どうも高杉です。

次の日はご飯食べられないくらいショックでした⤵

2月といえば節分，節分といえば豆！

ということで，今回は豆に関する有機金属錯体を紹介します。

植物には窒素が必要

植物は光合成をすることで空気中から炭素を取り込みますが，植物に育つのに必要なすべての元素が光合成から得られるわけではありません。リン，カリウム，窒素などは根を通して土壌から取り込みます。畑に肥料を撒くのは土壌のこれらの元素を補充するためです。

肥料に含まれる元素の中で一番人類を悩ませたのが窒素でした。初めは南米からチリ硝石，次いでグアノ（鳥の糞や市街の堆積物）を輸入して肥料に使っていましたが，これらの窒素源はあっというまに枯渇していしまいます。肥料が無ければ作物が作れない。作物が取れなければ人が飢える。しかも人口は増えているからこれからもっと食料が必要になる。このままではだめだ，何とかしなければ・・・ここまでが19世紀末くらい（第一次世界大戦よりちょっと前）の話です。

ハーバーボッシュ法

この時に考えられた解決策はずばり「空気中の窒素分子をアンモニアにすればいいんじゃね？」というものです。窒素分子は空気の80％を占めるどこでも手に入る化合物で、それをアンモニアにして肥料に使うというわけです。そして，これを実現した方法が高校化学の教科書にも載っている「ハーバーボッシュ法」です（式1）。この方法で人類は空気から肥料を得ることができるようになり，この手法は「空気からパンを作る技術」とも言われました。また，このように空気中の窒素を他の化合物に変換することを窒素固定とも言います。

実現したんです，と書いてはみましたが，N₂はものすごく安定な分子なので、そのN≡N三重結合を切断してアンモニアにするのにはとてつもない苦労があったようです。この辺りは本やネットにもよく載っているので興味があったら調べてみてください。とにかく、ハーバーボッシュ法のおかげで地球上にこれだけの人口が暮らすことができ、そういう歴史的なインパクトがハーバーボッシュ法が高校化学の教科書にも載っている理由なのかなと思います。

ただ欠点もあって、ハーバーボッシュ法は実はめちゃくちゃエネルギーを使います。それはものすごい高温高圧で反応をしているから，ではなくて，原料のH₂を作るのにエネルギーが必要なんです。人類が1年で作り出すエネルギーの約1%がハーバーボッシュ法に使われ，さらにハーバーボッシュ法に使われるエネルギーの98%がH₂製造に使われています。

豆は窒素固定している

ここまで人間がどうやって窒素固定をしているのかをつらつら書いてきましたが，実は植物の中でもマメ科の植物は窒素固定をすることができます。マメ科の植物は根粒菌という微生物と共生しており，その根粒菌が持つ「ニトロゲナーゼ」という酵素がアンモニアを作ることができます（式2）。ハーバーボッシュ法と違い，窒素分子とプロトン（H⁺）からアンモニアを作り，副生成物としてH₂一分子を与えます。そして反応は常圧常温（普段私たちが暮らしているような圧力と温度）で進行します。人間がすごい苦労して窒素固定をしているというのに，植物はそれをいともたやすくやってのけるわけです。そこにしびれる(ry

このニトロゲナーゼの活性中心（アンモニアの合成が実際に起こっている場所）がどういう構造をしているかというのつい最近分かったことで，鉄とモリブデンを含む多核錯体であることが明らかになっています。（図1）。というか，何をどうすればこんな構造の化合物ができるのか(笑)

図1. ニトロゲナーゼ中の窒素固定反応の活性点（文献1より引用）

人類も頑張れば根粒菌みたいに常温常圧でアンモニア合成をできるのではないか。そうすれば高温高圧に耐えられるような特殊な容器を使わず，かつエネルギーを大量に消費するH₂を製造するプロセスも必要なくなります。多くの有機金属化学者が実はこの課題に挑んでいて，2003年にマサチューセッツ工科大学のR. R. Schrockが常温常圧で初めての触媒的アンモニア合成に成功しました。このSchrock先生は有機金属化学の大御所で，2005年にはメタセシス反応に関する研究でノーベル化学賞を受賞しています。図2に示すようなモリブデン窒素錯体が触媒として使われており，ついに人類も常温常圧で窒素固定を！となったのですが，やはりそう簡単にはいかず。この反応，触媒1分子当たり8分子のアンモニアしか作り出せませんでした。それでもすごい成果だということには変わりないのですが、実用を考えるとあまりに効率が悪いです。

図2　Schrockのアンモニア合成触媒（文献1より引用）

有機金属錯体は配位子をいろいろいじって性質を変えることができるのが利点ですが，その分オーダーメイドで作られた配位子はやはり高額になります。なるべく一分子で多くの目的物を作れるようにしたいです。ちなみに以前紹介したメントール合成で使われるBINAP-Rh錯体は一分子当たり300000分子の目的物を作れるそうです。

