研究概要

液晶分子の配向挙動とコンホメーション特性の解析

東京工業大学、通産省 工業技術院 物質工学工業技術研究所（現 産業技術総合研究所）、千葉大学での研究です。
＜1988年～2004年＞

液晶は芳香族環などからなる剛直なメソゲンとアルキル鎖などからなる柔軟なスペーサーが交互に結びついた構造をもつ。液晶相の安定性、相転移に伴う熱力学量の変化は、液晶場に対する剛直なメソゲンの配向秩序性や柔軟なスペーサーのコンホメーションに依存する。したがって、液晶の構造-物性相関の解明・分子設計のためには、分子配向とコンホメーションに関する情報を実験から導き出す方法（これを動的構造解析法と呼ぶ）の確立とその情報の蓄積が必要とされる。

ネマチック液晶場の鎖状分子この分野の論文リスト

このような観点から、ネマチック液晶溶媒中の鎖状分子から観測されるNMRプロトン－プロトン結合定数と重水素NMR四極子分裂幅を解析するためのモデルとして、鎖状分子の統計力学（Rotational Isomeric State (RIS) 法）に基づくシミュレーション法を提案し、それにより液晶中のn-アルカンの配向とコンホメーション特性を明らかにした。さらに、同様の解析法でネマチック液晶に溶解させたエチレンオキシドオリゴマー、n-デカン、1,6-ジメトキシヘキサンの配向秩序度とコンホマー分率を求めた。得られた結果が相転移挙動の熱力学的解析と整合することを示した。

シミュレーションに最大エントロピー法を導入し解析法の一層の高度化を図った。上述のネマチック液晶系にこの解析法を適用し、これまでの平均場理論による解析結果に整合するコンホメーション分率・分子サイズの評価値を得た。

最大エントロピー法でネマチック液晶に溶解した単量体、2量体、４量体液晶モデル分子のコンホメーション解析を行った。モデル化合物／ネマチック液晶系の相転移挙動の解析、2量体モデルの単結晶構造解析、分子軌道法計算も併せ、液晶場、結晶場がモデル化合物のコンホメーションと配向秩序性に及ぼす効果を考察し、相転移温度などに見られるスペーサー長依存性、いわゆる偶奇効果の起源を明らかにした。特に４量体モデルの結果から高分子液晶のコンホメーション特性を類推した。

両親媒性分子の凝集構造この分野の論文リスト

ネマチック液晶系で開発した解析法を、オクタン酸ナトリウム／1-デカノール／水からなるリオトロピック液晶系に拡張し、この系が発現するヘキサゴナル、ラメラ、逆ヘキサゴナル相中の両親媒性分子の配向秩序性とコンホメーション特性を重水素NMRの測定・解析で明らかにした。

最大エントロピー法を上述のリオトロピック液晶系とオクタン酸ナトリウム／１－ブタノール／水のラメラ、ヘキサゴナル相にも適用し、従来の方法に比べ一層精緻な解析結果を得た。これら一連の研究でサーモトロピック・リオトロピック液晶に適用できる汎用性の高い動的構造解析法を構築した。