＜研究内容＞

　複数の金属イオンと有機配位子とから構成される多核金属錯体は、金属-配位子間の相互作用に加え、金属間の直接または間接の相互作用が働くため、単核の錯体には見られない特異な電子・磁気・光特性、位置特異的な反応性などを示します。触媒としても広く使われています。私は「機能の宝庫」である多核錯体へ導入する配位子を工夫することで、錯体ユニットと配位子が電子的に強く共役した多電子移動システムを構築すること、さらに、電極表面へ固定化することにより、新しい分子性ナノ構造体を構築する研究に取り組みました。具体的には次の3点に集約されます。

　 第一に、多核錯体ユニットと配位子が共にレドックスに関与する新規な多段階多電子レドックスシステムの構築を行ないました。この方法によれば、合計１０個以上の電子を可逆的に出し入れする錯体の合成も可能です。また、この手法は錯体の種類を問わず適用できます。すなわち、ルテニウム単核・二核・三核錯体、混合金属三核錯体、レニウム六核錯体ユニットへレドックス活性な配位子を導入した錯体を単離し、構成金属や配位子の「種類」、「数」、「組み合わせ」を自在に制御した多電子レドックスシステムが合成されました。末端につけた配位子のレドックス過程をプローブとすることで、配位子にはさまれた多核錯体ユニットの電子移動メディエータ能を明かとすることができました。この知見は下に述べるナノ構造体の分子ブロックを考案する上で重要な指針となります。
　 第二に、上述の多核錯体ユニット上での配位子交換反応を速度論的に詳細に調べました。その結果、金属イオンの種類や酸化数、錯体の構造などの効果を詳細に調べました。
　 第三に、多核錯体の研究を従来の溶液や固体状態から、電極／溶液界面へと転換し、電極表面でのナノ構造形成と機能発現を目指した研究を展開しました。金電極にAu-S結合で固定化したルテニウム三核錯体分子について、レドックスまたは光をトリガーとして配位COを脱離させ、置換活性な配位子を持つ単分子膜へと変換できることを見い出しました。これを契機として、単分子膜上で小分子の捕捉/放出プロセスを可逆的に電位スイッチングしたり、多核錯体ユニットを逐次的にボトムアップ連結する方法を確立するなど、エキサイティングな研究成果を続々と得ました。走査型トンネル顕微鏡（STM）により、上述のルテニウム三核錯体の他、プロトン共役電子移動を示す鉄(III)二核錯体の単一分子観察にも成功しました。一連の研究成果は、電極／溶液界面がナノ構造体が「その場合成」する舞台となるばかりでなく、種々の化学反応や生体関連反応を制御する「新反応場」としても有効であること示しています。今後の方向性のひとつとして、連結錯体ユニットの種類を拡張し、その組み合わせ順序や数を変えることにより、レドックス・光・プロトン機能を増幅・融合・傾斜化した新しいナノ構造体を創出したいと考えています。

　 以上の研究は、私が北大に赴任して以来、北海道大学大学院理学研究科化学専攻の佐々木陽一教授の御指導のもとで行なったものです。基板表面に関わる研究は、同専攻の魚崎浩平教授に御指導いただき共同研究として進めたものです。表面電気化学および光電気化学については近藤敏啓助教授（現、お茶の水女子大）にお世話になりました。また、STMおよび赤外分光を用いたその場観察では、触媒化学研究センターの大澤雅俊教授並びに叶深助教授に御協力をいただきました。この場をお借りし各先生に感謝申し上げます。実際の研究成果は、根気強く実験を重ねてくれた各研究室在籍の博士研究員、学生諸氏の努力によるものです。ここに重ねて感謝致します。本研究は、錯体化学をベースとする私とは異なる知識・経験・技術を持った方々との共同研究に恵まれたからこそ達成できたものです。異分野との接点が新しい化学を開拓する大きな原動力となることを感じています。今回の受賞を糧として、錯体化学からアプローチするナノスケール化学を一層発展させる所存です。

