「正方形分子を組み上げた3次元周期構造の合成に成功～微小結晶電子回折法（MicroED）によって精密な構造を解明～」
自然科学研究機構分子科学研究所の瀬川泰知准教授を筆頭とする研究グループ（名古屋大学、大阪大学、総合研究大学院大学の研究者も参加）は、剛直な正方形分子「テトラシクロペンタテトラフェニレン（TCTP）」を設計・合成し、これをスピロホウ素連結によって組み上げることで、高結晶性の3次元共有結合性有機構造体「TCTP-COF」を開発しました。微小結晶電子回折法（MicroED）による構造解析により、この構造体が「nboトポロジー」を持つサイコロ状の周期構造であることを世界初で原子レベルで解明しています。
出典：科学技術振興機構（JST） 2026年7月11日 プレスリリース（掲載誌：Science Advances／DOI: 10.1126/sciadv.aeg6230）
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260711/index.html
今回のテーマである「共有結合性有機構造体（COF：Covalent Organic Framework）」とは、有機分子どうしを強い化学結合（共有結合）でつなぎ合わせ、規則正しい多孔性の構造を作る材料のことです。分子の設計次第で細孔のサイズや形を制御できるため、ガス貯蔵・分離、触媒、エレクトロニクスなど幅広い応用が研究されている材料分野です。
研究グループは、「テトラシクロペンタテトラフェニレン（TCTP）」という剛直な正方形の分子を設計・合成しました。分子の形状を正方形に固定することで、これを組み上げた際にできる3次元構造を予測・制御しやすくする狙いがあります。TCTP分子どうしをスピロホウ素連結（ホウ素原子を介した特定の立体構造を持つ結合様式）でつなぐことで、高い結晶性を持つ3次元構造体「TCTP-COF」を構築しました。
研究グループは、微小結晶電子回折法（MicroED）という手法を用いて、TCTP-COFの構造を解析しました。MicroEDは、通常のX線結晶構造解析では扱いにくい極めて微小な結晶でも、電子線を使って原子レベルの構造情報を得られる手法です。解析の結果、TCTP-COFは「nboトポロジー」と呼ばれる位相幾何学的な構造を持つ、サイコロ状の周期構造であることが世界で初めて原子レベルで解明されました。
今回の成果は新規材料の合成と構造解明という基礎研究段階であり、発表内容に具体的な応用製品や実用化時期への言及はありません。分子設計を工夫することで狙った3次元構造を組み上げる手法と、それを微小結晶のまま解析できるMicroED技術の組み合わせは、今後の多孔性材料研究の基盤技術として参照される可能性があります。詳細な実験データ・論文情報はJST公式ページおよびScience Advances掲載論文をご参照ください。