WEBVTT

00:00:03.060 --> 00:00:12.780
こんにちは、かねまるです。 プラントライフは、化学プラントの技術者が、科学を軸に、皆さんの視野を広げていく番組です。

00:00:14.520 --> 00:00:22.840
まずは、前回前々回と調子を崩してたような放送を出していたんですけど、復活しました。

00:00:24.240 --> 00:00:29.340
今は元気です。 花粉症が残ってるぐらいですね。

00:00:30.660 --> 00:00:36.440
それも、ゼッカ治療を今期受けるんで、どんどん元気になっていく予定です。

00:00:38.100 --> 00:00:48.360
せっかく復活しましたので、2月のモノづくり系ポッドキャストの日の共通テーマ、3次元についてお話ししようと思います。

00:00:50.300 --> 00:01:04.800
まず、モノづくり系ポッドキャストの日っていうのは、その名の通り、モノづくり系のポッドキャスターが共通テーマに沿って話す企画なんですけど、今回の共通テーマが3次元。

00:01:06.360 --> 00:01:09.400
3次元っていうと、皆さん何を思い浮かべますか?

00:01:09.400 --> 00:01:21.540
モノづくりの領域だと、他の方はやっぱり3Dプリンターとか、3D CAD、図面の製作のソフトですね。

00:01:23.080 --> 00:01:28.320
そして3Dシミュレーター、そういった話が多い印象です。

00:01:30.180 --> 00:01:36.660
私は少し経路を変えて、科学の世界で3次元の話をします。

00:01:38.040 --> 00:01:47.580
この3次元っていう概念は、文字通り私たちの命や生活を左右するほど極めて重要なテーマなんです。

00:01:48.760 --> 00:01:57.180
そこで今回は、科学式は3次元で見るべし、興味深い立体科学の世界をお届けします。

00:01:58.580 --> 00:02:08.280
私たちが学校で習う科学式、例えば水はH2Oとか、二酸化炭素はCO2ですね。

00:02:09.620 --> 00:02:16.400
そういう科学式っていうのは、紙の上に書かれた2次元の姿にすぎません。

00:02:17.980 --> 00:02:24.280
実際の分子は縦・横・高さ、3次元の立体物です。

00:02:25.520 --> 00:02:35.840
厳密にはちょっと違うんですけど、原子を棒る科学結合を棒に見立てて、分子のモデルを作っていきます。

00:02:36.880 --> 00:02:40.360
市販品の分子模型ってありますね。

00:02:41.720 --> 00:02:50.180
その分子模型を使って分子を組み立てると、紙で書いたのと全然違う形になるんです。

00:02:51.460 --> 00:03:01.460
そして、分子の3次元的な違いによって薬が毒になったり、匂いが変わったりします。

00:03:02.940 --> 00:03:08.000
興味深い3次元・立体科学の話を始めていきます。

00:03:14.100 --> 00:03:20.160
まず、分子がなぜ3次元構造をとるのかっていうところから始めていきます。

00:03:21.820 --> 00:03:32.620
例えば、都市ガスの主成分であるメタンはCH4、炭素を中心にして4つの水素がくっついています。

00:03:33.920 --> 00:03:49.280
紙に書くと真ん中に炭素Cがあって、その中心から上下左右十字架みたいに90度の角度でH水素がくっついています。

