本申請課題は、科学技術を支える主要な元素である一方で排出規制物質でもあるホウ素化合物をターゲットとし、水溶性ホウ素の濃縮・分離・回収に優れ、なおかつ検出機能を兼ね備えた高次機能化樹脂の開発を目指す。具体的には、(A)申請者が近年開発した穏和なpH制御による定量的なホウ素の捕集・脱着が期待される『キレート配位子-陽イオンハイブリッド機能樹脂』のさらなる機能性向上と、(B)この樹脂にさらにホウ素センシング部位を導入した『三元ハイブリッド機能樹脂』を創製する。必要しない環境調和型ホウ素分離-回収技術の実現、(2)樹脂中のホウ素の捕集具合が視覚的にわかる検出機能による利便性の向上、さらには(3)水溶性ホウ素の簡易検出・定量センサーへの展開など、環境にやさしく汎用性の高い分離・分析ツールとなることが期待される。おいて数多く開発されているが、これらの開発研究では「反応を利用する」点に主眼が置かれており、より本質的な課題であるボロン酸と糖の反応活性種の特定や詳細な反応機構の解明は全く行われて来ていない。本研究の目的は、ボロン酸センサーの究極的なターゲットである血糖中のD-グルコースを特異的にセンシングするための基礎研究として、(1)「フェニルボロン酸とD-グルコースの反応の反応活性種の特定と反応機構の解明」を行い、D-グルコースの特異的センシングのモデル反応として、(2)「ジボロン酸とD-グルコースの反応の反応活性種の特定と反応機構の解明」を行うとともに、(3)「D-グルコースを特異的に検出可能な高発光性ジボロン酸金属錯体試薬の開発」を行うことである。目指し、その礎となる高次機能化樹脂の開発と分離能評価を行う。具体的には、ホウ酸とのキレート錯体生成能が高いキレート配位子部位と、ホウ酸キレート錯体陰イオン生成後の負電荷を中和する対陽イオン部位を含む高次機能化樹脂を開発し、ホウ素の分離・回収効率の飛躍的な向上を目指す。おいて数多く研究開発されているが、それらの研究は発光効率の改善に主眼が置かれており、「反応をいかに効率よく進行させるか?」といった基礎化学的研究は全く行われていない。本研究では、反応速度論を用いて、センサーとして働いているのはボロン酸なのかボロン酸イオンなのかを特定し、また、それらが糖のどの異性体を検出しているのかを特定することにより、センシングのメカニズムの詳細な解明を行った。その解明結果に基づき、より効率の良い検出が可能なボロン酸を含む高発光性金属錯体を合成し、反応に伴う発光特性の変化を利用して糖類の高感度定量を試みた。導入し、従来困難であった簡易比色定量を目指す。金属錯体の配位特性と酸化還元反応に着目した全く新しいホウ素検出法に挑戦する。(4年次配当、12単位)教育の理念(なぜやっているか:教育目標):物質を対象とする自然科学分野である化学について、知識面と技術面の両面から「物質を取り扱う実体験を通した化学の専門知識・技能の修得」を目指している。そのためには、単なる暗記で終わるような“散逸的な知識・技能の蓄積”にせず、かつ、将来の財産となる“体に染みついた知識・技能”を修得できるように常時工夫を凝らしている。教育の方法(どのようにやっているか:教育の工夫):2年次までに化学の基盤知識・技能を習得し、3年次でこれらを応用・発展させ、4年次の卒業研究を通じて化学に関する自立的思考力と問題解決能力を醸成できるよう立案している。2年次の講義・実験科目は基盤事項を徹底的に習得させる機会と位置づけ、講義では「理想の授業ノート」を作成し、これを敢えて毎回すべて板書し、それらを書き写させて各自の授業ノートを作らせている。毎回の小テストを通じた短いスパンの反復学習と、授業全体の演習問題を略解とともに配布して自らの力で解かせる長いスパンの反復学習をさせている。実験では、実験化学の共通基盤技能である「物質を正確にはかる・移す・混ぜる」を反復練習により“体得”させている。同じ内容の反復は苦痛なため、異なる実験テーマで反復練習できるよう内容吟味し、履修学生が能動的に技能習得できるよう配慮している。3年次の講義は“知識の応用”を念頭に、過去に習った事項を他分野の観点から解説するよう心がけている。このような内容は専門書には記述されていないため、独自の資料を作成して投影および資料配布し、疑問の投げかけや演習を通じて「基盤知識をつなげて応用的に思考する力」を養っている。4年次の卒業研究では、実験を計画し、実行し、結果を検証し、次の実験指針を立てる、といったPDCAサイクルを各自で実行する“サポート”を念頭に、進捗効率よりも、各自が責任をもって研究を進めている実感を持てるようアドバイス・叱咤激励を施すよう心がけている。教育方法の評価・学習の成果(どうだったか:結果と評価):2年次の実験科目は「厳しい」との声が一部で上がっている。これは、安全を担保した正しい実験技術を習得させる上で、人命の危険につながる行為に対して厳しく指導していることが主因と思われる。多くは「きちんとした実験技術が身についた」と評価している。2年次講義科目の「板書による授業ノート作成」は高評価であり、3年次講義科目のプロジェクター投影による授業が必ずしも高評価ではないのが興味深い。3年次科目での異分野からの視点での独自解説は、本来の知識の理解につながった、との評価もある。改善点・今後の目標(これからどうするか):実験科目については、日々発展する化学技術において、身につけておくべき基盤技術として実験内容が適切かを常に検証する必要がある。講義科目については、一見して低評価になりがちな板書に対する担当科目の評価の高さの理由を検証しつつ、相対的に低評価となった科目のプロジェクター投影資料による授業方法の改善について検討を進める必要がある。