第726回のスポットライトリサーチは、大阪大学大学院工学研究科（鳶巣研究室）藤本隼斗 助教にお願いしました。
今回ご紹介するのは、炭素挿入反応に関する研究です。
「スピロ骨格」とは、２つの環が１つの原子を共有する構造を指します。その際、2つの環に1つ炭素原子を挿入する方法は、スピロ骨格の直接的な構築戦略に思われますが、実際には複数の結合の切断と再構築が必要です。特に、C–C σ結合へ炭素原子を制御し挿入することは困難と考えられてきましたが、そのような挑戦的反応に対して報告がされました。本成果は、Nature 誌 原著論文およびプレスリリースに公開されています。
“Catalytic transfer of carbon atoms enables spirofusion of C–C σ-bonds”
Fujimoto, H.; Mizutani, M.; Imachi, K.; Nishioka, T.; Ikeda, R.; Tobisu, M., Nature, 2026, in press. DOI: 10.1038/s41586-026-11242-8
研究室を主宰されている鳶巣守 教授から、藤本先生について以下のコメントを頂いています。それでは今回もインタビューをお楽しみください！
藤本隼斗さんは、僕が教授として着任したときの修士1年生でした。それ以来、10年間ずっと一緒に研究をさせてもらっています。
高専時代は電気化学、学部4年生では雨夜徹先生（現・名古屋市立大学教授）のもとで構造有機化学や鉄触媒を用いた反応開発に取り組み、大学院では僕の研究室でリン(III/V)のレドックス触媒という新しい研究テーマを自ら立ち上げました。その後、助教に着任し、今回紹介していただいた炭素原子挿入反応に用いる新試薬を開発しました。さらに、有機合成を基盤とした新しい重合反応の開発でも成果を上げています。いったい、これだけのアイディアがどこから湧いてくるのか。10年一緒に研究してきた今でも、いつも驚かされます。
そして、驚くべきは研究だけではありません。化学以外の興味も実に多彩です。僕が知る限り、バスケ、野球、ドッジボール、バドミントン、卓球と、スポーツは何をやらせてもプロ級。釣りも本格派で、どんな魚でも見ただけで名前を言い当てるほどです。ほかにも将棋、登山、ボルダリング、ポケモン……と、挙げ始めたらキリがありません。この10年で見つけた弱点は、お絵かきゲームで発揮される独特の画伯っぷりくらいでしょうか（笑）。
研究の世界では、「広く浅く」ではなかなか大きな成果にはつながりません。藤本さんのすごさは、多方面への旺盛な好奇心と、個々の対象を深く追究する姿勢が自然に共存していることだと思います。それが、誰も思いつかないようなアイディアを生み出す力につながっているのではないでしょうか。
次はどんな研究を展開するのか、一人の研究者として、楽しみで仕方ありません。
Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか？簡単にご説明ください。
今回私たちは、炭素原子1つを「つなぎ目」として、2つの平面的な分子を立体的につなぐ新しい触媒反応を開発しました。
有機分子の性質は、構成する原子の種類だけでなく、その立体的な形によっても大きく変わります。なかでも、2つの環が1つの炭素原子を共有する「スピロ骨格」は、2つの環状部分がほぼ直角に交わる剛直な三次元構造を持ち、電子材料や医薬品などの分野で重要な骨格です。
炭素原子は4本の共有結合を形成できるため、2つの分子とそれぞれ2本ずつ結合させることができれば、炭素原子1つを中心としてスピロ骨格をつくれるはずです。非常にシンプルな発想ですが、実際には2つの分子の結合を切断し、そこに炭素原子を組み込んで4本の新しい結合を形成する必要があり、簡単なことではありません。
今回、炭素原子1つを供給できる試薬「PINC」とロジウム触媒を組み合わせることで、この変換を実現しました。ロジウム触媒によって2つの分子の炭素–炭素単結合を切断し、PINCから供給される炭素原子を介してつなぐことで、平面的な分子から立体的なスピロ骨格を一挙に構築できます。
さらに、この反応では同じ分子同士だけでなく、異なる2つの分子をつなぐこともできます。つまり、炭素原子1つをジョイントとして、組み合わせる分子を選びながら多様なスピロ骨格をつくることが可能になりました。
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。
本研究で特に思い入れがあるのは、最初の研究構想を練った過程です。
われわれの研究室では以前、N-ヘテロ環状カルベン（NHC）が原子状炭素等価体としてはたらくことを見いだし、アミドに炭素原子1つだけを埋め込む反応を報告しました（Science 2023, 379, 484. この研究もスポットライトリサーチで紹介していただきました）。この成果をきっかけに、炭素原子移動というケミストリーをさらに発展させ、より多様な分子変換へと展開したいと考えていました。そこで、NHCとは異なる反応性をもつ原子状炭素等価体があれば、炭素原子移動の可能性をさらに広げられるのではないかと考え、助教として着任した1年目に、その分子設計に取り組み始めました。
特に、われわれの研究室で精力的に取り組んできた遷移金属触媒による結合活性化と組み合わせることができれば、これまで反応に利用できなかったさまざまな結合にも炭素原子を導入できるのではないかと考えました。そこで着目したのが、金属に配位できるイソシアニド骨格です。ただし、単に金属に配位できるだけでは不十分で、最終的にはイソシアニドの炭素原子だけを生成物に渡す必要があります。つまり、金属に配位して反応を進めながら、炭素原子1つを残して、それ以外の部分は安定な副生成物として脱離するような試薬を目指したわけです。このような反応性を実現できそうな構造を紙の上に3つほど書き出したのですが、そのうちの1つが、今回の論文で実際に用いたPINCでした。
