The Static structure of polyrotaxane in solution investigated by contrast variation small-angle neutron scattering

コントラスト変調中性子小角散乱法を用いたポリロタキサンの溶液中での構造解析

遠藤 仁; 眞弓 皓一*; 大坂 昇*; 伊藤 耕三*; 柴山 充弘*

Endo, Hitoshi; Mayumi, Koichi*; Osaka, Noboru*; Ito, Kozo*; Shibayama, Mitsuhiro*

ポリロタキサンは複数の環状分子が軸となる線状の高分子に連なった「超分子構造」を有する。本研究では、良溶媒に溶解したポリロタキサンの静的構造をコントラスト変調中性子小角散乱法を用いて決定した。研究においては、軸分子の形態を決定するとともに、新たに導いた散乱理論を駆使することで、軸分子上での環状分子の分布を定量的に評価した。その結果、環状分子の分布がほぼランダムであることを決定し、さらにポリロタキサンの形態と環状分子の配列エントロピーの関係に関して考察した。

Polyrotaxane (PR) possesses a supramolecular structure in which cyclic molecules are threaded into an axial polymer. In this study, the static structure of PR dissolved in a good solvent was investigated using contrast variation small-angle neutron scattering. The conformation of the axial linear polymer and the alignment of cyclic molecules within the axial polymer were evaluated quantitatively with the help of a detailed derivation of scattering theory. The decomposed partial scattering functions of the cyclic molecules and the axial polymer and the cross-correlation between cyclic molecules and an axial polymer strongly supported the idea that the alignment of cyclic molecules threaded on the axial polymer is random. On the basis of experimental observation, the entropic origin of the stiffening of PR due to the array of cyclic molecules is discussed.