有機金属錯体触媒を用いた実用的なアンモニア合成はまだ達成されていませんが，様々な中心金属，配位子，反応条件などが検討されています。現在のレコードは東京大学の西林先生の研究で，触媒一分子あたりアンモニアを830分子作れるようになったそうです（図3)。8分子が830分子になるまで10年くらいです。金属と配位子の組み合わせなど言ってしまえば無限にあるので，特にこのアンモニア合成みたいなホットな分野では「こういう方針でやればいい」みたいなことが分かると様々な組み合わせが試されてあっという間に研究が進んでいきます。こういうところで研究者同士の熾烈な競争が起きるわけです。なんと殺伐とした研究生活か！

図3.  （文献1より引用）

自分は結構興味が赴くままに実験をするタイプだったので、触媒反応みたいに明確な目標（ノルマ？）が定まっている研究を見るとちょっと物怖じしてしまいます。ただ、そういう研究の仕方でしか味わえない面白さややりがいもあると思います。もしこれから化学の道に進む人がいれば、自分がどんな研究をしたいかだけでなく、どんな風に研究をしたいかも考えてみてはいかがでしょうか。

今日はここまで。

参考文献

1) 西林仁昭「遷移金属窒素錯体を利用した触媒的窒素固定法の開発」Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem. 2017, p49-55.

2) 大木靖弘「ニトロゲナーゼ活性中心の構造と機能に関する新展開」Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem. 2015, p26-30.

3) 田村隆「ニトロゲナーゼの窒素固定と水素生産の電子機構」ビタミン 2015, 8, 409-412.

4) D. V. Yandulov, R. R. Schrock, Science 2003, 5629, 76-78.

社会人になったばっかの四月には家を出る1時間前に起きていたのに，1年経たずして起床時刻は家を出る30分前になるという体たらく。

ハガキにかかわる錯体もある

　今回ですが，1月といえば年賀状，そうだ，年賀状といえばあの有機金属錯体だ！というネタがあったのに忘れていたので，いまさらながら紹介しようと思います。年賀状に関係するならむしろ前回の投稿にすればよかった。実ははがきとかの郵便物には「目で見えないバーコード」が印刷してあります。このバーコードは郵便物が区分機（郵便物を送付先の住所ごとに仕分ける機械）を通った際に印刷されるもので，「インビジブルインク（蛍光インク）」という無色透明のインクで印刷されています。これに紫外光を当てるとインクの成分が発光してバーコードが読み取れるようになります。このインビジブルインクには紫外光を受けて発光する化合物が含まれているわけですが，実はその化合物が有機金属錯体なのです。

紫外線照射によりはがきに浮かび上がるバーコード（文献1より）

それはユウロピウム錯体である

　で，実際にインクに使われている有機金属錯体は以下のようなものです。

　中心金属はEuって元素ですが，まずEuなんぞやって感じですよね。Euはユウロピウムという元素を表す元素記号です。その名前の由来は「ヨーロッパ」になります。ユウロピウムは「希土類」の一種になります。希土類，またの名をレアアースですね。つまりユウロピウムは磁石に使われるネオジム，自動車の排ガス触媒に使われるセリウムなんかと同じ仲間です。希土類はその名の通り「希な土」で，鉱物から取り出すのが難しかったり、限られた国からしか算出されなかったりしてそれ故にお値段が高めの金属です。ただ，レアアースという呼び名とは裏腹に私たちの身の回りで結構たくさん使われています。

　さて，上のユウロピウム錯体ですが可視光を吸収せず（無色透明だということ），紫外光のような目で見えない波長の光を受けた時だけ光りますが，そういう化合物は有機化合物にもあります。それにも関わらずこの用途にレアアースであるユウロピウムが使われているのは「吸収する光の波長と発する光の波長の長さが大きく違う」という理由があります。

　例えば下図に示した化合物の中で，クマリン系の化合物は励起波長（その化合物が吸収する光の波長）が365 nmで発光波長（その化合物が発する蛍光の波長）430 nmです。つまり，吸収した光より波長が65nmだけ長い光を発しているということです。この65 nmという数字がどれくらいのものかというと，一般的に緑に見える光の波長の範囲は500~570 nm（波長差70 nm）なので，つまり，65 nmだけ波長の長い光を発するというのは人間の目から見て「あ，濃い緑色から薄い緑色に変わったな」くらいの変化になります。それがどういうことかというと，この化合物は「当てた光と似たような光を発する」ので照射光と発光を分離して検出するのが難しくなります。

