有機化学美術館・分館

HP有機化学美術館のブログ版。タイムリーな話題,短いテーマをこちらで取り上げます。

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折り紙分子模型講座のお知らせ

 最近ではパソコンのみならずスマホでも、美しい分子のグラフィックを描くことが可能になっています。専門家でなくとも、簡単にいろいろな分子の姿に触れられるようになったのは喜ばしいことです。

 とはいえ、やはり分子の姿について理解を深めるには、自分の手で立体の分子モデルを組んでみるのが一番と思います。とはいえ、本格的な分子模型はかなり高価で、そうそう手が出るものではありません。

 ということで、これまでいくつか折り紙やペーパークラフトによる分子模型を考え、こちらで紹介してきました。今回、リクエストをいただきましたので、Zoomでの配信で折り紙分子模型講座をやってみたいと思います。

 日程は、8月27日(木)19時30分からで考えております。時間はZoomの制限で40分以内の予定です。100名まで接続できるということなので人数的には問題ないと思いますが、一応早いもの勝ちです。

 題材はこちらを考えております。正四面体を連結させ、ここではエタノール分子を作ってみます。

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 用意するものは、折り紙用紙(15cmのものでOK)、のり、はさみまたはカッターです。もし手元にありましたら、封筒や付箋紙(1:3程度のサイズ)もご用意いただければと思います。

 この折り方を発展させると、東京書籍の高校化学の教科書用に作った、窒化ガリウム結晶構造なども作れます(下の写真)。それなりの根性と技術は必要ですが。

GaN

 参加ご希望の方は、佐藤までメール(sato☆org-chem.org)までご連絡いただければ幸いです。お子さんが視聴希望という場合には、その旨記していただければと思います。質問したいことなどありましたら受け付けますので、お気軽にどうぞ。

 ということで、当方も初めてのことで勝手がわかりませんが、よろしくお願いいたします。

新刊「番号は謎」本日発売

 さとうです。みなさまこんにちは。

 さて本日、新潮新書より新刊「番号は謎」が発売となります。タイトルにあります通り、今回は化学でも医薬でも国道でもなく、番号の本となります。電話番号、郵便番号、背番号、駅や道路の番号、ナンバースクールにナンバー銀行、バーコード、ISBN、天体の番号、テレビチャンネル、車やパソコンの型番、マイナンバーに至るまで、身の回りの「番号」の起源と謎に迫った内容です。

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表紙はこちら。

 化学の話はないの?とお思いの方もおられるかと思いますので、しっかり原子番号の話も収録しております。いつか、原子番号とか周期表の話で一冊書いてみたいとも思いますが。ということで目次は以下の通り。

1. 一〇桁は田舎者の象徴?――電話番号
2. 不思議な順序にはわけがある――郵便番号
3. 混沌と抗争のナンバー史――自動車のナンバープレート
4. 魔境を照らす一筋の光――鉄道にまつわる番号
5. 国道100号が存在しないわけ――道路にまつわる番号
6. 番号界の絶滅危惧種――ナンバー銀行
7. プライドと序列意識の間で――ナンバースクール
8. 「四戸」はどこへ消えた?――地名と番地
9. 選手が背負うもう一つの顔――野球の背番号
10. 神様は10番がお好き――サッカーの背番号
11. サーキットに散った伝説の27番――F1レース
12. 腱鞘炎を防いだ縞模様――バーコード
13. 情報のいたちごっこは続く――図書分類
14. 数字に現れた出版業界の勢力図――ISBN
15. 無限に挑んだ男たち――天体の番号
16. 空き番号に潜むドラマ――欠番
17. 目には見えない神の数字――原子番号
18. 交響曲マイナス1番を書いたのは?――音楽
19. 視聴率はチャンネル番号で決まる?――テレビチャンネル
20. ウィンドウズ8は6・2――バージョン番号
21. 文化と見栄とプライドと――型番
22. 「究極の番号」は問題山積――マイナンバー

 番号というのはふだん気に留めることはありませんが、仔細に見ていくと「なんでこんな番号の付き方なの?」「この番号はなぜ使われないの?」といった不思議も数多く存在します。このへんを追いかけてまとめた本になります。

 しかし、番号に関する資料は少なく、執筆はなかなか大変でした。テレビのチャンネル番号がなぜああも地方によってバラバラで、不規則な数列であるのか、誰もが毎日目にしている番号でありながら、その理由を突き止めるのはなかなか大変なことでした。番号って本当に誰も気にしてないんだなあ、と痛感した次第です。逆に言えば、なかなか類書のない本だとも思います。

 というわけで、書店で見かけたら手にとっていただければ幸いです。どうぞよろしく。

オリンピック分子集合体登場!

