←back

異相界面微粒子触媒による合成反応 大阪大学太陽エネルギー化学研究センター　助教授 池田　茂 　無機固体の表面を反応の場として利用する固体触媒反応は、「グリーンケミストリー」を指向した化学反応系設計のキープロセスの一つとして注目されています。ファインケミカルの液相合成反応へも、この固体触媒反応を利用することが広く研究されてきましたが、これまでの反応系では、共溶媒あるいは余分な前・後処理のステップが必要でした。私は、相溶性のない二相溶液系（異相溶液系）での固体触媒による有機合成反応に着目し、親水−疎水両方の表面をもつ異方性の固体触媒微粒子を異相溶液界面に配置した新しい反応系をデザインすれば、余分な添加物（共溶媒）がなくても触媒−（油相の）基質−（水相の）試薬の効率よい接触が可能でかつ前・後処理のステップがきわめて少ない反応系になると考えました。本研究では、この「異相界面に存在する微粒子触媒」の設計と合成およびこれを用いた異相溶液界面での触媒反応、「界面触媒反応」、によって高効率・高選択的な新しい有機化合物の変換反応系を構築することを目的として、触媒合成、機能性材料および触媒反応化学の専門家から構成されるグループによりこれらの研究課題に取り組みます。 ↑TOP ナノ構造体を用いた光合成型エネルギー変換系の構築 京都大学大学院工学研究科　教授 今堀　博 　有機分子を利用した光合成型太陽電池の構築には分子レベル、およびそのナノ集合状態での方向性を持った光エネルギー移動・電子移動の制御が必要である。本研究では電極上での分子集合体の３次元構造をナノレベルで制御することで光電変換効率を大幅に向上させ、無機系太陽電池に匹敵する性能を発現させることを目指す。特に光合成がアンテナ系と電荷分離系の機能を巧妙に共役させていることに着目し、ポルフィリンが３次元球状配列したポルフィリン修飾金クラスターおよび類似ナノ構造体を人工アンテナ系として用いる。一方、電極上に優れた電荷分離機能を持つポルフィリン・フラーレン連結分子を単分子膜化することで人工電荷分離系を構築する。さらにナノ構造人工アンテナ系を人工電荷分離系と共役できるように３次元的に集積し、光電変換特性の飛躍的改善を図る。これらの研究は有機太陽電池実用化の足掛かりを与えるだけではなく、基板上でのナノレベルの分子配列制御技術としての応用も期待できる。 ↑TOP ｐＨ制御による水中物質変換反応 九州大学未来化学創造センター　教授 小江誠司 　２１世紀の化学に要求される研究課題の一つとして、有害かつ枯渇性資源由来の有機溶媒を用いない「環境調和型の水中物質・エネルギー変換反応の開発」が考えられるが、この研究領域は、現在、ヨーロッパを中心に積極的かつ迅速に展開されており、日本は出遅れている。本研究の目的は「ｐＨで反応を制御する新規な水中物質・エネルギー変換反応（サイクル）を開発する」ことである。 　研究戦略としては「特定のｐＨでのみ反応触媒として機能する水溶性有機金属アクア錯体：ｐＨ選択的反応触媒」をデザイン・合成する。水は遷移金属イオンと結合することにより、その性質が劇的に変化する。このような「金属イオンに配位した水」の性質を有機金属基で制御し、「配位した水」を「ｐＨ選択的反応触媒の反応点として用いる」という考えは申請者独自の発想である。 　実際の研究テーマとしては以下の４つを設定し、すべて水中でｐＨ選択的反応触媒を用いて行う。【１】水素の活性化、【２】酸素の活性化、【３】窒素の活性化・窒素固定、【４】炭酸固定。これらの中で「水の中での水素・酸素の活性化」は基礎反応（水素還元・酸素酸化）であり、将来的にいろいろな環境対応技術に応用できる。「窒素・炭酸固定」は誰もが認める意味のある研究課題であり、それを完全な水溶液系でブレイクスルーするインパクトは、環境・エネルギー問題解決という意味で測り知れない。また、新技術の創成・環境調和といった観点からも非常に重要である。 ↑TOP 超臨界二酸化炭素による高効率カルボニル化反応 科学技術振興機構　さきがけ研究　研究者 榧木　啓人 　二酸化炭素の再資源化技術の確立を目的として、これをカルボニル源とする固定化反応の開発を行う。特に超臨界流体が示す、高拡散性、弱い溶媒和等の特徴的な物性に着目し、超臨界二酸化炭素を反応媒体と同時に反応基質とするシステムを構築することにより、二酸化炭素の高効率化学変換を実現する。 　本研究では、超臨界状態における化学種の挙動を明らかにすることが、超臨界二酸化炭素の反応特性に基づく合成反応を開発する上で極めて重要なことと考えている。そこで核磁気共鳴(NMR)法を分析手段として利用し、超臨界流体中の化学種の挙動、素反応機構の解明や、二酸化炭素に可溶な錯体触媒の探索、といった新規反応の開発に必要な基礎データを収集する。 　例えば、これまでの超臨界流体NMR実験から超臨界二酸化炭素中においてアミン類からカルバミン酸が高濃度に生成することを確認している。この知見に基づき、カルバミン酸をウレタン、ウレア等の長寿命なカルボニル化合物へ変換するプロセスを構築する。また、エーテル類を基質とする新規触媒反応の開発を目的として、遷移金属錯体による炭素−酸素結合の活性化を錯体化学的手法を用いて研究し、二酸化炭素からのカーボネート合成触媒を設計する。 ↑TOP 微生物によるリン酸ポリマー蓄積機構の解明と利用 広島大学大学院先端物質科学研究科　　助教授 黒田章夫 　リンは人間活動の基盤をなす食料の安定供給のために不可欠な資源である。しかしその元になるリン鉱石はやがて枯渇すると懸念されていることから、効率の高いリン利用法やリンの循環技術の開発が必要である。また、リン肥料のほとんどは、植物に利用されず、土壌のアルミや鉄などと結合する。このことが、リンの効率の高い利用を阻害する要因の一つとなっている。 　微生物はリン酸が千個程度つながったリン酸ポリマー（ポリリン酸）を合成蓄積する能力がある。微生物の中に蓄えられたリンは土壌に固定されることなく、有効に植物へと移行することが知られている。 　本研究では、三つの研究を行う。（１）微生物のポリリン酸の合成制御機構と細胞機能の研究（Kuroda et al., Science, 293, 705-708）を更に発展させて、その完全解明を目指す。（２）ポリリン酸の合成制御を改良することによって、リンの吸収や放出を可能とする新しいリン蓄積微生物を開発する。これを利用して土壌や水圏のリン循環を活発化させ、貴重リン資源の有効利用を目指す。また、効率よくリンが利用されることによって、環境への過剰なリンの流出を防ぐことができ、富栄養化による環境破壊を防止できる。（３）ポリリン酸の有効利用と貴重リン資源のリサイクルのために、ポリリン酸の高エネルギーリン酸結合から、効率よくバイオエネルギーを取りだす反応を見つけだし、人類が応用できるように技術を確立することを目指す。 ↑TOP 非水系でのナノ集合体と生体分子の融合による機能変換と制御 九州大学大学院工学研究院　教授 後藤　雅宏 　生体分子は、当然のことながら水中で効率よく機能するように作られている。本研究では、このような生体分子に、非水媒体という新たな機能発現の場を与えることが狙いである。 　通常、生体分子は、非水溶媒中では高次構造を保持できず、その機能を失うことが多い。このため非水系で生体分子の機能を引き出すためには、何らかの工夫が必要となる。本研究では、生体分子の機能発現のためにナノ集合体を利用する。 　非水系における代表的なナノ分子集合体を、逆ミセルと呼ぶが、これらの集合体は、非水系にナノオーダーの安定な微水環境を与えることができる。タンパク質や核酸（DNA）に代表される生体分子は、おおむねナノオーダーの大きさを有しているため、生体分子をその殻の中に安定に固定化できる。このナノ集合体の特異な性質が、これから展開するさきがけ研究の重要なポイントとなる。