　一方，ユウロピウム錯体は励起波長が365 nmで発光波長が615 nmであり，その差は250 nmになります。これくらいの波長差だと，可視光で例えると青色（450 nm程）が赤色（700 nm程）に変わるくらいになるので，照射された光と発光をきっちり分離して検出することができます。

インビジブルインクに使われる化合物（文献1より）

光の波長 (http://www.my-craft.jp/html/aboutled/led_hachou.htmlより)

じゃあなんでユウロピウム錯体だと吸収する光と放出する光の波長の差が大きいかというと，それは有機分子と金属原子の組み合わせが成せる業だと思います。ユウロピウム錯体が蛍光を発する仕組みを例えるなら，配位子部分はソーラーパネル，ユウロピウム原子は電球のような役割をしています。日光（紫外線）をソーラーパネル（配位子）で受けて得たエネルギーで電球（ユウロピウム原子）を光らせるみたいなことが起こっています。だいたいの有機化合物では光の吸収も放出も分子の同じ部分を使って行われているので吸収する光と放出する光の波長が似たようなものになりやすい所を，錯体では光の吸収と放出を配位子と中心金属で分担して行っているので，励起波長と発光波長の値が大きく変わって便利!ということなんですね。

ユウロピウム錯体の発光の仕組みを示すとこんな感じ

今回は図が多めでしたね。正直，自分も希土類錯体とか蛍光とかとは無縁な研究をやっていたので色々調べて書きましたが，間違っている所とかあればご指摘してもらえればと思います。

今回はここまで。

参考文献

1) 須川哲夫，中津克隆，城田常雄「インビシブルインクの開発」DNTコーティング技法 (4)，2004-10，42-44.

2) 渡部正利，山崎昶，河野博之「錯体の話」産業図書株式会社，2004年12月13日，初版，8-10.

3) いいね！Hokudai「#110 希土類錯体で私たちの世界を照らす ～世界一の発光体を目指して～」http://costep.open-ed.hokudai.ac.jp/like_hokudai/contents/article/1533/　(2018年1月23日アクセス)

実家から戻ってきました。本年もよろしくお願いします。

何事も初めが肝心。正月にやったことは一年続くと言います。

　そういうわけで，今日は最初に合成された有機金属錯体の話をしようと思います（強引）。今となっては有機金属錯体といえば化学の重要な研究分野の一つであることは疑いがないと思います。しかし，昔は金属―炭素結合を持つ化合物が存在するかどうかはっきりわかっていませんでした。

　そんな中，デンマークのツァイゼという方が有機物を含む金属化合物ができたと報告しました。発見者にちなんでツァイゼ塩と呼ばれるようになったその化合物ですが，実際にどんな構造をしているのかははっきりわかりませんでした。それもそのはず，その合成が報告されたのはなんと1830年。アメリカの大統領はまだ7代目のアンドリュージャクソンで、フランスでは7月革命で王政復古したブルボン朝が倒れ，日本はなんとまだ江戸時代でちょうど吉田松陰が生まれた年，そんな昔の話です。今みたいな分析機器はドラえもんの秘密道具並みに未来の道具でした。

　できる限りの分析をしてその構造にエチレン（ポリエチレンの原料に使われているあのエチレンです）が含まれていることはツァイゼさんも予想していたみたいです。ただ，ツァイゼ塩の構造がはっきりとわかったのは単結晶X線構造解析という技術が開発された後で，ツァイゼ塩の構造について論文が出たのがなんと1950年代。ツァイゼさんの報告から100年以上も後になります。そして100年越しに分かったツァイゼ塩の構造がこちらです。

　化学式で表すとK[Pt(η²-C₂H₄)Cl₃]です。ツァイゼさんの予想通りエチレンを含んだ構造で，金属－炭素結合も存在しています。白金原子には他に3つの塩素原子が結合していて，白金を含むアニオン（陰イオン）の部分とカリウムの陽イオン（カチオン）の対として存在しています。そしてエチレン配位子は金属－炭素結合を形成して配位しています。これは金属－炭素結合ができることの実験的証拠という点で大事です（今でこそ珍しくないですが）。そして，エチレン分子の白金への配位の仕方も当時としては新しい発見でした。白金分子からエチレンの二重結合の真ん中に結合の線が伸びているのは，エチレンの二つの炭素原子の両方で白金に配位していることを示しています（C=C二重結合で白金に配位しているとも言います）。それまでは配位子の原子どれか一つが金属原子と結合するものと考えられていましたが，ツァイゼ塩のエチレン分子のように配位子中の隣り合う複数の原子で金属に配位することも有り得ることが分かったのです。