＜研究内容＞

　薄膜の気相成長法の一つであるスパッタリング法は、高真空を利用する装置の中では比較的安価であり、半導体産業を始めとして幅広く使用されてきている。本法で得られる薄膜の特性は、成膜時の基板温度、堆積速度、Arガスと反応性ガスの流量比等、諸パラメータに大きく左右される。これらの最適化を図ることにより、高純度で優れた特性を有する電子材料薄膜を作製した。
　薄膜は成長の極初期では、不連続状態であり、その後、堆積量の増加と共に連続膜へと変化する。この事は厚さが数nm以下のナノ構造（垂直方向における）を作製する際、非常に重要である。筆者は代表的な金属薄膜における遷移膜厚を調べ、ナノサイズ化ための基礎的検討を行った。
　 分子線エピタキシー(MBE)装置を用いて、サーファクタント物質の一つ、Biを用いた新規なSi/Ge識別法を利用し、原子レベルでのSi/Geナノワイヤ及びナノリング構造の作製に成功した。例えば、ナノワイヤ（図参照）の寸法は、高さが１原子層(0.3nm)、幅が約3nm(Ge:約20原子)と垂直方向にも水平方向にもナノ構造である。ワイヤ幅は任意に設定が可能であり、本手法は将来のナノ半導体デバイス作製にも非常に有用であると期待できる。
　 また薄膜成長過程におけるサーファクタントの役割に注目した。通常、金属膜の堆積は純Ar中で行われるが、微量窒素の導入によるNi薄膜の著しい配向性変化を見出した。しかも、窒素は、成長界面において作用するのみで、膜中には取り込まれていないことが確認された。この方法は他の一部の金属膜においても有効であると思われ、現在、適用範囲の検討を続けている。

図　Si/Geナノワイヤ構造のSTM像

受賞の喜び＞
　第一回の奨励賞を受賞することになり、大変光栄に思います。共同研究者の方々をはじめとして、諸測定に御協力下さった方々、また一緒に実験に取り組んでくれた研究室の学生の皆さんにも心から御礼申し上げます。

今後の抱負＞
　Materials Scienceには物理も化学も必要だということを再認識しています。どちらの分野にも常に目を向けていき、表面反応を活用した薄膜プロセスや新規な機能性材料の開発を目指したいと思います。

会員の皆さんへのメッセージ＞
　特に学生会員の皆さんへですが、状況が許すならば、是非ドクターコースに進学してじっくり研究に専念できる時間をもって欲しいと思います。就職しても研究は続けることができると思いますが、大学にいるメリットも沢山あるはずです。自分の研究テーマの遂行以外にも他学科・他学部の講義の受講や、研究室を越えた若手の勉強会への参加など、恵まれた環境を積極的に活用して欲しいです。
　 また、若いうちに海外に行く機会を得て（研究のための滞在が最善だと思いますが、個人旅行であっても充分貴重な体験ができると思います。）外国の同年代の人達の考え方、研究への取り組み方、文化・生活様式等に接して大いに刺激を受けてもらいたいと思います。

