私達の研究室では、有機化学という分野の研究を行っています。有機化学は、医薬品や高分子など人間の生活に必要なものを人工的に合成するために必須な研究分野ですが、その基本は、化合物の化学的性質を知ることにあり、医薬品開発研究とは密接なつながりがあります。

　医薬品として用いられている低分子化合物は、生体との相互作用によりその活性を示します。相互作用がどのようなものかを知るためには、生体の構造を詳しく知ることだけではなく、低分子化合物側の性質を熟知することも極めて重要です。

　例えば、アセチルコリン（(CH₃)₃N⁺-CH₂CH₂-O-CO-CH₃）という神経伝達物質は、-CH₂CH₂-の部分がいろいろな形に変形することが可能で、神経伝達のために受容体に結合するときには、受容体側のくぼみに適合するように変形します。はじめから、受容体のくぼみ、に似た形に固定された化合物だと、受容体に結合しやすくなることが知られています。医薬品の場合、受容体に結合しやすいということは、効果が大きいということであり、医薬品開発において受容体に結合しやすい構造を「創製する」ということは重要です。

自然環境や安全性に配慮した手法を用いた合成を実現したい

　みなさんは化学物質や合成、と聞くと、なんだか環境に悪いものをたくさん使っていそう、人工的に作ったものって体に悪そう（一方で天然由来成分と聞くとなんだか安全そうで安心）、化学工場で爆発や火災なんてよく見聞きするし危ないのだろう、なんて印象をお持ちではないでしょうか。化学という世界の中にそういった一面があることも事実ですが、だからと言って科学者がそこに対して問題意識を持っていないということはありません。私たちの研究室では、人類にとって重要で有用な化学物質（医薬品もその1つ）を造る、その手法そのものを新たな技術によって改良し、安全性高く、エネルギー問題や環境汚染に配慮したものに変えられないか、という課題に取り組んでいます。例えば、同じものを造るにしても、毒性や環境への影響が強い物質の使用は避けたり、加熱をしなくてもよい方法に変えたり、危険性が高い物質から安全性がより高いものに変更したり、何度も使用可能な触媒というものの新たな活用法を開発したり、という工夫を凝らした技術開発を行っています。

新たな分子を創製することで触媒の活性を制御したい

　化学反応の触媒には金属イオンが使われることが多いですが、その金属イオンの反応性を調整して、反応に都合よい状態にするために、配位子、というものが使われます。配位子は、金属イオンとの間で電子のやり取りをして触媒能力に影響を及ぼしますし、立体的な効果で反応性の制御を行うことも可能で、よい配位子の設計が良い触媒の開発に結びつきます。

　私達は、四本の結合を出すはずの炭素から二本しか結合が出ていないカルベンと呼ばれる不安定な炭素化合物や、2つの炭素が一本でも二本でもない曖昧な性質をもつ結合で結ばれたNHOと呼ばれる不安定な炭素化合物を配位子として活用する研究をしています。

　カルベンは、安定な状態で8つある最外殻電子を6つしかもたない炭素原子であり、極めて不安定なのですが、金属イオンと結合すると安定になり、金属イオンに強い影響を与えることができることが知られています。ただし、カルベン自体を実験的に取扱可能な程度に安定化するためには、立体的に大きな置換基で、保護、する必要があり、これが肝心な触媒としての反応性を損なうことがあり、問題となっていました。私達は、カルベンを保護するために、自由に動くことができない、ビシクロ環、というものを使い、最小限の立体的な、嵩高さ、で、安定なカルベン-金属イオン錯体を単離することに成功しました。それまでの研究だと、カルベン中のN原子上に非常に大きな置換基を導入することが必要だったのですが、我々は、N原子上は炭素置換基としては最小のメチル基で安定化することができました。

　NHOの研究では、大まかに分類すると2つあるNHOのうち、まだ誰も作っていなかった種類のNHOを合成することに世界で初めて成功しました。これも先程と同じビシクロ環の性質を活用することで初めて達成できたもので、その結晶構造を見ることで、炭素と炭素の間にはおおよそ1.2重結合という一般的な教科書には出てこない特異な性質の結合が存在することを明らかにしました。

　私たちはこれらの配位子を使った金属錯体を触媒としても活用することに挑戦し続けていて、形を変える、新たな分子を創生する、ことでしか成し得ない前人未到の化学変換が起こることを夢見て研究を行っています。また、錯体にはそのものが生理活性を示すことも知られているので、有用な生理活性を示す分子の創製にも展開を目指しています。