東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　2019年3月9日土曜日に、REHSEという研究会の定例研究成果発表会に参加してきました。REHSEという略称は、「特定非営利活動法人　研究実験施設・環境安全教育研究会」の略称です。このようにフルネームで名称を書けば、その研究成果発表会の内容も推察できると思います。

　最初から脱線します。

　会場は東京大学工学部３号館３１番教室という坂道に立つやや三角形の建物でした。建物に入ってすぐに混乱しました。地図を理解できませんでした。これは入り口階が２階だったためでした。地上からの入り口は１階であると思い込んでしまったための混乱でした。

　直交した四角形の構造ならすぐに頭の中にマップが組み立てられます。しかし、廊下の曲がりが直角ではないところを２回も曲がると自分の位置を見失ってしまいます。トイレに行く時に３回も角を曲がると、元の会場に戻れなくなってしまいます。。

　八王子にはじめて来た時に、やはり東西南北に混乱しました。特にこの工科大学八王子キャンパスも、微妙に東西南北とずれているために、絶対的な方向感覚を失います。さらに、土地柄高低差があるため、さらに混乱します。新宿駅は地図を見てもよくわかりません。これも階の差により複雑化していることによります。

　何かの本に、行き先へたどり着くために、男性は頭の中に地図をつくり、女性は道をつながりで憶える、とありました。そのため、女性は「方向音痴」になりやすいともありました。一方自分の居場所を見失うと男性的な頭の地図は機能しなくなります。私は、確かにカーナビゲーションを地図の中で自分の現在位置を確認するために使っています。２画面にする時に左の広域図は北を上にするように表示し、右の図は進行方向を上にするように表示します。うちのナビの広域図には進行方向を上にするモードがあります。これは女性向きの設定なのでしょうか。

　毎年3月末に開催される，社団法人電気化学会の学会発表(今回の開催名は「電気化学会第83回大会」)に今年も参加し，研究発表を行ってきました．現在，研究室は存在しますが，応用化学科の学生は1年生のみですので，連名無しの単名での発表となりました．お笑い芸人に「劇団ひとり」という人がいますが，私の場合は「研究室ひとり」としての発表でした．依頼講演を除いて，大学の教員が単独で発表する事は異例ですので，事情を知らない人には奇妙に映っていたと思います．

　工科大学工学部が目指すサステイナブル工学を支える化学のひとつに、グリーンケミストリー（green chemistry）があります。グリーンケミストリーの考え方は、化学製品を設計、合成、応用するときに、人や生態系への悪影響を最少にし、かつ経済的・効率的に実現するというものです。では、クリーンケミストリー（clean chemistry）とはどういうものでしょうか？

　インターネット検索で“クリーンケミストリー”を検索すると、「グリーンケミストリー」の間違いではないか、と表示されました。皆さんも、そう思われたかもしれませんが、タイトルに揚げたのは“クリーンケミストリー”です。検索結果の中に、「純度」、「コンタミネーション（汚染）」というキーワードがありました。そうです。クリーンな状態を創出するための化学です。なんだ、お掃除か、と思わないでください。これなくして現代のIT（ICT、そしてIoT）技術は成り立たないと言っても、過言ではないでしょう。そして、クリーンケミストリーは応用化学科で行っている、化学の力でIT（ICT、IoT）技術を向上するための教育・研究のひとつです。

　現代の私たちの生活を支え、より良い生活環境を提供し続けているIT技術は、スマートフォン、タブレット、パソコンだけでなく、あらゆる電化製品や太陽光発電に用いられています。電化製品に使われているIC（集積回路）やLSI（大規模集積回路）、太陽光発電パネルに使われている太陽電池の基幹部分では半導体デバイスが働いています。この半導体デバイスが正常にそして効率的に動作するためには、使われている半導体材料がクリーンでなければなりません。

　さて、どのくらいクリーンでないといけないのか。それは、タイトルにあるITRS（International Technology Roadmap for Semiconductors：国際半導体技術ロードマップ）でまとめられています。