 新型コロナウイルスの流行は、なかなか出口が見えてきません。本来ならば東京オリンピック開幕で盛り上がっていた時期のはずですが、こればかりはやむを得ません。

 さてオリンピックのシンボルマークといえば、5色の環が絡み合った形であるのはみなさんご存知でしょう。このようにリングがつながりあった形の分子も知られており、「カテナン」と名付けられています。ラテン語で「鎖」を意味する「catena」から来ている言葉です。

 実際の鎖を作るのもなかなか手のかかることですが、分子で鎖を作るのははるかに難事です。何しろ、実際に手で環をつなげるわけにいきませんので、当初はリングが2つ連結したものさえ合成は大変でした。

 五輪マークのように5つの環がつながった分子が創り出されたのは1994年のことで、「オリンピアダン」と命名されています。分子同士の引き合う力を巧妙にコントロールした成果で、この分野における金字塔とされます。この分子を合成したFraser Stoddartは、2016年にノーベル化学賞を受賞しています。

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オリンピアダン

 もちろんこれが素晴らしい研究であることは疑問の余地がありませんが、オリンピックのマークとはちょっと違うなあ……リングのサイズも不揃いだしなあ……と、素人目には思ってしまうところです。

 このオリンピアダンと、やはり五輪マークに似た分子オリンピセンを、当ブログでは8年前のロンドン五輪直前に紹介しています。そこでは、こんなことを書いていました。

 日本でも、幾度かの落選にめげず、2020年に東京オリンピックを開催しようという動きがあるようです。もし実現した場合、日本の化学者もこれらに対抗するオリンピック分子を作るべきかと思いますが(笑)、さてあなたならどんなデザインをするでしょうか。

 と、勝手に無責任なことを書き散らかしていたわけですが、期待に応えてこれを実現してくれた化学者が現れました。千葉大学の矢貝史樹教授がその人で、論文はみごとNature誌掲載を果たしました。そのオリンピック分子がこちら。

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五輪マークの分子集合体

 誰がどう見ても文句なしのオリンピックマークです。まあ厳密に言えば、環の絡み方がちょっと違っていますが、絡み方までもがクリアに見えるようになったことに感慨を覚えます。さしわたしが約100nmということですので、ほぼコロナウイルスと同程度のサイズといえば、その大きさが伝わるでしょうか。

 実のところ、これは分子というより、分子集合体というべきものです。実際の分子は、下のような構造です。一見ただの細長い分子ですが、不思議なことにこの分子にあれこれ手を加えずとも、自然に分子同士が集合して五輪マークの形になるのです。

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 右側のオレンジ色部分は、n-ドデシル基(n-C12H25)を表す

矢貝研究室では、こうした分子の集合体を長らく研究してきました。分子同士が寄り集まる原動力になるのは、水素結合やファンデルワールス力などの分子間力です。たとえば分子左側の6員環部分(バルビツール酸骨格)は、水素結合によって下のように6分子が結びつき、「ロゼット」と呼ばれる美しい6量体を作ります。

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ロゼット

 そして、用いられた分子には3本の長いアルキル鎖が伸びていますので、これらがファンデルワールス力によって引き合い、6量体が積み重なっていきます。この時、分子の微妙なねじれによって、ただまっすぐ積み重なりはせず、リングを形成するのです。これは、分子構造や実験条件によっても変化し、らせん状やランダムコイルになるものも報告されています(参考記事(PDF))。

 こうしてサイズの揃ったリングが出来上がるだけでもなかなか不思議ですが、それがさらに勝手に絡み合うというのは、驚き以外の何者でもありません。最適な条件ではリング全体の約41%がカテナン構造になっており、最高で22ものリングが絡み合ったカテナンまで観察されていますから、偶然では絶対に起こり得ないことです。

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22個のリングが絡み合ったポリカテナン

 これは、リングの表面のアルキル基が、新たなリング形成のためのよい「足場」となっているためと見られます。ひとつのリングができたら、そこに新たなパーツが吸い寄せられ、そこで次のリングを形成していく――という過程を繰り返していると考えられます。

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カテナン構造形成のメカニズム(クリックで拡大)




 といっても、研究というのは「たぶんこういうことじゃないかと思います」では済まされません。なぜこういう現象が起きるか、学術的な裏付けをもってはっきりと示すことが肝心――なのですが、実はこの過程が非常に大変です。このように前例のない領域では、定まった手法などないだけになおさらです。矢貝教授らは、国際共同研究も含めたさまざまな手法をフルに活用して、上記の形成過程を立証しています。このあたりが、研究者の力量というものなのでしょう。

 すでにこの研究は、多くの学術系ウェブサイトなどで紹介されている他、各国の研究者からも「歴史的研究」として絶賛の声が上がっています。見た目が面白いものを作ったというだけでなく、ナノサイズの新しい物質構築につながる成果であるからです。

