総長室総括プロジェクト機構

2024年度版「革新分子技術」総括寄付講座・理学系研究科化学専攻
研究紹介ビデオ

2019年12月

研究室紹介ビデオ1

中村研研究室スタッフ
特別教授 中村 栄一
特任教授 ルイ シャン
特任准教授 中室 貴幸
秘書丸山 明美
客員共同研究員 宮下 悟
共同研究員 佐藤 済（三菱ケミカル）メンバー(2024年5月16日）

学生
修士１年 (M1)
博士３年 (D3)関根 颯
福間 翔太（学振MERIT)
要木 直人
榊原 正也 (学振FoPM)
学部４年
高杉 明憲 (Spring GX)
緒方 嵩隼 (学振、MERIT）安藏 美樹子
博士２年 (D2)
花澤 美幸 (学振MERIT)
Yan Zhang (Spring GX)
Jiarui Fu (学振、FoPM)

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最近の発表論文
553. Melting entropy of crystals determined by electron-induced configurational disordering . D. Liu, J. Fu, O.
Elishav, M. Sakakibara, K. Yamanouchi, B. Hirshberg, T. Nakamuro, E. Nakamura, Science, in press.
551. Time-resolved imaging and analysis of the electron beam-induced formation of an open-cage
metalloazafullerene, H. Hoelzel, S. Lee, K. Y. Amsharov, N. Jux, K. Harano, E. Nakamura, D. Lungerich, Nature
Chem 15, 1444-1451 (2023).
550. Wavy Graphene-Like Network Forming during Pyrolysis of Polyacrylonitrile into Carbon Fiber, T. Ishikawa,F. Tanaka, K. Kurushima, A. Yasuhara, R. Sagawa, T. Fujita, R. Yonesaki, K. Iseki, T. Nakamuro, K. Harano, E.
Nakamura, J. Am. Chem. Soc. 145, 12244-12254 (2023).
￥546. Iron-catalyzed C–H Activation for Heterocoupling and Copolymerization of Thiophenes with Enamines, T.
Doba, R. Shang, E. Nakamura, J. Am. Chem. Soc., 144, ASAP (2022).
545. Precision synthesis and atomistic analysis of deep blue cubic quantum dots made via self-organization. O.
J. G. L. Chevalier, T. Nakamuro, W. Sato, S. Miyashita, T. Chiba, J. Kido, R. Shang, E. Nakamura, J. Am.
Chem. Soc., 144, 21146-21156 (2022).
543. Time-resolved Atomistic Imaging and Statistical Analysis of Daptomycin Oligomers with and without
Calcium Ion. T. Nakamuro, K. Kamei, K. Sun, J. W. Bode, K. Harano, E. Nakamura, J. Am. Chem. Soc., 144,13612-13622 (2022)
542. Triarylamine/Bithiophene Copolymer with Enhanced Quinoidal Character as Hole-Transporting Material forPerovskite Solar Cells. H.-S. Lin, T. Doba, W. Sato, Y. Matsuo, R. Shang, E. Nakamura, Angew. Chem. Int. Ed.
e202203949 (2022).
541. Time-resolved Imaging of Stochastic Cascade Reactions over a Submillisecond to Second Time Range atthe Angstrom Level. T. Shimizu, D. Lungerich, K. Harano, E. Nakamura, J. Am. Chem. Soc., 144, 9797-9805(2022)
540. Ionization and electron excitation of C60 in a carbon nanotube: A variable temperature/voltage
transmission electron microscopic study, D. Liu, S. Kowashi, T. Nakamuro, D. Lungerich, K. Yamanouchi, K.
Harano, E. Nakamura, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 119, e2200290119 (2022)
539. Atomic-Number (Z)-Correlated Atomic Sizes for Deciphering Electron Microscopic Molecular Images, J.
Xing, K. Takeuchi, K. Kamei, T. Nakamuro, K. Harano, E. Nakamura, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 119,e2114432119 (2022)

中村研究室のモットー「人とつながる」「革新分子技術」総括寄付講座が化学コミュニケーション賞2022審査員特別賞（日本化学連合）を受賞

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中村研究室のモットー

Chemical & Engineering News Dec 23, 2013 Quotes

日本化学会進歩賞（若手賞）
Rui Shang准教授2022年
中室貴幸准教授2023年（累計17名）昨年度

56国内外大学・研究機関における活躍[教授]
北海道大学理学部
東北大学薬学部
東北大学薬学部
山形大学理学部
茨城大学理学部
東京大学理学部
東京大学工学部
東京大学理学部
東京工業大学理工学部
立教大学理学部
明治大学
物質・材料研究機構
物質・材料研究機構澤村 正也
徳山英利
吉戒直彦
金井塚 勝彦
森 聖治
磯部寛之
佐藤宗太
Rui Shang
岡本 敏宏
山中正浩
田原一邦
原野幸治
中西和嘉

