[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

幾何学の定理を活用したものづくり

[スポンサーリンク]

第61回のスポットライトリサーチは、東京大学藤田誠研究室藤田大士主任研究員上田善弘先生(現・京都大学川端研究室助教)にお願いしました。先日発表があった2016年のノーベル化学賞は、「超分子化学」の分野における功績が受賞対象となりました。(2016年ノーベル化学賞の紹介記事はこちら。) ケムステ愛読者の皆様には耳にタコ状態かもしれませんが、東京大学の藤田誠教授も超分子化学のトップランナーのお一人です。今回は、創刊したてホヤホヤのChem誌に掲載された研究成果がプレスリリース発表となったのを受け、スポットライトリサーチで取り上げさせていただきました。プレスリリースのみならず、Chem創刊号の表紙を飾るという目立ちっぷりで、すでにご存知の方も多いかもしれません。(Chem誌に関するケムステ過去記事はこちら:Cell Pressが化学のジャーナルを出版)

Self-Assembly of M30L60 Icosidodecahedron

Daishi Fujita, Yoshihiro Ueda, Sota Sato, Hiroyuki Yokoyama, Nobuhiro Mizuno, Takashi Kumasaka, Makoto Fujita

Chem 2016, 1, 91. DOI: 10.1016/j.chempr.2016.06.007

こちらがその素敵な表紙。

CHEM_1_1.c1.indd

藤田研による自己組織化多面体分子の合成の詳しい説明は割愛させていただきますが、2004年にM12L24[1] (M:金属イオン、L:配位子、数字はそれぞれの要素の数)、2010年にM24L48[2]と、時を追うごとにパワーアップされたものの合成が報告されてきました。今回の成果はM30L60の合成と構造解析になります。それでは、藤田大士主任研究員、上田善弘先生のお二人のfirst authorsによる研究紹介をお楽しみください。

Q1. 今回のプレスリリース対象となったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

「次世代のものづくり」として自己集合の研究をしています。自己集合は、目的の全体構造を、多数のサブユニットの組み合わせにより実現する手法/現象です。生体内では巨大構造を形作る際によく見受けられますが、実は人工系では、設計指針すら立ってないというのが実情です。

我々は、自己集合制御の一つの鍵として「幾何学的制限」に注目しています。モデル系として、金属イオン(M)と折り曲がり二座配位子(L)の組み合わせを用いた場合、図1aに示す5種類の多面体型構造しか取り得ないというのが我々の仮説です。これらを実際に合成することで、サブユニットの設計指針を一つずつ明らかにしようと試みています。

今回、配位子(L)の柔軟性制御という新しいパラメータの導入により、4つ目の多面体、二十・十二面体型錯体の合成に初めて成功しました(図1b)。構成成分数は約100成分。直径は8nmを超える超巨大分子です。

図1. (a) 存在し得るわずか5種類のMnL2n型錯体 (b) 二十・十二面体型M30L60錯体の合成スキーム

図1. (a) 存在し得るわずか5種類のMnL2n型錯体 (b) 二十・十二面体型M30L60錯体の合成スキーム

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

【上田】錯体の結晶化です。X線結晶構造解析によってのみ、二十・十二面体構造を明らかにすることができます。しかし、中身がほぼ溶媒でふわふわの中空球状分子が結晶化するのかと疑問を持ってしまいました。学生時代の有機合成の経験から「有機配位子の構造によって結晶化しやすそうな錯体にできないか。」と、どうしても配位子の設計によって結晶化問題を解決しようと考えてしまっていました。そんなある時、藤田先生に「上田君、今日から君は合成禁止で。」と言われ、これ以降、一つ一つの配位子と真面目に付き合うようになりました(笑)次はどんな錯形成条件(溶媒、攪拌温度、攪拌時間)と結晶化条件(金属イオンのカウンターイオン、溶媒、温度)の組み合わせにしようかとあれこれ考えている間に、二ヶ月放っておいたチューブから単結晶が出ました。

図2. M30L60錯体のX線結晶構造解析結果

図2. M30L60錯体のX線結晶構造解析結果

 

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

【上田】 錯形成の成否の評価です。錯形成反応の仕込み自体は至極簡単なもので、配位子の溶液と金属イオンの溶液を混ぜて加熱攪拌するのみです。NMRでピリジン環のパラジウムへの配位や大きな構造体の存在は確認できますが、それがM30L60なのかM24L48なのか、はたまた別の構造体なのかはよくわかりません。質量分析でも測定条件に錯体が耐えられず、ルーチンな測定法ではほぼ何も有意義なシグナルは観測されませんでした。一つ実験を行った後で、次はどうしようという方針が非常に立てづらかったです。結局、(当然ですが)条件を変えれば溶液中の分子の振る舞いに変化があると信じて、可能性のありそうな条件で結晶化を仕込み後は待つということだけでした。

【藤田】 X線構造解析がハイライトです。今回の対象物は、体積中の溶媒比率が90%と、通常では考えにくい数字になっています(ほぼ酢酸エチル!)。安定性・機械強度が共に低く、まだ空隙内の溶媒分子の乱れに起因する回折強度の減少など、様々な困難がありました。分子性結晶、タンパク質結晶のどちらともカテゴライズできない、新領域の物質となります。今回のケースでは、結晶が最初に得られてから論文レベルのデータに仕上げられるまで、2年近くの月日がかかっています。

 

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

【上田】 合成化学者として当たり前のことを書いているだけかもしれませんが、「合成」と「構造解析」を柱にして、分野はあまり気にすることなく化学の未解決課題に挑戦し続けたいと思います。

【藤田】 「化学」を柱として保持しながらも、より上位の概念で勝負できる人間になりたいと思っています。「化学」より「科学」、さらには本質である「新しい価値の創造」が個人的キーワードです。

 

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

【上田】自分を信じて楽観的にチャレンジを続けましょう。チャレンジにはそれ自体大きな意義があると思います。

【藤田】ACSの某ジャーナル名(”Central Science”)ではないですが、一歩踏み出しさえすれば、化学の可能性は無限大です。化学者がもっと幅を効かせる時代を作りましょう!

