ナノの世界での有機・無機の出会い
大学院地球環境科学研究院・大学院環境科学院 教授
小西
こにし
克明
かつあ き
専門分野 ： ナノサイエンス，超分子化学，環境科学
研究のキーワード ： 機能性物質，ナノテクノロジー，クラスター，有機無機ハイブリッド HP アドレス ： http://park18.wakwak.com/~konishi/
何をやっているのですか？
私たちの身のまわりにあふれている色々な物質－それらが「有機物」と「無機物」に分 類されることは良く知っていると思います。もともと「有機物」という呼称は「有機体す なわち生物が生産する物質」というところから来ていますが、現在においては化学合成で 人工的につくられるものを含めて「炭素を骨格とする物質」の総称と
して使われます。一方、「無機物」は、文字通り「有機物でないもの」 です。これらは性質的にも構造的にも全く異なるため、化学の授業で は区別して扱われていますが、実際には両者が一体になった「有機無 機ハイブリッド」の形で機能が発現している場合が少なくありません。 本研究では分子のレベルでものをみる「化学」の見地から、有機物と 無機物の出会いをナノの世界で実現させ、ハイブリッド化に基づくあ たらしい機能をつくる研究を行なっています。
何を目指しているのですか？
金属が無機物の代表であるのはいうまでもありません。金属といえば輝く金属の塊を思 い浮かべますが、その一方で教科書では金属イオンという形も出てきます。前者には無数 の金属原子が、後者には一個の金属原
子が含まれています。最近、数個から 数千個の金属原子を含むクラスター
（「ブドウの房」の意）とよばれる物質 が独特な性質を持つことがわかってき てきました。この無機クラスターは、 原子や分子を測る尺度であるオングス トローム（Å）よりも一回り大きいナ ノメートルのサイズ領域にあり、今世 紀に入ってからナノテクノロジーと の関係で爆発的な進展を遂げており、 次世代の材料や医薬の中核となると期 待されています。私達は、こうした魅 力的な性質をもつ無機クラスターを用
出身高校：甲陽学院高校（兵庫県） 最終学歴：東京大学大学院工学系研究科
ミクロの世界／環境系／マテリアル
これも有機無機 ハイブリッド
― 166 ― ― 167 ―
いて、有機物とナノのレベルで精密に組み合せることで新しい機能を実現し、環境汚染物 質のセンサーや吸着材料などへの展開を図っています。
その一つの例として無機クラスターの光化学特性を利用した化学センサーについて紹介 しましょう（左ページ図）。無機クラスターの中には、無機骨格由来の独特な色調や発光（蛍 光）を示すものが知られています（黄色絵具が黄色いのは本質的に同じ原理によるもので す）。このまわりに有機物でできた適切な空間を設ければ、ターゲットとする物質に対して 特異的に発光や色調の変化（応答）を示すことができるようになります。有機部分を合成 化学によって自在にデザインできるメリットを利用して、これまでに、有害な重金属イオ ンや内分泌性攪乱活性（いわゆる環境ホルモン）が危惧されているビスフェノールAなど に対して選択的に応答する系の構築に成功しており、簡便な環境センサーへの道が開かれ ました。有機物と無機物の特性を巧妙にコラボさせることによって、センサーに限らず多 様な機能の発現が期待されます。
その一方で、より基礎的な観点から新しい無機クラスター構造と機能の探索にもチャレ ンジしています。これまでに、10個程度の金原子がふくむ新しいクラスターについて、い くつかの新しい例を見いだすことに成功しています。これはいってみれば「ナノ金細工」 ですが、金原子の配置（立体幾何構造）が極めてバラエティに富んでいることがわかって きました。さらに金属数が同じでも配置構造が全く違う場合があるなど、これまでの金属 化合物についての常識が通用しない奥深い点があることも判明しています。また、これら の金クラスターは構造に依存した様々な色を示し、青、緑、ピンク、オレンジ、赤といっ た多彩な色を出すことができま
す。同じ金属（金）を使ってい るのに、少しだけ金属の配置や 数がちがうだけでこれだけ色が 変ってくるのですから面白いも のです。現在は、こうした色を 利用した環境応答分子の設計に ついても取り組んでいます。
化学への招待・・・
「化学」というと環境汚染や温暖化ガスといった負のイメージが先にたつかもしれませ ん。しかし私達が今日享受している物質的豊かさは、人類が「化学」を使いこなすことで 獲得してきたものです。したがって社会問題化している環境問題の解決や新材料の開発な どを通じてサステナブルな社会を実現するためには、物質をつかう化学の力が必須です。
「化学」の醍醐味は、周期表のあらゆる元素がもつ特性を自在に使って、多様な物質ひい ては機能を創って行けることにあり、これが他の分野にはない特徴であるといえます。こ うした無限の可能性に興味をもって化学分野を専攻する学生が１人でも増えるように願っ ています。
ナノの世界での金細工：構造中の金原子の配置（幾何構造）によって、多彩 な色調をしめす。
― 166 ― ― 167 ―
