レアメタルに代わる新たな触媒！　電子の力でものづくりに貢献

ものづくりに欠かせない炭素－炭素結合

スマートフォンの液晶画面や医薬品など身の回りにあるものの多くが、炭素同士の結合によって出来ています。特に六つの炭素原子から構成される「ベンゼン環」が複数結びつく反応は、有機化合物をつくる上で欠かせません。しかし、この反応を促すのは難しく、どうすれば簡単に実現できるのか研究が続いてきました。2010年にノーベル化学賞を受賞した研究では、パラジウムという金属を触媒として用いることでベンゼン環同士の結合をつくります。触媒とは、自身は変化せずほかの物質の反応を促す役割を持つものです。

パラジウムが抱える課題

ただしパラジウムはレアメタルの一種で、量が限られています。パラジウムが枯渇してしまうと、化学やものづくりが衰退してしまうかもしれません。また、毒性があるため、反応後に取り除く手間がかかっています。そこで、毒性が低く、自然界に豊富に存在しているものを触媒にしようと、研究が進められてきました。

偶然発見された新たな触媒

新たな触媒として、すべての原子に含まれる「電子」が働くことが偶然発見されました。鉄を触媒に使う反応を調べていた際に、鉄がなくてもベンゼン環同士が結合することが判ったのです。その研究では鉄の役割を確認するために、あえて鉄を抜いたときの様子が観察されていました。反応が進まなければ、鉄が不可欠だと証明できるからです。しかし、鉄がないときでもベンゼン環同士が結合したため、さらに詳しく調べると、電子が触媒として働くことが判ったのです。そこで、ベンゼン環に金属が結合したアリール金属とベンゼン環にハロゲン原子が結合したハロゲン化アリールを反応させると、前者に含まれる電子が外に飛び出して触媒として働いて、これらのベンゼン環の間に結合が出来ることが判りました。電子を使うことで資源の枯渇を心配する必要はなく、毒性もありません。電子触媒でベンゼン環同士を結合させる技術がさらに発展すれば、環境に優しい持続可能なものづくりや研究に貢献できると期待されています。

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先生情報 / 大学情報

関西学院大学生命環境学部環境応用化学科教授白川英二先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

有機合成化学、有機金属化学、触媒反応

先生が目指すSDGs

メッセージ

私は鉄触媒を調べているとき、偶然電子触媒を見つけました。予期せぬ結果を簡単に納得したり失敗だと見なしたりしていたら、研究はそこで終わっていたでしょう。日頃からよく考えていたからこそ、取りこぼさずに発見につなげられました。偶然から何かを発見する「セレンディピティ」は、きちんと考えを巡らせている人のもとにしかやってきません。あなたも身の回りの出来事を簡単に納得せずに、突き詰めていく習慣をつけてほしいです。小さな違和感を大事にして、オンリーワンの研究につなげましょう。

先生への質問

先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

関西学院大学に関心を持ったあなたは

スクールモットーである"Mastery for Service"は、「奉仕のための練達」と訳され、関西学院の人間として目指すべき姿を示しています。1889年にアメリカ人宣教師W.R.ランバスによって創立された関西学院は、このスクールモットーを体現する、世界市民を育むことを使命とし、現在、関西学院の3つのキャンパスでは、約2万人の学生が個性あふれる14学部で学んでいます。2021年4月からKSC（神戸三田キャンパス）は文系の総合政策学部と理系の理、工、生命環境、建築学部の5学部体制となりました。