東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻

西林仁昭

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中心に，基礎を重視した教育が行われており，特に福井先生の系譜に繋がる量子化学に関連する講義は必聴であった。どの講義であったかははっきり覚えていないが，「触媒の開発が将来の鍵になる」との言葉が頭に残った。
有機化学に興味を持ち，有機系の研究室

教授

触媒的窒素固定反応の破壊的イノベーションを目指してこれまでの研究生活を振り返っての石油化学科では，有機化学と物理化学をを志望した。所属した植村研究室では「 これぞテルル（Te） の反応を見つける」という研究課題に取り組んだ。当時の植村榮先

空気中の約 80% に存在しているが，反応性が低く不活性ガスとして扱われていた窒素分子が，常温常圧の極めて温和な反応条件下で触媒的に変換可能であることを明らかにしつつある。一連の研究成果は，前例のない窒素分子の触媒的分子変換反応であり，学術的および社会的に大きなインパクトを与えるものである。これまでの研究生活を振り返りながら，分子触媒を利用した窒素固定反応の破壊型イノベーションを目指して取り組んできた研究成果について，その経緯とともに紹介する。

はじめに野球部に所属して野球に夢中になっていた中学校在学時に，福井謙一先生の日本人初のノーベル化学賞受賞のニュースに接し生は，私に対して「論文を書いたら見てあげるから持って来なさい」と言われ，私の拙い原稿を真っ赤になるまで丁寧に添削して下さるなど，根気よく指導していただいた。そのおかげで，学生時代に取り組んだ研究成果は 10 章からなる博士論文（原著論文として最終的に約 20 報）としてまとめることができた。京都祇園界隈では学割ならぬ学者割引を使わせていただくなど，公私ともに様々なことを教えていただき，充実した学生生活を過ごすことができた。

た。この出来事が，化学に興味を持ち，京研究室のスタッフとして都大学での研究を志す契機となった。両親

学位取得後に，植村先生から干鯛眞信先の母校でもある大阪府立四條畷高校に進学生（東京大学）をご紹介いただき，幸運に後，勉強よりも野球に情熱を注いだが（図も助手として採用していただいた。当時の1），最後の大会での敗戦以降の数年間は甲干鯛研では窒素分子が錯体に配位した窒素子園での高校野球をテレビ観戦できないほ錯体と窒素固定酵素ニトロゲナーゼのモデどの喪失感があった。それでも野球部マルである硫黄架橋多核錯体の合成・反応性ネージャーの 1 人がのちに人生の伴侶にについて世界を先導する研究が展開されてなったこともあり，当時の野球部のメンいた。研究室としての集大成である最後のバーが現在集まったときには，30 年余の時4 年間強をスタッフとして過ごさせていた間を経ての思い出話が尽きず，野球中心でだき，窒素の化学さらには錯体化学に目をあった当時の生活に全く後悔はない。

開かせていただいた。最初に複数の金属錯

図 1 大阪府予選での一コマ102話を聞いたことは今でも記憶にある。当時一浪後に京都大学体を用いた特異な反応性の開発に取り組

工学部石油化学科にみ，性質が大きく異なる 2 つの代表的な小入学した。入学式直分子である窒素分子と水素分子を別々の遷後の学科オリエン移金属錯体上で活性化させて反応させるこテ ー シ ョ ン で，「皆とで，極めて温和な反応条件下でのアンモさん将来はこれを目ニア合成反応の開発に成功した 1）。怖いも指 し て 下 さ い」と，の知らずのビギナーズラックであったが，建物玄関に飾って大きな自信となった。同時に，研究室の最あった福井先生の終年度に，研究室ですでに合成されていたノーベル化学賞メダ

硫黄架橋二核ルテニウム錯体を用いたときルのレプリカを前ににのみ特異的に進行する触媒的プロパルギ

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ル位置換反応の開発に成功した 2）。

子から，PPP トリホスフィン型配位子，そ干鯛先生の定年退官を機に，植村先生にして N -ヘテロサイクリックカルベン骨格助手として採用していただいた。植村研究を基盤とする PCP 型ピンサー配位子に替室では，近畿大学におられた吉田善一先生えることで，触媒活性を当初の約 10 倍にまらとの共同研究として γ -シクロデキストリで向上させることに成功した 5）。一連の研ンで包接されたフラーレン超分子錯体の窒究課題は，荒芝和也氏が突破口を開いてく3）

素固定能を明らかにすることに成功した 。

れたものであり，その後の栗山翔吾氏や永また，先に開発に成功したプロパルギル位

澤彩氏らの尽力により，モリブデン以外の置換反応がプロパルギルアルコールから誘ほかの遷移金属を含む分子触媒を用いた反導されるアレニリデン錯体を経由して進行応開発 6）へと飛躍的な発展が見られた。

することを明らかにするとともに，このアこの間，反応開発に必須な実験化学を中レニリデン錯体を鍵中間体として進行する心的な研究課題としながら，吉澤一成先生様々な新規触媒反応の開発へと展開した 。

（九州大学），田中宏昌先生（九州大学，現2）研究室を主宰して在大同大学・教授）らおよび坂田健先生（星薬科大学，現在東邦大学・教授）らとの理植村先生の京都大学定年退官後に，東京論計算による共同研究にも取り組んだ。開大学工学系研究科から研究科長であった平発に成功した触媒反応の反応機構の解明と尾公彦先生が主導される「若手育成プログ

