有機合成の方法論を塗り変えた研究? –医薬?液晶などの産業応用に大きな貢献
铃木章(すずき?あきら)北海道大学名誉教授が、2010年のノーベル化学赏を受赏しました。
(北海道大学记事)
铃木氏は、主に有机合成化学や有机金属化学、触媒化学の各分野で大きな研究业绩をあげてこられましたが、特に世界的に大きなインパクトとなったのが、「クロスカップリング」という、有机物どうしを合成するための化学反応の研究です。
これらの研究は、医薬や农薬、滨罢机器に不可欠な液晶、新世代の発光材料である有机贰尝(エレクトロルミネッセンス)など、私たちの生活に身近な製品の开発や量产化に、大きな贡献を果たしました。
铃木氏の研究业绩を、解説文とインタビュー映像でご绍介します。
铃木章先生インタビュー映像1 「研究のきっかけ」
铃木章先生インタビュー映像2 「研究に対する考え」
北海道大学大学院工学研究科 宮浦憲夫?特任教授の語る「鈴木章名誉教授について」
宫浦先生は共同研究者として、铃木-宫浦クロスカップリングを発见されました。
※このサイトで公开している映像の使用に関しては、「映像提供:北海道大学颁辞厂罢贰笔」のクレジットを明记してください。
有机合成におけるブレイクスルー
有机化合物の生成は、その基本骨格となる炭素どうしをいかに结合させるかがカギとなります。炭素と炭素を结合させる反応を制御することは、19世纪末から主にドイツを中心に长い研究の歴史がありましたが、1960年代ころまでは望ましい反応を引き起こすことが非常に困难でした。
そこにブレイクスルーがあったのは1972年のこと。京都大学(当时)の熊田诚氏と玉尾皓平氏が有机マグネシウム化合物と有机ハロゲン化合物に、ニッケル触媒を加えることで、効果的な合成反応を引き出すことに成功。异なる有机化合物どうしで炭素と炭素の结合をつくる「クロスカップリング反応」の先駆けとなりました。この「熊田-玉尾カップリング」をきっかけに、有机合成技术の开発は大きく発展します。特に、日本の研究者の名前が冠されたカップリング反応が多数生み出され、有机合成の効率化や简略化が进み、この分野で日本は世界を大きくリードすることになりました。
さて、北大の大学院理学研究科博士課程を修了後、1961年に工学部合成化学工学科の助教授となっていた鈴木章氏を、その後の研究へと導いたのは、有機ホウ素化合物の研究ですでに知られていた米国パデュー大学のハーバート?ブラウン教授(1979年ノーベル化学赏受赏)との出会いでした。鈴木氏は、63年からブラウン教授のもとでポスドク(博士研究員)として師事。65年に帰国し、北大に戻ってから有機ホウ素化合物を使った新しい合成法の研究に、学生たちとともに取り組み始めます。

铃木-宫浦クロスカップリングの诞生
铃木氏が着目した有机ホウ素化合物を使った合成反応には、多くの利点があることが考えられていました。目薬などの原料にも用いられるホウ素は、安定で取り扱いやすく、毒性もきわめて低いのが特徴です。特に、水に対して安定で、酸やアルカリの水溶液の中で反応を起こせるという特性は、それまでに开発されていた、不安定で有毒な副产物を出す他のクロスカップリング反応に比べて圧倒的に有利だったのです。
有机ホウ素化合物を使った新しい合成反応を何とか実现させたい–。铃木氏は、指导していた学生たちとともに日夜、様々な反応剤や触媒を自分たちで手づくりしながら、试行错误を続けていました。水や空気に対しても非常に安定な有机ホウ素化合物の特性は、里返せば効果的な合成反応を引き起こしにくいということでもありました。このため、思うように効果的な反応が得られない日々が数年间、続いていました。
1970年代も后半に入り、前述の熊田-玉尾カップリングなど、有机合成の分野では画期的な研究が相次いでいた时期です。ある日、铃木氏は研究室の助手(当时)宫浦宪夫氏らとともに、有机ボロン酸と有机ハロゲン化合物のカップリング合成に、パラジウム触媒を使い、さらにエタノール水溶液などの塩基を加えると、目指す生成物だけが得られる非常にきれいな反応が起こることを発见しました。これが突破口となって、その后は急速に研究が进んでいきました。
それまでの有机金属化合物を使ったカップリング反応では成功率が2?3割程度だったのが、塩基を加えた有机ホウ素化合物によるカップリング反応では、8?9割程度の高率で狙い通りの反応を引き出すことに成功しました。简単で実用性が高い有机合成反応が生まれたのです。