00:03:50.660 --> 00:03:56.640
でも現実のメタンっていうのは静止面体という形をとっています。

00:03:57.800 --> 00:04:05.020
正三角形が4枚くっついたピラミッドみたいな立体の形をしてまして、

00:04:05.360 --> 00:04:17.020
ピラミッドの中心部に炭素Cがあって、ピラミッドの各頂点、先端部分に水素Hが存在するような形です。

00:04:17.840 --> 00:04:20.360
なぜそんな形をとるんでしょうか。

00:04:22.100 --> 00:04:25.260
それは電子の反発が原因です。

00:04:26.120 --> 00:04:35.180
もともと分子模型として棒と玉で立体構造を作るという話をしました。

00:04:36.640 --> 00:04:42.920
原子同士をつないでいるのはマイナスの電荷を持った電子です。

00:04:44.280 --> 00:04:50.940
ただの玉とか棒じゃなくて電気的な反発があるようなものなんです。

00:04:52.040 --> 00:04:59.260
マイナス同士は反発し合うので、4つの水素原子は3次元空間で、

00:04:59.860 --> 00:05:04.940
それぞれが一番遠ざかるような場所に位置するようになります。

00:05:05.580 --> 00:05:13.180
お互いの反発が少なくて一番落ち着くような場所が静止面体の形だったということです。

00:05:16.690 --> 00:05:20.690
ここから立体化学のもっと詳しい話をしていきます。

00:05:21.750 --> 00:05:26.030
皆さんは自分の右手と左手を見比べてみてください。

00:05:27.770 --> 00:05:35.150
形はそっくりですけど、右手に左手用の手袋って入らないですよね。

00:05:36.730 --> 00:05:46.570
基本的に形は一緒なんですけど、鏡写ししたように反対を向いているような、そんな関係があります。

00:05:47.870 --> 00:05:56.530
立体化学の世界にも右手と左手のような、基本的な化学構造は同じだけど、

00:05:57.030 --> 00:06:03.850
鏡写ししたような形になってぴったり重ならない、そういう分子があります。

00:06:05.210 --> 00:06:08.950
化学の世界ではキラルと言います。

00:06:11.210 --> 00:06:17.070
このキラルな化合物が私たちの生活にどう影響するかと言いますと、

00:06:17.070 --> 00:06:20.490
分かりやすいのが匂いです。

00:06:21.810 --> 00:06:24.310
例えばリモネンという分子があります。

00:06:25.970 --> 00:06:30.630
右手型のリモネンと左手型のリモネンがあるということです。

00:06:32.250 --> 00:06:42.630
キラルな化合物は分子の名前の頭にDやL、もしくはRとSという形で区別をつけます。

00:06:44.620 --> 00:06:48.900
Dリモネンはオレンジの爽やかな香りがします。

00:06:50.340 --> 00:06:57.340
反対にLリモネンは松の葉みたいな少しツンとした香りがします。

00:06:59.100 --> 00:07:06.160
化学構造式は一緒で立体的な違いがあるだけで、なぜ香りが異なるのか。

00:07:07.940 --> 00:07:16.660
それは人間の鼻の奥にある嗅覚の受容体というものが三次元の構造になっているからです。

00:07:18.060 --> 00:07:22.200
私もものすごく詳しいわけではないんですけど、

00:07:23.400 --> 00:07:34.140
カギである分子の三次元的な形が異なることで別のカギ穴に入ってしまって脳が違う匂いとして認識するんです。

00:07:35.920 --> 00:07:51.280
今回は例として匂いを挙げましたけど、体の中っていうのはこういう右手と左手、キラルを使って認識を分けているようなシチュエーションが山のようにあります。

00:07:52.920 --> 00:07:56.740
そしてその認識方法はもっと複雑です。

00:08:00.440 --> 00:08:05.720
こうした三次元的な違いが悲劇を生んだ歴史があります。

00:08:07.100 --> 00:08:09.720
それがサリドマイド事件です。

00:08:11.300 --> 00:08:17.880
サリドマイドという妊婦のつわり止めとか睡眠薬として販売されていたんですけど、

00:08:18.780 --> 00:08:23.940
サリドマイドという分子にも右手型と左手型がありました。

00:08:25.560 --> 00:08:30.160
片方のサリドマイドには目的とした鎮静作用があって、

00:08:30.920 --> 00:08:44.560
もう片方のサリドマイドには胎児の手足に深刻な障害を与える危険な子供が生まれやすいという効果があったんです。

00:08:46.680 --> 00:08:57.220
当時の製造プロセスだと右手型と左手型が一対一で混ざっているラセミ体という形で合成をされていました。

00:08:58.860 --> 00:09:03.180
それがそのまま薬として流通していました。

00:09:04.920 --> 00:09:15.000
本来であれば右手と左手、両方ではなく効果のある片方だけを入れて販売するべきだったということです。

00:09:16.620 --> 00:09:23.760
じゃあどうやって分けるのか、片方だけ作るのかという話を最後にして終わります。

00:09:26.920 --> 00:09:38.340
サリドマイドの教訓もあって、現在では特定の三次元構造を持つ分子、片方だけを狙って製造することが求められています。

00:09:40.330 --> 00:09:46.370
現在流通している医薬品というのは、おそらく多くがキラルな分子だと思います。

00:09:47.970 --> 00:09:53.710
基本的な化学構造は一緒なので、反応の仕方というのも一緒です。

00:09:55.170 --> 00:09:59.230
だからこそ作るのが難しいんですよね。

00:10:00.290 --> 00:10:08.170
何も気にせず反応させると、右手と左手が一対一のラセミ体になってしまいます。

00:10:09.690 --> 00:10:14.350
そこで登場するのが不整合成と呼ばれる技術です。

00:10:16.090 --> 00:10:19.950
この不整という言葉は無理に覚えなくてもいいんですけど、

00:10:21.150 --> 00:10:31.450
右手と左手を特徴づける炭素を不整炭素と言ったりするので、その関係で不整合成と呼ばれています。

00:10:32.770 --> 00:10:43.950
この不整合成で有名なのが、日本のノーベル科学賞を受賞した野良理良二先生が開発したキラル触媒バイナップです。

