【コラム】化学の歴史―第3部
2020/05/13
記事
情報共有
化学と社会:爆発的な組み合わせ
19世紀初頭、ヨーロッパでは産業革命が最盛期を迎えていました。化学産業と研究との緊密な連携―当初は主にフランスで、その後他のヨーロッパ諸国がこれに続きました―は、両分野における急速な進歩をもたらしていました。化学産業が成長するにつれ、化学は社会においてより高い注目を集めるようになりました。「化学の歴史」シリーズの第3部・第4部では、19世紀以降における化学、産業、そして社会の関係について考察します。
生体の化学
19世紀初頭における最も重要な化学者の一人が、イェンス・ヤコブ・ベルセリウス(1779~1848年)です。このスウェーデン人科学者は、実験室での技術を改良し、元素分析のための方法を開発しました。大規模な体系的分析を実施することにより、彼は事実上すべての既知の無機化合物の分子式と、その時点で発見されていた元素の原子質量を決定しました。また、H(水素)、O(酸素)といった元素記号も、彼のおかげで私たちが手にしているものです。彼の表記法と現在使われている表記法との唯一の違いは、ベルセリウスが分子式中の元素の比率を、現在私たちが目にする下付き文字ではなく上付き文字で表していたことです(例:H2Oの代わりにH2O)。
これに加え、彼は生物の化学についても広範に扱い、これを「有機化学」と名付けました。生気論の支持者であったベルセリウスは、生きている生物のみが有機物質を生成することができると確信しており、このプロセスには「生命力」が必要であると主張していました。彼の弟子の一人であるフリードリヒ・ヴェーラーの発見は、後にこの仮説に疑問符を投げかけることになります。
無機物から有機物へ―それは可能なのか?
1828年、フリードリヒ・ヴェーラー(1800~1882年)は、無機試薬から有機化合物の合成に初めて成功した人物でした:シアン酸アンモニウムを加熱することにより、彼はその有機異性体である尿素を作り出すことができました。これにより彼は、有機物質が実験室内で作り出せること、そしてしたがって人間が自然を模倣し操作することができることを示しました。19世紀が進むにつれ、ますます多くの有機合成が可能になっていきました。
ヴェーラーによる尿素の合成は、革命的なものでした。今日、尿素は年間1億5000万トンの規模で工業的に製造されています。とりわけ、皮膚科用製品やポリマー産業で使用されています。
ヴェーラーとリービッヒ:実り多い友情
ヴェーラーは、1825年に雷酸銀とシアン酸銀をめぐる論争を解決したことをきっかけに、ユストゥス・フォン・リービッヒ(1803~1873年)と友情を育みました。両物質は同じ分子式を共有していますが、リービッヒが発見した雷酸銀は高い爆発性を持つ一方、ヴェーラーのシアン酸銀はそうではありません。彼らは最終的に、ある化合物中の原子の種類と数だけでは、その物質を特徴づけるには不十分であり、原子の配置も考慮する必要があることを確認しました。相互の尊敬の念とともに、こうしてリービッヒとヴェーラーは異性現象を発見しました。しかしながら、分子構造の決定は、当時はまだ不可能でした。
1832年、この2人の研究者は共同で、いわゆるラジカル説を打ち立て、これが現代有機化学への道を開きました。この説は、有機物質が原子の集団から構成されており、これを彼らは「ラジカル」と呼んだと主張するものでした。これらは化学反応の間も変化せず、反応物間で単に交換されるだけです。「ラジカル」という用語は現在の化学では異なる意味を持っていますが、これと非常によく似た原理は今日でも残っています:官能基です。
過リン酸石灰が農業に革命をもたらす
1840年頃、パリのソルボンヌ大学でゲイ=リュサックのような偉大な人物のもとで学び、フランスにおける科学と産業の共生関係を経験していたリービッヒは、基礎研究に背を向けました。その代わり、彼は生理学と農業における有機化学の研究を始めました。彼は、植物が(大気から得られる二酸化炭素を除き)成長に必要な栄養素を土壌から抽出していることに気づきました。この発見から、彼は農業に革命をもたらす実用的な意味合いを導き出しました。彼の研究を通じて、リービッヒは科学的な観点から肥料の必要性を初めて確立した人物となりました。彼の研究はまた、肥料中にどのような栄養素が存在すべきかを決定することも可能にしました。これには単純な有機化合物だけでなく、塩類などの無機物質も含まれていました。この知見に基づき、リービッヒは最初の人工肥料である過リン酸石灰を開発し、これにより農業収量が飛躍的に増加しました。
リービッヒの過リン酸石灰肥料は、今日でも使用されています。しかしながら、新たな発見のおかげで、現在では植物や土壌条件に基づいて必要な栄養素を供給できる、多種多様な肥料が存在しています。
ケクレ:夢想家か、それとも作り話をする人か?