　さて，ツァイゼ塩自体は工業的に利用されたりはしていないのですが，その発見により示唆された概念が後の有機金属錯体という分野の発展に大きく関わってきます。

　例えば，ツァイゼはPtCl₄とエタノールの反応からツァイゼ塩を作りましたが，そのツァイゼ塩に含まれているのはエタノール分子ではなくエチレン分子です。つまり反応中にエタノールがエチレンに変換されたことを示しています。このことは金属化合物と有機基質を反応させることでその有機基質を別の有機基質に変換することができることを示唆しています。現代では工業的に生産されている多くの有機化合物は金属化合物の試薬や触媒を用いることで作られていますが，金属化合物を使って有機物をより価値ある有機物に変換しようという発想はツァイゼ塩の合成がきっかけだったと思います。

　また，金属原子と有機基質が結びつく際には様々な結合の仕方があるということもツァイゼ塩の構造が示しました。ツァイゼ塩の構造が確定するより前に知られていた無機錯体では基本的に「配位子中の1原子が中心金属と結合を形成」していました（高校の教科書に載っている錯イオンとかを想像するといいかと。[Co(NH₃)₆]³⁺とか[Fe(CN)₆]^4-）。一方ツァイゼ塩ではエチレン分子の2つの炭素原子がどちらも中心金属と結合しています。今日では有機分子で二重結合や三重結合をもつ基質（難しい言い方をすればπ結合を持つ有機基質）は複数の原子で同時に金属に配位することが知られていますが，そういうことが知られ始めてたのもツァイゼ塩の構造が決定されてからだと思います。

 ツァイゼ塩自体は工業的に利用されたりしているわけではありませんが，工業的にも学術的にもその後の化学に大きな影響を与えました。そういった意味で，ツァイゼ塩の発見は今日の私たちの社会の在り方に大きな影響を与えたものだったと思います。ちょっと堅苦しかったかもしれませんが，今回は有機金属錯体がどのように使われているかではなく，どのように有機金属錯体という分野ができたのかという話でした。

それでは，また。

参考文献

1) L. B. Hunt, Platinum Metals Rev. 1984, 28, 76-83.   

2) J. A. Wunderlich, D. P. Mellor, Acta. Cryst. 1954, 7, 130

3) F. A. Cotton, G. Wilkinson, P. L. Gaus, Basic Inorganic Chemistry, 3^rd Ed., 1995, John Wiley &Sons, Inc., 682-690.

補足

 ベンゼン環の描き方ですが，下図の2つの描き方はどちらも正しいです。元々炭素の原子価は４（４つの結合を作れる）であることを前提にC₆H₆の分子式の化合物の構造を考えたときに二重結合を３つ含んだ六角形の構造が一番リーゾナブルだとケクレという人が提唱して，それが受け入れられました。

 しかし，化学が発達して新しい事実が分かってくると，どうもベンゼンは二重結合を3つ持っているのではなく、1.5重結合（とでも言うべきもの）を6つ持っているような描き方の方が現実に即していることが分かりました。難しく言うと，3つの二重結合のπ電子が非局在化した構造です。それを表しているのが六角形の中に丸が描いてある描き方です。時々，ベンゼンの二重結合はすごい速さで単結合と入れ替わっているという説明を聞きますが，それは間違いです。単結合と二重結合だけではベンゼンの結合というのは正確には表現できないのです。ただ，ベンゼンの反応性などを考えるときに二重結合3つの描き方を使って説明した方が分かりやすい場合もあるので，この2つの描き方はどちらも使われています。

この2つのベンゼンの描き方はどちらもOK

冬も本格的で，私が住んでいるところも最近は雪が降ったりします。

ちょっと化学的な視点で見ると雪は氷の結晶，もっと言えばH₂Oの結晶です。地表の水が水蒸気として蒸発して雲になり，それが固体として落ちてきたのが雪，雪は最終的に溶けてまた液体になります。水は融点が0 ℃，沸点が100 ℃と私たちの日常生活中で達成できる温度なので，水が固体や気体に変わるのは感覚的にもなじみがあるかと思います。

一方，金属や金属化合物なんかは基本的には固体である印象が強いと思います。実際に，例えば純粋な鉄の融点は1538 ℃で，日常生活の中で鉄が溶ける場面はちょっと想像しづらいです。工業的には溶かして方に流しいれて鋳物を作るなど，加工のために液体状態で取り扱われることもありますが，そうコロコロ液体や気体に変わることはありません。ただ，少数ですが水銀のように常温で液体の金属もあります。水銀はガラス温度計や気圧計等に使わています。（毒性等の問題で現在は代替品の使用が進んでいます。）同じような感じで，有機金属錯体も固体のものが多いのですが，液体や気体として利用されているものもあります。

その中で一番有名なものは恐らくニッケルカルボニル。構造はいたってシンプル。ニッケルに4つのカルボニル配位子（CO，一酸化炭素のこと。金属に配意している一酸化炭素をカルボニル配位子と呼ぶ）が付いているだけ。水素原子を含んでいないので厳密には有機金属錯体ではないのではないかという細かい疑問はここでは置いておきます。一応金属－炭素結合あるし。

