計算機で観る分子の世界

― 基礎方程式の数値解法を用いた非経験的化学描像の構築 ―

はじめに

最近のナノテクノロジーや生命分子科学などの最先端分野では、

量子力学に基づく理論計算への期待がますます高まっています。

この研究室では、

計算機の中に分子を置き、分子の世界を「観る」ことから研究を始めます。

私たちはこれを 「計算機で観る分子の世界」 と呼んでいます。

この研究室で何をしているのか

当研究室では、量子化学の立場から、

• 分子の電子構造

• 化学反応のしくみ

• 酵素や触媒によって起こる反応

を、実験を行わずに理論的に調べています。

研究対象となるのは、

• 分子がなぜその形をしているのか

• なぜ特定の性質を示すのか

• なぜその反応が起こるのか

といった、化学の根本的な問いです。

大切にしている問い

この研究室では、次のような質問を特に重視しています。

• 分子は なぜ そのような構造を持つのか

• 分子は なぜ そのような性質を示すのか

• 分子は どのようにして 反応するのか

計算結果は、これらの問いに答えるための 手がかり です。

計算は「答え」ではなく「考える道具」

計算化学というと、

• 難しいソフトを使う

• 大きな計算を回す

というイメージがあるかもしれません。

しかしこの研究室では、

計算は答えを出すための機械ではなく、考えるための道具  

だと考えています。

• なぜこの反応は起こるのか

• どこで反応が分かれるのか

• 何が反応を支配しているのか

これらを、計算結果を見ながら一緒に考えます。

触媒や酵素の「しかけ」を見抜く

酵素や触媒は、不思議な働きをします。

• 反応を速くする

• 特定の反応だけを起こす

• 条件が変わると振る舞いが変わる

そこには必ず、

電子の動きやスピン状態に基づく“しかけ” があります。

この研究室の目標は、

酵素や触媒が持つ「しかけ」を見抜き、

それを応用して新しい反応を設計すること。

研究の進め方

研究は一人で黙々と進めるものではありません。

• なぜこのモデルにしたのか

• 何が分かっていて、何が分からないのか

• 次に何を調べるべきか

これらを言葉にしながら、一緒に整理して進めます。

質問すること、考えを共有することは、研究の大切な一部です。

この研究室で身につけてほしいこと

ここでの研究を通して、次の力を身につけてほしいと考えています。

• 分子や反応を 「なぜ？」 と考える力

• 計算結果をそのまま信じず、意味を考える力

• 分子の世界を、自分の言葉で説明する力

これらは、将来どの分野に進んでも役に立ちます。

おわりに

計算化学は、

目に見えない分子の世界を計算機を通して観察するための方法です。

触媒反応の仕掛けをみぬけ。  

この言葉は、研究テーマであると同時に、

一緒に分子の世界を考えるための合言葉です。

少しでも興味を持ったら、ぜひ気軽に声をかけてください。

三井化学、日鉄ケミカル＆マテリアル、三菱UFJリサーチ＆コンサルティング㈱、出光、筑波大学（助教）、三菱ケミカル、デンソー 、エネオス、DIC 、IBM 、アルプス電気、三菱ガス化学、日亜化学、小林製薬、昭和電工、NEC、富士通、日本触媒、デンカ、新日鉄住金機工、Sansan、野村證券、京セラ、三菱自動車、豊田自動織機、NTT西日本、カネカ、チッソ、半導体エネルギー研究所、ソニーセミコンダクタ、旭化成マイクロシステムズ、みずほ銀行、東京エレクトロン、特許事務所、宮崎県公務員、大学教員etc.

最近では、量子力学の原理基盤とする「遷移金属錯体を触媒とした物質変換反応」の研究課題に取り組んでいます。 この研究には約100台の専用計算機を駆使し、触媒反応の巧妙な仕組みを解明することを目指しています。「好奇心」を原動力に、計算機と理論の力で”触媒の面白い仕掛けを見抜け”をスローガンに日々革新的な成果を追求しています。