理化学研究所
Lauean Ilies
名古屋大学・中国科学技術大学
京都大学化学研究所
京都大学化学研究所
京都大学理学部
京都大学理学部
大阪大学医学部
東京工科大学
神奈川大学理学部
九州大学先導研
慶尚大学校
慶尚大学校
南開大学
中国科学院化学研究所
中国科学院化学研究所
中国科学院化学研究所
北京科学技術大学
四川大学

松尾 豊
山子茂
中村正治
依光英樹
畠山琢次
鈴木一博
原 賢二
辻 勇人
國信洋一郎
Sung Chul SHIN
Sang Gyeong LEE
Shou-Fei ZHU
Xiaozhang ZHU
Yu-Wu ZHONG
Yunlong GUO
Yonggang ZHEN
Xiaoming ZENG

浙江大学化学科
Chang-Zhi LI
青島科学技術大学
Zhongming Zhou
杭州師範大学
Hua Lu伊坂雅彦
Biotech, Thailand
University of Zurich
Cristina NEVADO[准教授]
東京大学工学部
伊藤 喜光
東京大学理学部
中室 貴幸
東京大学総合文化研究科
小島 達央
東京理科大学理学部
遠藤 恆平
京都造形芸術大学環境デザイン学科
望月 公紀
奈良女子大学理学部
松本 有正
理化学研究所浅子 壮美
伊藤 慎庫
Nanyang Technological University
沖縄科学技術大学（OIST)成田 明光
Ecole Nationale Superieurede Chimie de Rennes
Loic LEMIEGRE
Würtzburg University
Prince Ravat
Yonsei University
Dom Lungerich
国家納米科学中心
Zuo XIAO
中国科学院大学
Baolin LI
中国華東理工大学
Qifan YAN
甘粛農業大学山川 剛
Mahidol University
Nopporn RUANGSUPAPICHAT
Linkoping University
Niclas SOLIN
Polish Acad. of Sci.
Adam Mieczkowski
Visva-Bharati University
Alakananda HAJRA[助教]東北大学ＷＰＩ
Junfei Xing
東京大学物性研究所
藤野智子
東京農工大学応用物理清水俊樹
埼玉大学理工学研究科
古川 俊輔
京都大学工学部
道場 貴大

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我々の開拓する新領域
分子と実社会を繋ぐ
ナノ・メゾ境界領域

分子世界
量子力学

0.1 nm

10 nm

SiOO
Si

PhPh

Ar Ar

Ar Ar

PhPh

PhPh

Ar Ar

Ar Ar

100 nm

実社会
古典力学

1 µm

1 mm

構造の非周期性と構造のゆらぎ
一分子一分子，一塊一塊の分子集合体が異なる挙動を取る

医薬品製造

PhPh

（１）有機合成
X線結晶回折スペクトル分析（２）電子顕微鏡（３）物理有機化学

Fe

高効率触媒

Fe

プリンタブル太陽電池

２０世紀は「映像の世紀」だった

L‘Arrivée d’un train en gare de La Ciotat（1895）

２０世紀の化学は「分子式と静止画」だった
OPhPh921世紀の化学は「映像分子科学」になった
2007年，有機分子の配座変換の映像を世界で初めて撮影した

C22H45
C22H45
Alkylcarborane

1 nm

Science 2007, 316, 853
10

21世紀の化学は「映像分子科学」の時代に突入した

Capturing the Moment of Emergence of Crystal Nucleus from Disorder
J. Am. Chem. Soc., 143, 1763-1767 (2021).

11

抗生物質ダプトマイシンの活性型集合体の構とその動的挙動
Frame rate 40 msec (25 fps)

Ca

Ca

O

O

HN(A1)
O

HO2C
NH2O
O
O

HO2C
O

HOt = 0 – 4.0 s, 25 fps
EDR = 2.0 x 107 e- nm-2 s-1

1nm

O
N
H HNOONH H
NONHH
NH CONH2 NO
HNHNOHNNHOHNNHOCNTO

H HN
NCO2HOO(A3) CO2H

CO2H (A3)OH
O HOONNNHO2C
NH H
O H HN OOHNOO
H HN
CO2HNONOHN OH OONH2NH
CONH2 NH2
HO2C O1(A )HN ONH
HNO

543. Time-resolved Atomistic Imaging and Statistical Analysis of Daptomycin Oligomers withand without Calcium Ion. T. Nakamuro, K. Kamei, K. Sun, J. W. Bode, K. Harano,
E. Nakamura, J. Am. Chem. Soc., 144, 13612-13622 (2022)