この錯体は，元々工場の配管が腐食する原因を追究する過程で得られたものです。ニッケル製のバルブがやけに早くボロボロになってしまう。調べてみるとバルブの表面には炭素の粉が析出している。どうも酸化ニッケル存在下だと一酸化炭素が炭素と二酸化炭素になるらしい（式1）…という風な流れでじゃあ金属ニッケルと一酸化炭素はどうなるのかやってみたそうです（式2）。この反応では炭素は生成せず，代わりにNi(CO)₄が沸点なんと43 ℃の液体として得られました。つまり，ニッケルカルボニルは金属化合物でありながら室温では液体，ぬるま湯くらいの温度で沸騰して気体になります。ちなみに－25 ℃まで冷やすと針状の結晶になるそうですが，逆に150 ℃まで加熱するとニッケルと一酸化炭素に分解します。

このようなニッケルカルボニルの特性を生かして作られたのがモンド法というニッケルの精製プロセスです。すごいざっくり説明すると

①ニッケルを含む鉱石をCOガスと反応させNi(CO)₄を作る。　

②Ni(CO)₄だけを取り出し，それを強熱してNiとCOに分解させる。　

③きれいなニッケルが得られる。発生したCOガスは①で再利用する。

というプロセスになります。ニッケルはステンレス鋼，電池，メッキ製品など様々な製品の製造に使われていますが，それらに使うための純度の高いニッケルを得るためにニッケルカルボニルの性質が活かされています。

ただ，ニッケルカルボニルには大きな欠点が一つあります。それは毒性です。沸点が低いために容易に気化する上に，発癌性も疑われており，取り扱いの際には身体とのあらゆる接触を避けることが推奨されています。まあ普通に暮らしている分にはニッケルカルボニルに触れる機会なんてまずありませんが，例えば工場などでニッケルの精製やニッケルを使った製品の製造に従事している方なんかはこういうことにも気を付けているはずだと思います。あと有機合成でも昔はニッケルカルボニルを使用することがあったみたいなのでもしかしたら有機系の研究室でも置いているところがあるかもしれません（私が所属していた研究室にもありました。実際に使っている人は見たことないですが...）。

兎にも角にも，液体・気体として利用されている有機金属錯体の話でした。

毒性もあって沸騰しやすいし蒸気暴威に使ったら強いんじゃね?

明日から帰省します。

年内はこれで最後の更新にします。皆さん，よいお年を！

参考文献

1)J. Wisniak,  Educación Química 2006, 17, 464-476.

2) The Extraction of Nickel from Its Ores by The Mond Process, Nature 1898, 59, 63-64.　　　　　　　　

3) 国際化学物質安全性カード，ICSC番号:0064.

前回はl-メントールを作る過程で遷移金属錯体が利用されているという話をしました。具体的には下式の水素移動反応において金属錯体が利用されています。前回と似たような話になりますが，その反応で重要なのが立体配置です。下式では移動した水素原子（化合物Aで赤色で示してあります）が画面の奥のほうに向いていますが，水素原子の向きが逆（水素原子が手前に向いている）である化合物（化合物B）は，また別の化合物になります。

で，そういう立体的な反応性を制御するのに使われた錯体がこちらになります。

赤色で示した部分がBINAPという配位子であり，（厳密にはS-BINAPと言います）。このBINAPでは2つのリン原子が中心金属（今回はロジウム）にくっつく部分になっていて，その各々のリン原子に付いている芳香環（六角形のやつ）は中心金属の周りを覆っています（Lは任意の配位子。この部分は反応中に様々な配位子に代わっていると考えられています。今回の反応には直接関与してきません）。

今回のBINAP-ロジウム錯体で絶妙な点ははこの芳香環による中心金属の覆い方で，この覆いが基質がロジウム原子に接近できるようなスペースを著しく制限していると思われます。そのおかげで基質の反応していほしい部分だけが目的の反応が起こるような向きでロジウム原子に接近することができるので，目的の反応が極めて高選択的に起きるのだと考えられます。

もう一つこのBINAPで重要な点は2つのナフチル基（2つの芳香環が連なっている部分のこと）が立体的にねじれた配置をしていることです。S-BINAPでは太線になっている部分，つまり奥のナフチル基では左側が，手前のナフチル基では右側が画面手前に向いている状態になっています（下図）。

 ここで例えばS-BINAPの代わりに，ナフチル基のねじれ方が反対であるR-BINAPを用いて行うと，化合物Aの代わりにメチル基の向きが反対になった化合物Bが生成します。もうお気づきの方もいるかと思いますが，S-BINAPとR-BINAPはお互いがお互いの鏡像である関係です。そして，生成物である化合物Aと化合物Bもお互いがお互いの鏡像にある関係です。細かな違いといえば細かな違いですが，逆に言うとそこが違うだけで工業的に有用な化合物ができるかできないかという結構ドラスティックな違いが生じます。錯体の立体構造が生成物の立体構造を制御するのに大きな役割を果たしていることが伝わる実験結果だと思います。

