平井健二（ひらい けんじ）は、日本の化学者。専門は材料化学・光化学。北海道大学電子科学研究所准教授。2枚の鏡を向かい合わせた「光共振器」の中に分子を置くだけで、化学反応の速さや分子の集まり方を変えられることを示してきた。2025年10月からは科学技術振興機構（JST）の創発研究者として、光共振器を使った不斉分離プロセスの確立に取り組んでいる^[13]。第46回ケムステVシンポ講師。

経歴

2008 京都大学工学部工業化学科 卒業
2010 京都大学大学院工学研究科 合成・生物化学専攻 修士課程修了
2013 同 博士後期課程修了、博士（工学）（2010–2013 日本学術振興会特別研究員DC1）
2013 日本学術振興会海外特別研究員（米国ミシガン大学）
2014 北海道大学大学院理学研究院 特任助教
2017 北海道大学電子科学研究所 光科学研究部門 准教授
2018 JSTさきがけ研究者（兼任、〜2022年）
2019 北海道大学大学院情報科学院 准教授（兼担）
2022 国立陽明交通大学（台湾）理学院応用化学系 客員准教授（兼任）
2025 JST創発研究者（兼任）

学部4年次の2007年から博士課程修了まで、京都大学物質－細胞統合システム拠点（iCeMS）の北川進・古川修平らのグループに所属し、多孔性配位高分子（PCP、MOFとも呼ぶ）の結晶を組み上げる研究で博士号を取得した^[1,2]。北海道大学に移ってからは雲林院宏の研究室を拠点に、研究の軸足を光と分子の相互作用に移した。

受賞歴

2009 第59回錯体化学討論会 ポスター賞（錯体化学会）
2009 第62回コロイドおよび界面化学討論会 ポスター賞
2010 錯体化学若手の会夏の学校2010 学生講演賞
2012 The 4th HOPE Meeting Best Poster Award
2013 Reaxys Ph.D. Prize 2013 Finalist（エルゼビア）^[11]
2020 第9回 新化学技術研究奨励賞（新化学技術推進協会）
2021 第3回 物質・デバイス共同研究賞
2021 第6回 応用物理学会フォトニクス奨励賞（2021年度、2022年3月贈呈）^[12]
フォトニクス奨励賞の対象は「振動強結合による化学反応の制御と機能性材料の合成」で、後述するプリンス環化の研究^[4]が評価された^[12]。

研究業績

平井は「鏡の箱」で化学を変える研究者である。数マイクロメートルの間隔で向かい合わせた2枚の鏡（光共振器）の中に分子を入れると、光を当てなくても分子と光が混ざり合った状態ができ、反応のしやすさや分子の並び方が変わる。試薬や触媒を足すのではなく、鏡の間隔を調整するだけで化学反応や結晶化を操ることをめざしている。

光共振器の中では、分子の振動や電子遷移と、鏡の間に閉じ込められた光（共振器モード）とがエネルギーをやり取りする。このやり取りが損失を上回ると「強結合」と呼ばれ、分子と光の混成状態（ポラリトン）が生じて吸収ピークが2本に分かれる（ラビ分裂）。真空の電磁場のゆらぎだけでも強結合は起こるため、外から光を照射する必要はない^[7]。平井はこの現象を、有機反応・自己集合・結晶化の制御に結びつけてきた。

多孔性配位高分子の結晶を組み上げる

博士課程では、金属イオンと有機配位子からなる多孔性配位高分子を、異なる種類の結晶の上に順に成長させて機能を積み重ねる手法を開発した^[1]。さらに、原料の拡散と分子集合を連動させることで、ナノメートルからマイクロメートルにわたる複数のスケールで配位高分子の形を作り分けた^[2]。結晶の成長過程を外から操るというこの視点は、のちの光共振器による結晶化制御にもつながっている。

鏡の間隔で反応を遅くする

2016年、仏ストラスブール大学のエッベセン（Thomas W. EBBESEN）らは、アルキニルシランの脱シリル化が振動強結合のもとで数倍遅くなることを報告した^[3]。ただし、その後に調べられたのは脱離や加溶媒分解のような単純な反応に限られていた。

平井らは、アルデヒドやケトンのカルボニル基（C=O）の伸縮振動を共振器と強結合させると、一般的な有機反応であるプリンス環化（プリンス反応）が遅くなり、活性化エネルギーが約10 kJ/mol上がることを示した^[4]。共振器をC=Oの吸収から約50 cm⁻¹ずらすと反応速度は元に戻る。つまり鏡の間隔だけで特定の官能基を「反応しにくく」でき、保護基を付け外しする工程を省ける可能性がある。この成果はJSTさきがけの課題として行われ、2020年に北海道大学とJSTが報道発表した。続いて、共振器の間隔を自動で追従させて強結合を保つ装置を作り、部位選択的な反応へと展開した^[5]。

Figure 1. 光共振器の中の分子（h: プランク定数、c: 光速、ν: 分子の振動数）。光共振器のミラー間の距離（d）を調整することで、共振器モード（hc/2d）と分子の遷移エネルギー（hν分子）の準位を等しくすると強結合の状態になる。強結合によって分子分極と光の混成状態（ポラリトン）が形成され、上枝ポラリトンと下枝ポラリトンに分裂する、ラビ分裂が観測される。強結合の状態では、分子の反応性、分子間相互作用、光・電子物性などが大きく変化する。