ところが、SciFinderで調べてみるとPINCは1980年代には既に合成されている化合物で、なんと東京化成から市販もされていました。新しい化合物を思いついたつもりが、実は既知化合物だったわけですが、幸いにも原子状炭素等価体として利用された例は見当たりませんでした。そこで、この化合物にはまだ知られていない反応性があるのではないかと期待し、この研究をスタートしました。
その後、実現までには長い時間と試行錯誤を要しましたが、学生たちの粘り強い取り組みに支えられ、当初の構想を一つの化学反応として形にできたことは、とても感慨深いものでした。
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？
この研究で最も難しかったのは、目的の反応を発見してからその収率を改善するまでの過程です。実は、研究を始めて比較的早い段階で、ビフェニレンとPINCから目的のスピロビフルオレンが生成することを確認でき、収率も10%程度までは到達していました。しかし、そこからさまざまな条件を検討しても収率が上がらず、研究は一度お蔵入りになってしまいました。
そこで、一旦方向を変え、酸塩化物を基質とした炭素原子移動反応の開発に取り組むことにしました。こちらは西岡さんとともに研究を進め、PINCの特徴的な反応性をうまく引き出すことができ、2025年にJACS誌に報告することができました（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 8138）。一方で、当初から目指していた金属触媒による結合活性化との組み合わせは、依然として未解決のままでした。
その後、学部4年生として研究室に配属された水谷さんに、このテーマにもう一度挑戦してもらうことにしました。さまざまな条件を検討するなかで、大きな転機となったのが、PINCを一度に加えるのではなく、ゆっくり滴下するという方法でした。実は、PINCはロジウムに強く配位するため、反応系中に多量に存在すると触媒を失活させてしまいます。滴下によってPINCの濃度を低く保つことで、この問題を解決し、収率を大幅に改善することができました。
さらに、この発見は単なる収率の改善にとどまりませんでした。滴下によって必要な反応温度が大幅に低下したことで、当量を制御してやると1つ目のビフェニレンとPINCが反応した中間体を選択的に得られるようになりました。ここに別のビフェニンやアルケンを添加することで、異なる2つの分子を炭素原子1つでつなぐ「cross-spirofusion」も実現できました。当初は難しいと考えていた異なる分子同士のカップリングまで可能になったことは、予想を超える成果でした。
もう一つ幸運だったのは、今回の反応を構成する二つの異なる触媒サイクルのどちらにおいても、dcypeというホスフィン配位子が最適だったことです。当初は、それぞれの触媒サイクルで有効な配位子が異なる可能性も考え、二種類の配位子を組み合わせた条件も検討していました。しかし、結果的には一種類の配位子で両方のサイクルを効率よく進められることがわかりました。これによって反応系をシンプルにできただけでなく、ワンポットで一連の反応を進めるうえでも大きな利点となりました。この点は、運にも恵まれたと思っています。
Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか？
これからも、広く「化学」を楽しんでいきたいと思っています。今回発表した論文は新しい化学反応の開発に関するものでしたが、典型元素化学や高分子化学にも興味があり、実際にこれらの研究にも取り組んでいます。化学にはまだまだ自分の知らない面白いことがたくさんありますし、幅広い知識や考え方に触れることで、新しい研究のアイデアが生まれることもあると思います。
また、研究者という仕事の醍醐味は、自分の好奇心やアイデアを出発点に、まだ誰も知らないことを明らかにしたり、これまでにないものを生み出したりできるところだと思っています。これからも自分自身の好奇心を大切に、さまざまな化学に挑戦しながら、世の中をあっと驚かせるような新しい化学を生み出せたらと思っています。
Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。
学生のころからChem-Stationを見ることが日課になっていたので、今回こうして自分の研究を取り上げていただけることを大変嬉しく思っています。特に、スポットライトリサーチに同世代の研究者が登場するたびに刺激を受け、自分も頑張ろうとモチベーションを高めていました。
研究を続けていくなかで、同世代の研究仲間とのつながりはとても大切だと感じています。学会などで知り合った仲間と、お互いの研究について議論したり、近況を話したりすることは、今でも大きな刺激になっています。学生の皆さんにも、ぜひ学会などで積極的に交流し、研究を通じたつながりを広げていってほしいと思います。
最後になりますが、本研究をともに進めてくれた学生の皆さん、そして日頃から自由に研究に取り組める環境を与えてくださり、折に触れて的確なご助言をいただいている鳶巣守教授に、深く感謝申し上げます。また、このような貴重な機会をくださったChem-Stationスタッフの皆さまにも、心より御礼申し上げます。
研究者の略歴
左から、水谷真之さん(博士前期課程2年)、西岡輝騎さん(博士後期課程1年)、藤本隼斗助教
名前：藤本 隼斗（ふじもと はやと）
所属：大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻 助教
略歴：
2020年4月〜2022年3月 日本学術振興会特別研究員(DC2)
2022年3月 大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻 博士後期過程修了 (鳶巣守 教授)
2022年4月〜現在 大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻 助教
関連リンク
- 大阪大学鳶巣研究室ホームページ（リンク）
- 原子状炭素等価体を利用してα,β-不飽和アミドに一炭素挿入する新反応（スポットライトリサーチ）
