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2025年ノーベル化学賞

229日前原文(nobelprize.org)

概要

2025年ノーベル化学賞は、 Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi の3名が受賞 彼らは 金属有機構造体（MOF） という新しい分子アーキテクチャを開発 MOFは 大きな空洞 を持ち、分子の出入りを可能にする 水の収集、CO₂の回収、医薬品の運搬など多用途 研究成果は 化学分野に革新 をもたらした

金属有機構造体（MOF）の誕生と応用

  • MOF は、金属イオンと有機分子を組み合わせた 多孔性結晶構造体
  • 分子の出入りが自由な 大きな空洞 を内部に持つ
  • 水分子の収集、CO₂や有害物質の吸着・除去、医薬品の運搬など 多様な用途
    • 砂漠の空気からの水収集
    • 水中の汚染物質やPFASの除去
    • 水素やCO₂の貯蔵
    • 果物のエチレンガス吸着による熟成遅延
    • 環境中の抗生物質分解酵素のカプセル化

Richard Robsonの発想と革新

  • 1974年、分子模型の作成中に 分子構造の規則性 に着目
  • 原子の性質を活かして新しい分子構造体を設計できると発想
  • ダイヤモンド構造 をヒントに、銅イオンと4本腕分子を組み合わせた 多孔性結晶 を開発
  • 1989年、Journal of the American Chemical Societyで発表
  • イオン交換や分子の出入りが可能な 新しい分子材料 の概念を提唱

Susumu Kitagawaの挑戦と進化

  • 「役に立たないものにも価値がある」 という信念
  • 1992年、銅イオンを用いた2次元多孔性材料を発表
  • 研究資金獲得に苦戦するも、 1997年 にコバルト・ニッケル・亜鉛イオンと4,4’-ビピリジンを使い 三次元MOF を開発
    • 水分を除去しても構造が安定し、ガスの吸着・放出が可能
  • 1998年、MOFの 柔軟性 に着目し、従来のゼオライト（硬い材料）との差別化を明確化
  • 柔軟なMOFの開発・応用を推進

Omar Yaghiの分子設計革命

  • ヨルダン出身、 アメリカで化学を学ぶ
  • 従来の化学合成の偶然性を嫌い、 論理的設計 による材料創出を目指す
  • 1992年、Arizona State Universityで研究グループを設立
  • 1995年、金属イオンと有機分子を組み合わせた 二次元MOF を発表
    • ゲスト分子を取り込んでも安定な構造体の実現
  • MOFの 設計自由度 と 応用範囲 の拡大に貢献

MOFの社会的インパクトと今後

  • 数万種類以上 のMOFが設計・合成されている現状
  • 環境・エネルギー・医療など多分野での応用可能性
  • 柔軟性・多機能性・設計自由度の高さが 次世代材料科学 の発展を牽引
  • 今後の 新機能材料開発 への期待

まとめ

  • MOF は、分子レベルでの 空間設計 が可能な革新的材料
  • Robson の発想、 Kitagawa の柔軟性の追求、 Yaghi の論理的設計が融合
  • 環境・エネルギー・医療など 多様な分野 での応用が進行中
  • 2025年ノーベル化学賞 受賞は、分子アーキテクチャの新時代到来を象徴

Hackerたちの意見

そういえば…これってすごく面白い素材だよね。実際のメンガー・スポンジみたいで、内部表面積がめちゃくちゃ広い。15年くらい前、脱硫触媒を作ってる会社でインターンしてたときに、扱いやすい空気安定型のやつをいくつか作ったんだ。流体と固体触媒の反応は触媒の表面で起こるから、表面積が大きいほど反応速度が上がって、より良いってわけ。文献からランダムにMOFを再現しようとしたとき、会社のみんながその異常な表面積に驚いてたのを覚えてる。手順を（下手に）守って、内部表面積が本当にすごく大きいって測っただけで、最高評価をもらったんだ。ヤギさんたち、あなたたちのMOFはいつまでも思い出に残るよ。

└

... 手順を（下手に）守って、内部表面積が本当にすごく大きいって測っただけで、最高評価をもらったんだ。これらのことを実験するのは全然OKだけど、もし業界で使いたいなら、特許が取られてて高いライセンス契約を結ばなきゃいけないって心配しないといけないんじゃない？

MOFはここ10年くらい化学界の「ホットな話題」だから、驚くことじゃないね。受賞者たち、おめでとう！

有機化学を使って素材をデザインするって、これ以上クールなことはないよね。自分だけのレゴブロックをデザインして、巨大な構造に自動で組み立てさせるんだから。

とてもよく書かれた説明だね。ただ、いくつか気になる点があった：1. 「metal–organic」の部分、テキストにハイフンは入ってないよ。2. 省略されたアポストロフィはどういうこと？「the ions and molecules inherent attraction to each other mattered」って。ごめん、こんなことにコメントするべきじゃないってわかってるけど、良い文章なのに気が散っちゃう。

