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研究科各専攻について

物質理学専攻 化学系

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有機化学研究室

有機化合物の革新的な新反応・新変換法の開拓を中心課題におきながら、有機化学のみならず材料科学、医農薬開発、生命科学の進展と理解に貢献することを目標としている。より直接的で無駄のない合成科学(直接的分子変換化学)を推進するとともに、より大きな骨格を意のままに作り上げられる科学(有機建築化学)への発展・進化をめざす、ユニークなものづくり研究を展開している。
キーワード:1)新反応、2)新触媒、3)生理活性化合物・医農薬・天然物、4)フラーレン・ナノカーボン、5)光電子機能性材料


機能有機化学研究室

ホウ素やケイ素をはじめとする一連の典型元素に注目し、個々の元素の特性を巧みに活かした分子設計と、有機金属化学的手法を用いた新しいタイプの反応開拓による効率的合成法の確立により、真に優れた機能性有機化合物の創製研究をすすめている。 この典型元素化学を基盤とした新物質合成から、有機エレクトロニクスや分子エレクトロニクスなどの材料科学への展開を目指す。


特別研究室

1)触媒・反応剤や新しいタイプの反応などの研究に基づく効果的合成法の創案 2)構造的に興味ある化合物の合成 3)重要化合物の真に効率的な合成 4)化学合成による有用な物性や新機能をもつ物質の発見と創出、および 5)生物的現象および生理活性の分子レベルにおける解明に焦点をおいて研究を行っている。


生物有機化学研究室

有機化学を基礎に、低分子から高分子に及ぶ生理活性分子或いは機能性分子の設計原理を考案する。これにより、物質創成を基盤としたイメージング法、蛋白質機能制御法、遺伝子機能制御法等の基礎技術革新を進めながら、化学的な視点から独自の手法で生命科学研究を展開する。 加えて、考案した方法論や開発した分子を医薬や診断技術に応用することを目指す。生命現象の解明を指向する研究において、市販の化合物や試薬キットを利用するのみでは、同様な成果を求める他の研究者と研究手法・研究結果が類似する。 このような状況下では、研究成果を挙げることが、競合する研究グループ間においての単なる時間勝負になりやすい。然しながら、有機化学を駆使し、“これがあったら新しい研究展開が望めるが現時点では世に存在しない”といった新規なバイオプローブや生理活性物質を創り出すことが出来れば、より独創的な研究展開が可能になると考える。 本研究室で推進する研究の大きな特徴は、細胞内外で機能する化学的分子メカニズム(生体内有機化学反応)の考案である。 独自の分子設計を達成するために、核酸構造、タンパク質構造や生体分子の反応メカニズムを熟知し、コンピューターモデリングの利用や有機理論化学に基づいた合理的分子デザインを進める。


物理化学研究室

ナノメータースケールのナノカーボンは、21世紀の物質科学を担う物質・材料である。 C60フラーレン、金属内包フラーレンやカーボンナノチューブ、フラーレン・ナノチューブのハイブリッド物質(ピーポット)、グラフェンおよび金属ナノワイヤー内包のカーボンナノチューブを中心とするフラーレン・ナノチューブ・グラフェンや他の2次元原子層の新規のナノ・スケール多面体物質の創製と探索を行う。 構造、電子物性、磁気特性や輸送特性などから多面的な解明を行う。また、これらのナノカーボン物質を基幹素材として電気・電子デバイスや材料ナノテクノロジーへの展開を行う。


光物理化学研究室

コヒーレントな光のもつ性質を駆使し、先端的分光手法による孤立系やバルク物質における新奇現象の発見、化学反応過程の開拓と制御に向けた研究を行い、物質科学の新たな展開を目指す。特に、1)数サイクル高強度レーザーパルスあるいはレーザー高次高調波によるアト(10-18)・フェムト(10-15) 秒領域の超高速分子ダイナミクスの可視化、2)波系制御した高強度レーザーパルスを反応場とした新奇化学反応過程の開拓とそのコントロールを推進する。


