私達の研究グループでは「触媒機能を持つ分子」の特性に着目し、それを利用した新反応の開発を行っています。金属錯体触媒や有機分子触媒に構造的チューニングを施すことで、これまで実現できなかった高難度反応の実現を目指しており、(1)不斉触媒を利用したキラル分子の選択的合成、(2)炭素-水素結合の活性化を利用した機能性分子ユニット構築の効率化、(3)有機分子触媒を利用した不活性芳香族分子の化学変換を達成しています。
分子設計化学領域
有機合成と分子間相互作用を巧みに組み合わせて、人と環境にやさしく、かつ環境保全や医療に役立つ高機能材料の開発を行っています。現在、(i)水や油の中に混入した有害物質を効率よく除去できる分子認識材料の開発、(ⅱ)低分子から高分子まで様々な分子の自己組織化能を利用したマイクロ及びナノ構造体の開発と利用、(ⅲ)弱い相互作用による分子認識を利用したキラル光反応の制御、(iv)光エネルギーを高効率に利用可能な超分子マテリアルの開発と応用、に取り組んでいます。
有機工業化学領域では、実用化を視野に入れた分子設計により高機能の新規材料を作製し、創薬や再生医療に役立つ三次元生体組織モデルの構築を目指しています。私たちの生体組織には、細胞と細胞の間に細胞外マトリックス(ECM)と呼ばれる糖タンパク質が存在し、細胞表面の微小環境を制御することで細胞の機能を調節しています。このECMの働きにインスパイアされた新規高分子材料を創製し、細胞表面の微小環境を制御することで、より生体に近い構造と機能を有する三次元組織体の構築が期待されます。
簡単な分子から、高度に機能化された化合物を合成することが精密有機合成化学の基本です。精密資源化学領域では、資源的にも豊富な典型金属の特性を生かして、従来の手法では達成できない立体および官能基選択性などを有する反応の開発を行なっています。 得られた成果は、機能性分子の合成、環境負荷低減プロセスの構築、生命工学への応用といった領域に貢献します。また、研究途上で得られた予期せぬ現象を迅速に新テーマとして設定し進めていく柔軟性を常に意識して研究を進めています。
太陽光エネルギーを利用して、水素やアルコール等の貯蔵可能なクリーン燃料を作り出す。“人工光合成”と呼ばれるこれらの反応は、実用化されれば世界のエネルギー問題が一気に解決する可能性のある究極のエネルギー製造技術と考えられています。当研究室では、生体機能の中心的な役割を果たしている“金属錯体”に注目し、人工光合成を実現するための基盤づくりに取り組んでいます。
遷移金属錯体分子は種々の分子変換反応の触媒として作用し、複数の分子から新たな分子を一挙に構築することが可能です。しかし、多数の触媒反応が開発されてきたものの、その中身（機構）の大部分はブラックボックスに入ったままでした。生越研究室では主にニッケルやパラジウムを用いた触媒反応を開発するのみならず、錯体化学の手法を駆使することにより触媒系の深部にまで光を照らすことをモットーとし、反応中間体の実証とこれを鍵とする新規触媒系の構築にも取り組んでいます。
有機化学を基盤として、新反応・新分子・新機能をキーワードに多彩な研究を展開しています。反応開発においては、既存の手法とは反応機構や結合の変換形式が根本的に異なる分子変換の創出を目指します。ユニークなπ共役電子系を利用する新しい機能性錯体の合成・反応に関する研究も行っています。代表的な研究課題は以下のとおりです。
１）「強い」化学結合の切断を可能にする触媒開発
２）ヘテロ原子を活用した新奇反応
３）開殻π電子系配位子を持つ錯体の合成と反応性
私たちは、生体分子や反応を生体が生きたままの状態で可視化することを目的として、化学原理に基づき設計した分子である「化学プローブ」の開発に取り組んでいます。化学プローブには、蛍光や磁気シグナルを発するスイッチ機能を組み込んでおり、そのシグナルを検出することで生体分子や生体反応を検出することが可能となります。現在、遺伝子発現や免疫現象に加え、骨粗鬆症や糖尿病に関わる生命現象を可視化する化学プローブの開発を行っております。