Templated Nucleation of QD(444)MBr (M = Cs, MA)

Pb(II)Br2O

C8H17OH

HOOH OMLA

C8H17

QD4C8H16NH2OAM

OO–HO

MLA•Cs•QD4MBr

OH O

C8H16NH3+OAMH+

MLA—m/z = 133.0321

O
H

O

BrOO

BrPbCo

Pbged
E
–rner

rneoC–BrO
m/z 338.9855
Pb·MLA—m/z 446.6969
PbBr3–+ Br–
BrBr(MLA)Pb Br Pb Br Pb Br Pb(MLA)
BrBr
CornerEdge

CornerPb•MLA–PbBr3–, M+
Chevalier, Shang, Sato, JACSr

高速高分解能透過電顕で拓く「映像分子科学」の新世界電顕に馴染みの少ない化学の世界

有機分子に馴染みの少ない電顕の世界

単分子原子分解能実時間電顕法（SMART-EM法）

触媒，太陽電池，生命科学に関する基礎科学の革新

14Nakamura and Sato, Nature Materials, March Issue, 2011.

"Element Strategy Initiative" （元素戦略）
Proposed in 2004 for the Japanese Government15鉄やクロムが貴金属（Pd)を越えた！
鉄触媒を使うと炭素-水素結合を自由自在に「炭素-炭素結合」に１段階で変換できることを発見！
O(pin)B

NHR

H 3C
H 3C

NHR

H 3C

+

C H

O

Fe catalyst

C C
R=N

H 3C

Pd，Rh触媒で作れない化合物がどんどんできる

Iron-catalyzed ortho C-H Methylation of Aromatics Bearing a Simple Carbonyl Group with Methylaluminumand Tridentate Phosphine Ligand, J. Am. Chem. Soc., 138, 10132-10135 (2016).

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「鉄触媒反応を活用して材料科学の発展に寄与したい 」

鉄触媒のメリット：存在量が多く，低毒性
鉄触媒のデメリット：
１．配位状態の変化によって価数とスピン状態が容易に変化
２．酸化還元電位が小さいので触媒サイクルが不安定
例えば Pd(II)/Pd(0): 0.915 V vs. Fe(III)/Fe(I): < 0.55 V
一方でこのデメリットはメリットにもなりえる：
酸化還元電位が小さく，反応性が高いので，温和な再酸化剤を用いて，素早い触媒サイクルが回せる
高いHOMOを持つ有機化合物は正孔輸送剤やnear-IR材料として注目を集めている．しかし反応性が高く，酸化されやすいために，触媒的な合成が難しい．配位状態と酸化条件に着目して，鉄のメリットを生かすことによって，困難の克服に成功した

Iron-catalyzed Synthesis High HOMO Organic Materials
1. C–H Activation Route to Multi-functionalized Polymers
HSSπcat. Fe/TPHSπ

AlMe3, oxalate
70 °C

RRSnR

R

2. Short-step Synthesis of Narrow Band Gap Materials
SArArMeO

OMeArAr

CNF

SF

Ar Ar

cat. FeMg, LiCl Cl

NC

SO

S

MeMeS
OS
MeCl
S
Ar Ar

Donor

MeF

SFNC

CN

To Control the Reaction,
we Blocked 3 Coordination Sites
PP
P

FeIII

blocking
3 sitesout of 6

Trisphosphine Ligands (TP) Developed

TP has been known only as metal complexes,
but unknown in catalysis

目標：世界から顔が見える科学者を育てる
卒業研究から大学院に向けて身に付けて欲しいこと：世界に誇る教育と研究
英語で話せる，読める，書ける，生活できる，世界を知るようになる

Roald Hoffmann教授と（2016年4月）＊外国人学生，博士研究員，短期留学生との研究生活＊英語文献の英語講読（毎週木曜で年に２回担当）＊自分自身の研究の英語発表と英語資料作成（毎週木曜で４週ごとに回る）＊外国研究室での短期研究留学（Ｄ１学生全員；欧米・中国）＊外国人講演者との昼食会（大学院生）＊Academic English in Chemistry（Ｄ1，ＣＯＥ講義）

