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化学・生命科学科の阿部二朗准教授の研究グループが、紫外線に反応して高速に発消色する有機化合物を開発

 本学理工学部化学・生命科学科 阿部二朗准教授の研究グループ(藤田華奈さん・大学院修士課程1年、波多野さや佳さん・大学院修士課程2年、加藤大輔さん・大学院博士後期課程1年)では、紫外線を照射すると瞬時に無色から緑色に発色し、紫外線を遮ると瞬時に無色に戻る新しい有機化合物の開発に成功しました。これほど高速な発消色特性と高い発色濃度を併せ持った“有機フォトクロミック化合物”の開発は世界初で、この研究成果はアメリカ化学会有機化学専門誌『Organic Letters』に発表されました。さらに、『ネイチャー誌(2008年7月3日号)』、およびアメリカ化学会機関誌『C&EN News(2008年7月7日号)』で研究ハイライトとして紹介されたのをはじめ、アメリカの著名な科学ブログサイト『WIRED』など数多くのメディアにも取り上げられ、世界中で大きな反響を呼んでいます。
 研究内容の詳細、および研究成果の背景について、阿部准教授にお話を聞きました。
阿部二朗
理工学部
化学・生命科学科
准教授
阿部 二朗
 光の作用によって単一の化学種が、分子量を変えることなく色の異なるふたつの異性体を可逆的に生成する現象を“フォトクロミズム”といいます。そしてフォトクロミズムを示す有機分子を“有機フォトクロミック化合物”と呼び、これまでにも「アゾベンゼン」や「ジアリールエテン」など、いくつかの化合物が開発されてきました。紫外線照射によって着色し、紫外線を遮ることで消色する化合物はこれまでにいくつか知られておりますが、「スピロオキサジン」という有機フォトクロミック化合物をプラスチックに混ぜたフォトクロミックレンズは、紫外線に反応して着色するサングラスとして実用化されています。
 今回の私の研究グループでは、「ヘキサアリールビスイミダゾール(HABI)」という化合物に注目しました。このHABIは、1960年にお茶の水女子大学の林太郎氏・前田候子氏によって発見された有機フォトクロミック化合物です。HABIは熱反応・光反応によって、反応活性の高い2分子の「トリアリールイミダゾリルラジカル」に解離し、それぞれが媒体中を拡散します。紫外線の照射を止めると再びラジカル同士が拡散中の相手を探し出し、数分後にHABIに戻るのです。そこで我々は、解離したラジカルが再び結合するまでの時間短縮を図るべく、2つのラジカルをナフタレン骨格で結びつけた新しい有機フォトクロミック化合物(1,8-NDPI-TPI-ナフタレン)の合成開発に成功しました。この化合物は紫外線に反応してラジカルが解離し、無色から緑色に発色しますが、2つのラジカルを結びつけたことで拡散することなく、紫外線の照射を遮ると瞬時にもとの形に戻るため、高速での消色が可能となるわけです。さらに2つのラジカルに異なる色を呈することで発色体は可視領域の光を全て吸収し、濃い緑色を実現しました。こうして世界初の高速な発消色特性と高い発色濃度を併せ持った有機フォトクロミック化合物が誕生したのです。これまでにも高速な発消色特性を示す有機フォトクロミック化合物は知られていましたが、発色濃度が薄すぎるものばかりで、今回開発された化合物のように高い発色濃度を実現することは不可能と思われていました。


左から藤田さん、加藤さん、阿部准教授、波多野さん

 この研究成果の産業面への応用ですが、最もイメージしていただきやすいのは、光に反応してレンズが発消色するサングラスではないでしょうか。太陽光に反応してレンズの色が変わるサングラスは現在もありますが、やはり発消色に数分単位での時間がかかるため、トンネル通過時の車の運転などでは危険を伴いました。しかし太陽光の状況に瞬時に反応する今回の有機化合物であれば、それらの問題もクリアできます。その他にも調光フィルムや調光カーテン、さらには3Dディスプレイをはじめとする次世代情報表示メディアなど、考えられる用途はさまざま。現在は溶液に溶かしてその性質を研究している段階ですが、今後研究を積み重ね、固体化、フィルム化、そして製品化へとつなげていく予定です。
 今回、我々も知らないところで研究成果が世界中のメディアで取り上げられ、急速に脚光を浴びる結果となりました。この研究は、文部科学省科学研究費特定領域研究「フォトクロミズムの攻究とメカニカル機能の創出」(領域代表者:立教大学理学部 入江正浩教授)の研究プロジェクトの一環として進められているものです。入江教授をはじめ多くの方々のご支援をいただいたからこそ今回の評価につながったのだと思います。また同時に、これまでに一緒に研究に取り組んでくれた大学院生たちの努力も見逃せません。「大学」で研究に取り組む以上、そこには“研究”にプラスして“教育”という要素が必要です。私は主に、“理論設計をしたうえで実験に臨む”とのスタンスを取りますが、その考えに賛同し、一緒に悩み、一緒に苦しんだ研究室のスタッフであった岩堀史靖博士(現・日本大学文理学部専任講師)や菊地あづさ博士(現・横浜国立大学大学院工学研究院特別研究教員)にも大きな感謝の意を表します。そして苦労して導き出した結果が、このように世界で認められる喜びを味わえることこそ、最大の研究成果であり、最大の教育であるはずです。今後も研究と教育とのバランスを保ちつつ、研究室としての取り組みを次のステップへと進めていきたいと考えています。
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