年次活動報告書 2012 ブロック玩具の教育利用「化学反応式のブロック玩具による翻訳」所属京都大学大学院工学研究科名前堀越亮使って作り分けられている。ここでは、ジルコノセン触媒とプロピレンのブロックモデルを使って、立体制御されたポリプロピレンのモデルが組みあがる様子を解説した。ブロック玩具で遊ぶとき、たくさんのブロックを使って建物や動物を組み立てるのも楽しいが、動く部品を組み込んで自動車や飛行機を組み立てて、それらを動かせば、楽しさはさらに増していく。これまでにも、ブロック玩具は化学教育の現場に登場してきたが、主に分子模型の代替品として化学の「静」の部分、分子構造や集積構造を説明するのに利用されてきた。本研究では、ブロック玩具の動く部品とマグネットを組み合わせたブロックモデルを使って化学の「動」の部分である化学反応（特に触媒反応）を説明する方法を開発することを目的とした。近年の日本人化学者のノーベル化学賞受賞により、触媒化学に興味を持って講義に臨む学部学生が多いが、その複雑さゆえ講義内容を難しいと感じ、徐々に興味を減じている者もいるようだ。学部学生の触媒化学への興味を繋ぎ止め、高校生が触媒化学を学ぶためのはじめの一歩を提供する、そういった楽しめて分かりやすい教材の開発を目指した。ブロック玩具を用いて、下記の触媒反応の分かりやすい説明方法を開発した。メタロセン触媒の形状とポリプロピレンの立体規則性との相関（左）化学式で描いたもの（右）ブロック玩具で表現したもの ―ルテニウムーカルベン錯体によるオレフィンメタセシス反応一般に原子間の結合の数が増えれば、その結合強度が増し切断することが困難になるが、いくつかのルテニウム―カルベン錯体は、炭素－炭素間の二重結合を選択的に切断・再結合することができる（オレフィンメタセシス反応）。ルテニウム―カルベン錯体を使って環状オレフィン（二重結合を持つ輪状の化学種）を連結し高分子を得る手法は ROMP と呼ばれる。ここでは、ルテニウム―カルベン系触媒の一つ、グラブス触媒を用いたシクロペンテンの開環重合のモデルを作製した。 ―メタロセン触媒の形状とポリプロピレンの立体規則性との相関ポリプロピレンはその立体構造から三種類に分類されており、私たちが普段の生活で目にするポリプロピレンは iPP と呼ばれ、高分子鎖の一方の側にメチル基（とげ）が張り出す構造を持つ。残りの二つは、sPP、 aPP と呼ばれ高分子鎖に対して、それぞれメチル基が互い違い、ランダムに張り出す構造を持つ。この三種類のポリプロピレンは、ガス状のプロピレンを原料として、異なる形状を持つ三種類のメタロセン触媒を -1- 年次活動報告書 2012 ―パラジウム触媒を用いたクロスカップリング反応パラジウム触媒やニッケル触媒を用いて炭素－炭素結合を生み出す、クロスカップリング反応を利用して化石燃料から多くの有用な製品が生み出されている。2010 年に当該分野がノーベル化学賞を受けたこともあり、化学系学生のみならず高校生や一般からの関心も非常に高い。ここでは、根岸クロスカップリング、Stille クロスカップリング、そして、薗頭―萩原クロスカップリング反応を表現できるモデルを作製した。 ROMP による高分子鎖の伸長の様子（左）化学式で描いたもの（右）ブロック玩具で表現したもの ―BINAP―ルテニウム錯体による触媒的不斉水素化反応香料や医薬品として利用される分子のいくつかは鏡像異性体を持ち、一方の異性体が香味や薬効を持つことが知られているが、通常の有機合成では鏡像異性体が１：１の割合で含まれるラセミ体が得られてしまう。古くは植物などから有用な一方の異性体のみを抽出していたが、触媒的不斉水素化反応の開発と発達とともに、有用な異性体を大量生産することが可能となった。ここでは、BINAP–ルテニウム錯体を用いた β-ケトエステルの不斉水素化による β-ヒドロキシエステルの合成のモデルを作製した。ケトエステルが配位した BINAP-ルテニウム錯体の模式図（左）化学式で描いたもの（右）ブロック玩具で表現したもの -2- 根岸クロスカップリングの例（左）化学式で描いたもの（右）ブロック玩具で表現したものまとめここで紹介したブロック玩具による教材だけでは、触媒化学を深く理解することは難しいが、教科書の記述や教員の解説と組み合わせれば、楽しく分かりやすい授業が構成できる。本研究により得られた成果のいくつかは、化学教育誌に投稿中であり、大学のセミナーや高高等学校での講義の様子等学校での出張授業などで紹介してきた。将来的には、オープンコースウェアや YouTube を使って、ブロックの動きを収めた映像を世界へ配信していく。