さらに、これらナノ集合体が作り出す特異環境は、バルクの水中と大きく異なる性質を有しているため、取り込まれた酵素やタンパク質の機能改変の場として有効である。 　特に、代表的な非水溶媒である有機溶媒中やイオン性液体中で安定な生体触媒を設計し、クリーンで高効率の環境調和型バイオプロセスの構築を目指す。 ↑TOP 無公害な電気−力−光の多元エネルギー変換素子 産業技術総合研究所九州センター　主任研究員 徐　超男(XU Chao-Nan) 　最近、環境保全やリサイクルの観点から鉛などの有害物質の使用は世界中で規制されつつある。一方、現状では高性能なセンサー・アクチュエーターとして鉛系物質は多用されている。これらの鉛系材料を代替する無公害高性能センサー・アクチュエーターが環境にはもちろん、情報、バイオ、医療、安全・安心、エネルギー、など広い分野において欠かせない基盤技術であり、その開発は急務になっている。高性能な非鉛系素子を開発できれば、クリーンな地球を創るのに大きく貢献する。 　本研究は無公害の酸化物を用いた高効率な電気―力―光の斬新な多元エネルギー変換素子の提案を行うと同時に、変換素子の低コスト省エネルギー製造プロセスの確立を目指す。具体的には本研究は環境にやさしいアルミン酸塩を用いて、電子（チャージ）構造を制御することによって、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する「アクチュエーター（電歪）機能」と、機械エネルギーを光エネルギーに変換する「センサー（応力発光）機能」を同時に発現させ、世界ではじめての多元エネルギー変換できる無公害変換素子を開発する。 ↑TOP 核酸シャペロン機能を持つ高分子設計とDNA解析への展開 九州大学先導物質化学研究所　　教授 丸山　厚 　本研究課題は、我々が開発した核酸シャペロン機能を持つ合成高分子、ポリカチオンくし型共重合体を利用し、解析の困難である一塩基変異などの変異に対し、高い分解能かつ迅速性で解析できるシステムを構築することを目的としている。我々は親水性高分子を側鎖に配したポリカチオンくし型共重合体が、２重鎖や３重鎖DNAを顕著に安定化すること、さらに共重合体が２重鎖DNAと相補的単鎖との鎖交換反応を２万倍以上加速することを明らかにした。つまり、くし型共重合体は、DNAのハイブリッドを安定化するが、同時に鎖交換反応に対してはハイブリッドを活性化する “安定化”と“活性化”という一見矛盾する機能を発現することが見いだされた。これらは、成熟したハイブリッドの安定化のみならずハイブリッド形成の遷移中間状態である核酸間の核形成をも促進する、いわばDNAシャペロンとしての機能を共重合体が発現した結果と考えられる。このような共重合体のシャペロン機能は、より正確なハイブリダイゼーションを促すことで、DNAの塩基配列選択性を厳密化する上で有用と予想された。本研究課題では、共重合体のシャペロン機能発現機序の解析を進めるとともに、一塩基多型などに対して高い分解能を持つDNA解析システムの構築を推進する。 ↑TOP 電子・分子・イオンの流れを制御する金属ナノ構造 北海道大学大学院理学研究科　教授 村越　敬 　本研究では、電気化学的な摂動と物質の本来有する自己組織化能を組み合わせてナノメートルオーダーで構造の制御された非対称な金属微小接合や周期的超構造を形成し、外部からの電位や磁場、光などの摂動とそれらの揺動を組み合わせて電子、分子、ならびにイオンの流れを効率良く制御するデバイスの創出を試みる。そのために、（１） 量子干渉効果の発現する金属非対称ナノ接合における電子の透過特性制御、（２） ２次元平面に構築された非対称周期ナノ構造での分子・イオン選別機能について検討を行う。これらにより、非対称ポテンシャル場において、方向性のないランダムなゆらぎにアシストされて発現する粒子の効率的な整流・分別現象を支配する要因を明確化し、より効率的なエネルギー変換系や複数の要因が相関をもって機能を発現する系の理解を深める。 ↑TOP