リービッヒの弟子たちは、基礎化学研究を行うことで彼の遺志を受け継ぎました。その一例が、アウグスト・ケクレ(1829~1896年)です。彼は、ケクレの家族が思い描いていた建築家になる道を選ぶ代わりに、ギーセン大学在学中にリービッヒに触発されて化学を学ぶことを決意しました。1858年、ケクレは炭素原子が互いに直接結合し、鎖を形成する能力を認識しました。これにより、有機物質中に見られる少数の元素が、どのようにしてこれほど多様な有機物質を形成できるのかが説明されました。1865年、ケクレはベンゼンの構造についての発見も発表しました。
ケクレ自身の発言によれば、彼の画期的な着想は両方とも夢からの着想であったとされていますが、この背後にある真実については議論があります。ケクレは、当時化学者や実業家の間で優勢だった文化を軽視した知識人とみなされています:実用的で実証主義的な考え方が広がりつつあり―それは想像力の余地を全く与えない、盲目的な経験主義の感覚でした。
化学史家であるクリストフ・マイネルは、ケクレを称える式典でのスピーチで初めて語られたこの夢の逸話の真実性に疑問を呈しています。彼はこう述べています:「ケクレの、いわゆる『 グリュンダーツァイト(創業時代)』として知られるこの歴史的時代の心性、そしてベルリン社会の家父長制的な見方に対する両価的な態度は、彼のスピーチにあまりにも明確に表れている。ケクレが『諸君、夢を見ることを学ぼうではないか!』という言葉で自らのビジョンについての語りを締めくくる時、プロイセンの官僚機構、グリュンダーツァイトの産業界、そして当時のエリート主義的な大学を代表する出席者たちの顔ぶれを考えれば、その皮肉を無視することは非常に困難である」[1]。
人工着色料:すべてはベンゼンのおかげ
ケクレの逸話が実際の出来事に基づいていたかどうかにかかわらず、彼によるベンゼン構造の発見と、それが化学にとって持つ重要性を否定することはできません。有機・芳香族構造についての知識により、同じ分子の体系的な合成が可能になりました。化学者たちの仕事は、自然からの物質の単離から、人工物質の合成へと、ますますシフトしていきました。ベンゼン構造の発見後、着色料産業は活況を呈しました。これにより、多種多様な人工色素を製造できるようになったためです。例えば、インディゴの製造は、経済的に重要な工業プロセスとなりました。
着色料の合成は、1900年頃に発明されて以来、その重要性を失っておらず―実際、事態はむしろその逆です。着色料は、数多くの特性・機能に向けて継続的に開発されてきました。これにより、着色料は、その原始的な前身よりも本質的に複雑なものとなっています。
第二次世界大戦前後における化学の進歩について知るには、本シリーズの最終記事をご覧ください。以下のリンクをクリックして、第4部へお進みください。
参考文献
[1] Sponsel, R. and Rathsmann-Sponsel, I. Kekulés Traum. Über eine typisch-psychoanalytische Entgleisung Alexander Mitscherlichs über den bedeutenden Naturwissenschaftler und Chemiker August Kekulé (1829-1896), Mitschöpfer der Valenz-, Vollender der Strukturtheorie und Entdecker der Bedeutung des Benzolrings. Alternative Analyse und Deutung aus allgemeiner und integrativer psychologisch-psychotherapeutischer Sicht. http://www.sgipt.org/th_schul/pa/kek/pak_kek0.htm(2016年8月15日にアクセス)。
