研究ニュース

脂肪酸を有用物に変換する画期的な人工触媒を開発化学原料のバイオマス転換で持続可能社会への貢献に期待

【ポイント】

  • 炭素の鎖の中の狙った位置での化学反応を実現。
  • 化学反応の位置を正確に測るものさしを持った触媒を開発。
  • 単純な分子が自然に集まって触媒ができるので低コスト。

【概要】

北海道大学創成研究機構化学反応創成研究拠点(WPI-ICReDD)・同大学院理学研究院の澤村正也教授らの研究グループは,バイオマス由来の化学原料である脂肪酸を原料として様々な有用有機化合物を効率よく合成する画期的な人口触媒を開発しました。

複雑な構造を持つ様々な有機化合物が医薬品などの合成に利用されています。これまでこれらの有機化合物を得るには,枯渇資源である石油に由来する単純な構造の化学原料から多くの化学反応を繰り返して合成するしかありませんでした。研究グループは,このような有機化合物をバイオマス原料の脂肪酸から効率よく合成することに成功しました。脂肪酸は炭化水素基と呼ばれる油になじむ長い鎖状の部分(尾部)と,その鎖の端にあって水となじむカルボキシ基と呼ばれる部分(頭部)とからなるおたまじゃくし型の有機分子で,石鹸などの界面活性剤として私たちの暮らしの中で大量に利用されています。一方,脂肪酸の合成化学原料としての利用は頭部カルボキシ基の化学変換に限られ,尾部の炭化水素鎖はほとんど利用されてきませんでした。これは尾部の構成単位である炭素―水素結合が多数並んでいて,そのうちどれか一つを選んで反応させることができなかったからです。

研究グループが開発した触媒は,炭素―水素結合を炭素―ホウ素結合に組み替える働きをする金属中心に加え,脂肪酸頭部を捕まえる捕捉部位と両者を一定の距離でつなぐ調節部位を持っているので,調節部位の長さに応じた特定の位置の炭素―水素結合のみが化学反応を起こし,炭素―ホウ素結合に変換されます。こうして生成する有機ホウ素化合物は,さらに様々な形に化学変換することができます。

金属中心と捕捉部位を繋ぐ調節部位は,頭部から反応点までの位置を調整する「ものさし」です。ものさしの長さを変えることで脂肪酸尾部の様々な位置の炭素―水素結合を自在に変換できる可能性があります。このように石油由来の原料から光合成によって二酸化炭素から作られるバイオマスに原料転換することで,持続可能社会の実現への貢献が期待されます。

なお,本研究成果は,2020年8月20日(木)公開のScience誌にオンライン掲載されました。

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