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日本が誇る「あの資源」を使って、未来の医療を担う物質が誕生へ!

ノーベル賞の研究はここまで進歩した
医薬品や化学製品を作るために重要である有機合成化学。その中で、「クロスカップリング反応」という技術があるのをご存知だろうか? クロスカップリングとは、構造の異なる2つの分子を結合させる技術だ。

従来はレアメタルを使用しなければならなかったため高価な技術であったが、日本で多く産出される資源である「ヨウ素」を使った安価なクロスカップリングの技術を開発した研究者が現れた。

ノーベル賞「クロスカップリング反応」とは?

今日、我々は様々な化学製品に囲まれて生活している。有機合成化学はそれらを生み出す基盤技術分野であり、新規化合物の合成は医薬品や電子材料、機能性材料などの開発において欠かせないものだ。

その中でも、「クロスカップリング反応」は、種々の新規化合物を合成する反応として汎用されてきた。2010年、「クロスカップリング反応」を開発した根岸英一博士、鈴木章博士らがノーベル化学賞を受賞したことからも、この反応がいかに人類にとって重要な技術であるかがわかるだろう。

2010年にノーベル科学賞を受賞した根岸英一博士 Photo by gettyimages
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クロスカップリングとは構造の異なる二つの物質を結合させる化学反応である。この反応法の開発が画期的だったのは、遷移金属の触媒を用いることで、反応性に乏しく容易に結合しない炭素原子と炭素原子の結合を可能にしたことだ。しかし、この反応法には課題が残されており、現在も世界の研究者が新しいカップリング反応の開発に取り組んでいる。土肥寿文もその一人だ。

「従来のクロスカップリングの課題の一つは、触媒にパラジウムなどの高価なレアメタルが使われることです。加えて、反応性の低い炭素原子を結合させるために、ハロゲンや金属元素などの官能基をあらかじめ導入した活性化基質を用います。そのため官能基化の反応プロセスが長く、しかも反応後に不必要な金属塩が生成されるため、経済的にも環境面からも理想的とはいえません」

2008年、当時の薬学部長であった北泰行教授は、従来の遷移金属触媒ではなく超原子価ヨウ素を触媒に用いて炭素原子と炭素原子を結合させる「酸化的クロスカップリング反応」を発表し、大きな反響を呼んだ。

日本の「ヨウ素」が世界を救う

その研究グループの一員であった土肥は、それに続いてさらに反応性が高く、しかも芳香環に対して優れた選択性を示す新しい超原子価ヨウ素触媒を設計。これにより、活性化基を持たない基質を直接的に結合させる酸化的クロスカップリング法の実用性が飛躍的に向上した。超原子価ヨウ素の触媒によって、官能基を導入せずに炭素─水素結合を芳香環などに変換できるため、わずか一プロセスで反応が終わる。加えて、過剰酸化などの副反応や不必要な金属塩も生じない。

土肥が開発したのは従来の課題を一挙に解決する革新的な触媒だった。「しかも、ヨウ素は少資源国の日本が世界で有数の生産量を誇る数少ない資源であり、超原子価ヨウ素を用いた反応は、環境にも優しいグリーンケミストリーです。日本の化学工業の発展にとって極めて有力な資源です」と可能性を語る。

より環境に「やさしい」結合をめざす

現在、土肥は開発成果を用いた応用研究にも取り組んでいる。製薬分野への展開もその一つだ。土肥とともに研究する菊嶌孝太郎は、含フッ素有機化合物の合成への応用を進めている。