化学は地球を救う！

Jul

2009

Author: トリプチセン[Edit ] View: [2003] 　

Category:論文

　夏も近づき暑くなるにつれて、毎年のように「地球温暖化の影響」があちこちで囁かれるようになりました。実際に日本沿岸では海水面が毎年3.3 mmずつ上昇しているそうです（Wikipedia「地球温暖化」参照）。

　地球温暖化の主な原因は「温室効果ガス（greenhouse gas）」であるとされており、特にメタン（CH4）や二酸化炭素（CO2）の排出量が大きく影響することが示されています。これらの気体分子は大気中で非常に安定であり、反応性が限られる(分解されにくい)ことが問題を大きくしていると言われています。

　以前「つぶやき」では、NHC（N-ヘテロサイクリックカルベン）を有機分子触媒として用いると、CO2を活性化できるという報告を紹介しました（「つぶやき」での紹介記事はこちら）。すなわち簡単な有機分子を用いることでCO2を無害な（むしろ有用な）メタノールへと変換する、というコンセプトでした。

　さらに最近、この研究に関連して、地球温暖化に待ったをかける（と言ってしまうのは大袈裟かもしれませんが）、画期的な研究成果が J. Am. Chem. Soc. 誌及びAngew. Chem. Int. Ed. 誌に報告されたので紹介します。

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Complexation of Nitrous Oxide by Frustrated Lewis Pairs
Otten, E.; Neu, R. C.; Stephan, D. W.
J. Am. Chem. Soc. 2009, ASAP. doi:10.1021/ja904377v

Reversible Metal-Free Carbon Dioxide Binding by Frustrated Lewis Pairs
Mömming, C. M.; Otten, E.; Kehr, G.; Fröhlich, R.; Grimme, S.; Stephan,D. W.; Erker, G.
Angew. Chem. Int. Ed. 2009, Early View. doi:10.1002/anie.200901636

　いずれの研究もカナダのトロント大学のStephan, D. W. 教授らのグループが中心になっています。Stephan教授は「Frustrated Lewis Pairs（以下FLPs）」に関する化学の第一人者です。

　Lewis Pairsとは、つまりルイス酸とルイス塩基の両方の機能を併せ持つ分子のこと。配位子としての利用や触媒能について精力的な研究がなされてきました。その結果、ルイス酸-塩基中心が同時に二つの反応基質を活性化して、触媒能を示すことも明らかとなっていました。しかしながら、これらの化合物を触媒として働かせるためには、ルイス酸とルイス塩基部位同士が相互作用してしまう、いわゆるクエンチ反応を防ぐことが課題でした。

　Stephan教授は、「 B（ボラン）及び P（ホスフィン）」を組み合わせた「Lewis Pairs」に着目していました。さらに前述の問題を解決するために「嵩高い置換基を導入」して、ボラン-ホスフィン間での配位を防ぎました。このようにして「Frustrate」されたFLPsは、なんと水素分子をもヘテロリティックに解裂させることができます（下図参照）。

Reversible Metal-Free Hydrogen Activation
Welch, G. C.; Juan, R. R. S.; Masuda, J. D.; Stephan, D. W.
Sience 2006, 314, 1124. doi:10.1126/science.1134230

　また得られたFLPs-水素付加体は、C=N（イミン）やC≡N（ニトリル）を触媒的に還元することが可能です。『遷移金属を用いることなく触媒的水素化反応を可能にした』という点で、グリーンケミストリーの立場からも高く評価されています。

　今回の研究成果は、これらの研究の発展型で「FLPsは温室効果ガスとして知られるCO2やN2Oをも活性化できた」というものです。これまでにも遷移金属錯体を用いてCO2やN2Oを活性化するという報告例はありました。しかしながら典型元素のみからなる中性分子が、室温下、1 bar程度の圧力の気体と反応するという例は非常に珍しいと言えます。

　ただし、このような分子・反応系が設計できたからと言って、温暖化解決に直結するかと言えばそう簡単な話ではないと思います。しかしながら、基礎化学的な知見の積み重ねの上に応用があるという事実はいつの時代も変わりません。数十年後か数百年後かわかりませんが、これらの成果をヒントとして生まれた技術が利用されることを期待したいものです。

　実用化に至らないまでも、基礎化学的な観点からも興味深い結果であるのは間違いありません。これほどまでにシンプルな系で、新しい概念を生み出したという点には感動すら覚えます。今後FLPsを用いてあらゆる結合の切断・分子変換が可能になれば、地球を救うことはできなくとも有機化学の可能性は確実に広がるはずです。

　研究においては、どのようなコンセプトを持って進めていくかという姿勢が重要であると思います。それは論文発表でも口頭発表でも、まず最初に目に（耳に）する「Introduction」に凝縮されています。賛否両論あるとは思いますが、駆け出しの研究者である筆者にとっては少々大袈裟なイントロのほうがおもしろいと感じることも少なくありません。今回紹介した論文がそうであるように、「こんなにも夢のある化合物ですよ」という前置きがあると取っ付きやすいのは間違い有りません。

　それらを踏まえて今回のブログの記事のタイトルを決めましたが、いかがでしょうか？

大袈裟なタイトルに引き付けられた人が多少なりともいてもらえれば幸いです。

関連論文
[1] Rokob, T. A.; Hamza, A.; Papai, I. J. Am Chem. Soc. 2009, ASAP. doi:10.1021/ja903878z
関連リンク
Stephan Research Group（トロント大学　ステファン研究室HP）

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