＜研究内容＞

　有機基質への二酸化炭素の固定化によるカルボン酸の合成は有機合成上重要な反応のひとつであると同時に、地球温暖化ガスである二酸化炭素の有効利用という面から考えても興味深い反応のひとつである。一方、有機電解合成は特別な有機・無機反応試薬を使用することなく、電極間との電子移動により反応が進行することから環境調和的な有機合成法として近年注目を集めている。電気化学的手法による有機基質への二酸化炭素固定化反応である電解カルボキシル化反応はこれらの要素を兼ね備えた有機合成反応であり、私どもはこれまでに様々な有機基質の電解カルボキシル化による有用なカルボン酸の合成について検討を行ってきた。
　 電解カルボキシル化反応はマグネシウム陽極、白金陰極を備えた一室型ガラスセル中、支持電解質を含むDMFを溶媒に用い、常圧の二酸化炭素存在下有機基質を電解還元することで容易に進行する。例えば、臭化ビニルの電解カルボキシル化反応では相当するα,β-不飽和カルボン酸を良好な収率で得ることができた。この臭化ビニルの電解カルボキシル化反応を2-アリールプロパン酸構造を有する抗炎症剤の合成に応用した結果、イブプロフェンやナプロキセン、ロキソプロフェンなど現在使用されている代表的な非ステロイド系抗炎症剤の有用な前駆体の高効率合成に成功することができた。これらの前駆体は不斉水素化反応により光学活性な抗炎症剤を高収率かつ高エナンチオ選択的に与えるため、光学活性抗炎症剤の非常に有用な前駆体である。一方、ビニルトリフラート類の電解カルボキシル化反応ではその置換基によって反応の生成物が異なる化学選択性に着目し、アリール置換ビニルトリフラートからは相当するビニルアニオンを経由してα,β−不飽和カルボン酸のみが、アルキル置換ビニルトリフラートからは相当するエノラートを経由してβ−ケトカルボン酸のみが、それぞれ選択的に得られることを見出した。また、ラクトンから誘導されるラクトンエノールトリフラートの電解カルボキシル化反応は反応系内にニッケル触媒を添加することにより効率よく進行し、capto-dativeアルケン構造を有する環状α-アルコキシ-α,β-不飽和カルボン酸を良好な収率で得ることができた。また、ナフタレンやスチレン誘導体などの不飽和結合の電解還元によるジカルボキシル化反応に関しても検討を行い、1,4-ジヒドロナフタレン-1,4-ジカルボン酸やフェニルコハク酸を、金属リチウムやシアン化物イオンを用いることなく、安全に合成することにも成功した。一方、近年注目を集めている超臨界二酸化炭素を電解カルボキシル化反応の反応媒体兼反応試薬として利用することについても検討した結果、ごく少量の有機溶媒を共溶媒として用いることにより超臨界二酸化炭素中での有機電解合成に世界で初めて成功した。

　 奨励賞の選考結果をいただいたのは海を越えた遠いカナダ・トロントの地でありました。日本からの吉報に思わずガッツポーズが出ました、とてもうれしく思います。日本化学会北海道支部の第１回目の奨励賞ということで非常に光栄であると同時に、身の引き締まる思いです。今後もさらに精進していきたいと思います。日本化学会北海道支部関係各位に深く感謝申し上げます、本当にありがとうございます。
　 最後になりましたが、これらの研究成果は北海道大学大学院工学研究科分子化学専攻精密合成化学講座有機合成化学分野において行われたものであります。直接御指導いただいた徳田昌生教授をはじめ、実際に研究に携わった多くの学生諸氏に深く感謝申し上げますとともに、ご協力、ご助言いただいた学内外のたくさんの方々にも厚く御礼申し上げます。本研究の一部は文部科学省ならびに日本学術振興会科学研究費補助金およびノーステック財団若手研究者研究奨励補助金の援助のもとに行われたものであり、改めて感謝申し上げます。

