[スポンサーリンク]

一般的な話題

世界の「イケメン人工分子」① ~ 分子ボロミアンリング ~

[スポンサーリンク]

 

@drug_discovery 「化学者からみる「イケメン分子」ってのは、どんな分子なんだろう?すっきりしたのが良いのか、複雑に入り組んだのが良いのか。」

既に数ヶ月前のことで恐縮ですが、Twitterでのこんなつぶやきに端を発し、#sci_onタグ「イケメン分子」が話題となりました。

ここでいうイケメン分子とは、そのまま「見た目がかっこいい分子」のことです。

え、見た目だけ・・・いやいや、これはなかなかバカに出来ないのですよ?

イケメン人工分子の魅力

自然というのは面白いもので、構造美=機能美という式がそのまま当てはまるものがたくさんあります。例えば皆さんご存知の遺伝物質、DNAの二重らせん構造などは構造美=機能美の好例です。この相補的配列を持った2重鎖構造は、遺伝子複製過程を合理的かつ精確に進めるという機能にうまく寄与しています。

自然界にはどうやら、同じ機能の実現に際して、最小のエネルギーを使うようにしているという基本原則があるようです。機能の複雑さ・洗練度合いに比べて、構造はシンプルで美しい「イケメン」となる――これは必然的なことといって良さそうです。

さて、Twitter上で皆が「イケメン分子」案を持ち寄っている最中、筆者も独断と偏見にて10の「イケメン分子」を提案させていただきました。

このとき筆者は、あえて自然界に存在する分子ではなく、人の手で作り出された「人工小分子」を取り上げました。

これは筆者なりの意図があってのことです。

「人間の手によって、新たな機能と研究領域を創造できること―それが化学の本質であり、唯一無比の魅力である」

ということを伝えたい、という思いがその一つです。

物質を原子レベルで自由度高く加工し、自分の手で創り出すこと自体、化学をもってしか現状不可能な営みです。

そして人工物は、他でもない人間の頭脳から生み出されたものです。「優れた人工物」は人間の創造力と想像力の体現であり、果て無き可能性・未来を感じさせてくれるもの。そんな人工物を、創造力と興味の赴くままに自分で作り出していける。化学者として生きていく魅力と充実感を味わえるのは、まさにこういう点に根源があるのでは、と考えるわけです。

また、

「人工というだけでマイナスイメージを持ってほしくない。それは偏見そのもので、世界を狭く見る結果にしか繋がらない」

ということを知ってほしい、という思いもあります。

「天然物」に対し、「人工物」にはどういうわけかマイナスのイメージが付きまとう宿命にあるようです。これはまったくおかしな話です。天然にだってひどい毒物は存在していますし、一方でわれわれの生活を豊かにしてくれる医薬品のような人工物だってあるわけです。機能だけを取り出して眺める限り、天然物/人工物の分類は、まったくもってナンセンスというわけです。優れているものは優れている、と捉えることのできる素直さと謙虚さを、若いうちから育んでほしいと思うわけです。

美麗な構造をもった人工物こそが、そのまま化学的営みの魅力と意義を体現している。
優れた人工物を創製し続ける先端化学こそが、われわれの生活を豊かで実りあるものにしていく力を持つ

前置きが長くなって申し訳ありませんが、そういう信念のもと「世界のイケメン分子」をこれから数度に分けて紹介してみたいと思います。

三輪違いの分子ボロミアンリング

Molecular_Borromean_Ring

 

カテナンと呼ばれる分子をご存知でしょうか?二つの輪が鎖のようにからみ合って外れなくなった分子であり、Mechanically-Interlocked Moleculeと呼ばれるものにカテゴライズされます。
一方で今回取り上げるイケメン分子・分子ボロミアンリングは、3つの輪ががからみ合って外れなくなった構造をしています。より正確には「輪がどれかひとつでも切れてしまうと、すべてがバラバラになってしまう」トポロジーで3つの輪が組み合わさったものです(結び目理論で言うところの最小のBrunnian Link)。ボロミアンリングという名前は、かつて北イタリアで名を馳せたボロメオ家の紋章に由来しています。日本の家紋のひとつ、「三輪違い」にもこのボロミアンリング構造が見られます。

独特の美麗な構造を持った誰もが求めるイケメン分子ですが、普通にどうやって作ればいいのかすら、まったく想像がつかないような代物でもあります。たとえば3回の環化反応を行ったとしても、普通は望むような形で環は組み合わされず、3つの環はバラバラにできてしまいます。うまく合成するには、優れたアイデアこそが必要不可欠となります。

