2013年3月号に京都府立桃山高等学校の高校生が主に行った研究に関する論文が日本化学会欧文誌Bulletin of the Chemical Society of Japanに掲載され、見事にSelected Paperに選出されました！
まずは皆様おめでとうございます！
研究グループは京都工芸繊維大学の楠川隆博准教授と、京都府立桃山高等学校２年生の丹羽元樹さん、佐々木貴都さん、大澤亮介さん姫野航さん、そして加藤正宏先生となっております。
桃山高等学校はスーパーサイエンスハイスクール(SSH)であり、活発に理科に関する活動を行っているようです。昨年の９月には千葉大学主催の第６回高校生理科研究発表会にて優秀賞を、１１月に第９回高校化学グランドコンテストにて大阪市立大学長賞を、１２月には株式会社リバネス主催のサイエンス・キャッスルin KANSAIで、口頭発表部門優秀賞並びに麻布大学賞をそれぞれ受賞するなど、正に総なめ状態で数々の栄誉に輝いています。今回はそれらで発表してきた研究内容を英文の論文としてまとめ、学術論文誌に掲載されるばかりでなく、優秀賞を獲得するという偉業です。
それではどんな研究なのか少しだけご紹介しましょう。
Observation of a Hydrogen-Bonded 3D Structure of Crystalline Glycerol
Kusukawa, T.; Niwa, G.; Sasaki, T.; Oosawa, R.; Himeno, W.; Kato, M.
Bulletin of the Chemical Society of Japan, 2013, 86, 351-353.
グリセリンという名前は一般的に目にする機会が多いですよね。化粧品なんかには保湿効果を期待して添加されていますし、車のラジエーターに入れるいわゆる不凍液にも入っています。彼らが注目して研究したのが、このグリセリンの不凍性に関してです。
グリセリンの構造
グリセリンは常温で液体ですが、どろっとしています。そして低温になると凍るはずですが融点は17.8°Cに過ぎません。これはちょっと寒いと凍ってしまうような融点で、酢酸の融点16.7°Cよりも少し高いくらいです。酢酸は純度が高ければ冬にでもなると勝手に凍っています。しかし、グリセリンは凍りません。さてこれは何故でしょうか？
この辺が謎でして、グリセリンの結晶化に関しては嘘の逸話も出回っているくらいです。彼らの論文にも記載がありますが、実際には極低温まで冷却して種となる結晶を取得した後、グリセリンと1-プロパノールとの混合液に種結晶を加え、冷蔵庫で冷却することで結晶を得ています。
グリセリンのX-線結晶構造解析による三次元図(図は論文より引用)
そして、ここからが彼らの論文の肝となる部分ですが、彼らはその結晶のX-線結晶構造解析を行っています。過去にもグリセリンのX-線結晶構造解析は行われていたようですが、水素結合の観測には至っていませんでした。今回彼らは分子間の水素結合も含めた三次元ネットワークをも明らかにしています。その図を見ると当然結晶なので整然と並んでいるのですが、非常に面白い形でネットワークを形成していることがうかがえます。逆に言えばこのような複雑なネットワークを形成しないと結晶化しない訳ですから、グリセリンが融点が低い割には結晶しづらいことの理由の一つかもしれませんね。
グリセリンほど身近な物質の基本的な性質について未解明の部分があったとは筆者はこのニュースを見て少し驚きました。彼らの着眼点に脱帽です。今後もぜひとも化学の世界で活躍していただけることを期待しております!