良く話せ，良く人を納得させるようになる＊4年生全員が3月の日本化学会で発表を目標＊サブグループセミナー（非公式討論会；毎週木曜夕方，通年・４グループで一順），グループセミナー（公式発表会；春秋２回，持ち時間１０分で全員発表）＊研究室内での様々なレベルでの議論（大学研究室とERATO研究室）＊国内外研究室との共同研究「人まねでない研究とは何か」がわかるようになる
そのための必要条件
良く食べ，良く飲む，良く遊べる＊公式：お花見・新人歓迎会，春季蓼科セミナー＋ハイキング＋バーベキュー，理学部園遊会打ち上げ，春季研究室運動会，ソフトボール祝勝会，短期留学歓送迎会，夏の大掃除，院試合格祝い，秋季研究室運動会，秋季蓼科セミナー＋ハイキ
ング＋バーベキュー，研究室同窓会，忘年会，学位審査通過祝賀会＊非公式：各グループ毎の懇親会，スキー旅行
ストーク教授（コロンビア大学）と会食

まずは１Ｃ：好奇心（探求心）

好奇心 (curiosity) を大切にして、勇気（courage）を持って困難な問題に挑戦すること（challenge）。必ずできるという自信（confidence）を持って、全精力を集中（concentration）し、そして諦めずに継続すること（continuation）。その中でも最も重要なのは、curiosity, challenge, continuation の３Cである。
これが凡人でも優れた独創的と言われる研究を仕上げるための要素であると私は考える。 （本庶佑京大医学部教授）

Our challenges may be new. ...But those values upon which our success depends - hard work and honesty, courage
20and fair play, tolerance and curiosity, loyalty and patriotism- these things are old. These things are true.

習得して欲しいこと ： モノ（分子）作りの技術 ＋ コト（概念）作りの考え方
反応機構・電子顕微鏡*1 Chemical Kinetics Study through Observation of Individual Reaction
Events with Atomic-Resolution Electron Microscopy, E. Nakamura, K.
Harano, Proc. Jpn. Acad., Ser. B, 94, 428−440 (2018)*2 Atomistic Structures and Dynamics of Prenucleation Clusters in MOF2 and MOF-5 Syntheses, J. Xing, L. Schweighauser, S. Okada, K. Harano,E. Nakamura, Nat. Commun., 10, 3608 (2019).

Science 2007
Nat. Nanotech 2008
JACS 2008

全員が習得：有機・無機合成*3 Axially Chiral Spiro-conjugated Carbon-bridged p-Phenylenevinylene
Congeners: Synthetic Design and Materials Properties
H. Hamada, Y. Itabashi, R. Shang, and E. Nakamura, JACS 2020
*4 Homocoupling-free Iron-catalysed Twofold C–H Activation/Crosscouplings of Aromatics via Transient Connection of Reactants, T. Doba, T.
Matsubara, L. Ilies, R. Shang, E. Nakamura, Nat. Catal. 2, 400-406 (2019)

シャトルコック分子集合
Nature 2002, JACS 2006, 7, 10

新反応・新分子*5 Air- and Heat-Stable Planar Tri-p-quinodimethane with Distinct IronCatalyzed C-H Bond Activation, R. Shang, L. Ilies, E. Nakamura, Chem.
Rev., 117, 9086–9139 (2017).
*6 Interfacial Chemistry of Conical Fullerene Amphiphiles in Water, K.
Harano, E. Nakamura, Acc. Chem. Res., 52, 2090−2100 (2019).

Nat. Chemistry 2010
Nat Materials 2012, 2019

JACS 2008--2020

K+

新機能
高安定性ベシクル*7 Design and Functions of Semiconducting Fused Polycyclic Furans for
Science 2001
PNAS 2007
Optoelectronic Applications, H. Tsuji, E. Nakamura, Acc. Chem. Res., 50, 396–Angew Chem 2010
406 (2017).
JACS 2019*8 Axially Chiral Spiro-conjugated Carbon-bridged p-Phenylenevinylene
Congeners: Synthetic Design and Materials Properties
有機薄膜太陽電池 JACS （2009-19） Ad Mater (2013)
H. Hamada, Y. Itabashi, R. Shang, and E. Nakamura, JACS 2020

高速電子伝導分子ワイヤーNat Chem 2014

人類の未来を救う（太陽電池・元素戦略・医療）
9 Chemical Formation and Multiple Applications of Organic−Inorganic
Hybrid Perovskite Materials, K. Liu, Y. Jiang, Y. Jiang, Y. Guo, Y. Liu, E.
Nakamura, J. Am. Chem. Soc., 141, 1406−1414 (2019). 10 In vivo genedelivery by cationic tetraamino fullerene, R. Maeda-Mamiya, E. Noiri,H. Isobe, W. Nakanishi, K. Doi, T. Sugaya, T. Homma, and E.
Nakamura, Proc. Nat. Acad. Sci., U.S.A., (2010)21

マウス肺でsiRNA発現Sci Rep （2014）