＜研究内容＞

研究要旨＞
　今回の研究は、環境工学の授業において"環境ホルモンに関する環境問題"で触れら　れていた化学物質ＤＯＰ（ｼﾞｵｸﾁﾙﾌﾀﾚｰﾄ）が、どのような物質で何に用いられているのか　、という素朴な疑問を出発として開始されました。
　授業によって、ＤＯＰなどのフタル酸エステル類は欧州では環境ホルモンとされており、日本ではポリ塩化ビニル（以下ＰＶＣ）の可塑剤として製造使用されていることを知った事から、それでは身近なＰＶＣ製品である消しゴムには一体どのような可塑剤が用いられているのかと思い、その時使用していた消しゴムをサンプルに調査しました。
　ソックスレー抽出器を用いたクロロホルム抽出の後、赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）とガスクロマトグラフ質量分析（ＧＣ−ＭＳ）により、フタル酸エステルであるＤＯＰとＤＢＰ（ｼﾞﾌﾞﾁﾙﾌﾀﾚｰﾄ）が検出されました。環境ホルモンがこんなに身近に存在するという事に我々は不安を覚えました。そこで、市販の消しゴム十数種類を買い集め同様の分析を行ったところ、１３サンプル中１２サンプルまでがフタル酸エステルを使用していることが解りました。この結果から我々は、ＰＶＣ製造メーカー、可塑剤製造メーカー、ＰＶＣ加工メーカーの方々にアドバイスを頂き、自然環境下での安全性や人体への安全性を考慮し、食品ラップ用に開発された可塑剤アセチルトリブチルシトレート（以下ＡＴＢＣ）を用いて消しゴムが製造出来ないか検討しました。

検討項目＞

結果考察＞
　 物性の数値化は充分では無かったと感じますが以下のことが解りました。

まとめ＞
　市販の消しゴムには環境ホルモンの疑いのあるフタル酸エステル系の可塑剤が多く用いられていましたが、安全な可塑剤ＡＴＢＣに代替して消しゴムが製造できると解りました。また、消しゴムは他の高分子と異なった粒子の界面設計が必要であることが解りました。
　微量で害を及ぼす環境ホルモンに関する研究も、発生時点（製品製造時）の段階で検討することによって、我々高校生でも取り組める事を実感しました。
　最後に、今回の研究に際し旭化成�梶A鐘淵化学�梶A旭電化工業�鰍ﾌ皆様方には、協力　および貴重な原料等提供頂きましたこと、厚く御礼申し上げます。　

受賞にあたり＞
　 この度、日本化学会北海道支部の皆様に私達の研究を奨励賞に推薦して頂き、誠にありがとうございました。 「環境に優しいプラスチック消しゴムの研究」は、一年生の後期から取り組んできた研究であり、IUGG国際大会や全国産業教育フェアなど、数々の大会等に出展してきましたが、この度頂いた賞は化学部として非常に名誉あるものに感じます。この経験を励みにして、これからも研究活動を続けて行きたいと思います。
　来年度は「有機溶媒に対する色素の発色の違い」等、継続しているテーマのいくつかを発表できる段階まで研究し、機会が有れば今回の活動のような、多くの高校生に化学や環境問題に目を向けてもらえる活動が出来ればと考えています。

佐藤聖基　　 この度はこのような栄誉有る賞を頂き誠にありがとうございます。これからもこのようなすばらしい賞が頂けるよう部員一同がんばっていこうと思います。

宮井和哉　　これからもこの賞に輝いた研究に勝る研究をするようににがんばっていきたいと思います。また、この研究からもまだ学ぶことがたくさんあり、より努力していこうと思いました。

橋本康平　　このような素晴らしい賞を頂き深く御礼申し上げます。今回の研究からはとても多くの事を学ぶことができ、大変勉強になりました。これからもいっそう努力していきたいです。

相蘇麦穂　　研究によって沢山の知識を得ることが出来ました。"研究する"という活動は将来の進路に役立つ良い経験になると思います。この受賞を励みにこれからも頑張って行きたいです。

＜研究内容＞

３年 更谷憲明 中澤恵太 広瀬正道 三浦圭太 久保紗耶香 穴田竜太 大淵章悟 市戸未来

１.はじめに(動機及び目的)
　 科学の祭典函館大会で毎年『砂糖の爆発実験』 を行い、以前先輩達が発表した『砂糖の研究』も あり、発表のテーマを『砂糖の爆発』にしました。