 

研究者の略歴

uedafos-kuicr-kyoto-u-ac-jp

上田 善弘 (うえだ・よしひろ)

所属:京都大学化学研究所 助教(川端研究室)
研究テーマ:有機合成化学、超分子化学
2013年京都大学薬学研究科博士後期課程修了。2013-2014年 東京大学工学系研究科 特任研究員。2014年-2015年 京都大学化学研究所 特定助教。2015年より現職。
受賞:第20回京大化研奨励賞、平成27年度日本薬学会近畿支部奨励賞

 

3_photo藤田 大士 (ふじた・だいし)

所属:三菱UFJファイナンシャルグループ M-EIRプログラム
東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻 主任研究員(兼務)
科学技術振興機構さきがけ研究者 (兼務)
研究テーマ:超分子化学

略歴:
2012年 東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻 博士課程修了
2012年 学術振興会特別研究員(PD)
2013年 Pohang University of Science and Technology, Research Assistant Professor
2014年 東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻 助教
2015年 科学技術振興機構 さきがけ研究者
2016年 東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻 主任研究員
2016年 三菱UFJファイナンシャルグループ M-EIRプログラム

受賞:

IUPAC Prizes for Young Chemists 2013
Reaxys PhD Prize 2013 Finalist
第2回大津会議フェロー

 

参考文献

  1. Tominaga, M.;Suzuki, K.; Kawano, M.; Kusukawa, T.; Ozeki, T. ; Sakamoto, S.; Yamaguchi, K.; Fujita, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 5621 DOI:10.1002/anie.200461422
  2. Sun, Q.-F.; Iwasa, J.; Ogawa, D.; Ishido, Y.; Sato, S.; Ozeki, T.; Sei, Y.; Yamaguchi, K.; Fujita, M. Science 2010328, 1144 DOI: 10.1126/science.1188605 

 

めぐ

投稿者の記事一覧

博士(理学)。大学教員。娘の育児に奮闘しつつも、分子の世界に思いを馳せる日々。

関連記事

  1. 続・日本発化学ジャーナルの行く末は?
  2. ゲノム編集CRISPRに新たな進歩!トランスポゾンを用いた遺伝子…
  3. 多角的英語勉強法~オンライン英会話だけで満足していませんか~
  4. 博士号とは何だったのか - 早稲田ディプロマミル事件?
  5. マテリアルズ・インフォマティクスのためのデータサイエンティスト入…
  6. ここまでできる!?「DNA折り紙」の最先端 ③ ~立体を作ろう!…
  7. フリーラジカルの祖は一体誰か?
  8. 【 Web seminar by Microwave Chemi…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第六回ケムステVプレミアレクチャー「有機イオン対の分子設計に基づく触媒機能の創出」
  2. 奇跡の素材「グラフェン」を使った世界初のシューズが発売
  3. 進撃のタイプウェル
  4. ファイザーがワイスを買収
  5. 夏本番なのに「冷たい炭酸」危機?液炭・ドライアイスの需給不安膨らむ
  6. ミノキシジル /Minoxidil
  7. DNAのもとは隕石とともに
  8. 窒素を直接 “消去” する分子骨格変換
  9. 亜酸化窒素 Nitrous oxide
  10. ベンジル位アセタールを選択的に酸素酸化する不均一系触媒

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2016年10月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

超塩基に匹敵する強塩基性をもつチタン酸バリウム酸窒化物の合成

第604回のスポットライトリサーチは、東京工業大学 元素戦略MDX研究センターの宮﨑 雅義(みやざぎ…

ニキビ治療薬の成分が発がん性物質に変化?検査会社が注意喚起

2024年3月7日、ブルームバーグ・ニュース及び Yahoo! ニュースに以下の…

ガラスのように透明で曲げられるエアロゲル ―高性能透明断熱材として期待―

第603回のスポットライトリサーチは、ティエムファクトリ株式会社の上岡 良太(うえおか りょうた)さ…

有機合成化学協会誌2024年3月号:遠隔位電子チューニング・含窒素芳香族化合物・ジベンゾクリセン・ロタキサン・近赤外光材料

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年3月号がオンライン公開されています。…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part3

日本化学会年会の付設展示会に出展する企業とのコラボです。第一弾・第二弾につづいて…

ペロブスカイト太陽電池の学理と技術: カーボンニュートラルを担う国産グリーンテクノロジー (CSJカレントレビュー: 48)

(さらに…)…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part2

前回の第一弾に続いて第二弾。日本化学会年会の付設展示会に出展する企業との…

CIPイノベーション共創プログラム「世界に躍進する創薬・バイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第104春季年会(2024)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「世界に躍進…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part1

今年も始まりました日本化学会春季年会。対面で復活して2年めですね。今年は…

マテリアルズ・インフォマティクスの推進成功事例 -なぜあの企業は最短でMI推進を成功させたのか?-

開催日:2024/03/21 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

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