分子レベルにおける酵素触媒作用の解明と応用を目指して研究を行っています。主に，非ヘム金属酵素活性中心や新規な有機補欠分子属の酸化還元機能に着目し、モデル化学的研究を展開しています。さらに，得られた成果を基にして，新しい酸化還元触媒の開発や実際のタンパク質（酵素）を用いた研究にも発展させ，新しい「生命機能化学」の確立を目指しています。
反応分子化学領域
当領域は電気化学を柱とし、表面・界面を自在に操ることによって新たな材料の開発を行っています。とりわけ常温で液体の塩であり、揮発しない性質もつ「イオン液体」に注目し、電子顕微鏡と組み合わせて新たな分析法を確立したり、従来にないメカニズムの電池を開発したりしています。また、蛍光発光する半導体ナノ粒子の開発にも精力的に取り組んでおり、光によって電子の流れを可視化することで、少し違った視点からナノ材料の性質を理解する研究を進めています。
自然界では水素結合などの可逆的な相互作用を効果的かつ選択的に使って素晴らしい機能を創生しています。私たちの研究室では、分子に備わった自然に集合する性質「自己集合能」と、集合する時に相手を見分ける性質「分子認識能」を利用し、あたかも思い通りに積み木を組み上げるかのように分子の集合体「超分子」を構築して、個々の分子では発現しないような新しい機能をもった材料の開発や、超分子化学における新たな原理の発見、タンパク質の構造機能相関の解明を目指しています。特に、分子の凝集相のなかで最も美しい相、すなわち分子性結晶に注目して研究しています。
私たちは、有機合成化学をコア技術として多様性に富んだ基礎研究を展開しています。おわん型湾曲π共役系分子「スマネン」のユニークな構造に基づく機能・性質の開拓、例えばスマネンの配列に着目したSinglet Fission活性や誘電応答などを示す有機分子の研究を行っています。また、分子が作る弱い分子間相互作用を活用して、刺激に応じて構造・機能を柔軟に変える「硬くて軟らかい」分子結晶マテリアルの開発も行っています。高分子で安定化された金属ナノ粒子触媒の開発も大きなテーマの一つです。特にナノ粒子を取り巻くマトリクスがつくる触媒環境に興味をもって研究しています。具体的には、親水性コロイド系での精密サイズ制御法や、バイオマス材料を含む様々な保護マトリクス（水酸化フラーレン、セルロースナノファイバーなど）の開発を行っています。これに加え、有機合成の研究室にも実装できるコンパクトなレーザーシステムを用いたレーザー化学の開拓や、放射光施設や電子顕微鏡を活用した触媒活性評価、構造・機能研究など幅広く展開しています。
当領域では、「有機合成化学・錯体化学」と「生物工学・バイオテクノロジー」を基盤とし、有機化合物や金属錯体、タンパク質や微生物などを広く取り扱った新規機能分子・機能材料の開発に取り組んでいます。具体的には、新規ポルフィリノイド化合物の有機合成や機能評価にはじまり、非天然金属錯体を補因子とする人工生体触媒の創製、超分子タンパク質複合体を活用したナノバイオマテリアルや高機能ハイドロゲルの開発など、多様な学際研究を実施し、新しい生物無機化学の分野を切り開くことをめざしています。
当研究室では，“ものづくり”の基礎研究に主眼をおき、シンプル（入手容易）な原料から使える物質（分子）の新しい合成方法の開拓を目的とし、効率性、選択性、およびグリーン性を備えた方法論を重視して研究しています。使える分子として有機合成に有用なビルディングブロック、機能材料を指向したフラーレンの誘導体、および天然物に導ける骨格などを取り上げ、それらの合成の新手法の開発を検討しています。
機能性無機材料に関する幅広い研究を行っている。現在は特に、イオン伝導性固体、ガスセンサ、環境触媒、無機顔料、蛍光体などの創成を目指し、新規な材料開発を行っている。イオン伝導性固体では、世界で始めて3価および4価カチオン伝導を実証した。環境触媒分野では、従来の触媒よりもはるかに低温で環境汚染ガスを浄化可能な触媒を創成し、無機顔料開発では、無害でありながら発色の良い顔料を実現した。