创薬や机能性材料など様々な応用へ
当时の研究室の様子について、铃木氏のもとで研究に携わっていた宫浦宪夫?特任教授(北海道大学大学院工学研究科)は、「塩基を使ったのをきっかけとして、次々と新しい発见があり、いつも楽しく兴奋していたのを今でもよく覚えています」と语ってくれました。
しかし、この画期的といえる反応も、しばらくの間は冷遇とでもいうような状況が続きました。1978年に、学生の学位论文の一部としてこのカップリング反応を報告したものの、それがリジェクトされるなど、论文の投稿には苦労が続いたそうです。翌79年になってようやく论文が『Tetrahedron Letters』誌に掲载され、その後、もともと炭素-炭素結合の研究に長年取り組んでいたドイツのマックス?プランク研究所が注目するようになり、欧米で鈴木氏らの研究に対する評価や反響は高まっていきました。
そうした、まさに「逆输入」的な効果によって、次第に国内の学术界でも注目度が増していき、现在では「铃木-宫浦クロスカップリング反応」として产业界を含めた有机化学の分野で知らない人はいないまでになったのです。
従来は、熟达した技术をもった専门家と、特别に配虑した実験环境のもとでしか実现できなかったクロスカップリング反応。それが、ごく普通の実験室のような场所で、初心者の学生でも手軽に扱えるようになり、同时に大规模な製造プラントでの量产にも応用が可能になったことは、有机化学にとって、さらには応用化学全体にとっても辉かしい前进だったといえるでしょう。
今や、铃木-宫浦クロスカップリングは、医薬、农薬、机能性材料など、工业分野への応用が広がっています。特に、芳香族ボロン酸のカップリング反応は最も简単で応用性の高い有机合成の手法として利用されています。たとえば、强力な血圧降下剤の「ロサルタン」。米国メルク社の工场で铃木-宫浦クロスカップリングを使って年间约1トンという规模で製造され、医疗现场で普及しています。
独メルク社や日本のチッソ化学が製造する液晶材料は、国内外の多くのメーカーの液晶テレビやディスプレイに使われています。新世代のディスプレイとして普及が期待される有机贰尝材料の开発にも、铃木-宫浦クロスカップリングが役立っているほか、新しい医薬品や农薬の探索研究(薬の素となる化合物を合成すること)を格段にやりやすくしたのも、铃木-宫浦クロスカップリングです。
また、海产毒であるパリトキシン(イワスナギンチャクが持つ毒)を人為的に精密に合成する研究でも、铃木-宫浦クロスカップリングが用いられ、大きな分子量を持つ化合物の合成に高い信頼性があることが世界的に知られることになりました。

强力な目的意识と创意工夫が生み出したもの
研究业绩のインパクト(影响度)をはかる指标の一つとして、论文の引用件数がありますが、1995年にまとめられた铃木-宫浦クロスカップリングの论文の引用は3600件を超え、年间数百件の割合で増え続けています。カップリング反応を行うための有机ホウ素の试薬も、生み出せる化合物の多様化にともない、実に数千种类が市贩されており、それらを扱う専业のベンチャー公司が登场したりもしています。最初に反応が発见されてから30年余りたった现在でも、铃木氏らの研究がいかに现代の有机化学を牵引しているかが、これでもおわかりになると思います。
化学反応の研究という世界は、様々な组み合わせをひたすら探索し続け、膨大な断片を组み合わせてパズルをつくるような印象があります。ある面では偶然性が大きく支配していますが、狙った反応を発见したり、引き起こすためには、强力な目的意识と、それまでの研究の歴史に自分なりのオリジナリティを加えていく创意工夫が不可欠です。铃木-宫浦クロスカップリングの発见は、まさにそうした姿势の产物といえるでしょう。
科学研究などの分野で、思いも寄らぬ発见や创造に出くわすことを、「セレンディピティ」と呼びますが、铃木氏は雑誌に寄せたコラムの中で、こう书いています。「このような発见や発明の机会は、研究者なら谁にでも出会うチャンスがあると思う。(中略)ただし、ここではっきりいえることは、ただ手をこまねいていただけでは、决してやってくることはない」。
铃木氏は、自分の研究の功绩について、しきりに「ラッキーだったから」と强调していますが、それは言叶通りの幸运の产物でないことは明らかでしょう。
铃木章教授の研究のあゆみを、写真と映像でも绍介しています
铃木-宫浦クロスカップリングの実験映像(资料映像)