└
  1. 最近、ハイフン、エンダッシュ、エムダッシュの違いを理解してる人はほとんどいないよね。それに、インターネット上でフォントや文字セットを変えると、さらにエラーが生まれる。ハイフンとエンダッシュには「-」、エムダッシュには「--」を使うってことで落ち着ければいいけど、なぜかタイプライター時代から続いてないんだよね。Microsoft Wordが大きな原因かも。2. これは言い訳にならないね。
└

(2)はただのタイプミスだけど、(1)の「metal–organic」はエンダッシュが正しく使われてるから、これは嬉しいね。彼らはツイートでも一貫してエンダッシュを使ってるし、素敵だよ。 （Wikipediaには「Boston–Hartford route」や「Bose–Einstein statistics」の例が載ってるよ。 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dash&oldid=131217... ）

└

おそらくスウェーデンの人たちが書いたんだろうけど、私たちもいろんなところで-sの接尾辞を使うけど、基本的にアポストロフィは使わないから、英語を書くときに正しく使うのがちょっと難しいんだよね（逆にスウェーデン語に戻ると、間違ったところに入れちゃうこともあるし）。

記事で使われてる単位にちょっと混乱してるんだけど。例えば：> 数グラムのMOF-5はサッカー場と同じくらいの面積を持ってる。グラムはもちろん質量の単位で、サッカー場はおそらく2次元の空間の単位だよね。これらがどう関係してるのか、誰か分かる？ 1気圧で標準的なサッカースタジアムを満たすガスの量を数グラムのMOF-5が保持できるっていうのは想像できるけど、その説明はちょっと無理がある気がする。

└

内部の表面積のことだね。たとえば、10グラムのスイスチーズには、穴の平均的な表面積がXあるって感じ。

└

フットボール場のサイズのすごく薄い毛布を、小さなボールに丸めた感じを想像してみて。

MOFsについては、物理化学や無機化学の世界でジョークみたいなものがあるんだ。実際の応用はJACSの論文を生み出すことだけっていうね。ちょっと残念な賞だけど、今年は化学者に行ったからまあいいか！

└

もし将来的にMOFsが高度な薬物送達に使えることが分かったらどうなるだろう？こんな治療法を想像してみて：患者が磁気テーブルに横たわり、特定の薬を含むMOFsを血流注射で投与される。選ばれた金属はMOFが磁性を持っている。磁気テーブルがゆっくりとMOFsを薬が必要な体の部分に導いて、薬が体に吸収される間、そこに集中させる。もしMOFsを取り除く必要があるなら、手順を逆に行うことができる。患者の血液を抜いて、MOFsを注射部位に導く。外部装置が血液からMOFsをフィルターして、フィルターされた血液を患者に戻す（血液損失を最小限に抑えるため）。この治療法は1-2時間かかるかもしれなくて、薬を投与するもっと効率的な方法になる可能性がある。なぜなら、薬が全身に散らばるのではなく、主にターゲットの臓器や部位に影響を与えるから、介入の結果が良くなり、副作用も少なくなるだろう。

受賞者の皆さん、おめでとう！本当にお疲れ様です。記事は良い簡略説明をしてるけど、私の短い説明はこう：スポンジのような多孔質材料は、表面積がめっちゃ広いから、主に2つの理由で役立つんだ。1) 反応速度を速めること、2) 分子（水、CO2、汚染物質など）を捕まえたり放出したりすること。表面積が多いほど価値があるよね。以前は、最も表面積が広いのはゼオライトだったんだけど、これは自然に存在するアルミノケイ酸塩鉱物で、合成もされてるんだ。合成はほとんど試行錯誤で作られてる。MOFsは数点でユニークで、まず一つは、私たちがいくつかの特性を予測できるように合理的に設計された分子で、二つ目は、表面積がゼオライトよりもずっと高いこと。ゼオライトは測定方法によって10-1700 m²/グラムの範囲で、ほとんどは20-400の間だけど、MOFsは1000-7000以上だよ。残念ながら、MOFsはまだかなり高価で、最先端のものだから、たくさんの表面積が必要なときはゼオライトを使わざるを得ないけど、最近は手に入れやすくなってきた（今はアマゾンで買える！）し、簡単に作れるMOFsの価格も近い将来下がると思う。

「ああ！」という瞬間の話は、もっと物理的にアイデアを遊ぶ方法を見つけたくなるね。> ワークショップが木のボールを返してきたとき、彼は分子を作ることを試した。そこで彼は洞察の瞬間を得た。穴の配置には膨大な情報が詰まっていたのだ。モデル分子は、穴の位置のおかげで自動的に正しい形と構造を持っていた。この洞察が次のアイデアにつながった：個々の原子ではなく、異なるタイプの分子をつなげるために原子の固有の特性を利用したらどうなるだろう？

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「確かにあなたは冗談を言っているに違いない」で、リチャード・ファインマンは、良い研究アイデアが思いつかない乾燥期をどうやって終わらせたかの話をしている。彼はカフェテリアにいて、誰かが滑って皿を空中に投げてしまった。ファインマンはそれが回転しているのを見て、揺れがあることに気づき、その比率を計算できるか考えた。彼が計算した数学の部分には特に目的はなかった。でも、それが後にノーベル賞を受賞する仕事に不可欠だったんだ。遊びの価値を過小評価しちゃいけないよ！