 こうした、単純なパーツが命令もなしに勝手に秩序ある複雑なシステムへと組み上がる現象は、「自己組織化」と呼ばれます。将来、この手法が発展してゆけば、通常の有機合成では難しい、複雑な分子マシンの構築なども視野に入ってくるでしょう。

 どのような分子を設計し、どのような条件を与えれば、望みの集合体ができあがるか――その完全な予測はまだまだ難しく、現代科学の大きな課題でもあります。今回の研究は、自己組織化による分子集合体構築の最先端を行く、まさにフロンティアを拓く仕事といえます。今回のオリンピックマークはその大きな一里塚ではありますが、まだまだこの先にも思いがけぬ展開、眼を見張るような新世界が待っていることと思います。

(AFM画像およびカテナン構造形成のメカニズムの図は、許諾を得て千葉大学のプレスリリースより転載しています)

「C2」が合成された話

有機化学は、いうまでもなく炭素原子を中心とした化学の分野です。炭素は極めて奥深い可能性を持ちますが、やはり一つの元素を世界の化学者がよってたかって200年も研究しているわけですから、炭素だけから成る全く新しい化学種が出てくることは、今やそうそうありません。1985年に登場したフラーレンはその数少ない例の一つであり、だからこそ科学者は驚きと興奮を持ってこれを迎えたわけです。

 しかし最近になり、「C2」という化学種がフラスコ内で作れることが報告されました(論文。オープンアクセスです)。東京大学の宮本和範准教授、内山真伸教授らの研究グループによる成果です。今回はこの何がすごいのか、ちょっと書いてみます。

 水素や窒素、酸素といった元素は、それぞれH2、N2、O2といった二原子分子を作り、これらはいずれも安定に存在します。しかし炭素の二原子分子は、非常に不安定です。二重結合や三重結合はよいのですが、四重結合は存在しにくいのです。

H2etc

 なぜ四重結合ができにくいかを説明するのは難しいのですが、炭素が持っている4本の結合の腕が、全部つながり合うのは非常に無理があるのだと思って下さい。二人の人が両方の手のひらを合わせるのは簡単ですが、両手両足を合わせるのは大変――というようなイメージです。

 なので、C2をどうにかして作り出しても、他の分子と結合したり、C2同士で反応したりしてすぐに他の化合物に変化してしまいます。というわけで今までは、3500度以上の高温状態や、宇宙空間などにC2が存在していることが知られていたのみで、それだけをガラス瓶に取り出してじっくり性質を調べるようなことはできませんでした。

 ということで、C2分子は作り出すことも大変なら、できたことを示すのも工夫が必要になります。今回、研究グループがC2の生成に用いたのは、次のような反応です。

C4_1

 要するに、炭素-炭素三重結合の両端に、それぞれプラスとマイナスに帯電した置換基をつけておき、一方にマイナス電荷を持ったイオンを作用させると、それをきっかけに両方が外れてC2が遊離するという仕掛けです。原理は簡単ですが、実現はそう簡単ではなく、分子設計の妙(と、おそらく膨大な試行錯誤)によるものでしょう。

 では、どうやってC2ができたことを証明したのか?こうした不安定化合物の検出には、昔からよく使われる方法があります。他の化合物と反応させて安定な化合物に変えた上で、ゆっくりと単離して調べる方法です。たとえばジヒドロアントラセンという化合物は、他の化合物に水素原子2つを与えて、安定なアントラセンになりやすい性質があります。この化合物と、発生したC2が反応すると、水素の移動が起こってアセチレンC2H2が生成することがわかりました。

Htransfer

 それだけでは安心できない、もっと証拠を出せという方もおられることでしょう。実際、科学者というのは疑り深いので、ちょっと違った方面からの証拠を複数揃えないと、なかなか「なるほど」と納得してくれません。

 そこで研究グループでは、溶媒などを使わない条件でC2を発生させる実験を行いました。すると黒色の固体が生成し、ここにはフラーレンやグラファイト、カーボンナノチューブなどが含まれていることがわかったのです。C2が互いにつながり合い、これら炭素物質が出来上がったものと考えられます。フラーレンが出来上がる過程で、このC2が原料となっているという説は以前からありましたが、この結果はその強力な傍証といえます。

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C2からフラーレンが出来上がる(イメージ)

 とはいえ、今までにもC2分子は観測されていたわけで、全く新しい成果でもないのではないか?また、一瞬で分解してなくなるような不安定な「物質」を作ったのがそんなにすごいことなのか?という見方もあろうかと思います。しかしこれは、化学者の視点から見れば非常に大きなブレイクスルーといえます。