  どうでもいいですが，なんか図の雰囲気が変わったなって思った方，正解です。PC買い換えて今まで図を作るのに使っていたソフトウェアが使えなくなりました。なので，今後はペイントで図を作ろうと思います。少し見苦しいかもしれませんが，ご容赦ください。

今回はここまで。

質問意見などありましたら是非頂けたらと思います。

次回はもう少し短い間隔で更新できるように頑張ります。

補足

　化学式的には同じであるのに異なる構造を持つ化合物同士は，お互いがお互いの異性体であるということができます。例えば，ジエチルエーテル[CH₃CH₂OCH₂CH₃]とブタノール[CH₃CH₂CH₂CH₂OH]は化学式はC₄H₁₀Oで表される異性体同士です。異性体にもいろいろな種類がありますが，今回扱ったl-メントールとd-メントール，化合物AとB，S-BINAPとR-BINAPのようにお互いの構造が鏡に映った鏡像同士の関係にあるものを光学異性体（エナンチオマー，古い呼び方では鏡像異性体とも）呼びます。高校化学でも（少なくとも自分の在学中では）扱うテーマだったと思うので，興味のある方は調べていただければと思います。

　8月ももうすぐ終わりですが皆さんいかがお過ごしでしょうか。暑さに参っていないでしょうか。

今回はちょっとだけ涼しさに関連している話をします。

　ガムや歯磨き粉などですうっとするタイプのものがありますよね。そういうものに大体入っているのが「メントール」という物質です。元々は自然からとれるものを使っていましたが，それだけでは需要に追い付かないので人工的に合成して使うようになりました。一般的にメントールと言っている物質は厳密には「l-メントール」という名前で，その構造は炭素でできた六員環から3つの異なる置換基（メチル基：CH₃，ヒドロキシ基：OH，イソプロピル基：CH(CH₃)₂）が生えているという構造です（図1）。

　このメントールの性質を決めるのに重要な点は置換基の立体配置です。例えば，l-メントールの分子構造では六員環に対してメチル基とOH基が上向き，イソプロピル基が下向きに生えています。ここでちょっと構造をいじってメチル基とOH基を六員環の下側に，イソプロピル基を上側に向けてみます。すると，それだけで別の化合物の構造の出来上がりです。これはd-メントールという実在する化合物の構造なのですが，2つの構造はどうやっても重なり合いません。そして実際に，置換基の方向が違うという違いだけであるにも関わらず，l-メントールが清涼感のある香りをしているのに対してd-メントールは不快な匂いがするという大きな性質の違いがあります。メントールについてはこのような感じで置換基の向きが違うだけの構造が8種類あります（図2）。しかし，その中で香料などに利用されるのはl-メントールだけです。

　工業的に有用なl-メントールだけをきれいに合成できるのが一番望ましいのですが，以前はl-メントールだけをきれいに作る手法が無く，そのため図2に示したような色々な種類のメントールの混合物を始めに作り，それからl-メントールを取り出すという手法がとられていました。しかし，技術は日進月歩していくもの。最近ではl-メントールだけをきれいに作ることができるようになったのです。そのl-メントールの工業的な作り方は下図のようになっています。① 原料（ミルセンという化合物）のアミノ化　　② 水素移動　　③ アミンの加水分解　　④ エン反応　　⑤ C=C結合の水素化という5段階のステップを経てl-メントールが得られます。

　さて，前振りが長くなりましたが，l-メントールをきれいに大量に作ることができるようになった要因の一つというのが有機金属錯体の利用で②のステップが可能になったことです。つまり，水素原子を赤色のメチル基の付いている炭素上に移動させ，さらに移動後のメチル基と水素の向きもl-メントールを合成するのに適した向きに制御できるようになったということです。

長くなってきたので今回はここまでにします。続きは次回書きます!

参考文献

メントールの合成について

1) 雲林秀徳，佐用昇，芥川進，坂口登志昭，鶴田治樹　「金属一BINAP錯体触媒を用いた不斉合成技術の開発」　日本化学会誌，1997年，No. 12，p835-836.

