高反応性分子を活用した
革新的な合成技術を開発

「有機合成化学」とは、有機化合物を人工的につくり出す方法を研究する学問だ。200年以上の歴史を持つが、人間がつくり出せない有機化合物はいまだに数多くある。その中で、この世に存在しない新たな有機化合物を生み出すための「合成法の開発」に挑戦しているのが、関西学院大学生命環境学部環境応用化学科の羽村季之教授だ。

「私が重点を置くのは、π共役系有機化合物です。材料科学・生命科学における重要な物質群でありながら、構成する芳香環・複素環化合物の合成技術が足りず、新物質の創製には制限が多いのが現状です」

　そこで羽村教授は、これまで扱いが難しいとされてきた高反応性分子を活用した革新的な合成法を考案。既存法ではアプローチが困難だった置換ポリアセンをはじめ、二次元・三次元にπ共役系が拡張された多様な芳香族分子を効率よく合成する手法を開発した。

「潜在的に高いエネルギーを持つ高反応性分子をうまくデザインすることで、今まで誰も実現できなかった複雑な形状の分子や不安定に見える構造の分子を生み出せるようになりました」

リチウムイオン二次電池や
太陽電池への応用を図る

　独自の合成法で新しく生み出した有機分子の「機能の探索」も羽村教授の研究の柱だ。

「これまで地球上に存在しなかった分子を生み出しているため、その性質・機能は誰も知りません。ある程度の予測は可能でも、本質的にはつくってみて初めてわかります。予想以上に特異な性質を持つ場合もあり、さまざまな分野に応用していくことができます。それがサイエンスの面白さのひとつです」

　実際、羽村教授の新たな合成技術やそれにより生まれる有機分子は注目を集め、多彩な共同研究が進んでいる。その研究が、新しい分子の機能や有用性のさらなる解明につながっていく。

　例えば、ベンゼン環が円盤状になった分子は、リチウムイオン二次電池の性能向上に役立つ可能性があるという。円盤状の構造によりリチウムイオンが入り込む隙間が増え、電子を収容する容量が格段に向上することが共同研究で明らかになってきているのだ。

　また、三つ柏のような、三方向に延びた形状のベンゼン環は、太陽電池への応用が期待されるという。

「ひとつの光で励起された分子がそばの分子を励起するシングレットフィッションという現象が、三方向に伸びたベンゼン環の構造によって効率が高まることがわかってきました。超高効率の太陽電池をはじめ、いろいろな素材に応用できる可能性があります」

　世界初の分子の創製は、未来の素材を生み出すための最初の一歩とも言えるだろう。