 まず、C2分子はどのような構造をとるか今まで多くの議論がなされていたのですが、今回初めて炭素と炭素が四重結合した分子であることがきちんと確かめられました。炭素が四重結合を作ることは初めて知られたことであり、これだけでも教科書が書き換わる事実です。

 また、今まで観測されていたC2分子は、非常な高温で炭素材料を「破壊」し、その破片として得られたものでした。こうした条件では他の化合物も粉々に分解されてしまいますので、精密な有機合成への応用など望むべくもありません。しかし今回、不安定なC2を非常に温和な条件で発生させられるようになったことで、様々な応用の道が生まれました。

 C2分子が極めて不安定であるということは、裏を返せば反応性が非常に高いということです。これをうまく活かせれば、今までにない化学反応を起こせる可能性が拓けてきます。あの化合物と混ぜればこんな炭素材料ができないか、あの金属元素とはどう反応するだろうか、アレと混ぜて金づちで200回叩くとどうなるだろう――などなど、筆者程度の者でも思いつくことがいくつかあります。おそらく多くの研究者が、自分の研究にC2が応用できないか考えているはずです。

 個人的には、このC2は新型コロナ治療薬などと並び、「Molecule of the year」に選ばれてよい分子と思います。新たに見出された「炭素の新しい顔」が、今後いったいどのような発展を遂げるか、大いに期待したいところです。

コロナという名の化合物

 先日、Chem-Station主催のバーチャルシンポジウムに参加させていただきました。大成功といってよかったと思います。画面越しでも十分に伝わるべきものは伝わりましたし、質疑応答のしやすさなどネットならではのメリットも多々ありました(なんかちょろっと自分の名前も出てきたので、びっくりしたりしましたが)。今後の学会運営において、大きな可能性が示されたと思います。関わられたスタッフ諸氏に、改めて感謝いたします。


 さて今回は雑談的なお話を。新型コロナウイルスの感染拡大により、「コロナ」という言葉には非常に嫌なイメージがついてしまいました。しかしコロナ(corona)という単語はラテン語で「王冠」を意味し、本来美しいイメージの言葉です。

 このため学術用語にも「コロナ」の語はよく登場します。太陽のコロナは最も有名なものでしょうが、「コロナ放電」という言葉もありますし、心臓の冠状動脈は英語で「Coronary artery」、星座のかんむり座とみなみのかんむり座の英名はそれぞれ「Corona Borealis」と「Corona Australis」です。コロナウイルスの名は、ウイルス表面に突き出たスパイクタンパク質が、太陽のコロナを連想させることから来ています。

corona
太陽のコロナ(Wikipediaより)

 というわけで、化合物名にも「corona」を語幹とするものは数多くあります。最も知られているのは、ベンゼン環が7枚集まった形のコロネン(coronene)でしょう。もちろんその形状から名付けられたものです。

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コロネン

 「コロナン」(coronane)という化合物もあります。中央のm員環の辺すべてが、m個のn員環と辺を共有した形を[m, n]コロナンと呼ぶ――というとややこしいですが、要は下のような化合物です。これも、単純な構造式で描くと王冠のような形であることから命名されました。

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[6, 5]コロナン(左)と[4, 5]コロナン(右)

 といっても、実際には炭素原子の四面体構造の制約があるので、周辺の環は上下交互に張り出した形になります。このため、3次元モデルですとあまり王冠らしい形状ではありません。また、中央の環は偶数員環に限ることになります。

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 両化合物は、いずれもFitjerらによって1987年に合成されています。こんな化合物をどうやって合成したのだろう――と思うところですが、思わぬ中間体から華麗な骨格転位を経て作られています。興味のある方はこちら及びこちらをご覧下さい。


 王冠型の化合物といえば、有名なのはクラウンエーテルでしょう。環の中央に陽イオンを取り込む性質があり、超分子化学のさきがけになったことでも知られます。

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クラウンエーテル

 一方、下図のように、かご状の構造の内部に陽イオンを閉じ込められる化合物は「クリプタンド」と総称されます。ラテン語で洞穴を意味する「crypta」とリガンド(ligand)の合成語です。

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クリプタンド

 クリプタンド類は複数の環を持ちますが、クラウンエーテルなどは環がひとつだけです。こうした単環状構造のリガンドのことを、Vogtleは「コロナンド」(coronand)と命名しています。言うまでもなく、冠状(corona)の構造を持ったリガンド(ligand)という意味の言葉です。あまり使われない単語ですが、覚えておいて損はないでしょう。

 超分子化学の分野では、もうひとつ「コロナアレーン」という化合物群もあります。下図のように、芳香環(ヘテロ芳香環も含む)が、酸素・窒素・硫黄などのヘテロ原子によって、パラ位で橋架けされた大環状化合物を指します。

