新しい化合物を作るための広範なアプローチ | マサチューセッツ工科大学ニュース

ほとんどの化学研究室は有機 (炭素含有) 分子または無機 (金属含有) 分子のいずれかに焦点を当てていますが、ロバート ギリアードの研究室はより広範なアプローチをとっています。

彼の研究室では、研究者たちが、温度の変化に応じて光ったり色が変わったりする新しい材料を合成したり、化学結合を活性化する新しい分子を設計したり、二酸化炭素から有用な化合物を作る新しい方法を見つけたりしているかもしれません。 さまざまなアプローチを組み合わせ、さまざまな専門分野から引き出すことが、彼の研究室の化学スタイルの特徴です。

「私たちのプログラムの中核は、化学合成研究所です。 私たちは分子を作ります」とギリアード氏は言う。 「私には有機部門の学生と無機部門の学生がおり、両方の世界のコンセプトを組み合わせています。 私たちは両方がなければ化学反応を起こすことはできません。」

彼の研究室が作成する分子の中には、非常に特殊な研究スキルを必要とするものがあるため、他の研究室でそれを作ろうとしているところはほとんどありません。 これらの化合物は、LED やその他の光電子デバイスを製造する企業からの関心を集めているさまざまな独特の光学的および電気的特性を持っています。

以前はバージニア大学の教授だったギリアード氏は、エンジニアと協力してこれらの分子のデバイスへの応用を調査し、その発光特性に関心のある企業とつながる機会があることもあって、2023年にノバルティス化学准教授としてMITの教員に加わった。

「化学のさまざまなサブ分野から成分を導入することで、これらの化合物に興味深い光学的および電子的特性を生成しました」と彼は言います。

曲がりくねった道

2017 年に UVA の教員になった後、ギリアード氏は、すぐに MIT に行くことになるとはまったく思っていませんでした。 彼の研究所への道は、着任後すぐに始まりました。彼は、MIT のドレフュス化学教授であるクリストファー “キット” カミンズを UVA でのセミナーに招待したときから始まりました。 カミンズはギリアードが研究していた化合物に非常に興味を持ち、MLK 客員教授および学者プログラムの一環としてギリアードに 6 か月間 MIT に来ることを提案しました。

当時、ギリアード氏はまだ新任教員として定着しつつあり、研究室を離れることを望まなかったが、数年後、状況が軌道に乗り、2021～2022学年度のMLKプログラムに参加した。 彼はカミンズ氏やMIT化学科の他の人々と緊密に連携し、年末には学部長のトロイ・ヴァン・ヴォーヒス氏が彼をMITの常任教員として迎え入れるという考えを持ち出した。

ギリアード氏は驚いたが、UVA での職を離れるつもりはなかったが、MIT やボストン地域全般でのコラボレーションの機会に興味をそそられた。

「MLK プログラムは素晴らしい経験であり、よく組織されたプログラムで、MIT の機関全体について知ることができました。 これは私が言えることですし、本気で言っているのです。MLK フェローシップに参加していなかったら、教員としてここに来ることはできなかったでしょう」とギリアード氏は言います。 「私はバージニア大学での任命と、そこにいる学生たち、そして同僚たちを本当に楽しんでいた。 MIT でその時間を過ごし、その雰囲気と人々を楽しんでいなかったら、私を動かすのはほぼ不可能だっただろう。」

ギリアードが初めて化学に興味を持つようになったのは、サウスカロライナ州ハーツビルの高校生だったときでした。化学、物理学、物理科学の優等クラスを教えてくれた刺激的な教師、シャーロット・ゴドウィンのおかげです。 彼は事前教育を学ぶつもりでクレムソン大学に進学しましたが、その選択には乗り気ではありませんでした。

「病院はあまり好きではないので、ここに来る前から、病院には行かないだろうと分かっていたと思います」と彼は回想する。「それで、ここに来る前から専攻を変えて、工学にしました。」

クレムソンには有名な工学プログラムがありますが、数回授業を受けた後、ギリアードはそれも自分にとって最良の選択ではないことに気づきました。 しかし、彼は化学の授業が楽しかったので、専攻を化学に変更し、学部研究をするために登録しました。

彼は結局、MITでスティーブン・リップアード教授のもとで博士研究員として研究を終えた後、クレムソン大学の教授陣に加わったばかりのレット・スミス教授と働くことになった。スミス教授の研究室で、ギリアードは触媒の合成や、シアン化物や爆発物であるTNT用のセンサーなど、センサーとして使用できる分子の合成に取り組んだ。

「それは本当に素晴らしい経験でした」と彼は言います。 「そのとき、研究は楽しいもので、大学院に進学するだろうと思いました。」

スミスの研究室で働いていないときは、ギリアードは有機化学の教育研究室で働き、化学に没頭していた。「化学をたくさんやっていましたが、楽しんでいたので、仕事という感じではありませんでした。何か刺激的なことを探求しているような感じでした」と彼は言う。

新規化合物

ジョージア大学の大学院生として、ギリアードは無機主族化学に重点を置きましたが、有機化学のコースも受講し、2 つの有機化学のクラスでティーチングアシスタントを務めました。 「有機化学をできるだけ多く学びたいと思っていました。なぜなら、それが私のキャリアにとって有益だからです」と彼は言います。

彼は博士課程の研究では、主族元素（周期表の端、1-2列目と13-18列目にある元素）の間で形成される化学結合を研究しました。このタイプの結合は実現するのが非常に難しい場合がありますが、いったん形成されると、非遷移金属元素の結合シナリオの可能性が広がり、さまざまな化学反応で役に立ちます。

ギリアード氏は、スイス連邦工科大学 (ETH チューリッヒ) とケース ウェスタン リザーブ大学に分割して博士研究員としての研究を行っている間、小さなリン含有試薬を組み合わせて、複数のさまざまな環が融合したリン複素環を形成することに取り組みました。

バージニア大学で、そして現在は MIT の研究室で、ギリアードは複素環の研究を続け、現在は主にホウ素複素環に焦点を当てています。 これらの分子は、効率的に他の分子から電子を授受したり電子を受け取ったりする能力により、多くの光学的および電子的応用分野での可能性を秘めています。 最近では、 アメリカ化学会誌ギリアードの研究室は、最初の例を発表しました。 ボラフェナレニルラジカル そして ごめんなさい、ビラジカル この重要な酸化還元挙動を示すもの。 このような材料は、刺激応答性材料や化学センサーの製造、あるいはさまざまな発光技術や吸収技術の進歩にも使用できます。

彼の研究室では、炭素と水素の結合を活性化するために使用できるビスマスとアンチモンを含む化合物の研究も行っています。また、二酸化炭素を捕獲して有用な化学物質に変換することにも重点を置いています。

ギリアード氏によれば、これらすべてのプロジェクトの成功は、バージニア大学から一緒に来た数人の学生、ポスドク、研究員を含む彼の研究室で働く「素晴らしいチーム」にかかっています。

「私たちが作る化合物の多くは非常に難しいものです。 専門的な技術とスキルが必要なので、私の研究室で優秀な人材が働いてくれることに感謝しています」と彼は言います。