実験へのフィードバックは，当研究室の研ラム」の公募があり，採用枠 2 名の内の 1究課題の推進に必須のものとなっている。

人として採用していただいた。このプログ2019 年に触媒的アンモニア生成反応にラムは将来の工学系を担う若手に独立した関してブレークスルーとなる反応が芦田裕

研究室を准教授（当時は助教授）として主也氏らにより見いだされた 7）。すなわち，有宰させるとともに，研究に集中する環境を機合成化学分野で一電子還元剤として利用与えるものであり，テニュアトラックの先されていたヨウ化サマリウムを還元剤に用取りとも言える当時では先進的な取り組みいることで，水をプロトン源として利用しであった。2 月上旬の面接直後に内定をいたアンモニア生成反応が極めて効率的に進ただき，2005 年 4 月に総合研究機構に着任行した（図 2）。ヨウ化サマリウムと水とがする急展開であった。このポストは任期が系中で錯体を形成し，電子とプロトンが同設定されていたために，研究室を速攻で立時にモリブデン中間体へ移動するプロトンち上げ，研究成果を早急に挙げる必要が共役電子移動反応が進行することで，窒素あった。三宅由寛氏（現在兵庫県立大学・固定酵素ニトロゲナーゼに匹敵する反応速教授）を助手（現在の助教）として招聘し，度でアンモニアが生成したのである。

より良い研究を行うためには，研究室の全前述した窒素分子の速やかな変換反応の構成員のレベルアップが必須であるとの考理由の 1 つは，前例のない新しい反応経路えから，教育も重視した。

で反応が進行しているからである 8）。筆者

プロパルギル位置換反応を含む自らの手らの開発した反応では，系中で生成した窒で開発に成功した一連の新規分子変換反応

素架橋二核錯体上で，架橋窒素分子の窒の不斉化（この研究課題で化学会の学術賞

素-窒素三重結合の切断が進行した結果，にしばやし・よしあき
1995 年京都大学大学院工学研究科物質エネルギー化学専攻博士課程修了。
同大学博士（工学）取得。
同年東京大学大学院工学系研究科助手，2000 年京都大学大学院工学研究科助手，05 年東京大学大学院工学系研究科助教授（准教授）を経て，16 年同教 授。20 年 よ り 現 職。
2000 年 日 本 化 学 会 進 歩賞，2011 年日本学術振興会 賞，2017 年 井 上 学 術賞，2018 年文部科学大臣
表彰 科学技術賞，2020
年日本化学会学術賞（有機化学系分野）など。

を受賞させていただいた）に取り組みながら 2），極めて難しい研究課題であった「分子触媒を用いた触媒的窒素固定反応の開発」に挑戦した。成功までに時間を要したが，2010 年になり，研究室設立時の目標の 1 つであった分子触媒を用いた触媒的アンモニア合成の開発に成功した 4）。その後，窒素架
橋二核モリブデン錯体の配位子を，ピリジン骨格を基盤とする PNP 型ピンサー配位

図2

窒素ガスと水からのアンモニア合成

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ニトリド錯体が鍵中間体として生成する。

究課題へと展開しつつある。一方で，「窒素このニトリド錯体に対して，還元剤とプロ分子と二酸化炭素から光学活性アミノ酸をトン源が作用して，窒素-水素結合が 3 個生触媒的に合成する」という最終目標に向け成してアンモニア錯体を与える（図 3）。

た第一歩である，窒素分子から含窒素有機

ハーバー・ボッシュ法では，高温高圧で触化合物を直接的に合成する触媒反応の開発媒である鉄表面上での窒素分子の窒素-窒にもごく最近になり板橋隆行氏らが成功し素三重結合の切断を経由して反応が進行した 12）。今後の展開が楽しみである。ているが，我々が開発に成功した触媒反応
では，同様の窒素分子の切断反応が常温常おわりに圧の温和な条件下で進行するのである。

現在まで，大変恵まれた環境で楽しく研

触媒的なアンモニア合成反応の開発に加究生活を過ごさせていただけているのは，えて，アンモニアをエネルギーキャリアおご指導いただいた植村先生および干鯛先生

よび水素キャリアとして利用する「窒素（循をはじめ，これまでに大変お世話になった環）社会」の実現に必要な，アンモニアか（お世話になっている）各大学の先生方のごらエネルギーを取り出す方法になる分子触配慮のおかげである。達成した研究成果

媒を利用したアンモニア分解反応の開発には，各研究室で困難な研究課題に一緒に取も成功した 。こちらは，中島一成氏や戸田り組んでくれた極めて優秀な研究室スタッ広樹氏らにより突破口が開かれたものであ

フおよび学生の皆様の協力なくしては得らり，アンモニア燃料電池の開発に直結するれなかったものである。最近では，企業の重要な知見である。

方々との共同研究を実施する機会もいただ

9）

いている。すべての関係者の皆様に心より御礼申し上げる。当初の研究分野に固執せず，異分野へと挑戦したことが，研究を大きく展開できた要因であると確信している。研究者として，非常に恵まれた環境で，常に刺激を受けながら研究を行えていることが私の一番の自慢である。さらなる高みに向かって挑戦を続けていきたい。

図3

触媒的アンモニア生成反応での新しい反応経路

今後の展開について2005 年の研究室立ち上げ時に「可視光を利用した窒素固定反応」を研究課題の 1 つとして設定した。可視光を利用した光誘起電子移動反応を鍵段階とする有機分子の新規分子変換反応の開発 10）へと展開はできたが，当初の挑戦的な目標からは離れてしまった。しかし，関連するノウハウ等を蓄積することができた。その結果，熱的には禁制な反応である犠牲水素源を用いたアンモニア合成反応を，光エネルギーの利用ではじめて進行させることにごく最近成功した 11）。さらに，電気化学エネルギーを利用したアンモニア合成反応の開発にも荒芝和也氏が成功するなど，実用化を見据えた研104

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