[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

高分子と低分子の間にある壁 1:分子量分布

[スポンサーリンク]

Chem-Stationを閲覧されている方は「有機化学」の分野の方が多いように思います。
「有機化学」というと慣例的に有機”低分子”を扱う化学とされ、”高分子”を扱う「高分子化学」とは区別されています。

筆者は大学~社会人の数年間は「高分子化学」に携わっていたのですが、異動になり、今は「有機”低分子”化学」を主に扱っています。
両者を経験してみて、その間にある壁の存在を改めて感じましたので、一般的かどうかはわかりませんが、筆者の経験談として紹介したいと思います。


紹介が遅れましたが、スタッフとして新しく入りましたきのんと申します。
今後とも、よろしくお願いいたします。この記事が私の最初の記事になります。

 

2つの分子量 ~数平均Mnと重量平均Mwは何が違う?~

分子量分布は高分子化学の教科書の最初の方に出てきますが、これがまた低分子ばっかりさわってる人にとっては厄介な概念であるかもしれません。
低分子では十分に精製して単一分子として議論をすることが多いため、様々な分子量の分子が混ざっている高分子を直感的に理解することができないようです。

高分子化学では数平均分子量Mn重量平均分子量Mwという2種類の分子量があります。
(ほかにもいっぱいありますが、基本はこの2つです)
低分子のように単一分子であれば、MnとMwが一致し、分布を持つと必ずMn<Mwとなります。
よって、Mw/Mnの値が大きいほど分布が広く、小さいほど分布が狭い、1に近づくほど単一分子、ということになります。

では、なぜこの2つの分子量MnとMwを使い分けているかというと、ざっくり言ってしまえば、Mnは計算用、Mwは物性議論用です。

極端な例として、分子量1,000の分子と1,000,000の分子が同じ”数”だけ入っている高分子で考えます。

1g中に何molの分子があるか?と言われたら、

1000*(x/2)+1000000*(x/2) = 1ですから、
x = 1/500500(=1.998E-6)になります。

一方、数平均分子量は、それぞれの分子の(個数)存在比は1/2ですから
Mn = 1000*(1/2)+1000000*(1/2) = 500500
となり、1g中何molかという計算をMnを用いて計算しても同じ答えになることがわかります。

一方、1g中何gが分子量1000の分子か、と問われたら、

上記のxの値を利用して、
1000*(1/500500)/2 = 1000/1001000 = 0.000999gとなり、
同じ個数とはいえ、分子量1000の分子はほとんど入っていないことになります。
逆に分子量1000000の分子は0.999001g入っているということですね。
両分子の密度が同じだとすると、この分子の体積のほとんどが分子量1000000の分子で占められていることになります。
この高分子を使った膜の強度や耐熱性を測定する場合は、ほとんどを占めている分子量1000000の性質が色濃く反映されると考えるのが自然ですよね。
これを加味した分子量として重量平均分子量Mwが使われています。

この高分子の場合は
Mw = 1000*1000/1001000+1000000*1000000/1001000 = 999001
となり、Mnと比べてかなり1000000に近いことがわかります。

 

分子量設計 ~狙った分子量のポリマーをどうやって作る?~

高分子材料を評価する場合、必ずどこかで「分子量効果」を調査します。
そのときはMw = 5000, 20000, 50000というように、Mwで狙いをつけて合成します。
材料の物性と分子量の関係を見たいわけですからMwをふるというのは自然の感覚です。

ポリウレタンなどは仕込みモノマー比から理論的な分子量を簡単に計算できます。
反応の濃度や温度は基本的に関係ありません(もちろん例外はあります)。
ここで計算できる分子量はMnなのですが、分布(Mw/Mn)は同じ合成をしているとあまり変化しないので、一度経験があれば狙ったMwで合成することも容易です。

筆者が初めて合成する樹脂の場合、Mw/Mn=2と仮定して合成しています。

アクリル樹脂は、ウレタン樹脂ほど一筋縄ではいきません。
アクリルの溶液重合の場合は、モノマー、重合開始剤、溶剤を入れるわけですが、モノマー濃度、開始剤濃度、重合温度、そしてそれぞれの添加の仕方(何を最初にフラスコに入れて、何を滴下で入れるかなど)様々なファクターが分子量に影響してきます。
理論的に考えて分子量を設計することもできるはずですが、周囲の先輩方を見ている限りでは、一人ひとり、自分流の標準処方というのを持っていて、

