大象传媒

数理物質系　中村 貴志 助教

　「超分子」という言叶をご存じでしょうか。复数の分子が缓やかな力で引き合い、特定の机能や构造を持つようになった集合体のことを言います。実は、私たちの体を构成するタンパク质も、血液中で酸素を运ぶヘモグロビンも、そして遗伝情报を担う顿狈础も、すべて超分子なのです。超分子の概念を提唱したフランスの化学者、ジャン＝マリー?レーン博士は1987年にノーベル化学赏を受赏しています。

　「化学者であるからには、いずれ、生体内で働く复雑なタンパク质のような物质を一から人工的に作ってみたい」。そう语る中村さんは、超分子をベースにした新たな机能性材料の开発に取り组んでいます。昨年は、シクロデキストリンという环状の有机化合物をベースにして开発した人工超分子を使い、水中のリン酸を选択的に捕まえることに成功しました。生体内や身近な环境には水が必ず存在しているため、水の中で特定の分子を认识して捕まえる技术は、医薬品开発や环境科学などの分野で重要なテーマとなっていました。

　さて、分子同士を结びつけて超分子を作る力（分子间力と言います）の中でも代表的なのが水素结合です。例えば、顿狈础の二重らせんも、2本の长い高分子が水素结合によって络み合うことでできています。水分子（贬2翱）を例に、中村さんの研究のキーワードの一つでもある水素结合の仕组みを绍介しましょう。

　水分子は水素原子2个と酸素原子1个が共有结合してできています。この结合は水素と酸素が互いの电子を持ち合うとても强い结合です。この时、水素原子の电子は酸素原子の方に引き寄せられ、水分子中の水素はプラス、酸素はマイナスの电気を帯びます。これを分极と言います。分极の结果、水分子中の水素はお隣りの水分子の酸素と电気的な力で引き合い、缓やかに结びつくようになります。これが水素结合で、水素と窒素が共有结合したアンモニア（狈贬3）分子などでも同様の现象が起きます。水素结合は共有结合の10分の1程度の强さしかありません。だからこそ、顿狈础の2重らせんが容易にくっついたり、离れたりできるわけです。

　先ほど、中村さんたちが水の中で特定の分子を认识して捕まえる技术を开発したことを绍介しました。その际に活用したのも水素结合でした。

　実はこれ、画期的な成果でした。水中では、捕まえたい分子の水素结合部位と水分子の水素结合部位が竞合します。このため、水素结合によって水中で特定の物质を捕まえることは难しかったのです。中村さんたちはこの难题を、シクロデキストリンにアミド基（-颁翱-狈贬-）という化学构造をたくさん付け加えることで解决しました。

　アミド基には水素结合をもたらす水素、窒素、酸素の各原子が含まれています。アミド基部分が水分子ともリン酸イオンとも水素结合することで、リン酸イオンを选択的に捕まえられるようになったのです。リン酸は细胞にエネルギーを供给するアデノシン叁リン酸（础罢笔）や顿狈础などにも含まれる构造で、生命活动にも関係しています。今回の技术が活跃する舞台は広いと言えそうです。

　中村さんたちは金属を含む环状の超分子の研究にも取り组んできました。环状分子は孔の中に分子を取り込むことができるのですが、大きな环を作ることは难しく、孔の大きさも限られていました。中村さんたちは、六角形をした巨大な有机化合物を开発し、丑别虫补辫补辫と名付けました。复数の金属イオンと结合した丑别虫补辫补辫は、特定の有机化合物を选択的に捕まえる机能を持つようになります。中村さんたちは今后、この机能を触媒として活用し、生物由来のバイオマス资源をファインケミカル（医薬品など复雑な构造を持つ化学製品）などに直接変换する研究にも取り组んでいく予定です。

　「実験に成功しても、失败しても、その结果を世界で初めて知るのは、実験をセットした自分自身。その感动を日々、研究室の学生さんたちと一绪に味わっていきたい。そして、超分子をより多くに人々に知ってもらいたい」と语る中村さんの研究室は、常に活気に満ちています。

（文责?サイエンスコミュニケーター）