北大,圧電材料利用の有機合成手法を開発

北海道大学の研究グループは,圧電材料を利用した新しい有機合成手法を開発した(ニュースリリース)。

圧電材料は,機械的な圧力やひずみを与えられると,その表面に瞬間的に電気(ピエゾ電気)が発生する。この古くから知られている圧電現象は,身近な日常生活の中で,また医療や自動車から工業分野に至るまで極めて多様な分野にわたって使用されている。

例えば,台所で使われるガスコンロには,圧電材料に圧力をかけることにより電気を発生させ,電気の火花を飛ばして着火させるものがあり,同様にライターにもこのような仕組みを利用したものがある。

このように幅広い応用が知られている圧電材料だが,それらを有機合成反応に応用した例はほとんどなかった。圧電材料を利用することで,機械的な力を駆動力とする新しい化学反応が実現できる。

今回研究グループは,ボールミルという粉砕機を用いた化学反応に圧電材料を共存させることで,ピエゾ電気を利用する新しい有機合成反応を開発した。この反応には,圧電材料としてバリウムチタン酸,ボールミルにはRetsch製「MM400」を使用した。また,より簡単な方法として,圧電材料と有機化合物の混合物をビニール袋に入れ,かなづちで叩くことでも反応が促進されることがわかった。

また研究グループは,アリールジアゾニウム塩という有機化合物が圧電材料から発生するピエゾ電気により活性化され,対応するラジカルが発生することを見出した。これを利用することで機械的な力を駆動力とする新しいカップリング反応やホウ素化反応を開発した。

この反応は廃棄物,コスト,毒性や安全性が懸念される有機溶媒を必要としない上,空気中で簡便に実施することができる。また,この反応は幅広い基質に適用することができ,短時間で効率よく反応が進行する。

従来,化学反応を促進するために熱や光が利用されてきたが,この成果により機械的な力を化学反応に利用できるようになり,まったく未知の化学反応の実現が期待されるという。

また,この反応は有害な有機溶媒を用いずに実施できるため,化学製品,医薬品や機能性材料をより環境負荷を抑えた形で生産できるようになることが期待される。さらに,溶媒の乾燥・脱水によるコストがかからないことから,生産プロセスのコストダウンも期待できるという。今後は,計算科学や機械学習などを用いて性能の向上を目指すとしている。

その他関連ニュース

  • 芝工大,安価なウェアラブル体温発電素子を開発 2021年07月20日
  • 東北大ら,Wi-Fiで発電するスピントロニクス素子を開発 2021年05月20日
  • 原研ら,スピン熱電素子の重イオン線耐性を実証 2020年08月31日
  • 東北大,環境の温度変化で発電する素子を開発 2020年08月19日
  • 佐賀大ら,近赤外光を発する応力発光体を開発 2020年06月30日
  • 工繊大ら,汎用樹脂に高度の電気機械特性を発見 2020年06月30日
  • 原研ら,スピン流で流体発電現象の発電効率向上 2020年06月17日
  • 金沢大ら,有機ホウ素化合物と光で有機合成 2020年05月21日