理学部 化学科
松原 世明 教授
Matsubara Toshiaki

研究分野 量子化学、計算化学、理論化学

出身地/岐阜県
血液型/O型
趣味/サッカー観戦
子供の頃の夢/学者になること
尊敬する人/アインシュタイン
好きな音楽/バッハ、モーツァルト
好きな食べ物/ニンニク料理、メキシコ料理、ギリシャ料理

理学部 化学科 松原世明教授

目に見えない、ミクロの世界を扱う量子化学は、
チャレンジ精神や発想力が求められるからこそ面白い!

電子の振る舞いを考える量子化学の基礎を学ぼう

「基礎物理化学Ⅰ」と「化学表現Ⅲ」を担当しており、「基礎物理化学Ⅰ」では、1年生を対象に量子化学の基礎を講義しています。この量子化学は、量子力学をベースにしていて、物理化学の中でも特にとっつきにくいものだと思います。大学院生を対象とした授業でも説明に困るくらいですから、1年生相手にどう教えるか、今、試行錯誤しているところです。それというのも量子化学は、電子の振る舞いを考えること、つまりミクロの世界の話なのです。私たちが生活する世界とはかけ離れていますから、直感的に理解することが難しい。また、そのような量子化学の世界を記述する数式もわかりにくいものです。例えば、学生がこの授業で最初に出会う数式は、「Hψ=Eψ」というものです。この一見、簡単そうに見える数式は、電子の世界が記述できるというものですが、なぜこうなるのかはわかりません。こういう数式が教科書に突然出てきます。そのため、学生も戸惑ってしまうのです。ですから私はなるべく、どういう流れでこの数式や基礎理論ができてきたのかということを話すように心がけています。私自身、学生の頃に量子力学の授業を受けて、わかりにくかったという思い出がありますからね。

また、「化学表現Ⅲ」では、英語で書かれた化学論文を読む練習をしています。4年生の卒業研究では、英語の化学論文を読まなければなりません。ですから特に物理化学の専門用語やそれに関係する英文に慣れることを目指して、授業をしています。どのようにしたら英語を読むことができるようになるか、これも私自身の経験を踏まえて教えています。

研究には、予測通りになる面白さと、予測を裏切る面白さがある

研究では、有機反応や触媒反応、酵素反応などの化学反応が、どのように起こるのかを量子化学計算を用いて、理論的に解析しています。ひとつは、分子の大きいタンパク質や酵素を、ONIOM法という量子化学計算法を用いて解析しています。また、分子は本来、振動していますが、量子化学計算ではそのことを考えずに、止まっている状態の構造やエネルギーを計算で求めていきますので、分子の振動も考えて計算してみようという研究も行っています。この研究では、私が開発したONIOM分子動力学法を応用して、新しい分子理論を提唱しようと取り組んでいます。まだまだ発展途上の研究ですが、解析手法の開発とそれを応用した分子理論の両方を研究しているところです。

こうした量子化学の分野を研究する魅力には、予測通りになる面白さと、逆に予測通りにならなかったことで得られる結果の面白さが挙げられます。計算化学や理論化学の場合、目に見えない世界を人間が考えた近似で計算して解いているわけですから、必ず予測や理論のアイデアを持って取り組む必要があります。何が出てくるかを予測することや、もしだめな場合は別の新しい発想を考えるということを、常にしなければなりません。そうした自主性や開拓精神みたいなものが特に必要とされる分野ですし、なおかつそこが、この分野の一番面白い部分です。学生の皆さんには、ぜひ、そういう量子化学や物理化学の醍醐味みたいなものを知ってもらいたい。また、それらを学び、研究することは、チャレンジ精神やさまざまな独創性のある発想力を身に付けることにもつながるはずです。それらを培って、社会に羽ばたいていってほしいですね。

ONIOM法とONIOM分子動力学法の原理と応用についてまとめた論文を掲載した著書
ONIOM法とONIOM分子動力学法の原理と応用についてまとめた論文を掲載した著書『Handbook of Computational Chemistry Research』Charles T.Collett and Christopher D.Robson編、Nova Science Publishers、New York(2010)

ルクセンブルクで購入したペアのコーヒーカップ
1992年から1年間、フランスに留学していたとき、訪れたルクセンブルクで購入したペアのコーヒーカップ