研究
研究概要
「機能性分子の創製、そのための反応開発を行っています」
「分子をいじって機能を持たせる」、これは有機化学者に許された特権です。 分子の数は文字通り無限大です。これまで発見されたり合成されたりした分子の数よりもはるかに多い分子がいまだ世に出ず眠っています。この宝の山から、世の中に役立つ分子、または役に立たなくても面白いと思える分子を探してくるのが我々の研究内容です。現在の研究対象は主に以下の二つです。
一つは、光が関与する化学反応や分子の開発です。例えば、太陽光を吸収して二酸化炭素を別の分子に変換する光化学反応（人工光合成）、様々な色で発光する分子、刺激に応答して発光の色や明るさが変化する分子などを開発してきました。光は唯一地球上で半永久的に利用できるエネルギー源です。その恩恵を有効に利用し、環境に配慮した化学を発展させていきたいと考えています。もう一つは、生理活性物質の合成とそのための反応開発です。松原が薬学出身であるため、例えば、薬や農薬の候補化合物、生理学実験ツール、フェロモン分子などのデザイン、合成に興味をもって研究をしています。
光有機反応、光応答性分子の開発
光を使った有機反応
光で意外な反応を起こす
光は、化学結合の結合エネルギーと同程度のエネルギーを持っています。では、分子に光を照射すると結合が切断されるかというとそういうわけではありません。光を吸収してそれをエネルギーに変換するためにはある特定の分子構造を必要とするからです。
我々は、光をより効率よく吸収し、そのエネルギーをユニークな化学反応に用いるための分子触媒の開発を行っています。さらに分子の発光現象を利用して、蛍光センサーをつくる研究も行っています。
光る物質の合成
電荷分離型光触媒の開発
(Atlas of Science より引用)
https://atlasofscience.org/perpendicular-plane-configuration-to-prevent-backward-electron-transfer/
当研究室で用いている様々な光反応装置
遷移金属を用いない人工光合成の開発
非遷移金属触媒を利用した人工光合成への挑戦
自然界の光合成では、太陽エネルギーを使って、水と二酸化炭素から酸素とグルコースを合成しています。光合成のお陰で、人類をはじめとする動物は、呼吸したり栄養を得て体を動かしたりすることが可能となります。
自然界の光合成を模倣し、光エネルギーを使って人工的に水から水素と酸素を作る、または二酸化炭素をメタンに変えるといった技術は人工光合成と呼ばれています。化石燃料の枯渇が叫ばれている今、人工光合成はサステイナブル社会の実現に必要不可欠な技術です。人工光合成は盛んに研究されており、多くの報告例があります。ただ、これまでの報告例ではその触媒として遷移金属元素がほぼ必ず使用されてきました。遷移金属元素は、人工光合成の反応過程に含まれる酸化と還元の段階を触媒することが得意であるためです。しかしながら遷移金属元素は希少なものが多く、カントリーリスクも高いため、持続可能性の観点で課題が残ります。
近年当研究室では、遷移金属が行うべき役割を非遷移金属分子に担わせ、遷移金属を全く用いない人工光合成反応の一つを開発しました（プレスリリースはこちら）。現在も、元素固有の性質に頼るだけではなく、有機分子の構造を精密に設計することで高難度の反応を実現する、いわば有機化学者としての矜持が試されるような新反応開発を目指しています。
非遷移金属触媒による光化学的二酸化炭素固定化反応
生理活性物質の合成とそのための反応開発
創薬を目指して
一酸化窒素ドナー医薬品の開発研究 ～一酸化窒素を必要な時に必要な場所で必要な量供給する～
一酸化窒素（NO）は、生体内において環状グアノシン一リン酸（cGMP）合成酵素を活性化し、cGMP濃度を高めるシグナル伝達物質の一つです。cGMPは平滑筋弛緩作用があり、循環系生体作用に深く関わりがあります。この機構を利用している薬剤には例えば、勃起不全薬であるシルデナフィル（バイアグラ）、狭心症薬であるニトログリセリンが挙げられます。またNOは、学習や記憶のメカニズムに密接に関連する神経伝達物質としての役割も知られており、てんかんやアルツハイマー病の病態改善のターゲットとしても注目されています。
NOはガス状分子で取り扱いが困難です。そこで、光を照射するとNOを放出する光応答性NO前駆体が注目されています。光の強度や照射場所をコントロールすることで自在にNO放出を制御することができます（下図）。
我々が着目している分子はフロキサンというヘテロ芳香環です。かなり特殊な構造をしています（下図）。いかにも「これからNOを出します」みたいな面構えをしていますが、実際に一部のフロキサンはNOを出すことが知られていました。しかし、そのNO放出をコントロールする手段は開発されていませんでした。
最近我々の研究室では、フルオロフロキサンの合成法を開発しました（特許出願済み）。そしてフルオロフロキサンに紫外光を照射すると一酸化窒素が生成する現象を見つけました（下図）。
可視光による照射でもNOを放出する分子も開発しております（下図）。
合成法の開発や医薬品・生理実験ツールへの展開、また機能性材料への適用も進めています。
NOがフロキサンから光で放出される。作:（株）サイエンスグラフィックス
全合成研究
全合成研究 ～自然から教えてもらった分子を創る～
全合成とは、ターゲットとなる（通常は複雑な構造を有する）分子を、試薬のカタログで売られているような入手容易な単純化合物からコツコツと作り上げていく研究です。天然から発見された薬効成分や動物のつくり出す微量生理活性物質などが対象となります。全合成では、有機化学の経験と知識、勘を総動員して分子を育てていきます。途中、光や空気に不安定、自分同士で反応してしまう、溶媒に溶けない、など、悩ましい性質を持つ "じゃじゃ馬"中間体にも出くわします。予想だにしなかった副反応（望みでない反応）もしょっちゅう起こります。それらの難題を乗り越え、最終化合物を目指します。
蟻の生態に迫る ～昆虫フェロモンの合成～
蟻は社会的生物で、コロニーを形成します。コロニーの違う蟻同士が出会うと、たとえ同種の蟻でも敵対行動を示します尾崎まみこ神戸大学名誉教授は、この謎の解明に挑み、蟻の体表面のフェロモンの違いを蟻が認識していること、そのフェロモンが数十種類の有機化合物の混合物で、出身コロニーによりその割合を変化させていることを突き止めました。我々は、その有機化合物を人工的に全合成することで蟻の社会行動や生態の解明に協力しました。