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コロナ[6]アレーン

 こうした、芳香環を多数連結させた大環状化合物群は、これまでに多くのタイプが合成されています(参考)。コロナアレーンもそのひとつとして加わったものですが、基本骨格としてはピラーアレーンと同じなので、わざわざ新しい名を持ち出さずとも「ヘテロピラーアレーン」でいいんじゃないの、という気もしないではありません。

 というようなわけで、「コロナ」を含んだ化合物はずいぶんたくさんあるというお話でした。有機化学分野では対称性の高い化合物が多いので、王冠型・太陽型の分子も少なからず存在し、となればラテン語由来で響きのよい「コロナ」という名をつけたくなるのも当然でしょう。願わくばこれらの化合物やその研究者に、風評被害(?)などなければよいのだが、と思う次第です。


 (追記)
 コロナチンという化合物もあるそうです。こちらは植物に病気を引き起こす病原菌が作る毒素だそうで、下のような構造を持ちます。またその部分構造が、coronamic acid及びcoronafacic acidと名付けられているそうです。コロナチンを作る細菌に P.syringae pv. coronafaciensというのがいるようなので、そちらから取った名前かもしれません。

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(上)coronatine
(下左)coronafacic acid (下右)coronamic acid

ペーパー分子模型

 新型コロナウイルスの問題は、なかなか落ち着く気配が見えてきません。収束までには年単位の時間を要するという識者も多く、新薬やワクチンもまだ時間がかかるでしょうから、長期戦を覚悟しなければならない情勢でしょう。

 この状況で、たとえば抗ウイルス材料の開発など、化学者としてできることはいろいろありそうに思えます。SlackやZoomなどオンラインコミュニケーションの環境も整っている折、異分野の人が集まってブレーンストーミングなどやってみると面白いかななどと一人で思っております。

 とはいえ筆者のような一般人には、家にこもっているのが、とりあえずできる最大の貢献です。ということで、家にいる時間の過ごし方の一助として、また性懲りもなく分子模型のペーパークラフトを考案してみました。

 以前は正三角形のパーツを組み合わせた、穴の空いた形のフラーレンモデルをアップしました。ただこれは強度に問題があってナノチューブは組みにくいため、今回は、正六角形のパーツを組み合わせ、隙間のないモデルとしました。こんな感じになります。

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 型紙はこちら。ダウンロードして、プリントアウトして下さい。例によって、ケント紙などの硬い紙がおすすめです。今回は100円ショップで買った画用紙を使っております。まずは黒い線に沿って、正六角形を切り出して下さい。

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 点線に沿って切り込みを入れます。真ん中よりほんの気持ちだけ深めに切り込みを入れると、組みやすくなります。

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 写真のように、2枚を互いに差し込みます。

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 きっちり差し込んだところ。描いてある水素原子は紙の下になって隠れます。素晴らしいアイディアですね(自賛)。

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 6枚を組むと、ベンゼン環が出来上がります。

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 この調子で組んでいき、全体を丸く輪につなぎます。写真にあるのは、シクロフェナセンと呼ばれる化合物で、カーボンナノチューブの薄切りに当たる分子です。裏側に麻の葉模様が自然にできれば、きっちり組めている証拠。

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 というわけで、これで多環式芳香族化合物は何でも作れるわけですが、これだけでも寂しいかなという気がしたので、ヘテロ原子も作ってみました。

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 これも切って組み合わせてやれば、多くの芳香族化合物を作ることができます。下の写真にあるのは、COVID-19治療薬候補として注目を浴びているナファモスタット(商品名フサン)と、ファビピラビル(商品名アビガン)です。

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 ナファモスタット(上)とアビガン(下)
 
 というわけで、いろいろ組んで遊んでいただければ幸いです。ここまで来たらsp3炭素も作ったらいいんでないのと思うわけですが、6員環以外が不細工になるのでどうしたものか。またいろいろ考えてみるとします。

新型コロナ治療薬〜医薬を「転職」させる

 最近はニュースもコロナ一色で、連日続く悪い知らせばかり見ていると、やはり気が滅入ってきます。その中で希望の光を見つけるとすれば、やはりワクチンや治療薬の開発でしょう。マイナビ薬剤師のサイトでも書きましたが(その1その2)、両者ともかつてない勢いで研究が進行中です。

 とはいえ、ワクチンは安全性試験や量産などに時間がかかり、最速でも来年初頭あたりまではかかってしまうと考えられます。では医薬はどうかといえば、通常の手順を踏んで一から薬を創り出そうとすると、普通の場合で10年、最低でも5年くらいはかかります。この切羽詰まった状況に、これでは話になりません。