まずそれで作ってみて、じゃぁこう変えたら分子量倍くらいになるかな?って感じで分子量をふっていきます。

まさに職人技です。
筆者は溶液重合(均一系)でしか重合したことありませんが、乳化重合のような不均一系だとさらに複雑で、これをずーっとやってる人なんかもいるのですごいなぁと感心します。

MnとMw、それぞれの意味を理解する多少の助けにはなったでしょうか。

もし、Mwにここまで明確な物理的な意味がなかったら、正規分布のように平均値と標準偏差で分布が表現されていたかもしれませんね。

分子量分布にもいろいろ高分子と低分子の壁はあるのですが、記事が長くなってしまったので、あらためて書くことに致します。

きのん

投稿者の記事一覧

化学メーカーの研究開発をしております。大学時代は光電変換、特に有機薄膜太 陽電池の研究に携わっていました。今は有機化学と高分子化学の間のような仕事 をしております。音楽好き

関連記事

  1. “Wakati Project” 低コス…
  2. アメリカ化学留学 ”立志編 ーアメリカに行く前に用意…
  3. 特許にまつわる初歩的なあれこれ その1
  4. 第14回ケムステVシンポ「スーパー超分子ワールド」を開催します!…
  5. 分子構造を 3D で観察しよう (1)
  6. 炭素をつなげる王道反応:アルドール反応 (1)
  7. 架橋シラ-N-ヘテロ環合成の新手法
  8. 自己組織化ホスト内包接による水中での最小ヌクレオチド二重鎖の形成…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 耐薬品性デジタルマノメーター:バキューブランド VACUU・VIEW
  2. 「脱芳香族的二重官能基修飾化反応の研究」ーイリノイ大学David Sarlah研より
  3. もう別れよう:化合物を分離・精製する|第5回「有機合成実験テクニック」(リケラボコラボレーション)
  4. 花王、ワキガ臭の発生メカニズムを解明など研究成果を発表
  5. 採用面接で 「今年の日本化学会では発表をしますか?」と聞けば
  6. 第28回光学活性化合物シンポジウム
  7. 有機合成の進む道~先駆者たちのメッセージ~
  8. NMRの基礎知識【測定・解析編】
  9. 化学構造式描画のスタンダードを学ぼう!【基本編】
  10. アルダー エン反応 Alder Ene Reaction

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2010年6月
« 5月   7月 »
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930  

注目情報

注目情報

最新記事

光照射による有機酸/塩基の発生法:①光酸発生剤について

糖化学ノックイン領域では、班員の専門性について相互理解を深めつつ、関連分野の先端研究を包括的に把握す…

第23回ケムステVシンポ『進化を続ける核酸化学』を開催します!

もう12月。2021年もおわりが近づいています。さて、今年最後のケムステVシンポとして第23…

KISTECおもちゃレスキュー こども救急隊・こども鑑識隊

おもちゃレスキューに君も入隊しよう!大事なおもちゃがこわれたら、どうしますか? …

ポンコツ博士研究員の海外奮闘録 〜コロナモラトリアム編〜

事実は小説より奇なり。「博士系なろう」という新ジャンルの開拓を目指し,博士を経て得られた文章力を全力…

乙卯研究所 研究員募集

公益財団法人乙卯研究所から研究員募集のお知らせです。自分自身でテーマを決めて好きな有機化学の研究…

SNSコンテスト企画『集まれ、みんなのラボのDIY!』

先日公開されたこちらのケムステ記事と動画、皆さんご覧になって頂けましたでしょうか?https…

可視光レドックス触媒と有機蓄光の融合 〜大気安定かつ高性能な有機蓄光の実現〜

第351回のスポットライトリサーチは、九州大学 安達・中野谷研究室 で研究をされていた陣内 和哉さん…

可視光全域を利用できるレドックス光増感剤

東京工業大学 理学院 化学系の玉置悠祐助教、入倉茉里大学院生および石谷治教授は、新たに合成したオスミ…

【ジーシー】新卒採用情報(2023卒)

弊社の社是「施無畏」は、「相手の身になって行動する」といった意味があります。これを具現化することで存…

有機合成のための新触媒反応101

(さらに&hellip;)…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP