本記事は , 文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」技術スタッフ表彰について紹介するものです .

文部科学省 マテリアル先端リサーチインフラ 令和 5 年度技術スタッフ表彰 技術支援貢献賞

NMR，熱分析装置等による技術支援

受賞者 自然科学研究機構 分子科学研究所 機器センター 長尾 春代氏に聞く
2021 年 度 に ス タ ー ト した文部科学省の委託事業である「マテリアル先端リサー
チインフラ」（ARIM）は「ナノテクノロジープラット
フォーム事業」（ナノプラ
事 業，2012 年 度 -2021 年度）を引き継ぎ，「全国の最
先端設備共用による研究開発支援」に加えて，新たに「マテリアルデータの収集・利活用」にも取り組んでいる．本事業は 10 年間事業で，
全 国 25 の 大 学， 研 究 機 関が参画し国のマテリアル革新力強化戦略に基づく７つの重要技術領域などの研究支援を推進している [1]．
この共用設備の有効活用

核磁気共鳴装置の前にて 長尾 春代氏には，設備の整備から装置
使用上のノウハウ提供などの技術支援が不可欠である．ナノプラ事業では平成 26 年度より実施機関において実際に支援に携わっている方々の貢献に対し，技術スタッフを対象とした表彰を実施し，ARIM はこれを引き継いだ．
2024 年 1 月 31 日 東京ビッグサイトで開催された第 23 回国際ナノテクノロジー総合展・技術会議に於いて，マテリアル先端リサーチインフラ 令和 5 年度「技術スタッフ表彰」の発表と表彰が行われ [2]，「NMR，熱分析装置
等による技術支援」に対して技術支援貢献賞が大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 分子科学研究所 機器セン
ターの長尾 春代（ながお はるよ）氏に贈られた．今回 Web 取材により，どの様な支援が実施されたか，またそのご苦労，成果について長尾氏に伺った．

に加えて，2002 年に山手地区が設けられた．

１． 分 子 科 学 研 究 所 の ARIM 事 業 と そ の
利用状況
１．
１

2004 年には，国立大学法人化に合わせて創設された，大学共同利用機関法人自然科学研究機構を構成する５研究所の１つとして活動している．
大型測定機器や高速計算機など非常に大型／高額で大分子科学研究所の概要

学単独では設置／購入することが難しい研究機器を整備

分子科学研究所（以下，分子研）は 1975 年に分子構造研究系，電子構造研究系，分子集団研究系の 3 つの研
究系と機器センターをもつ研究所として愛知県岡崎市に設立された，分子科学分野における日本の中核的な国立

し，全国の大学へ開放することで，世界トップクラスの分子科学研究を行う拠点としての役割を担っている．
図 1 に自然科学研究機構における分子研の組織図を示す [3]．

研究所である [3]．キャンパスは設立時からの明大寺地区

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文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-1

図1

１．
２

分子研

分子研における ARIM 事業

組織図 [3]

入支援，「データ駆動型研究・教育」のための ARIM 共用デー
タ利用支援などの推進がある．現在，合成分野におけるARIM は，7 つの重要技術領域（1．高度なデバイス機

自動化，マテリアルインフォマティクス，プロセスイン

能マテリアル，2．エネルギー変換マテリアル，3．量子・フォマティクス，ケモインフォマティクスに関する知識

電子マテリアル，4．マテリアルの高度循環技術，5．バや技術習得のための支援をワーキンググループ活動を通イオマテリアル，6．ナノスケールマテリアル，7．マル

じて行っている．

チマテリアル化技術・高分子マテリアル）のそれぞれに強みを持つ先端装置群を提供するハブ機関と，特徴的な装置・技術を持つスポーク機関からなるハブ＆スポーク

１．３

分子研の共用設備とその利用状況

体制で，利用者の研究開発を支援する．また，重要技術

分子研は表 1 に示す約 40 台の先端研究設備・機器を領域を横断する 3 つの技術領域（1．計測・分析，2．加工・利用する機会を産学官の研究者に提供し [4]，従来にはな

デバイスプロセス，3．物質・材料合成プロセス）を設け

い機能や優れた特性を持った有機・無機材料，金属系ナている [4]．

ノ材料の探索・開発のための物質・材料合成，構造解析，

分子研は物質・材料研究機構（NIMS）をハブとする重分子設計などを支援している．なお設備 ID が水色でマー

要技術領域「マテリアルの高度循環のための技術」のスクされているものは RDE（研究データを自動的に構造化

ポーク機関，および運営機構横断領域『物質・材料合成

して蓄積するシステム）に対応済を示す．RDE への対応

プロセス技術分野（以下，合成分野）』の責任機関としてが済んでいる装置では，装置からの生データを登録する

ARIM に参画している [5]．前者としては研究所が保有すと，自動的に利活用しやすい形に構造化されクラウドにる「先端計測技術」，「データ駆動型研究」を活用し，機蓄積される．

器センターを中心に，装置開発室，極端紫外光科学研究

設備の利用は協力研究・施設利用の２形態で一部を除施設（UVSOR），計算科学研究センターとの協力体制の下，

き技術代行はしていない．技術相談は装置利用を考慮す

代替材料や再生材料由来の物質合成，材料削減に資するる時に，実験に関する技術的な相談，利用形態について

触媒反応の可視化など幅広くマテリアル循環に関わる支

回答することで対応している [6]．協力研究については研援を行っている．後者としては若手研究者，技術スタッ究者が対応し，研究者と共同で実験を行うことにより，フの技能向上のための研修会の企画・運営 , 共用設備の導利用者は材料設計や分析・計測のノウハウを取得するこ

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表1

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分子研の共用設備

文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-3

とが出来る．特に物質合成の場合は手順を間違えると事が生じる．これは化学シフトと呼ばれ，この化学シフト

故の危険も伴うが，専門の研究者との共同作業により未から化合物に含まれる官能基の種類や位置といった原子

知化合物の合成方法等も確立することが出来る．一方，核の置かれた環境の情報を推定することができる．特に，施設利用に対しては，分子研組織図にある，研究施設の有機化合物および高分子材料の構造解析に威力を発揮し，機器センターに所属の技術職員が対応している．機器の製薬・バイオ・食品・化学といった分野で広く使われて操作は基本的には利用者自身が行うが，装置のトラブル，

いる．

解析ソフトの使い方等に関しては，技術職員が対応する．

しかしながら NMR の検出感度は質量分析法などの他の分子研は大学共同利用機関法人であることから，大学・分析法と比較してきわめて低い．検出感度は共鳴周波数

官公庁の利用は一部の装置と消耗品を除き，無料である（磁気回転比，外部磁場強度），試料濃度や天然存在比がが，民間企業の施設利用は有償である．利用の結果得ら高いほど上がる．このため，NMR 測定対象の核種には 1H

れた成果は公開とするが，民間には成果非公開での利用が最も多く用いられ，19F，13C などがこれに次ぐ．またも認めている．

金属錯体などでは 183W，95Mo などの重金属の核種の測定

１年間の利用申請は民間企業の利用も含めて，およそも必要になる．14.1T の磁場における共鳴周波数は，1H：

180 件である．またマテリアルデータの蓄積についても600MHz，13C：150MHz，183W：25 MHz で あ る． こ の力を入れており，2022 年度からの 2 年間でおよそ 1500

高磁場を発生させるため超伝導磁石が用いられている．

件のデータを蓄積した．

NMR 測定に用いる電磁波は，当初，連続波を周波数掃技術スタッフ表彰は，令和元年度に，機器センターの引していたが，ラジオ波パルスを用いて得られた信号を

電子スピン共鳴装置担当者 3 名が技術支援貢献賞を受賞

フーリエ変換して共鳴信号を検出する手法が生まれた．

している [7]．

その後も多くの測定法が開発され，NMR 測定によって得られる情報が多くなった．また，測定条件設定が多彩になり，測定の経験やノウハウの重要性が増している．

２．受賞題目に挙げられた NMR，熱分析
装置
２．
１

２．1．1

溶液 NMR による構造決定例

NMR による構造決定には，多彩な手法があるが，ここNMR 装置の原理とその応用例

では樟脳の構造決定を一例として示す．有機物は基本的

NMR とは，Nuclear Magnetic Resonance ( 核磁気共鳴 )に C と H を主体としており，まず 1H, 13C の NMR スペク
トルから 1H と 13C の独立したサイトが分かる．図２に樟の略である．
核スピン量子数 I が 0 でない原子核は磁気モーメント脳の 1H，13C の NMR スペクトルを示した．1H が７個のを持ち，これを磁場中に入れると歳差運動を起こし，原独立したサイト，13C が 10 個の独立したサイトを有して子核はゼーマン分裂によって 2I + １個のエネルギー準位いることがわかる．水素の４’，６’，７’ は CH2( メチレン )に分かれる．このエネルギー差に相当する電磁波（ラジの水素のうち，ピーク８や９から遠い方の水素を示してオ波）を照射すると低いエネルギー準位にある原子核はいる．

エネルギーを吸収して高いエネルギー準位へと励起され次に NMR による構造解析においては，水素（1H）と炭（核磁気共鳴），電磁波の照射を止めるとエネルギーが放素（13C）の位置関係を調べて解析することが一般的である．

出される（緩和）．この共鳴現象を観測することで，物質

図 3 に 示 す edited-HSQC(Heteronuclear Single Quantumの分子構造を原子レベルで解析することができる．共鳴

Correlation）は二次元 NMR の一つで，横軸は１H の化学

周波数は核種によって異なるが，同一核種においてもそ

シフトを，縦軸は 13C の化学シフトを示し，1H-13C 間のれぞれの原子核の置かれた化学的環境に応じて若干の差

直接結合の種類と強度が測定され，各軸の交点を見るこ

図2

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樟脳とその 1H,13C の NMR スペクトル

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図3

樟脳の edited-HSQC 分析

図4

樟脳の 1D NOESY スペクトルとにより，直接結合した 13C と 1H とを帰属できる．さらな配置を推定することも可能で，タンパク質のような巨に edited-HSQC は DEPT（Distortionless Enhancement by

大分子の立体構造解析にも役立っている．

Polarization Transfer）という 13C に結合している 1H の数

NMR 測定にはこの他にも同種核 1H-1H の隣接水素情報を判別するための機能を追加した測定手法である [8]．

を得る COSY，隣接水素網の全相関情報を得る TOCSY，

また図 4 に 1D（一次元）NOESY（Nuclear Overhauser
Effect Spectroscopy）を示す．NOE とは，ある核に共鳴

異種核 1H-13C の 2 ～ 3 結合離れた H-C 相関情報を示す
HMBC など，多くの測定法が開発されている．

する周波数の電磁波を照射したときに，その核と磁気的に相互作用している別の核のシグナル強度が変化する現２．１．２

多核 NMR 分析例象である [9]．図４の上段では 1H の一次元測定ピーク８と空間的に近い 1H のピーク４，５が，下段では一次元測NMR では 1H，13C 以外の核についても測定が可能であ定ピーク９と空間的に近い H のピーク５，７，６が現れてり，1H と 13C 以外を対象とした測定を多核 NMR と呼んいる．この空間的に近接している（約 5Å以内の）1H 間

でいる．NMR における各核種の検出感度 S は一定磁場下，11の相互作用を利用して，分子内の H 同士の距離や立体的

図5

次式で表される．

ＮＭＲにおける各核種の検出感度（縦軸は 13 Ｃの感度を１とし，対数表示）【JEOL 殿より掲載許諾頂き改変】

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文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-5

メータである．このマイクロカロリメータには等温滴定

検出感度 S ∝ I ( I +1) ν03 N
I ：核スピン（核種ごとの固有値）型カロリメータ（ITC : Isothermal Titration Calorimeter）[10] と 示 差 走 査 型 カ ロ リ メ ー タ（DSC : Differential

ν0：共鳴周波数（ ν0 = γB 0 / 2π ）N ：核スピン濃度（試料濃度，天然存在比）

Scanning Calorimeter）[11] の 2 種がある．
ITC は生体分子間の相互作用を，DSC は生体分子の熱変γ ：磁気回転比（核種ごとの固有値）
B 0 ：外部磁場強度（マグネットの磁場の大きさ）

性等を，いずれも断熱ジャケット中に設置されたサンプ

ここで，観測者が変更可能なパラメータは試料濃度とルセルとリファレンスセルの温度差をゼロに制御するた

磁場強度のみである．図 5 に NMR における各核種の検出めに変化した補償電力量を直接プロットし，熱量変化を感度を示す．ここで縦軸の検出感度は対数目盛である．

測定するものであり，その概要を表２に示す．

分子研 機器センターは低周波核用プローブを開放しており，低周波数核の NMR 測定を実施できる数少ない共同

２．２．１

等温滴定型カロリメータ（ITC）測定例

1

利用機関である．図５に示す通り，低周波数核の γ は Hの 100 分の 1 以下である．また I （核スピン）が I ＞ 1/2

溶液中の生体分子間相互作用に伴う熱量変化を直接測の四極子核である核種（図５で赤字以外の核種）では信号の線幅が広がる．これにより見掛け上の検出感度も低定し，各種熱力学的パラメータを得る装置で，測定に用下するため，測定には長時間を要することになる．

ず，ラベルフリーの天然に近い環境下で測定することが183

機器センターではタングステン（

W），モリブデン（95Mo），窒素（15N）などの測定実績を有している．

いるタンパク質，リガンド等の標識や固定化を必要とせ可能である．
測定は，リガンド溶液を充填した滴定シリンジから一定量を一定時間ごとにサンプルセルに攪拌しながら注入

２．２ 熱分析装置（カロリーメータ）の原理とその応用例

する．断熱ジャケット内の 2 つのセルは任意の一定温度

分子研の有する熱分析装置はタンパク質などの生体分わずかに変化する．ここで生じたリファレンスセルとの子を対象とした溶液用の熱分析装置であり，溶液中の極温度差（ΔT ）をセンサーによって検知し，温度差がゼロになるよう制御がかかる．このフィードバック電力をプ

めて小さな熱変化を精度よく測定出来るマイクロカロリ
表2

ARIM Japan Magazine 2024に保たれ，サンプルがリガンドと相互作用した時に熱の発生もしくは吸収が起こり，サンプルセルの溶液温度が熱分析装置（ITC および DSC）の概要

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図6

ITC により得られる生データおよび解析データ

図７

DSC により得られるパラメータ

ロットすることにより，熱変化を測定する．図 6 に ITC

変性中点温度，エンタルピー変化や，熱容量変化を温度制により得られる生データおよび解析データ例を示す．実

御された状態で測定する装置である．

際の測定（iTC200，PEAQ-ITC）では発熱反応は負のピー

断熱ジャケット内に設置されたサンプルセルとリファレクとして（図 6（a））
，吸熱反応は正のピークとして時間

ンスセルは同じ温度に維持される様に設計されている．両軸に対して各滴定ピークの面積として表される．これをセルに緩衝液を充填して一定温度での昇温を繰り返すこと

リガンドとサンプル分子のモル比に対してプロットするにより熱履歴を作成する．サンプルセルをサンプル溶液

ことにより図 6（b）に示す相互作用のエンタルピー変化に入れ替えて同条件で昇温する．この昇温中の熱変性によを表すデータに変換される．滴定が進行すると結合部位が徐々にリガンドで飽和され，熱シグナルも減少していり生じる微小な温度差 ΔT をゼロに制御するように，セルへ供給されるフィードバック電力を直接プロットすることき，滴定実験の終了時点付近では，観察される熱量はほで，図 7 に示す変性中点温度（Tm ），変性のエンタルピー

ぼリガンドの希釈熱のみとなる．

変化（ΔH ）
，熱容量変化（ΔCp ）を得られる．ここで変性
中点温度とは変性が半分進んだ温度で，変性状態と天然状得られた熱量変化から，解離定数（K D），結合比（n ），エンタルピー変化（ΔH ）が求められる（図 6（b））
．また，
以下の計算式により自由エネルギー変化，およびエント

態の存在比が等しくなった状態の温度である．

ロピー変化（ΔS ）の熱力学的データを得ることが出来る．

ΔG ＝－ RT ln (1/K D)
ΔG ＝ ΔH － TΔS

３．長尾氏の技術スタッフ活動
３．１

２．２．
２

活動の概要

示差走査型カロリーメータ（DSC）測定例
長尾氏は，山手地区に勤務し，表３に示す NMR，熱分

溶液中のタンパク質やその他の生体分子の熱変性に伴うARIM Japan Magazine 2024

析装置を各 3 台，さらに ICP 発光分光分析装置 1 台の計

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表3

表4

長尾氏担当装置群

NMR，熱分析装置の支援件数推移

7 台を管理，運用している．また，山手地区低温施設の副担当を務めている．

３．２

幅広い共用装置の維持，管理

表 4 に長尾氏が支援担当となった平成 26 年度から令和

長尾氏は技術スタッフとして装置の保守・管理・運用，

5 年度までの NMR，熱分析装置の支援件数年次推移を示

利用者への講習・操作指導などを行っている．担当装置

す．R1 年度から R3 年度はやや落ち込んでいるが，R4，

は NMR，熱分析装置，ICP 発光分光装置と測定原理の異R5 年度と増大傾向にあり，NMR，ITC の新規装置の導入なる 3 つの装置群にまたがっており，支援には幅広い技効果もあると考えられる．

術の習得が求められる．NMR や熱分析装置の担当は分子ARIM Japan Magazine 2024

文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-8

研に短時間契約職員として採用されて以来，10 年になる．

sec 以下）を測定するため，コントロール測定で大きな熱

当初は全く知識のないところから，書籍からの自学自習

変化が起こらないことが重要だが，ここがハードルとなや，他機関の NMR 担当者やメーカーのサポートから習う

る．初回の利用者はまずここでつまずき，サンプル調製

学外の研修会等に参加する等により，技術の向上に努めをやり直すことも多々ある．ここをクリアできても，調てきた．ICP-OES は 2019 年から主担当となり，その技術製すべき適切な濃度がほとんどの場合は分からず，あるをゼロから学習し，現在に至っている．また山手地区内

程度の結果を出すのに数日かかってしまうこともある．

には低温施設（ヘリウム液化機）が配置されており，保したがって，利用者への支援はまず要望を聞き取ると安係員代理（補佐）として，時間を見つけて低温業務のころから始める．現時点では業務が多様かつ多量で，共習得にも努めている．

同研究のように特定の利用者の支援に集中することは難山手地区のスタッフは現在 3 名で，地区内の全ての装しいため，利用者全てが不安なく自ら装置を利用し，目置を使える状態に保守管理するなど，測定とはかかわら的の結果が出せるようになるまでの丁寧な支援を心掛け

ないところでの苦労も多い．

ている．

例えば，NMR はマグネットを維持する必要があり，冷そのために，液体窒素や必要な器具などを補充しなが媒（液体ヘリウム（He），液体窒素）が必須であるが，山ら測定を支援し，数日間つきっきりになることもあるが，手地区の低温施設が老朽化しており，またコロナ禍での

平均的には 2 ～ 3 日ほどで操作の習得が可能となってい液体ヘリウム充填作業等を控えるため，He の再凝縮装置

る．今までに経験のない解析，手法の希望に対して，こを 2 台設置し，気化した He や窒素をその場で凝縮させてちら側にその要望に応える経験・知識等が不足する場合いた．しかしながら現在も，その装置自体のエラー，マには種々の事前学習により対応してきた．2.1.1 で述べた

グネットのクエンチなど様々なトラブルが発生している．

NMR の解析手法である NOESY の習得もその一例である．

次々に発生するトラブルに対して，利用者の不便を少し

ARIM 事業ではデータ利活用が推進されており，今後，利でも軽減できるような配慮，手作業での定期的な液体窒用者の把握している情報だけでなく，過去の測定者から素補充作業などにも多くの時間を使っている．

の情報があれば，結果の取得までの時間が短縮されるのではないかと期待している．

３．
３

技術支援

設備利用は「施設利用」という利用者自身が測定する

３．４

マニュアル作成形態である．技術支援では，予め標準サンプルの調製，

NMR は頻繁に利用され，多種多様な目的に応じた測定装置の設定，マニュアルの準備等を行っておく．
「施設利法やオプションがあるため，利用者にとって，測定方法用」の利用者自身が測定・解析できるようになるまで，が分かり辛い等のトラブルが多々ある．そのため，利用装置やオプション類の操作方法と解析方法をレクチャー

者が迷わないようメーカーのマニュアルに，測定に必要する．うまくいかない時には軌道に乗るまで一緒に測定な知見，過去のトラブルやエラーの事例を反映させた独や解析を行う．それでも行き詰った時にはメーカーや他

自マニュアルを作成している．

機関の担当者等に相談しながら進めることもある．

例えば，入力する測定パラメータの計算方法や注意事

多核 NMR 測定，低温 NMR 測定，特に液体窒素で直前項の記載，ソフトウエアがフリーズする場合に，技術職まで冷やした NMR 測定，溶液熱分析装置で充填しづらい

員が不在の時でも利用者だけで対応できる対処法等であサンプルを用いた測定等，マニュアル通りでは難しい測る．

定内容の場合は，トラブルも起き易い．

基本的なマニュアル以外にも，水素間の距離を知るこ

例えば，多核 NMR 測定ではデフォルトの測定条件のとができる立体構造測定用の３種類ある NOESY プログ

ままではうまくいかないことが多々ある．測定の際には，ラムの選択法，測定時のパラメータ設定法等を記載した

化学シフト範囲，励起範囲，緩和時間，検出感度，基準NOESY のマニュアル等も個別に作成している．

物質や二次標準物質等を考慮に入れる必要がある．特に各種マニュアルの作成には，簡単なものでも２週間，

低周波数核のような感度の低い核種では重溶媒に試料が難しいものでは１か月を要しており，完成しても，不足

溶けにくく，試料濃度をあげられないことがネックになしたものが新たに出てくると付加するなど，利用者がなることもある．

るべく短時間で目的の結果が出せるように，随時改訂を

一方，熱分析装置（ITC，DSC）に関しては NMR とは繰り返している異なり，利用出来るデータがそれほど多く蓄積されていまた，利用者には海外の人たちも多く，作成した英語

ないため，トライ＆エラー方式で溶媒や濃度を変えて，版のマニュアルをもとに一緒に作業することもある．図 8

データ取得までの準備をしている．

に NMR 装置に関する簡易マニュアルを示す．

ITC ではサンプルの調製がうまくいっていないと，目的の熱量を全く測定できない．極微量の熱量（数～ 1μCal/

ARIM Japan Magazine 2024

ITC や DSC などの熱測定装置については注意点やポイ
ントをメーカーのマニュアルに補足し，活用している．

文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-9

図8

３．
５

自作の日本語版，英語版の NMR 操作マニュアル

装置購入提案

利用者が実験を中断することなく継続して装置を使用

４．研究支援事例できるよう，2020 年度には NMR 用液体ヘリウム蒸発

ここでは当初，シグナルが観測できなかった多核 15N防止装置の導入を検討段階から進めた．また老朽化によの NMR 測定及び，メタノール溶液を用いた ITC 測定など

り部品サポートの終了が迫っていた等温滴定型カロリー

利用報告書が提出されている事例について，どのようなメータ（iTC200），および核磁気共鳴装置（JNM-ECA600）

準備・検討を進めたかを簡単に記す．

の 後 継 機 と し て， そ れ ぞ れ PEAQ-ITC を 2021 年 度 に，
JNM-ECZL600G を 2023 年 度 に 導 入 し た．PEAQ-ITC は洗浄機能が強化されており，測定に不可欠なセル洗浄の手間が大幅に軽減するとともに，セル汚染も軽減し，よ

４．１ 多核 NMR（15N）：トリアミドアミンリガンドを有するバナジウム錯体による窒素固定 [12]り精密な測定が可能になっている．JNM-ECZL600G は利