2) 芥川進  「不斉異性化反応の開発とその工業化」  有機合成化学協会誌，1986年，44巻，6号，p513-518.

d-メントールの匂いについて（生憎自分では嗅いだことが無くて💦）

3) 株式会社カネカテクノリサーチ様の分析事例　（2018年8月30日アクセス）https://www.ktr.co.jp/analysis/case/case_001.html

　今回のテーマはずばり「抗がん剤」です。ガン治療のための薬ですね。薬というと有機化学の印象が強いですが，薬になる有機分子を合成する過程でけっこう有機金属錯体が使われていたりしますが，抗がん剤には有機金属錯体自体が使用されていたりします。

　現在，日本で抗がん剤として使用されている錯体は全部で5種類あります（下図）。いずれも白金(Pt)の錯体です。白金，別名プラチナ。ジュエリーとかの方がイメージが強いかと思いますが，実は抗がん剤としても活躍してたりします。この中で一番初めに発見された抗がん剤はシスプラチンですが，それの発見は実は偶然の産物でした。電場が大腸菌に与える影響を調べるという研究（なぜこんなことをしていたのだろう?）で大腸菌の増殖が抑制されることが発見され，原因を調べてみると電極に使われていた白金から偶然生成したシスプラチンが原因だったそうです。それ以降，このシスプラチンの構造をベースにしたカルボプラチン，ネダプラチン，オキサリプラチン，ミリプラチンの臨床使用が順次認められていきました。白金以外の金属を用いた抗がん剤開発の研究も行われていますが，まだ実用化には至っていないそうです。

これらの抗がん剤がなぜがんに効くのかは，まだ不明な点も多いですが，下図のように考えられています。シスプラチンを例に説明してみますと，まず体内に入ったシスプラチンは静脈の血流に乗りがん細胞に辿り着きます。細胞内に入ると，錯体がCl^-を放出して，アクア錯体（中心金属に水分子がくっついた錯体）となります。これはCl^-が金属から離れやすい性質を持っていることに加えて，細胞内では血液中と比べてCl^-が少ないからです。白金にくっついた水分子は容易に他の物質と入れ替わりますが，細胞内ではこの水分子がDNA内の窒素原子に置換されるようです。こうして白金原子がDNA鎖に様々な形で取り付くことによってDNAの複製などが起きないようにすることで最終的にがん細胞を死滅させます。

この辺のメカニズムは文献によって細部が微妙に違ったりしていました。詳細が知りたい方は自分でもっと調べることをお勧めします。ただ，白金原子がDNAの窒素原子と結合してがん細胞の増殖を抑えるというのはどの文献でも共通した考えのようです。この一連の流れで白金原子の結合が次々と組み変わっていますが（Pt－Cl結合 → Pt－O結合 → Pt－N結合），こういうことは非金属元素（炭素，窒素など）ではこうも簡単に起こることではなく，金属原子の特性が存分に発揮されている点ではないかと思います。

　白金の抗がん剤にもまだ解決すべき課題があります。それは副作用です。というのも白金抗がん剤は上で説明したようにがん細胞のDNAを攻撃してがん細胞を死滅させますが，同じように健康な細胞も死滅させることができるからです。ただ，がん細胞は正常な細胞よりも圧倒的に早く細胞分裂を行うので，それだけ抗がん剤ががん細胞のDNAに取り付く機会は，正常な細胞のDNAに取り付く場合より多いそうですが。現在では抗がん剤の投与の仕方や他の治療法との併用などでこの副作用を小さくするようにしているそうです。そのため，より副作用の小さい抗がん剤の開発のために今も多くの研究が行われています。

今日はここまで。

参考文献

1. 植村雅子，米田誠治「白金制がん剤の今とこれから」Biomedical Research on Trace Elements 26 (4): 157-165, 2015.

2. 小谷明「新しい白金抗がん剤の開発の発想から現状まで」Biomed Res Trace Elements 22（1）：22-26, 2011.

3. 佐治英郎編「生命科学のための無機化学・錯体化学」廣川書店，2006年，第2刷，254-255.

4. A. S. Abu-Surrah, M. Kettunen, Curr. Med. Chem. 2006, 13, 1337-1357.

今回私が取り上げる有機金属錯体は「ヘモグロビン」です。なんか名前だけは聞いたことがあるのではないでしょうか。この錯体は私たちの血液の中に存在しています。ヘモグロビンの役割は大きく分けて2つあり，ひとつは肺から取り入れた酸素を全身へ運ぶこと，もう一つは全身から二酸化炭素を肺へと運ぶことです。要は運送屋さんですね。私たちが何気なく息をしている時にもヘモグロビンはフル稼働で酸素や二酸化炭素を運んでいるわけです。

                                                                                         　　　　　  働くヘモグロビン?