　応用化学科が発進し1年が過ぎようとしています。学科には元気な1年生を迎え、教員も学生も希望にあふれ新鮮な気持ちで第1年目の講義や実験がスタートし、ました。応用化学科にはまだ4年生がいませんが、応用化学科に赴任した教員の研究室には既存学部（応用生物学部、コンピュータサイエンス学部、メディア学部）から学生が所属し、学生たちにとっては正にチャレンジングな卒業研究に挑戦しました。当研究室にもコンピュータサイエンス学部から学生が来て高分子材料の開発や光機能材料の開発を行いました。中でも、今年度大きな進歩を遂げた研究をご紹介します。

　今日の先端機能デバイスの多くは「光」を用いています。たとえば超高速計算機の「京」の電子回路を作るためには数十ナノメートルの精密微細加工が必要であり、光リソグラフィーの技術が活用されています。身の回りのＤＶＤやBlueRayなどの録画機は光で情報を記録しています。このような光で反応する分子を設計するのが光化学の分野の仕事です。通常の化学反応はフラスコ中に入れた溶液を加熱し反応させますが、光化学反応では分子に光を当てることにより、光励起状態を経て、通常の熱反応では起こせない様々な反応を高速に起こさせることができるのです。

　これらの材料を設計する上で光励起状態の分子の「反応論」を解明することが重要になります。

　近年，「脱合金」による金属微細構造の作製が注目を浴びています．
　「脱合金」(dealloying)は，2種類以上の金属が均質に混ざった合金(alloy)を強酸あるいは強塩基の水溶液に浸漬し，卑金属の成分を選択的に溶解除去する手法です．(“dealloying” の “de“ は接頭語で，attach：くっつける / detach：引き離す に代表される様に，「離れる」，「取り除く」などを意味します．) 適切な条件で脱合金を行うと，残された貴金属に無数のナノスケールの孔が形成されます．近年は，こうしてできた金属の多孔質構造を触媒に応用する研究が活発に行われています．

　脱合金は，ナノスケールの金属加工を容易に行う優れた手法ですが，均質な合金の調製に手間がかかるほか，濃硝酸，水酸化ナトリウムなどの危険な試薬を使います．私は，純金属を出発材料にしたナノスケールの表面加工に関する研究に注力していますが，研究テーマの1つに，リチウムを使った電気化学的脱合金があります．

　この触媒の一種として「光触媒」と呼ばれる物質があります。これは、光エネルギーを吸収して、それによってある反応を促進する物質です。私たちの 身の回りでは、壁や窓ガラスに光触媒を塗ることで、光エネルギーを使って汚れを分解したり、汚れを防ぐ反応を進行させる、というような応用例があります。 また、植物が行っている光合成は、光エネルギーを使って二酸化炭素を炭水化物に変換するので、一種の光触媒系と見ることもできるでしょう。

　私の専門とする有機合成化学では、常に新しい反応が開発されています。その研究対象も時代と共に変化します。そのため、大学で研究している私たちは常に最新の論文を読み、これまで誰にも為し得なかった研究成果を挙げるために日夜研究に励んでいます。

　有機合成化学の分野で、近年特に注目を集めている研究対象に、「炭素−水素結合活性化」があります。化学分野で権威のある国際雑誌の一つであるJournal of the American Chemical Societyは毎週発刊されますが、近頃「炭素ー水素結合活性化」に関連する論文を見ない週はありません。今回は、この「炭素ー水素結合活性化」とは何かということを、これを読んでいる高校生の皆さんに理解できるように紹介して行きたいと思います。

　炭素−水素結合とは、炭素（C）と水素（H）との共有結合であり、ほとんどの有機化合物には複数個含まれる結合です。例として図1にシンナーやマニキュアにも使用されているトルエンの構造式を記しました。これを省略せずに書くと図2のようになります。ここには、8個の炭素ー水素結合が含まれていることが分かると思います。有機合成化学では、こういったある分子を、医薬品や材料など価値のある別の分子に変換することを研究する学問です。ここで、トルエンのある炭素ー水素結合を別の結合に置き換える事を考えてみると次の二つの大きな問題があります。1つ目に炭素ー水素結合は他の結合よりも多くの反応試薬とは反応しにくい、2つ目に複数の炭素ー水素結合をもつために望みの炭素ー水素結合だけを変換することは困難であることです。世界中の有機合成化学者たちは、この二つの課題を克服するために、それぞれ独自の「解決法」を発見し、それが毎週のように論文として報告しているという訳です。