 ということで、現在盛んに行われている研究は、既存の医薬を新型コロナ用に使えないか調べるというものです。この方法であれば、すでに人体への安全性などはよく調べられていますし、生産方法なども確立されていますので、素早く新薬を現場に送り届けることができます。

 言ってみれば、新しい競技の選手がまだいないので、他の競技で実績のある選手をスカウトして頑張ってもらうようなものです。こうした手法は、「ドラッグリポジショニング」と呼ばれます。

 といっても、手あたり次第に適当な薬を試すということではありません。ウイルスが体内に侵入し、増殖するメカニズムを分子レベルで解明した上で、それを妨害しそうな化合物を既存の薬の中から探すのです。またメカニズムは不明でも、ウイルス感染症に効果があるとわかっている物質を、重点的に調べ上げることも行われます。

 最近、日本でも臨床試験が開始されることになったファビピラビル(商品名アビガン)は、そうした医薬のひとつです。元はインフルエンザの治療薬として開発されたものですが、2014年にはエボラ出血熱の治療薬になるのではということで注目を浴びました。そして今回、新型コロナウイルスへの闘いにも緊急登板することになったわけです。

 なぜたった一つの薬が、全く違う3つの感染症に効果を示すのでしょうか?それはアビガンが、3つのウイルスの共通の弱点を突く薬だからです。

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ファビピラビル(アビガン)

 アビガンのメカニズムは、以前にも一度本ブログで取り上げました。ウイルスは増殖の際、自らの遺伝子(コロナウイルスの場合RNA)をコピーする必要があります。アビガン分子はこのRNAの材料にやや構造が似ているので、うまく紛れ込んでRNAの一部として取り込まれてしまい、それ以上RNA鎖が作られないよう止めてしまうのです。敵の一員に化けてアジトに潜り込み、内部から組織を破壊するスパイのような役割といえるでしょうか。

 このメカニズムは、タミフルなどとは全く異なります。また、アビガンはインフルエンザ治療薬として、タミフルを遥かに上回る強い効果が確かめられています(リンク)。

 肝心の新型コロナウイルスに対してはどうかといえば、中国での臨床試験でよい結果が出ている――はずだったのですが、この論文が先日突然撤回になりました。理由は全く明らかにされておらず、非常に気になるところです。修正の上で再投稿される予定との情報もありますので、続報を待ちましょう。

 ただしアビガンは、動物実験で催奇形性(子供に奇形が生じる)がある可能性が指摘されています。これは重大な副作用には違いありません。ただし医薬というものが人体のシステムに直接タッチするものである以上、副作用が全く無いということはありえません。これをきちんと調べ、どのように使えば安全かを調べるため、臨床試験というものがあるのです。薬に限らず、どのような医療行為にもリスクはあり、それによって得られるベネフィット(利益)と比べながら慎重に行うべきものです。

 アビガンの臨床試験は近く開始の運びになっています。「遅い」との声もSNSなどでは上がっていましたが、どのような試験を行うか計画を立てて審査を受けるなど、慎重なステップを踏まなければなりませんので、これは驚異的なスピードといってよいでしょう。関係者の非常な頑張りの結果と思われます。


 さて一方、「転職」がうまくいかないケースも当然出てきます。たとえば、抗HIV(ヒト免疫不全ウイルス)薬であるカレトラ(ロピナビルとリトナビルという2種の薬の合剤)も、新型コロナウイルスに対して効果を期待されていたのですが、こちらは臨床試験で標準治療と同程度の治療成績――つまりあまり効かなかったという結果でした。まだ完全に結果が出たわけではありませんが、少々先行きは厳しそうです。

HIVPI
ロピナビル(左)とリトナビル(右)

 これらの薬は、HIVプロテアーゼという酵素の働きを止める化合物です。HIVは、自らのコピーを作る際にタンパク質を合成しますが、その段階を食い止めることでウイルスの増殖を防ごうというものです。新型コロナウイルスもこれと同様の仕組みを持つので、カレトラが効くのではと期待されたのですが、医薬というもの、人体というものはそう一筋縄では行きません。

 その他、膵炎の薬であるナファモスタット、マラリアの治療薬であるクロロキンなど、意外なジャンルの薬の試験も進みつつあります。大村智博士が発見し、2015年ノーベル生理学医学賞の対象となったイベルメクチン(抗寄生虫薬)も、新型コロナウイルスに対して(試験管内の試験で)効果ありとの報告がなされました。

nafamostat
膵炎治療薬ナファモスタット

ivermectin
抗寄生虫薬イベルメクチン

 もちろんこの他にも、思いつく限りのアプローチがなされ、史上かつてないほどの速さで治療薬開発が進められています(参考)。これらのうちからどれか有効なものが見つかり、少しでも発病期間を縮めることができるなら、大いに戦局は変わるものと思います。一刻も早く治療薬が世に出ることを祈りつつ、そのために必死で働く関係者のみなさまに精一杯の経緯とエールを送りたいと思う次第です。