続いてヘモグロビンがどんな構造をしているかですが，酸素を運搬している部分は下図のような構造をしているそうです。中心に鉄原子があって，その周りのピンク色の有機分子（ポルフィリンと言います）が四つの窒素原子で鉄に結合しています。金属原子と有機分子の組み合わせで構成されている，まごうことなき有機金属錯体です。それがさらにたんぱく質に結合した状態で体内に存在しています。鉄原子は酸素が少ない環境下では血液中の水分子と結合した状態で存在しますが，肺の酸素濃度が高くなるとこの水分子を放出して酸素と結合します。そして，血液の流れに乗って移動し，酸素濃度の低い場所で酸素を放出して再び血流に乗り肺へ戻ってきます。この酸素輸送中のプロセスでは鉄―酸素の結合が切れたりくっついたりしていますが，実はこれが何気に興味深い点なのです。一般に鉄は酸素と結びつきやすく（鉄くぎが錆びる，ホッカイロが暖かくなるなどはすべて鉄の酸化反応，つまり鉄と酸素が結びつく現象です。），一度鉄―酸素結合ができると容易には切れません。しかし，ヘモグロビンはそれを平然とやってのけています。そこにしびれるあこがれる！

　　　　　　酸素を運んでいないとき　　　　　　　　　酸素運搬時

ヘモグロビンに鉄が含まれている理由は，鉄が地球上でありふれた金属で利用しやすかったということ以外にも，上述の鉄と酸素が結びつきやすい性質と無縁ではないと思います。ヘモグロビンが誰か研究者に合成された化合物なら，その人は良く考えて作ったなあと感心する所ですが，実際は私たちの体の中で勝手にできるものなのですから，極端なことを言ってしまえば生きとし生ける人類，みな優秀な合成科学者なのかもしれません。

ちなみにここまではヘモグロビンの鉄の周りに注目してきましたが，実はヘモグロビンはとても巨大な分子で，分子量がなんと約64500もあります！ちなみに鉄の原子量は56，酸素分子の分子量32です。一応ヘモグロビン1分子で酸素4分子を運ぶことができるそうですが，それだけの重さのものを運ぶためだけに何と大層なと思わなくもないです。私が持っている教科書にはヘモグロビンの全体図は載っていませんでしたが，その1/4にあたる部分の図は載っていました（自分で同じような図を作る技量がありませんでした⤵）。

ぱっと見何が何だかという感じだと思いますが，白い，蛇のようにうねうねしている部分はタンパク質，つまり有機分子になります。図の真ん中の赤線で囲った部分が鉄原子の存在しているユニットになります。この図にあるような構造のものが，全部で4つ組み合わさることでヘモグロビンはできているそうです。「ヘモグロビンの構造はこうだ！」と決定した人には，本当に頭が下がります。ちなみにヘモグロビンのもう一つの役割であるCO₂運搬ですが，実は鉄原子は全く関与しないで，このたんぱく質が運搬するそうです。ぱっと見，ぐちゃぐちゃな構造に見えますが，分子内での役割分担はとてもしっかりしているようです。

今回はここまで。

参考文献

F. A. Cotton, G. Wilkinson, P. L. Gaus, Basic Inorganic Chemistry, 3^rd Ed., 1995, John Wiley & Sons, Inc., 733-739.

F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, 5^th Ed., 1988, John Wiley & Sons, Inc., 1341-1348.

いきなりなんだ，て感じですが(笑)

あるいは高校化学で「錯体」という言葉なら習ったことを覚えている人もいるかもしれません。なんか鉄とかコバルトとかの金属原子の周りにH₂OとかNH₃とかがくっついているやつです。高校で習った錯体は金属原子と無機分子（H₂OとかNH₃）が結合した構造を持っていました。一方，有機金属錯体というのは金属原子と炭素との結合を持つ化合物と定義されています。

この有機金属錯体は世界中の多くの研究室で研究されていますし，ノーベル化学賞のトピックになってもいます。そして，工業，医薬などの分野で大いに利用されています。今や私たちの生活にも大きな影響を及ぼす分野だと思います。しかし，その知名度はまだ低いように感じます。

私がそのように感じた契機は，会社に就職したことでした。私は大学で有機金属錯体を研究していました。卒業後は民間の会社に就職しましたが，その会社は化学メーカーではあるものの，有機金属錯体というテーマからは大きく離れたことをやっている会社でした。その会社の先輩が，他の先輩に私を紹介する時に発した一言「大学院で有機化学やってたんですよ」。

はい，ちがいます。

私がやっていたテーマは有機化学っぽく見えるかもしれませんが，有機化学ではありません。一応会社の皆さんの前でも大学院でどんな研究をやっていたかプレゼンする機会があり，その時に「自分のテーマはこういう分野のものでこういう研究背景がある」ということまで説明したはずだったのですが，伝わらなかったみたいです…

このホームページで私は，有機金属錯体とはどんなものなのかをもっと多くの人に知ってもらうために「身近な有機金属錯体」というテーマでコラムを書いていきたいと思います。私が大学の研究室で6年間に渡り熱中した有機金属錯体について少しでも関心を持っていただけたらと思います。