高分子材料化学領域では機能性高分子の精密設計・合成と物性・機能評価を研究しています。地球温暖化抑制に寄与できる独自設計のセルロースナノファイバー、バイオポリエステルをはじめとする再生可能資源を利用するバイオマスプラスチックの創製と物性制御、医療、環境、エネルギー分野での応用を目指した高分子ナノ多孔体の新規合成法の開拓と機能開発、ヒドロゲル材料の接着制御技術の開発を行っています。
光・電子・誘電特性を示す共役分子・高分子・超分子・有機無機ハイブリッド材料などのソフト材料をベースとして、そのナノ階層構造化・機能化及びミクロレベルでの特性評価に関する研究を行なっています。また、次世代陽電池や光触媒、光検出器に応用する新たな半導体材料の合成・開発と、基礎物性の解明を目指した新規評価法の開発を行っています。
有機分子が持つ光機能・電子機能に着目し、材料としての基礎的な性質を明らかにするとともに、新しい材料を開発して光・電子デバイスへと応用することを目標としています。このような研究分野は有機エレクトロニクスと呼ばれ、有機ELや、有機トランジスタ、有機太陽電池などがターゲットとなります。一分子の性質をデザインする有機化学から、半導体工学をベースとしたデバイス物理まで、異なる分野の視点から学際的な研究を行っています。
固体物理化学領域
合金やセラミックスを中心とした多種多様な新規無機化合物を設計・合成し、革新的な固体触媒材料を開発します。反応としてはシェールガスやCO2の有効利用、水素製造、窒素変換などを対象とし、化学工業の発展や地球環境の改善に大きく貢献できる触媒づくりを目指します。また触媒の作用原理を物理化学的視点から原子レベルで詳細に解明し、基礎学理の追究と進展を目指します。
光および放射線により誘起される励起分子化学と機能分子化学を基盤として、空間的・時間的に制御した多種多様な励起方法を利用した高活性種反応化学や、分子・反応場の立体的・電子的・構造的・化学的性質を利用した反応制御化学の手法を用いた新しい光化学の研究を行っている。特に高次反応制御や、新機能性分子・高機能性材料、特に人工生体分子デバイスの創製を目指している。
有機物質の機能を分子レベルで解明し制御することを基盤として、優れた電子・光機能を有する化合物の開発および有機・分子エレクトロニクスへの応用を目指しています。拡張π共役分子の設計・合成と物性化学から有機半導体としての機能とデバイス評価までの一貫した研究を行っています。 応用分野としては、有機電界効果トランジスタ (OFET)、有機太陽電池 (OSC)、単分子エレクトロニクス、を対象としています。
環境安全研究管理センターにおいて研究を行っている。有機材料や医薬品合成の鍵となる中間体を効率よく合成する新たな方法を開発している。すなわち、環境にやさしい反応として、副生成物の産出しない方法やエネルギーを必要としない触媒反応を開発する。目的達成ために典型金属種を基軸として、高機能な試薬や触媒を開発する。さらに、環境に有害な有機物質の微量分析について、GC-MSを用いた研究を行っている。
セルロースナノファイバーとは、幅3-15nmのとても微細な繊維であり、地球上すべての植物に含まれる無尽蔵な天然資源です。 2008年、私達はこのナノファイバーを使って「透明な紙」をつくることに世界で初めて成功しました。そして現在は、セルロースナノファイバ-や透明な紙を用いた電子機器：ペーパーエレクトロニクス、分解性センサデバイス、触媒反応器：ペーパーリアクターの開発研究に取り組んでいます。
半導体製造における極端紫外光リソグラフィを代表に、今後電離放射線領域にある量子ビームの利用が大きく展開して行くことが予想される。量子ビーム物質科学研究分野では最先端の量子ビーム（電子線、極端紫外光、レーザー、放射線、X線、ガンマ線、イオンビーム）を利用して、量子ビームが物質に引き起こす化学反応と反応場の研究を行っている。量子ビームによる物質へのエネルギー付与から、化学反応を経て、機能発現に至るまでの化学反応システムの解明、得られた知見から新規化学反応システムの構築を行っている。
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