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有機触媒で右手型・左手型作り分け 21年ノーベル化学賞

日経サイエンス

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2021年のノーベル化学賞は、鏡像関係にある異性体の一方だけを、金属を使わない有機触媒を用いて合成できることを示した独マックス・プランク石炭研究所教授のベンジャミン・リストと米プリンストン大学教授のデビッド・マクミランに授与される。00年にそれぞれ独立に出した論文で「不斉合成には金属触媒が必要」との常識を覆し、不斉有機触媒という新たな分野を切り開いた。(文中敬称略)

鏡像異性体は右手型と左手型で機能が異なることが多く、これを作り分ける不斉合成は、医薬品製造や化学工業には不可欠だ。睡眠薬のサリドマイドによる薬害は、催眠性がある右手型と、催奇形性のある左手型の分子が混在していたために引き起こされた。

20世紀中は、不斉合成は主に2つの方法で行われていた。生物が作る酵素を利用するか、金属を用いた触媒を使うかだ。酵素は酒の醸造などに古くから用いられてきたが、構造が複雑で制御が難しく、反応の種類も限られる。一方、金属触媒は様々なものを設計でき制御も容易だが、わずかとはいえ生成物に金属が残留する。環境への負荷がかかり、日本のような資源小国は使う金属を輸入に頼らざるを得ないというリスクもある。

リストはもともと、触媒として機能する抗体を研究していた。抗体は非常に大きなタンパク質だが、対象となる化合物に結合するのはごく一部だ。この部位にあるプロリンというアミノ酸が触媒作用の鍵になると考え、取り出してアルドール反応という基本的な化学反応を試みたところ、プロリンだけで触媒として機能し、不斉合成が進むことがわかった。

実はプロリンが不斉触媒であることは、以前から知られていた。1971年に別のグループが明らかにしたが、例外的な反応だと思われていた。「リストらによって様々な基質に使える汎用性の高さが明らかになり、有機触媒という新たな分野が広がった」と、北海道大学特任助教の辻信弥は話す。

一方、マクミランは金属触媒を出発点に、その機能を有機分子に置き換えようと試みた。ある種の金属触媒は、金属元素が化合物中の酸素に配位結合することでカルボニル基を活性化し、化学反応を進める。マクミランは有機物のイミニウムイオンにこれと同じ機能を持たせられると考えて有機触媒を設計し、ディールス・アルダー反応と呼ばれる重要な反応を実行。有機触媒で不斉合成が可能であることを示した。「当時としては奇想天外な発想。衝撃的だった」と東北大学教授の寺田真浩は振り返る。この触媒は「マクミラン触媒」と呼ばれるようになった。

触媒研究は、もともと日本が強い分野だ。同じころから日本の研究者が次々に新たな不斉有機触媒を作り出し、触媒にその名を残している。99年に京都大学の丸岡啓二がいわゆる丸岡触媒を、2003年には京大の竹本佳司が竹本触媒を発表。04年に学習院大学の秋山隆彦と寺田が独立に、従来の酸触媒に不斉合成の機能を付与した秋山・寺田触媒を作った。翌年、東北大の林雄二郎がデンマークのヨルゲンセンとほぼ同時に、林・ヨルゲンセン触媒を出した。

今回の化学賞には「日本の研究者が入らなかったのは残念」との声もある。寺田は「授賞は新たな触媒の開発ではなく、不斉有機触媒という新たな概念を提示したことに対するものだろう。悔しい気持ちはあるが、これを機にこの分野が一層活発になることを期待している」と話している。

(日経サイエンス編集部 古田彩)

日経サイエンス12月号に掲載

  • 発行 : 日経サイエンス
  • 価格 : 1,466円(税込み)

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