フラーレンのペーパーモデル

新型コロナウイルスの感染拡大で、みなさまの生活も大きく影響を受けていることと思います。筆者も講演が延期になるなど多少の影響がありますが、あまり外に出なくてよい職業なのをよいことになるべく引きこもって暮らしております。

 COVID-19は恐るべき難敵ですが、これに対する新薬の開発は前例がないほどの急ピッチで進んでおり、早くも有力な候補が見つかってきています。その状況を、マイナビ薬剤師のサイトにて先月今月と書かせていただきました。興味のある方はご覧下さい。


 外出も控えなければならない昨今、蘇を作ったりアマビエを描いたりというのも、そろそろ飽きた頃合いではと思います。ということで、化学好きの方のためにフラーレンのペーパークラフトを考えてみました。

 下の写真にあるように、正三角形に切込みを入れて組むことで、フラーレン(ここではC70)が作れます。用紙には、炭素原子と結合の腕(青が単結合、赤が二重結合)をプリントしてあります。

C70

 型紙は下にありますので、ダウンロードしてプリントして下さい。紙は普通のプリンタ用紙でもできないことはないですが、少し厚めの画用紙やケント紙などがより適当と思います。

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 ハサミなどで、この紙を切ってバラバラの正三角形にします。で、3方向から半分に折り目をつけ、Y字型にたたみます。単結合(青線)の間を谷折りにしてたたんで下さい。

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 3ヶ所の点線に、真ん中の線のところまで切り込みを入れます。そして2枚のパーツの切り込んだところを、互いに差し込むように組んでいきます。下図右のように、裏から見た時に噛み合ったところがひし形に見えるように完全に差し込むと、これだけで外れなくなります。

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 この要領で、順次組んでいきます。注意すべきは、単結合は単結合どうし、二重結合は二重結合どうしで組んでいくことです。最後までこの組み合わせを満足するように組み上げるのは、結構パズル性があります。
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C70を上から見たところ


 もちろんC70だけでなく、C60やC84などあらゆるフラーレンが作れます。チャレンジしてみて下さい。ただ、このモデルでカーボンナノチューブやグラフェンを組んでもあまりしっかりしたものになりません。これはまた別のモデルを考えておりますので、後日また公開いたします。

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余った紙で作ってみたC24(実際には作られていないミニフラーレン)

 ということで、みなさまコロナに気をつけつつ、ぜひチャレンジしてみて下さい。

ダイヤモンド構造のペーパーモデル

 最近、埼玉大学の古川俊輔博士が立ち上げた「ARchemisT」というプロジェクトに参加させてもらっています。名前どおり、化学とアートの融合を目指すというもので、近くキックオフイベントなども計画しています。何しろ集まっているメンバーが面白く、大学の化学者やアーティスト、サイエンスバーの経営者などが顔を揃えて毎日(ネット経由で)ワイワイとやっております。いくつかコラボの話なども早速来ているとのことで、新しい展開もありそうです。

 活動資金のためのクラウドファンディングも行なっており、3Dプリンタを用いたオリジナル分子模型などリターンも充実しておりますので、ご覧いただければ幸いです。

 と、アート方面からの話をいろいろ聞いているうち、筆者も触発されてひとつ考えてみました。ダイヤモンドの結晶構造というのは、化学構造の中でも最も美しいもののひとつと思いますが、立体的な模型を見ないと真の美しさが伝わらないところがあります。分子模型は専門家以外にはそうそう手に入りませんし、かなり高価でもありますから、迫力のある大きな模型はなかなか目にすることができません。

 ということで、どうにかダイヤモンド構造を簡単に作れないかなと考えてみました。こちら。

dia2dia3
ミニバージョンのダイヤモンド構造モデル

 細長いジグザグ状の紙に、切り込みを入れて組んだものです。パーツの型紙はこちら↓。しゃれた作図ソフトなど持っておらず、エクセルで適当に描いた図なので若干不細工なのはご勘弁を。