常温常圧での窒素固定法の研究開発はハーバー・ボッ

用者からの三重共鳴測定の要望にも応えることが出来る

シュ法に替わる人工窒素固定法の研究として盛んに行わとともに，測定時間の短縮効果が大きい．また低周波数れている．愛知工業大学工学部応用化学科の梶田 裕二教

核測定時のチューニングがより正確となり感度の上昇が授は，トリアミドアミン配位子上の末端 N 原子上の置換期待できる．

基を系統的に変化させることで，単核および二核の窒素

図9ARIM Japan Magazine 2024

トリアミドアミンを有するバナジウム錯体の構造とその 15N NMR スペクトル [12]文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-10

錯体の作り分けを行っている．今回，図９に示すバナジ
ウム（Ⅲ）を用いた二核窒素錯体１～３の合成に成功したため，15N 核などの多核 NMR 測定を利用して構造を確認したいとのことであった．
15

N 核の共鳴周波数は図 5 の共鳴周波数の低周波数核領域上にあり，検出感度が低く，測定時間がかかるところがネックとなる．そこでサンプルチューブを 5㎜径から10㎜径に変えて，サンプル量を増やし，低周波用プロー
ブで測定を行った．測定パラメータの待ち時間（次のパルスを照射するまでに待つ時間 ) は参考値が見つからず，
当初は，待ち時間を短く設定して，積算回数を増やす方
針で，測定を実施したが，15N 核のシグナルを見出せなかった．そこで，待ち時間を何度も変更し，構造 1 及び３は緩和時間を考慮して待ち時間を 100s まで延ばしたところ
で，それぞれ 33.4 及び 27.6ppm に帰属するピークを検出できた（図 9）．なお構造 2 については緩和時間がさらに長いため，同じ条件下でもピークは観測されていない．
構造 1 では 12,000 回程度の積算を要し，約 2 週間連続のマシンタイムが必要になった．しかしながら，1 グルー
プで自由にマシンタイムを占有できないため，梶田教授のご理解を得て，全ての信号を観測できるまでに数か月を要した．

４．２ ITC：絡み合い構造を持つクリプタンドのゲス
ト認識特性の解明 [13]キラルなクリプタンド（2 つ以上の環から成るかご状の多座配位子）は不斉場に由来した不斉識別や不斉反応への応用が期待されている . 福井大学の内藤 順也講師らの研究グループでは , 絡み合い構造を持つキラルなクリプタンドの合成と機能創出に関する研究を展開している [13].

図 10クリプタンドの構造例とその ITC スペクトル本クリプタンドのゲスト認識特性を解明するため , これまでに UV-vis 吸収分光法が試みられてきたが , 測定濃度

付け替えも実施し，サンプルを充填するセルやシリンジ，範囲におけるシグナルの変化量が小さいことから定量的使用する器具もメタノールで十分に置換する手順とした．

な評価が困難であった . そこで等温滴定型カロリメータ

こうした準備の上に，内藤講師の綿密な実験計画を基

iTC200 を活用し , 本クリプタンドが溶解するメタノールにした測定を実施した結果，メタノール中での種々のゲ溶媒中で測定したいとの要望であった．

ストに対する認識特性の評価と会合定数の算出に成功しメタノール中での測定は分子研としては初めてのケースであり，メタノールは水とわずかに混じるだけで，発た．図 10 にクリプランドの構造例と得られた ITC データを示す．

熱し，熱測定に影響を与え，また装置メーカーも有機溶剤を使用した測定を推奨しておらず，高価な共用装置を守るために以下の検討を行った．
① ITC 装置の 10 点以上の部品 ( チューブ類，シリンジ

４．３ 多核 NMR（183W）：重合触媒として機能する
タングステン錯体の分子構造研究 [14]等 ) のメタノール耐性をメーカーに問い合わせ，WebSite

岡山大学大学院 環境生命自然科学研究科 応用化学専攻

による調査を実施．チューブ類などの洗浄モジュールの押木 俊之講師はジシクロペンタジエンのメタセシス重合

部品が傷むことが懸念された．②そのため，洗浄操作や触媒として機能するタングステン錯体の研究を進めていサンプル充填を手動として，汚れを残さないこと，耐溶る．構造不明のタングステン錯体混合物が，液相で何種剤性のない部品にメタノールが触れないことに留意した類存在するのか調べる目的で，183W の NMR 測定を試み手順を決め，そのマニュアルを作成．③水の混入を防ぐ

たいとのことであった．183W は I = +1/2 の核だが，183W

ため，器具のゆすぎ方，使用する器具を検討し，器具のの相対感度は 13C の 6% と極めて低い低周波数核であり，ARIM Japan Magazine 2024

文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-11図 11

タングステン錯体における 183W NMR ケミカルシフトの分子構造・温度変化 [14]ゲンは，中性 pH での溶解度も高く，生体親和性も高いことから，再生医療分野などへの素材としての利用が期待されている．織田教授らは，同コラーゲンに対するモノ
クローナル抗体を取得したため，コラーゲンと抗体との結合を，ITC を用いて解析した．4 種類の抗コラーゲン抗体のうち 1 種類について，コラーゲンとの結合熱も ITC
により観測され，コラーゲン検出抗体としての利用価値が見込まれた．図 12 にコラーゲン抗体の熱分析結果を示す [17]．また織田教授は熱分析の専門家でもあり，長尾
氏は，織田教授との仕事を通して，熱分析の勘所を学習させて頂いたとのことである．
図 12

コラーゲン抗体の熱分析 [17]有機配位子をもつ錯体化学分野において系統的な測定例

５．終わりには極めて少なかった．そこで，NMR 低周波プローブを公長尾氏は受託分析会社での職歴があり，子育て期間の開している分子研にてタングステン錯体の NMR 測定に

専業主婦を経て，分子研にて短時間契約職員として入職

2014 年から取り組んだ．当初は既知錯体のシグナルすらし，NMR，熱分析装置等の担当になって 10 年になる．

全く観測できなかった．そこで NMR 測定は一旦中断し，当初は時短勤務のため装置の管理だけで手いっぱいだっ

別の角度から錯体合成の研究を始め，高純度タングステ

たが，高圧ガス保安係員，放射線取扱主任者などの資格

ン錯体の大量合成法を確立した．通常の溶液 NMR として取得や，数回の試験を経て，先生方からのご指導をいたは常識外れの高濃度でサンプルチューブに詰めることにだきながら，正規職員として採用されることになった．

より，標準的な測定条件を確立することに成功した．合子育てなどでキャリアの途切れた女性への門戸を広げる

成研究着手からルーチン測定ができるまでに 5 年以上費ためにも，さらに勉強し，より責任をもって，仕事に対やした [15]．新規タングステン錯体の

183

W NMR を 3 時

応して行きたいと考えている．現在，装置 7 台を一人で間程度で測定し，温度可変測定による分子構造変化の可管理し，さらには低温業務，安全衛生，自衛消防等の業能性も調べた．図 11 はその結果の一例である．分子構

務も付加される中，特定の利用者のみに集中することが造と NMR シグナルとの関係の系統的理解には至っておらできないため，利用者の研究内容まで深くかかわるようず，タングステン中心の化学結合を調べるための遠赤外

な支援は少ない．

吸収スペクトル測定も加えた研究を続けている．

しかしながら，導入した NMR 及び熱分析の最新鋭装置
をさらに多くの人に利用して頂くためにも，利用者と一４．４ ITC：コラーゲンの構造物性と抗体との分子間相互作用解析 [16]緒に測定やトラブル対応をする中で，NMR や熱分析装置

京都府立大学大学院 生命環境科学研究科 織田 昌幸教授

をより良いものにできるよう業務を進めていきたいとのは，抗体などの各種タンパク質が相手をどの様に認識す
るか，結合する際の構造変化を含む動的構造要因は何かなど，生体システムの解明に繋がる生体分子間相互作用を更に深く理解し，より多くの研究内容にも関与したい，
そこで得られた知見を蓄積することで，これからの支援
こと．
こうした前向きな方の地道な努力が日本の新しい材料開発に繋がって行くことに期待している．

の研究を行っている．その中で，ミズクラゲ由来コラー

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文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」令和 5 年度技術スタッフ表彰（技術支援貢献賞）-12

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元年度技術スタッフ表彰

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