2004年、米国ノースウェスタン大学のフレーザー・ストッダート教授のグループは、この分子ボロミアンリングの合成に世界で初めて成功しました(Science 2004, 304, 1308)。これほどに込み入った構造を持つ分子にもかかわらず、彼らはなんと一段階で合成を達成しています。その天才的な発想を以下紹介しますが、まったく驚くほかないという巧妙なものです。

キーとなる考え方は、クラウンエーテルの時代から綿々と発展を遂げてきた鋳型合成法です。すなわち下図のように、12分割したボロミアンリングの構成成分と、金属亜鉛の配位結合を利用しつつ、ボロミアンリングを組むようにうまく配置させた状態から反応を行わせる、というのが基本的な考え方になります。

2015-11-16_14-52-33

また酸性条件下では、イミン結合形成と亜鉛への配位は可逆になります。このため一旦間違った組み方をしても再び結合が切れて、違う形でくっつきます。これが多数繰り返され、最終的に最も安定たる構造(=ボロミアンリング)へと落ち着いていくのです。大変に見事ですね。最近では官能基を入れたり、イミンを還元してアミンにした後、亜鉛を除去したボロミアンリングも合成されているようです。

 

ボロミアンリングは「化学者のお遊び」か?

分子ボロミアンリング自体にとりたてて優れた機能が発現したという報告は、現在のところまったくありません。これを見て「お遊び研究に過ぎないじゃないか」と否定的に捉えるのは簡単です。しかしこういったものは、もっと長い目で捉えていくべきものでしょう。

かつてなんの役にも立たないと考えられていたカテナンやロタキサンは、ストッダート教授自身による長年の研究の末、分子スイッチ・高密度記録媒体(分子メモリ)としての応用が現在追究されるに至っています。「化学者の創造力と熱意と工夫次第で、化合物の将来像はいかようにも成り得る」「知られざる化合物を魅力的にしていくのは、研究者のセンスと手腕次第」ということのよい例だと思わされます。

ボロミアンリングにしても、カテナンとの構造類似性を生かして、よりも高密度な情報媒体として応用するが可能かもしれません。そもそもが全く新しい形の分子ですから、これからどういう風に「化ける」のかの予測も現時点では不可能です。

現状役に立つと分子とはいいがたい綺麗なだけの「イケメン分子」ですが、これが人間の創造力を駆動力として、今後どのような変貌・発展を遂げていくのか―皆でリアルタイムに見守っていこうではありませんか。

(各図はWikipedia、Stoddart研ホームページなどより引用)

関連書籍

[amazonjs asin=”0521087813″ locale=”JP” title=”Supramolecular Organization and Materials Design”][amazonjs asin=”4774131148″ locale=”JP” title=”有機化学美術館へようこそ ‾分子の世界の造形とドラマ (知りたい!サイエンス)”]

 

外部リンク

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 反応化学と生命科学の融合で新たなチャレンジへ【ケムステ×Hey!…
  2. GRCにいってきました:ボストン周辺滞在記2025 Part I…
  3. 決め手はケイ素!身体の中を透視する「分子の千里眼」登場
  4. 可視光光触媒でツルツルのベンゼン環をアミノ化する
  5. 『主鎖むき出し』の芳香族ポリマーの合成に成功 ~長年…
  6. GoodNotesに化学構造が書きやすいノートが新登場!その使用…
  7. 親子で楽しめる化学映像集 その2
  8. 天然物の全合成研究ーChemical Times特集より

注目情報

ピックアップ記事

  1. フタロシアニン phthalocyanine
  2. 反応経路自動探索が見いだした新規3成分複素環構築法
  3. 非天然アミノ酸触媒による立体選択的環形成反応
  4. 【Spiber】新卒・中途採用情報
  5. キャリアデザイン研究講演会~化学研究と企業と君との出会いをさがそう!~
  6. 名古屋市科学館で化学してみた
  7. MI-6 / エスマット共催ウェビナー:デジタルで製造業の生産性を劇的改善する方法
  8. 【日産化学 24卒/Zoomウェビナー配信!】START your chemi-story あなたの化学をさがす 研究職限定 キャリアマッチングLIVE
  9. ブドウ糖で聴くウォークマン? バイオ電池をソニーが開発
  10. NMR in Organometallic Chemistry

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2010年5月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

条件の「前後」も実験条件である【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 物質理工学院(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

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