Diamond

 なお型紙は次のような比率で作っています。1:√2の長方形をベースとすることで、炭素の結合角(約109.5°)を再現できますが、ここでは1:1.4で近似しています。

katagami

 型紙をクリックしてダウンロードし、硬めの紙にプリントアウトして下さい。ケント紙が最適です。線に沿ってカッターなどで切り、ジグザグのパーツを切り出して下さい。ジグザグの山の頂点に当たる方から、太い線に沿って紙の幅半分ほどの切り込みを入れます。

cut
ちょきん。全部切ってしまわないように。

 切り込みを入れた2枚の紙を差し込み、直交するように組みます。組み合わされたところが、炭素原子に相当します。

kumi
2枚を差し込む

 それぞれの切り込みに、下の写真のように紙を組み込んで行きます。
kumi2
一列組んだところ。

kumi3
グリッド状に組み上げる。

 こうして1段目を格子状に組んだら、積み上げるように次の段を組んでいきます。
kumi4
2段めを組んだところ。

 で、組み上げたのがこちらになります。
diamond

 まあアートなどというものではないですが、見る角度によって印象が変わり、なかなか造形として面白いと思います。アクリルやアルミなど素材を変えてみたらまた綺麗そうですし、木材で作ったらカラム立てなどにもご利用いただけます(笑)。教材などとして、ご活用いただければと思います。

 もう少し汎用性のある分子模型にできればということで、いくつか試作もしてみていますので、いいものができたらそのうち発表したいと思います。
sisaku
試作品のフラーレンなど

 最後になりましたが、ARchemisTはまだこの先どういう方向を目指すか、どう発展するかわからないところではありますが、化学コミュニティ発の新しい試みで、面白いものが出てくるのではと思っています。この先どうなって行くか、見守っていただければ幸いです。

ペプチドカップリング試薬のアレルギーについて

 2020年となりました。みなさま本年もよろしくお願いいたします。

今回は、先日気になる記事を見つけたのでご紹介を。ペプチドのアミド結合カップリングには、様々な試薬が使われます。カップリング試薬として最も古典的なのはN, N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)と呼ばれるもので、この試薬をカルボン酸及びアミンと混合するだけで脱水縮合を起こしてアミドが得られます。

DCC
DCCの構造

 ただしこのDCCは、発がん性が強い、塊状の固体となって取り扱いにくい、反応後にできる副生成物が不溶性で除去しにくいなど、さまざまな欠点があります。さらに厄介なことに、強いアレルギー誘発作用があり、皮膚のかぶれなどを引き起こすことも知られています。その作用は強烈で、同じフロアでDCCが使われているだけで、それを感知できてしまう人がいると聞いたことがあります。

 こうした数々の短所があるため、DCCは現在ではほとんど用いられなくなっており、これに代わる優れたカップリング試薬が多数開発されています。下に示した、HBTU(紫色がCH)やHATU(紫色が窒素)などの試薬が有名で、現在広く使われています。

HBTU
HBTUまたはHATU(右側はカウンターイオンのPF6-

 ところが最近、これらの新しいカップリング試薬にも、アレルギー誘発作用があるのではないかとの報告がなされました(C&ENの記事、JOC掲載の論文)。記事によれば、James Nowick教授の研究室に所属する大学院生が、これらのカップリング試薬を使っていて重度のアレルギー症状を発し、喘息のような発作が起きたとのことです。現在では、研究室のメンバーが服を着替えずに彼女に近づいただけで症状が出るといいます。

 なぜカップリング試薬がアレルギーを引き起こすのか?記事によれば、これら試薬が人体のタンパク質に作用し、修飾してしまうからではないかということです。反応によってタンパク質の構造が変化した結果、免疫系がこれを人体にない外敵のタンパク質とみなし、攻撃を始めるというメカニズムです。いわゆる金属アレルギーは、タンパク質に金属イオンが結合することでできたものがアレルゲンとなって発症しますが、これと似たような仕組みといえるでしょう。

 HBTUなどによるアレルギー症状が、どれくらいの頻度で起こるものかはわかりません。かつて筆者のいた研究所では、筆者を含めた多くの人がHBTUを使っていましたが、こうした話は聞きませんでした。おそらく、感受性は体質や環境にも左右されると思われます。

 また、この理屈であれば他のアミド結合形成試薬にも、同様な作用がある可能性があります。DIC(N, N'-ジイソプロピルカルボジイミド)はアレルギーを引き起こすとの報告があるようですが、WSCD(水溶性カルボジイミド)については筆者の身近では聞いたことがありません(それらしい話がありましたらご教示下さい)。このあたりは、溶解性や飛散のしやすさ、体内への吸収性なども絡んでくることと思われます。

DIC

WSCD
DIC(上)とWSCD(下)

 ということで、DCC以外のアミド結合形成試薬でアレルギーを発症する確率は、高いものではないと思われます。とはいえ、一度アレルギーを発症してしまえば、研究者の道を諦めざるを得なくなるような可能性もありえます。これら試薬にはこうしたリスクがあることを頭に入れ、マスクや手袋を装着してドラフト内で取り扱う他、試薬の分解廃棄を徹底するなど、より慎重に対応した方がよさそうです。
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