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化学専攻の研究概要および化学専攻各講座の研究内容紹介

化学専攻の研究概要

 私たちがふだん観察している自然現象には化学変化によるものが多くあります。複雑な生命現象ももとをたどればいろいろな化学物質の反応や相互作用に帰着します。  化学は「物質の合成、構造、性質ならびに物質間の相互作用や相互変換を研究する学問」です。日頃私たちが目にする物質は、気体、液体、固体などいろいろな状態で存在します。これらの物質はまた、互いに混じり合う、水と油のように混じり合わない、反応して別の物質に変化する、さらには他の物質の変化を促すなど、多種多様な性質をもっています。目で見て実感できる物質の性質(その中には有用な特性や有害な特性も含まれます)の奥には、それよりはるかに小さいスケールでの物質の個性、すなわち原子や分子の性質があります。化学は巨視的スケールでの性質を微視的な観点から研究する学問であるとも言えます。
 私たちは、衣食住、医薬、交通・通信手段その他あらゆる場面で化学を基礎とした生産物を日常的に活用しています。最近では、情報記録材料や超伝導物質など、新素材と呼ばれる機能性物質の果たす役割が非常に大きくなっています。これらの新素材も化学の基礎に基づいています。また化学物質が係わる環境問題などの、大規模な経済社会活動がもつ負の側面の解決には化学者の参加が必要です。
 このように、化学は人々がふだん考えている以上に身近なもので、自然科学ならびに人間社会の発展に大きく寄与しています。化学者の果たすべき役割は今後もますます増大するでしょう。化学は物質科学の中核をなす学問です。本化学専攻ではそのような化学の基礎となる以下のような研究と教育を行っています。

無機化学講座

 この分野では分析化学、無機化学、および放射化学の研究を行っています。分析化学グループでは、分子や微粒子の分離と検出法の研究を行っています。生体や環境中には様々な微粒子が分布し、界面反応が機能しています。そのような界面反応の特異性を明らかにするために、液液界面における単一分子や集合錯体の反応を研究し、レーザー光、電場、磁場を用いる新しい泳動分析法の開発を進めています。無機化学と錯体化学の2つのグループでは金属錯体を主な研究の対象としています。両グループとも単核から多核と多彩な構造をもつ新しい金属錯体を合成し、電子スペクトル、核磁気共鳴スペクトル、X線構造解析、磁化率などによって、固体や溶液中における化学結合および立体構造と化学的性質との関係を明らかにすることを目指しています。さらに、無機化学グループでは不対電子や核スピンが織りなす現象を、錯体化学グループでは錯体独特のキラル挙動や分子認識を研究しています。放射化学グループでは、重・超アクチノイド元素の合成とその化学的性質の研究、及びパイ中間子やミュー粒子からなる人工原子(エキゾチックアトム)の化学の開拓を行っています。また、重イオン核反応や新規核現象の研究とその物性・化学研究への応用も進めています。
 学際化学講座に所属する生物無機化学研究グループでは、生体系において重要な役割を演じる金属タンパク質や金属酵素の構造と機能の研究、およびそれらの金属活性部位のモデル金属錯体の構築、さらにモデル錯体とタンパク質金属中心との構造や性質の比較検討も行っています。

物理化学講座

 この分野では物質の構造、性質、反応の実験的研究、そしてそれらの理論的解析を行っています。物性物理化学グループでは分子性電荷移動塩、金属錯体などを対象に新規物性の探索と、その電子レベルでの理解、さらに背後にある普遍的な概念の構築を目指した研究を行っています。熱、磁気・輸送現象測定など様々な測定手法を用いて分子の凝縮相としての特徴を追跡しています。表面化学グループでは、分子が吸着した固体表面が、分子とも固体とも異なる性質を示すことに注目します。表面の化学的性質と機能性の原因を解明するために、吸着結合でできる界面準位のうち、特に非占有電子準位と、そのフェムト秒での変化をレーザー光電子分光で研究しています。物性や反応を量子力学の原理に基づいて研究する量子化学理論グループでは、スーパーコンピューターと多数のワークステーションを駆使して新物質の設計や新現象の機構解明、生体物質に見られる特異な機能の理論的解明を行っています。これらの理論計算に必要な新しい方法論の研究にも取り組んでいます。反応物理化学グループでは、化学反応を深く理解し新しい反応制御法を見つけるために、方向を揃えた分子を作る配向分子線法そしてレーザーやSPring-8放射光など最新の研究手段を用いて、立体効果を中心に気相反応や表面反応がどのように起こるか分子レベルで基礎から解明しています。生物物理化学グループでは、タンパク質の立体構造とそのダイナミクスを、時間分解振動分光法を用いて研究しています。タンパク質の動きをリアルタイム観測することによって機能発現の分子メカニズム解明に挑んでいます。構造熱科学研究センターでは、独自の精密熱科学を分子科学や構造科学へと展開し、多体系を対象としたミクロとマクロの融合分野を開拓しています。特異な固体や吸着単分子膜など新奇凝縮相で見られる同位体置換効果や量子効果を、熱測定や中性子散乱、X線解析などをもとに体系化しようとしています。総合学術博物館の研究グループでは固体中の分子間に働く力や、結晶構造の変化と分子の運動状態の関係を研究しています。奇妙な性質を示す固体の特性や、相変化、電気伝導機構、分子クラスターの構造、分子吸着や触媒反応のメカニズムなどを核磁気共鳴とシミュレーションを使って研究しています。

有機化学講座

 生体を構成し生命を維持する天然有機化合物や私たちの日常生活に役立つたくさんの人工有機化合物が有機化学の研究対象です。物性有機化学研究グループでは、物性科学における新分野創成を目指して、単一~少数有機分子の電気・光物性とそれらがナノ粒子、ナノロッド、ナノカーボンおよびリソグラフィーで作成したナノ構造体と複合化してできた高次複合体素子の物性を研究しています。構造有機化学研究グループでは、分子量の比較的大きい新規な拡張型パイ電子系化合物や人工超分子の合成を行い、それらの構造と物性・機能の相関を研究して興味ある新物質の開発を目指しています。また、これらの共役分子の新しい合成法の開発も研究しています。天然物有機化学研究グループでは、生体のなかの糖分子と脂肪酸などが結合してできている複合糖質と呼ばれる化合物群を中心に、さまざまな作用を示す自然界の新しい化合物を探索して、その構造、合成ならびに生体における働きを研究しています。有機生物化学研究グループでは、糖鎖および糖タンパク質を精密に化学合成する方法を開発するとともに、得られた糖タンパク質を用いて生化学的、および有機化学的な方法を組み合わせて糖鎖の機能を調べる研究をおこなっています。
 学際化学講座に所属する生体分子化学研究グループでは、生体内に本来存在する生体分子や海洋生物の作る生物活性物質を対象にして、それらの三次元的な構造と働きを解明するために、NMRスペクトルと有機合成化学を駆使して研究しています。

 これらのグループのほかに協力講座として、産業科学研究所にバイオナノテクノロジー研究室、半導体材料・プロセス研究室、精密制御化学研究室、医薬品化学研究室、機能物質化学研究室の5研究グループがあり、蛋白質研究所には蛋白質情報科学研究室、蛋白質有機化学研究室、機能構造計測学研究室、機能・発現プロテオミクス研究室の4グループがあります。さらに、併任・連携講座として独立行政法人・産業技術総合研究所の3研究グループと(株)ペプチド研究所があります。 それぞれの研究分野で活発な研究活動が行われています。