ノーベル賞受賞者は分子を捕捉するための大きな空間を作り出した

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2025-10-08 15:39:00

かつて厳密に分離されていた有機化学と無機化学という、化学の 2 つの古典的な分野の融合が、40 年以上の時を経てノーベル賞で祝われています。水曜日、北川進氏、リチャード・ロブソン氏、オマール・M・ヤギ氏が、「新しい種類の分子構造」である金属有機骨格の開発によりノーベル化学賞を受賞した。

これ 有機金属フレームワーク (MOF) は、有機化学の非常に多用途性 (炭素に焦点を当てた昔ながらのカットアンドペースト化学) と、無機化学の特別な特性 (金属の化学) を組み合わせています。ノーベル委員会のハイナー・リンケ委員長は発表時に、ノーベル委員会はMOFが「新たな機能を備えたオーダーメイドの材料を生み出す大きな可能性」を持っているとみなしていると述べた。

金属有機骨格は、その名前が示すように、有機分子によって結合された金属原子で構成されています。適切な構成要素を溶液内で組み合わせると、三次元の角張った分子構造が自動的に生成されます。これには、他の分子が流入し、おそらく閉じ込められたままになり、制御された方法で再び消失する可能性がある大きな空間が含まれています。

これにより、MOF は分子スポンジのように機能することができます。そのスポンジに隠された広い表面積も特別です。1999 年に Yaghi が発表した MOF タイプ 5 は角砂糖ほどの大きさで、サッカー場の内部表面積があります。 「1990 年代半ばに最初の結果を発表したとき、同僚たちは論文に印刷ミスがあると考えました。」 神々ヤギ 今年に対して デ・フォルクスクラント。そこには何十億もの穴があり、一種の「水分子の駐車場」の構造が含まれています。

このようにして、フレームワークは通常は捉えにくい物質を捕捉することができます。 2023年、ヤギの学生たちは「MOF-303」を使って砂漠の空気から水を汲み出すことに成功した。そして世界で最も乾燥した場所の一つ、米国のデスバレー。彼女 出版された 科学雑誌で 自然の水。

たとえば、環境内の主要な汚染物質を構成する数千の異なる物質のグループである PFAS についても、同じことが可能です。彼らはどこにでもいます。

ヤギの名前は近年よく知られるようになった

バート・ウェクホイセン教授

ユトレヒト大学の無機化学教授、バート・ヴェクホイセン氏は、木曜日の朝にヤギ氏が講演する予定のブリュッセルでの会議に向かう電車に偶然乗っていた。 「私はこの賞を期待していました。ヤギ氏の名前は近年よく知られるようになりました。問題はむしろ誰が一緒に賞を受け取るかということでした。ノーベル委員会の選択は正しかったと思います。古い研究も含まれているからです。」と彼は言う。

その古い研究は、1989 年に MOF の概念を思いついたリチャード・ロブソンの研究です。彼は、ピラミッド型の炭素原子の規則的な格子で構成されるダイヤモンドの結晶構造にインスピレーションを受けました。彼は、金属イオンと有機分子に基づいて同様のことが可能であるはずだと考えました。しかし、ダイヤモンドの炭素原子は互いに近接していますが、MOF のグリッドは非常に広いです。グリッド内の空洞は非常に大きいため、他の分子が簡単に間に収まり、たとえば化学反応を起こすことができます。

ロブソンのフレームワークはまだ不安定であったため、多くの化学者が長い間それらを「役に立たない」と考えていました。 1990 年代、北川進は安定した MOF を作成することに成功し、構造を柔軟にしてスポンジのような効果を与えることにも成功しました。ガスが構造物に出入りする可能性があります。 。

その後、ヤギはニッチの概念を化学内の成熟した本格的な分野に発展させました。グリッド内の有機物の設計に応じて、MOF の可能性は無限大です。彼はさらに安定した MOF のいくつかのバリアントを作成し、この分野の可能性を誰の目にも明確にしました。現在、90,000 を超える異なる MOF が作成されています。

「伸びたバッファロー」

「ヤギはとても喜んでいると思います」と彼を知るウェクホイセンは言う。「最初は彼はかなりの抵抗を持っていたからね。最初の考えから、長い苦労があったが、今では呼吸するグリルのようなものがある。用途に応じて適用できるのは素晴らしいことだ。」

MOF は依然として主に、有望な用途を備えた多用途で興味深い化学おもちゃなのでしょうか、それとも不可欠なものになっていますか?その両方: MOF は依然として非常に高価であり、大規模な使用が困難です。それにもかかわらず、スケールアップは始まっており、CO2 回収や PFAS クリーンアップ エージェントなど、多くのアプリケーションが存在しています。サイトによると 世界市場の洞察 市場は 2024 年にすでに 98 億ドルの価値があり、10 年後には 3 倍になる可能性があります。

「MOFはこれまでに作られた中で最も美しいつながりだ」とヤギ氏は書いた 意見の寄稿 2019年のサイト上で ケミストリーワールド。 「それらの構造は複雑で、構造パターンと結合性の多様性が興味深いと感じています。私は分子構造と周期表を観察し、それが化合物、反応、材料、新しい化学にどのように変換されるかを調べるのが好きです。」

Niki Korteweg と Gemma Venhuizen のコラボレーションによる。

嫌な運転

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北川進 (1951 年、京都、日本) はキャリアの初期に金属有機構造に熱中していましたが、他の人はそれらを役に立たないと考えていました。

カンファレンスでは、人々が朝食時に彼のところにやって来て、彼の研究についてコメントすることさえありました。彼が補助金を獲得し、一流の科学雑誌に論文を掲載できるようになったのは 50 歳を過ぎてからでした。

彼は科学論文を読むために電車で京都大学に通勤していますが、車の運転は時間の無駄だと考えています。彼は探偵小説と美味しいワインが大好きで、お酒を飲みながら従業員に人前で話す練習をするよう勧めています。

木製模型

ズームイン

リチャード・ロブソン （1937年、イギリス、グラスバーン）はオックスフォード大学で有機化学を学び、その後米国に渡り、名門大学であるカリフォルニア工科大学とスタンフォード大学で研究を行いました。

ベトナム戦争への派兵の危機に瀕したとき、彼はオーストラリアのメルボルン大学への就職を決意し、現在もそこに所属している。 1 年生への講義用に木製の結晶モデルを作成しなければならなかったとき、彼は金属と有機化合物から独自の結晶を設計することを思いつきました。

新しい時代

ズームイン

オマール・ムワネス・ヤギ （1965年、ヨルダン、アンマン）は水不足の中で育ちました。彼の両親はパレスチナ難民で、12人家族は2週間に1回水を利用できた。彼は 15 歳のときに米国に移住しました。2012 年からカリフォルニア大学バークレー校で化学の教授を務めています。

彼は、自ら設計した MOF を使用して、とりわけ、空気から飲料水を捕捉することができます。ヤギによれば、人類は青銅器時代、鉄器時代、石器時代を経て「MOF時代」に入ったという。

彼はまた、自身が設立したバークレー・グローバル・サイエンス・インスティテュートを通じて、国際的に協力する研究機関や産業界の枠組みを構築しています。

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