物性化学研究室

本研究室では、「物質合成」「基礎物性探索」「デバイス展開」研究を縦断的に行い、有機伝導体や磁性体に顕著な電子ー格子相互作用や電子ー電子相互作用を起点とするデバイス特性を追求し、新しい有機エレクトロニクスを追及している。 その一方、トランジスターや光電セル、電気化学セル構造をつくり込むことによって有機伝導体・磁性体に効率的な電荷注入を行い、これによって新たな分子物性を開拓する。 「有機伝導体・磁性体研究」⇔「有機エレクトロニクス研究」の双方向研究から、基礎と応用において win-win の成果を目指す。


量子化学グループ

トランスフォーマティブ生体活性分子、ナノマテリアルの物性や自己集積機構、単一分子の励起状態、溶液内や生体環境における化学反応、生体内における生体イメージングシステムなど,主に大規模複雑系に着目した理論研究を進めている。これらのメカニズムを原子、電子レベルで解明するためには量子化学、統計力学に基づく研究が重要である。 そこで我々は、基底状態だけではなく励起状態における量子化学計算、分子動力学シミュレーション、統計力学的手法である積分方程式理論、さらに構造活性に関する解析など複合的なアプローチを進めている。 これらの解析は市販の計算パッケージだけでは実行できない場合も多く、新規手法の開発およびプログラム開発も行っている。様々な理論的手法を駆使し、かつ他の実験研究室とも協力しながら物理化学現象の原子・分子レベルでの理解を目指して研究を進めている。


分子組織化学研究室

生体システムの中に見られる大小様々なビルディングブロック分子は、化学的な多様性があり、また、近年の合成化学やバイオテクノロジーのめざましい進展により、これらの分子への様々な化学修飾や、目的にあった配列やサイズの生体高分子の合成が可能になってきた。 そこで、生体に見られる階層的な化学システムから発想を得ることにより、金属錯体などを機能素子とした新しい物質の構築原理の創製、それに伴う機能の創出を目指している。またこれらを、ナノ(分子)レベルの変化とマクロレベルの現象論が双方向に制御できる化学システムの構築へと展開する。


無機化学研究室

様々な化学合成反応において、触媒は極めて重要な働きを担っており、新しい触媒の創成は、物質合成のキーワードである。金属錯体、金属ナノ粒子、酸化物、酵素などの様々な無機物質群を用いた新しい触媒創成を行う。 また、先端計測、分光法を用いて、触媒の構造や働きを分子の視点で理解することを目指す。無機化学、物質科学、触媒化学、化学反応学、分光計測等の幅広い分野の視点から、触媒や物質変換を理解するための研究を展開する。


生物無機化学研究室

酵素反応の作用機構を解明することは容易ではない。しかしながら、複雑な酵素反応でも、個々の反応素過程は化学の言葉で精密に記述されるべきものである。 そこで、金属酵素の構造と機能発現の解明を目的に、1)金属錯体モデルと 2)金属酵素およびそのミュータントによる総合的な研究を進めている。さらに、3)天然にはない合成金属錯体をタンパク質内部に埋め込み、新たな人工金属タンパク質や有機金属酵素の創成と機能賦与の研究を行っている。


物理無機化学グループ

この研究グループでは、化学の科学としての側面を大切にした教育と研究を展開している:量子論に基づく無機化学構造論、化学反応理論、溶液論、反応速度論、電子移動反応論等に関する充実した基礎教育を基盤とし、錯体化学と溶液化学に関する定量的基礎研究を通して、定量分析技術を身につけた問題解決能力の高い人材を育成している。 研究例として、新規有機配位子の精密設計と合成ならびに幾何学構造や配位環境の異なる金属錯体の電子状態と構造および反応性の定量的関係の体系化に関する研究、反応場(媒質の粘性/誘電特性/配向特性)の違いを利用した複雑な反応過程の分離と能動的反応制御に関する研究がある。

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