念がいねんの確立かくりつには、1920年ねんから1935年ねんの15年間ねんかんに渡わたる論争ろんそうがあった。

1920年代ねんだいの半なかば頃ごろまで、高分子こうぶんし化合かごう物ぶつである天然てんねんゴム、セルロース、デンプン、タンパク質たんぱくしつなどは低てい分子ぶんし化合かごう物ぶつが「副ふく電子でんし価か」で会合かいごうしたり、ミセルを形成けいせいして見みかけ上じょう大おおきな粒子りゅうしとなっているだけだと考かんがえられていた（会合かいごう体たい説せつ）。例たとえば、「天然てんねんゴムの構造こうぞうはイソプレンの環状かんじょう二に量りょう体からだが会合かいごうした物ものである」とするC. Harriesの説せつや、1870年ねんに植物しょくぶつ学者がくしゃカール・ネーゲリが提唱ていしょうしたセルロースのミセル説せつが受うけ入いれられていた。

1917年ねん、チューリッヒ工科こうか大学だいがくの教授きょうじゅだったヘルマン・シュタウディンガーは、スイス化学かがく工業こうぎょう協会きょうかいの講演こうえんで「高分子こうぶんし説せつ」をはじめて述のべ、それを1920年ねんにドイツ化か学会がっかい誌しに発表はっぴょうした。その主張しゅちょうは上述じょうじゅつの天然てんねんゴムなどの物質ぶっしつは通常つうじょうの有機ゆうき化合かごう物ぶつ(低てい分子ぶんし化合かごう物ぶつ)と同おなじく共有きょうゆう結合けつごうによって構成こうせいされ、非常ひじょうに長ながく繋つながったものであるとした。しかしシュタウディンガーが「高分子こうぶんし説せつ」を唱となえた当初とうしょは確固かっことした実験じっけん事実じじつはなく、高分子こうぶんし説せつは会合かいごう体たい説せつを採とっていた多おおくの化学かがく者しゃ達たちから猛烈もうれつな反対はんたいを受うけた。1926年ねん9月23日にち、デュッセルドルフで行おこなわれたシンポジウムで高分子こうぶんし説せつと会合かいごう体たい説せつについて討論とうろんが行おこなわれたが、5人にんの講演こうえん者しゃの中なかで高分子こうぶんし説せつを支持しじしていたのはシュタウディンガーだけだった。

共有きょうゆう結合けつごう説せつの決定的けっていてきな実験じっけん事実じじつは、デンプンを用もちいた等とう重合じゅうごう度ど反応はんのうによって得えられた。デンプンを三さん酢酸さくさんデンプンにした後のち、再ふたたびデンプンに誘導ゆうどうまたはメチルデンプンとし、幾いくつかの溶媒ようばいを用もちいて溶液ようえき浸透しんとう圧あつを測定そくていした。浸透しんとう圧あつから重合じゅうごう度どを決定けっていしたところ、化学かがく修飾しゅうしょくによって重合じゅうごう度どはほとんど変化へんかしていなかった。会合かいごう体たい説せつが正ただしいならば、溶媒ようばいや化学かがく修飾しゅうしょくの変化へんかで会合かいごう状態じょうたいが変化へんかし、見みかけの重合じゅうごう度どが変化へんかすると予想よそうされる。しかし、実験じっけん事実じじつはこの予想よそうに反はんしていた。シュタウディンガーは同様どうようの実験じっけんをセルロースやポリ酢酸さくさんビニルなどでも行おこない、共有きょうゆう結合けつごう説せつを証明しょうめいした。こうして1935年ねんまで続つづいた論争ろんそうは、翌よく1936年ねんにシュタウディンガーがドイツ化か学会がっかい誌しに自身じしんの研究けんきゅう成果せいかを総括そうかつした論文ろんぶんを発表はっぴょうした段階だんかいで終結しゅうけつしたと同どう編集へんしゅう部ぶに判断はんだんされた。

発展はってん

高分子こうぶんし化学かがくの成果せいかは、1940年代ねんだい以降いこうの石油せきゆ化学かがく工業こうぎょうの発展はってんとともに、初期しょきはウォーレス・カロザースのナイロン66（1930年ねん）など合成ごうせい繊維せんいに応用おうようされ、今日きょうでは服飾ふくしょく品ひんから魚網ぎょもうまで天然てんねん繊維せんいに取とって代かわるほど利用りようされるようになった。また、カール・ツィーグラーとジュリオ・ナッタが開発かいはつしたチーグラー・ナッタ触媒しょくばい（1953年ねん）で合成ごうせいされるポリプロピレン等ひとしに代表だいひょうされる合成ごうせい樹脂じゅし（プラスチック）は、建材けんざい、機械きかい部品ぶひんから日にち用品ようひんの素材そざいとして幅広はばひろく利用りようされている。

現在げんざいでは従来じゅうらいより高こう強度きょうどで高こう収おさむ率りつ、或あるいは特殊とくしゅな機能きのうを持もつ高分子こうぶんしを作つくるなどの研究けんきゅうが行おこなわれている。また、ナノテクノロジーの分野ぶんやとして生体せいたい高分子こうぶんしや超ちょう分子ぶんしの性質せいしつの解明かいめいに関かんする研究けんきゅうも盛さかんである。

分野ぶんや

高分子こうぶんし構造こうぞう論ろん

低てい分子ぶんしの場合ばあいと同様どうように、X線せん回折かいせつ・電子でんし線せん回折かいせつ・中性子ちゅうせいし線せん回折かいせつ・赤外線せきがいせん分光ぶんこう・ラマン散乱さんらん・NMRなどの手法しゅほうを用もちいて研究けんきゅうされている。

高分子こうぶんし反応はんのう論ろん

新規しんき重合じゅうごう反応はんのうのための触媒しょくばいの研究けんきゅうなども含ふくまれる。

出典しゅってん

参考さんこう文献ぶんけん

• 伊勢いせ典夫のりお、東村あずまむら敏さとし延のべ、今西いまにし幸男ゆきおほか『新しん高分子こうぶんし化学かがく序論じょろん』化学かがく同人どうじん、1995年ねん3月がつ。ISBN 978-4759802580。 

関連かんれん項目こうもく

• ポリマー
• プラスチック
• 合成ごうせい繊維せんい