image credit: Fred Zwicky, University of Illinois at Urbana-Champaign

　アメリカ・インディアナ大学の研究者らが、新しいパワフルな分子を開発した。それは液体に含まれている塩化物を捕えて、抽出することができる。

　塩化物とは、塩素が電子を得ようと他の元素とペアになったときに形成される化合物のこと。私たちにとってもとても身近なもので、たとえば塩化ナトリウムという食卓でおなじみの塩がそれだ。

　今回開発されたものは、従来の塩トラップ分子と似たような構造を持ちながら化学結合力の点で100億倍にも強化されたもので、将来的に地球の大問題を解決する切り札になるかもしれない可能性が秘められている。　
・淡水系で拡大する塩汚染

　「この分子が1グラムの100万分の1もあれば、塩を捕捉することができます」と研究の中心人物ユン・ リュウ氏は話す。

　ただ塩を捕捉できるくらいで、地球の大問題を解決する切り札になるとはどういうことだろうか？
　
　じつは人口が増加の一途をたどる地球では、淡水系に塩が浸出して、利用可能な飲み水が減少するという深刻な問題が生じている。

　たとえばアメリカ地質調査所は、同国内だけでも年間272メートルトンの溶解固形物（塩など）が淡水系に流れ込んでいると推定している。


Piotr Krzeslak/iStock

　その原因とされるのは、原油抽出の際の化学処理、道路用塩や硬水軟化剤の利用、自然による岩石の風化などだ。

　ここで少し想像してみてほしい。およそ19リットルの水を永久に汚染するためには、わずかティースプーン1杯の塩があれば十分なのだということを。

　問題の深刻さがすこしはわかってもらえるはずだ。


・旧型の100億倍の威力を誇る塩トラップ分子

　地球の救世主になるかもしれない「塩のトラップ分子」は、6つのトリアゾール（窒素、炭素、水素で構成された5員環）で構成されており、塩化物を捕えるにはぴったりの”3次元ケージ”を形成している。

　かつて2008年に、リュウ氏が所属する研究室では、4つのトリアゾールで作られた、平らなドーナツのような2次元塩トラップ分子が開発されたことがある。

　だが新開発の分子の力は桁外れだ。さらに2つのトリアゾールを追加したところ、その塩捕捉力が100億倍にも一気に跳ね上がったというのだから。


image credit: Fred Zwicky, University of Illinois at Urbana-Champaign

・高剛性構造が威力の秘密

　新しい分子のユニークなところは、塩化物と安定して結合させておくには従来の窒素-水素結合に比べて弱すぎると考えられてきた、炭素-水素結合を利用しているところだ。

　だが、この炭素-水素結合式ケージは予想に反してがっしりしており、中心に塩化物イオンを引き込めるだけの真空を形成する。

　それとは対照的に窒素-水素結合式ケージの場合、もっと柔軟な作りになり、中心の真空に塩化物を引き込むにはエネルギーを使わねばならない。その結果として塩の補足性能で劣ることになる。

　この剛性の高さは、捕えた塩化物がなくなった後に形状を維持する上でも役立つ。これが一層の効率性と多用途性を与えてくれる。柔らかい窒素-水素結合式ケージではこうはいかず、潰れてしまう。


image credit: Fred Zwicky, University of Illinois at Urbana-Champaign

・再現性の確認も完了済み

　ついでに再現性があるのもポイントだ。

　この分子を一番最初作り出したときは1年近くもかかった。そうなると、分子が実験の結果として形成されたのかどうかを確かめるために数ヶ月を要することになるために、前途は多難と思われた。

　だが再度実験を繰り返したところ、数ヶ月後にきちんと再現することができたのだ。

　古代ギリシャ数学者アルキメデスは、新発見をしたとき「エウレカ！」と叫んだそうだが、リュウ氏もまたケージ分子の発見はエウレカの瞬間だったと語っている。

　この研究は『Science』に掲載された。

References:Building a better salt trap: IU researchers synthesize a molecular 'cage' to trap chloride: News at IU: Indiana University/ written by hiroching / edited by parumo