分子の集まり方を変える

強結合は分子どうしの相互作用にも効く。亜鉛イオンと2-メチルイミダゾールを水中で混ぜると、通常はZIF-8とZIF-Lという2種類の金属有機構造体が混ざって生じる。溶媒である水のO–H伸縮振動を強結合させると、ZIF-8だけが選択的に結晶化した^[6]。重水に替えて強結合を外すと混合物に戻ることから、強結合によって溶媒和が変わったと考えられている^[6]。反応だけでなく結晶多形まで共振器で選べることを示した例である。

Figure 2. 金属有機構造体（MOF）の多形制御。ZIF-8とZIF-Lの混合物が得られる溶液で溶媒分子を振動強結合の状態にすると選択的にZIF-8の結晶が得られる。

エピソード

• 博士課程修了の2013年、世界580件超の応募から選ばれるReaxys Ph.D. Prizeのファイナリスト45名に入った^[11]。
• 2020年のプリンス環化の論文は Angew. Chem. Int. Ed. の注目論文（Very Important Paper）に選ばれた^[4]。
• 2024年9月、第46回ケムステVシンポ「メゾヒエラルキーの物質科学」で「強結合を利用した分子集合の科学」と題して講演した。共同研究者のハッチソン（James A. HUTCHISON、メルボルン大学）は、エッベセンらの2016年の論文^[3]の共著者でもある。

関連動画

• JST新技術説明会「自動制御システムを導入した光共振器による選択的化学反応」（2023年10月20日）
• 第4回Qコロキウム「量子ゆらぎを利用した有機反応と自己集合」（2020年7月30日）

関連文献&注釈

1. Hirai, K.; Furukawa, S.; Kondo, M.; Uehara, H.; Sakata, O.; Kitagawa, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8057–8061. DOI: 10.1002/anie.201101924
2. Hirai, K.; Reboul, J.; Morone, N.; Heuser, J. E.; Furukawa, S.; Kitagawa, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14966–14973. DOI: 10.1021/ja507971r
3. Thomas, A.; George, J.; Shalabney, A.; Dryzhakov, M.; Varma, S. J.; Moran, J.; Chervy, T.; Zhong, X.; Devaux, E.; Genet, C.; Hutchison, J. A.; Ebbesen, T. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11462–11466. DOI: 10.1002/anie.201605504
4. Hirai, K.; Takeda, R.; Hutchison, J. A.; Uji-i, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5332–5335. DOI: 10.1002/anie.201915632
5. Hirai, K.; Ishikawa, H.; Takahashi, Y.; Hutchison, J. A.; Uji-i, H. Chem. Eur. J. 2022, 28, e202201260. DOI: 10.1002/chem.202201260
6. Hirai, K.; Ishikawa, H.; Chervy, T.; Hutchison, J. A.; Uji-i, H. Chem. Sci. 2021, 12, 11986–11994. DOI: 10.1039/D1SC03706D
7. Hirai, K.; Hutchison, J. A.; Uji-i, H. Chem. Rev. 2023, 123, 8099–8126. DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00748
8. Imai, S.; Hamada, T.; Nozaki, M.; Fujita, T.; Takahashi, M.; Fujita, Y.; Harano, K.; Uji-i, H.; Takai, A.; Hirai, K. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 23528–23535. DOI: 10.1021/jacs.5c02960
9. Sasaki, I.; Takahashi, K.; Taemaitree, F.; Nakamura, T.; Hutchison, J. A.; Uji-i, H.; Hirai, K. Chem. Commun. 2025, 61, 2766–2769. DOI: 10.1039/D4CC05598E
10. Imperatore, M. V.; Asbury, J. B.; Giebink, N. C. J. Chem. Phys. 2021, 154, 191103. DOI: 10.1063/5.0046307
11. 注: 京都大学iCeMS古川研究室ニュース（2013年6月30日）。Kenji Hirai is selected for a finalist of the 2013 Reaxys PhD Prize
12. 注: 応用物理学会フォトニクス分科会「フォトニクス奨励賞 歴代受賞者」（2021年度）。annex.jsap.or.jp
13. 注: 北海道大学電子科学研究所「JST『創発的研究支援事業』に採択（平井 健二 准教授）」（2025年7月29日）。es.hokudai.ac.jp
14. 注: 京都大学「北川進 理事・副学長、高等研究院特別教授が記者会見を行いました」（2025年10月9日）。kyoto-u.ac.jp

関連書籍

・Hirai, K.; Uji-i, H. “Polariton Chemistry: Molecules in Cavities”, Chapter 12. Reactions and Assembly under Vibrational Strong Coupling, Wiley Books

Polariton Chemistry: Molecules in Cavities

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• 平井健二「ポラリトンを利用した自己集合と金属有機構造体」『金属有機構造体（MOF）の合成、高機能化と応用技術』第1章5節、技術情報協会、2025年

金属有機構造体(MOF)の合成、高機能化と応用技術

執筆者：44名

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関連リンク

• Kenji Hirai（個人ホームページ）
• 北海道大学電子科学研究所 ナノ材料光計測研究分野
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