Miyacology

固体触媒を用いる環境調和型のプロセス確立に挑む

三浦 大樹 准教授

Hiroki Miura
都市環境科学研究科 環境応用化学域

求められる反応に向けて求められる触媒をつくる

有機合成によってつくられる有機化合物には、さまざまな機能を持たせることができ、これまでビニール袋やプラスチック容器などの原料として、私たちの生活に役立てられてきました。近年では、ディスプレイや照明器具などに使われる有機ELも有機化合物であり、医薬品も有機化合物に分類されるものです。これらの優れた機能性材料をつくる分野が有機合成化学です。

合成とは、異なる性質を持つ2つ以上の分子を結合させ、新しい機能をもつ化合物をつくりだすこと。ただし、有機ELをはじめとして、高機能な有機化合物は構造が複雑です。安定的に機能を発揮させるためには、合成段階での構造の制御が必要になります。その際、結合させるそれぞれの分子の活性化を促進し、合成を容易に進めるために不可欠なのが、私の専門である触媒技術。有機合成を触媒によって制御することを目指す研究分野です。

触媒の根本的な機能は、分子の活性化を促進させること。新たな物性を持つ有機化合物つくり出すための触媒づくりを進めています。新しい触媒があれば、新しい反応を起こすことができ、新しい有機化合物をつくることができるのです。

例えば、医薬品の原料となる有機化合物を安定的に市場に供給するための触媒開発の場合、ホウ素やケイ素が含まれる有機化合物へのニーズは高いものの、高コストなため大量生産には不向き。これを容易に合成できるようにするための技術開発に挑んでいます。

また、有機合成化学で長年にわたって注力されてきているのが、環境負荷の低減と、効率的な合成プロセスの構築を両立させること。SDGsで謳われているようなグリーンでサステイナブルな環境に調和できる触媒の開発です。

そこで私が着目したのが、固体の触媒を使う有機合成です。現在は有機溶媒という液体に溶け込む触媒を使う反応と合成が主流ですが、溶媒に不溶な触媒による反応プロセスの確立を目指しています。ろ紙やろ過装置のように、そこを通過させるだけで浄化されれば、簡単に環境負荷が低減できることが想像できるかと思います。

これまでも石油製品の原料を生成するための初期段階などでは固体触媒が使用されてきましたが、一般的に溶ける触媒の方が分子の設計や構造の制御がしやすく、環境負荷は大きいものの機能に優れた化合物が合成できる利点がありました。一方で、固体触媒は廃棄物を出さないメリットがあるものの、複雑な分子を設計するための細かな調整は困難とされてきました。このトレードオフの関係を崩すために、固体触媒によって複雑な分子構造をつくる反応プロセスの設計に挑んでいます。双方の短所を解消し、双方の長所を両立させたいのです。

また、従来は“出発物質”として採用されてこなかった原料による合成の可能性を追究し、そのために必要な触媒開発も検討しています。具体的には、海洋汚染を引き起こす廃プラスチックなどの廃棄物も、ケミストリーの力を使えば医薬品などの原料になり得るのです。構想段階ではありますが、これを実現させる固体触媒や反応プロセスが完成すれば、循環型社会の実現に向けた大きな一歩になるはずです。

非資源国だからこそ技術の発展が不可欠

有機合成の分野では、過去に野依良治先生や鈴木章先生、根岸栄一先生がノーベル化学賞を受賞しており、日本が“強い”とされている分野です。基幹技術として社会を根底から支え、波及効果も大きい研究分野でもあります。

私にとって研究とは、世界で初めてのことを体験できる醍醐味を与えてくれるもの。「世界初であることに意味がある」という思いが、私を突き動かす日々のモチベーションになっています。もちろんその先に見すえているのは社会への還元です。日本は資源に乏しい国だからこそ、技術力が不可欠。その技術力を高めるためには人の力が不可欠であり、その一翼を担っていきたいと考えています。

科学技術振興機構(JST)が2020 年度に新設した創発的研究支援事業に採択された
「金ナノ粒子―他元素協働が拓く
不均一系有機合成の新展開」の概念図