２.『粉砂糖』の粒はどんな状態になっているか？
　 使用した粉砂糖は、『かたまらない粉砂糖』。 　粉砂糖の粒を光学顕微鏡で見ると、粒どうしが くっつき、形も大きさも不揃い。粉砂糖10.0ｇを、 ふるいの網目によって分けた結果は、表１の通り。 　

粉砂糖の約85％が0.5〜1.0mmの固まりで、0.25 mm以下の本当に小さな粒は、約５％に過ぎません。

３.自転車の空気入れの空気の量？
　ごく普通の『自転車の空気入れ』を使用。空気 入れの「ハンドル操作１回の空気量」は約248ml。

４.粉砂糖をのせる目皿の工夫 　
　 管を詰まらせないように入れる綿は、毎回同じ 条件にならないため、金属製網目の目皿を使用。 目皿は「天カスすくい(真鍮製)」の網の部分から 作製(円形、網目の大きさは約0.75mm)。

５.粉砂糖はロウトの中心からどれだけ飛ぶか？ 　
　ロウトの４分の３を粘土で塞いだ扇形の吹き出 し口で実験。目皿の位置を図１のＡ,Ｂ,Ｃとし、 粉砂糖の飛んだ距離を調べました。

実験方法　落下する粉砂糖を受ける黒紙をロウトの中心から10cmずつ切り取った扇形を元通り並べ、粉砂糖を1.0gずつ入れ、10回噴射実験。粉砂糖が 落ちたところで、紙の上にのった粉砂糖の質量を測定。

実験結果　グラフ４は、『粉砂糖のロウトの中心か ら飛んだ距離と質量の関係』のを示している。 Ｂ，Ｃの位置では中心からの距離10〜20cmで山 を持つのに比べ、Ａではなだらかになっている。 また、残る砂糖は中心部のもので、空気がロウト の縁に沿って、横へ流れていると考えられる。噴 射させた粉砂糖(全部で10ｇ)のうち実際に測定されたのは4.6〜4.9ｇ。いずれにしても、中心から の距離40cmの内側に、90％以上が落ちている。

６.粉砂糖はどの高さまで飛ばされるのか？
　飛ばされる高さについても調べました。

実験方法　縦横５cm間隔で線を引いた黒色の方眼 紙を作り壁に貼り、５と同様目皿の位置Ａ,Ｂ,Ｃ について噴射実験をし、ビデオに撮影。高さを調べた。

実験結果　ビデオから、ロウトの縁の傾斜角度と 砂糖の飛ばされる角度がほぼ等しく、最大60cm位の高さまで上がっている。

７.粉砂糖の点火に適した場所はどこか？
　粉砂糖が集中して落下、中心距離10〜20cmのと ころ。また吹き出されるロウトの縁の傾斜方向に 置く点火のロウソク。この条件で噴射実験を行い、 うまく点火し、燃え上がるのを確認。

８.まとめと考察
　この研究で分かったことは次のようなことです。

�@ 粉砂糖の85％は、0.5〜1.0mmの大きさ。
�A ロウト上部の空気の流れは縁の方が強い。
�B 吹き出た粉砂糖は中心距離40cm以内に90％以上が落下、特に10〜20cmが最も多い。
�C 吹き出た砂糖はロウトの縁の傾斜方向に進む。

９.これからの課題
　粉砂糖固まりの原因、他の砂糖や粉類との比較、 ロウトから出る空気の流れ、点火ロウソク最良の 位置、舞い上がった粉砂糖の燃焼の仕方が課題。

北海道函館商業高等学校（全日制） 　〒041-0812 函館市昭和1丁目17番1号
TEL(0138)41-4248　FAX(0138)414250
学級数１８クラス　生徒数６９６名　 　(国際経済科・情報処理科・流通ビジネス科)
部顧問 岡野陽逸・小玉　隆・宮崎純哉

　この度、奨励賞(高校生の部)を頂けることになり、生徒ともども驚きと喜びを感じ、これから一層頑張らなければと思っています。本当にありがとうございました。