00:10:45.630 --> 00:10:58.470
この触媒はそれ自体が特徴的な三次元構造を持っていて、右手型や左手型専用の胃型みたいな感じで働きます。

00:10:59.750 --> 00:11:04.330
このバイナップのおかげで大量生産ができた例があります。

00:11:05.490 --> 00:11:07.930
それがエルメントールです。

00:11:09.710 --> 00:11:13.150
ガムとか歯磨き粉に使われている成分ですね。

00:11:14.790 --> 00:11:23.010
2020年に公開された資料でも、1年間に2000トンのスケールで作っていると記載があります。

00:11:24.430 --> 00:11:29.330
つまり、1年間に200万キログラムということです。

00:11:30.650 --> 00:11:47.550
右手と左手、今回のメントールで言うとD体とL体のメントールをちゃんと作り分けられるこのメリットは、工業的に分離する作業の手間がだいぶ減るということです。

00:11:49.050 --> 00:11:53.110
基本的な分離の方法として上流があります。

00:11:54.550 --> 00:11:57.490
それは不定の違いを使います。

00:11:58.930 --> 00:12:09.270
もしくは抽出ということで、溶媒、つまり水とかアセトンへの溶けやすさの違いで分離する。

00:12:10.330 --> 00:12:18.470
その他にもクロマトグラフィーというサイズとか電気的な違いで分離するような操作があります。

00:12:20.970 --> 00:12:28.510
ただ、今回みたいなキラルな分子っていうのは基本的に物性がほぼ同じです。

00:12:29.550 --> 00:12:35.590
今挙げた分離方法だと、ほとんど物性が一緒だと分離ができません。

00:12:37.330 --> 00:12:41.250
そこでキラルクロマトグラフィーという技術が使われます。

00:12:42.850 --> 00:12:53.030
左手型もしくは右手型の分子だけを吸着する特殊な3次元フィルターみたいな小さい粒がありまして、

00:12:53.850 --> 00:13:00.930
それを筒の中に詰め込んで分離したい成分が溶けた液体をその筒の中に通す。

00:13:01.830 --> 00:13:08.950
そうすることで片方の分子だけが引っかかって先にもう片方の分子が出てくる。

00:13:09.550 --> 00:13:10.710
そんな仕組みです。

00:13:12.230 --> 00:13:18.110
このクロマトグラフィーという技術はキラルな分子以外にも使われておりまして、

00:13:18.930 --> 00:13:28.870
分子のサイズが大きいものを捕まえるものだったり、電気的に極性があるものを捕まえたり、いろいろあります。

00:13:30.490 --> 00:13:39.490
どちらかというと、クロマトグラフィーの中でキラルクロマトグラフィーがちょっと特殊な部類に入ると私は認識しています。

00:13:45.940 --> 00:13:55.500
今回はものづくり系ポッドキャストの日の共通テーマ3次元にちなんで、立体化学についてお話ししました。

00:13:57.040 --> 00:14:05.120
この話は本当に導入的な話で、キラルっていうのはものすごく奥が深いです。

00:14:06.420 --> 00:14:16.300
螺旋型の分子とか、キラルな光を出す分子とか、個人的に話したいことがいっぱいあります。

00:14:17.820 --> 00:14:37.580
今回の話を踏まえて、まず紙に書いた分子の形っていうのは、3次元にすると形が変わる、もしくは複数種類の形が見えてくるという場合があるということを覚えておいてください。

00:14:39.670 --> 00:14:46.210
今回はここまでです。プラントライフでは化学や工場に関するトピックを扱っています。

00:14:47.550 --> 00:14:55.170
配信は毎週水曜日と日曜日の朝6時です。もしかしたら前後する可能性もあります。

00:14:56.670 --> 00:15:01.410
番組への質問やご感想は概要欄のお便りからお待ちしています。

00:15:02.530 --> 00:15:10.590
そしてもしこのプラントライフがいいなと思っていただけたら、番組のフォローや各ポッドキャストアプリから評価をお願いします。

00:15:12.510 --> 00:15:20.310
Xでシェアしていただくときは、ハッシュタグプラントライフをつけてもらえると嬉しいです。すぐに見に行けます。

00:15:21.850 --> 00:15:28.290
最後にお知らせです。ノートにてメンバーシップかねまるのここだけの話を公開しています。

00:15:29.070 --> 00:15:39.330
発信活動の試行錯誤や技術者としてのキャリアなど、オープンな場では少し話しにくいけど残しておきたい本音をお届けしています。

00:15:39.870 --> 00:15:42.710
興味のある方はぜひ覗いてみてください。

00:15:43.890 --> 00:15:45.930
それではお聞きいただきありがとうございました。