『The Chemistry Book』（2016年）は、青銅器時代の最初の進歩から、クリーンで再生可能なエネルギーが日常の現実となる未来の可能性まで、化学の歴史を巡るツアーへと私たちを誘います。世界を変えた出来事や発見について学びましょう。
この章の要点：化学における最も重要なマイルストーンを巡る旅。
化学の学位がなくても、この分野が魅力的な人物、予期せぬ展開、そして劇的な発見に満ちていることはご存知でしょう。時には、ダイナマイトの発明のように皮肉な出来事もあれば、ラジウムの本質の発見のように悲劇的なものもあります。
『The Chemistry Book』に登場する250の出来事すべてを紹介することはできませんが、特に記憶に残るハイライトと驚くべき詳細をお届けします。これらの発見と画期的な瞬間は、人類史の絶頂期とどん底期、つまり私たちが称賛し続ける出来事と、将来の世代への痛ましい教訓として役立ってきた出来事に及びます。この章では、以下のことを学びます。
- 「gibberish（ちんぷんかんぷん）」という言葉の化学的起源
- 青色油絵の具をめぐる不可解な謎
- 水素燃料の実用化を阻む課題
人類の化学における成果は青銅器時代に始まった。
私たちの惑星は、常に驚くべき化学プロセスの舞台でした。メキシコの洞窟、クリスタルの洞窟を埋め尽くす2階建ての高さの結晶を例にとってみましょう。これらの巨大な柱は、一般的な鉱物である石膏が、マグマで熱せられた水に浸かり、その後氷河期に何世紀もかけて冷却されたときに何が起こるかを示す、驚異的な例です。その洞窟は、奇妙なSF映画のワンシーンのようです。
しかし、これらは人間の関与を全く必要としなかった、実在する、驚くべき、実物大の化学反応の例なのです。人類初の化学的発見が何であったかを言うのは難しいでしょう。初めて人為的に起こした火だったのでしょうか？ それとも、傷を癒すために初めて植物を使った時でしょうか？ ここでのポイントは：人類の化学における成果は青銅器時代に始まった、ということです。 銅はすでに基本的な道具に使われていましたが、紀元前3300年頃、私たちは青銅という、より優れた、より強く、より耐久性のある素材を発見しました。
基本的に、青銅は銅に錫が加わることで生まれます。そして、この組み合わせを可能にしたのは、移動と交易でした。紀元前2000年頃、イングランド南西部のコーンウォール産の錫が地中海に現れ始めました。やがて、メソポタミアのより大胆な金属加工職人たちが、鉛、ニッケル、銀、そして銅など、手元にある材料で実験を始めたのです。ついに、青銅が誕生しました。時が経つにつれて、ギリシャ人は混合物に鉛を増やして青銅を加工しやすくし、その後、亜鉛が加えられて真鍮が作られるようになりました。
歴史を通じて変化はあったものの、青銅は常に鐘に選ばれる金属であり、今でも標準的なドラムキットのシンバルに見られます。紀元前1300年頃、青銅器時代は鉄器時代へと移行しました。しかし、これは鉄が優れた金属と見なされたからではありません。実際には青銅の方が硬く、腐食に対してはるかに強いのです。実際のところ、鉄の利点は入手しやすさでした。初期の鉄技術は、木炭と鉄鉱石を加熱し、炉の底に粗い製錬鉄の塊を作るというものでした。
その後、不純物は文字通り叩き出されました。これは常に労働集約的なプロセスであり、炉を高温で燃やし続けるために大量の送風を必要としました。このような条件を得るために、一部の製錬作業は、モンスーンのような定期的な強風を利用するために季節限定で行われていたと考えられています。しかし、それにもかかわらず、鉄の製錬能力は急速に広まりましたが、遠く離れたインドやサハラ以南のアフリカのような場所では、互いに独立して技術を発展させた可能性もあります。
古代の化学者は、しばしば黄金と永遠の命への望みを抱き、精製技術を進歩させた。
誰が最初の化学者だったのかは永遠に分かりませんが、文書化された最も古い化学者の名前はあります：タプティです。紀元前1200年頃のものとされる粘土板によると、タプティはミルラやバルサムなどの原料から香水を作ったバビロニアの女性の名前でした。彼女はまた、調合物を加熱して蒸気を集めることで精製しました。したがって、紀元前1200年は、蒸留とろ過を含む精製プロセスへの最初の文書化された言及と見なすことができます。
鉄の製錬と同様に、多くの文化が香水の作り方を知っていました。しかし、他の分野や技術に関しては、古代世界には秘密が溢れていました。ここでのポイントは：古代の化学者は、しばしば黄金と永遠の命への望みを抱き、精製技術を進歩させた、ということです。 紀元前550年まで、エジプト人のような人々は、単に水を使って破片を洗い流し、金の粒を集めていました。そこにリディアのクロイソス王と、金を精製する新しい技術が登場します。エレクトラムと呼ばれる金銀合金を用いて、リディア人は純金を精製しました。
彼らの精製方法の正確な詳細は、歴史家や考古学者によってまだ解明が進められています。このプロセスはおそらく文書化されていないリディアの秘密であったため、まだ多くのことが不明です。しかし、一つ確かなことは、彼らが手持ちのものを最大限に活用したということです。溶融鉛と塩を使用して、彼らは貨幣を生み出しました。そのプロセスは金の含有量を薄めたかもしれませんが、神話の人物、英雄、動物を硬貨に刻印することで、彼らは価値を確立し、クロイソス王に安定したかなりの利益をもたらしました。紀元前210年頃、漢王朝の始まりまで早送りしましょう。
ここで、水銀の初期の使用が見られます。これは精製を必要としない奇妙な液体金属です。大量の水銀を重要な方法で最初に使用したのは、伝説的な「秦の始皇帝」として知られる嬴政でした。始皇帝が自分の墓のために作らせた、テラコッタで成形された大規模な地下の兵士の軍隊をご存知かもしれません。その墓には、彼の宮殿の縮尺模型も含まれており、水銀が流れるミニチュアの川まで完備されていました。
皮肉なことに、秦の始皇帝は不死への misguided な試みとして、水銀を含む薬を服用していたかもしれません。現在、私たちは水銀が実際に有毒であること、特に身体への吸収を容易にする化合物において有毒であることを知っています。悲しいことに、これが知られるようになるまでには長い時間がかかり、水銀はしばらくの間、医薬品の原料として使われ続けました。
何百年も理解されなかった古代の技術もあれば、いまだに謎のままのものもある。
漢王朝の始まりから終わりまで、つまり西暦200年頃まで進みましょう。この頃、本物の磁器が登場します。この時期以前にも、あらゆる種類の印象的な陶磁器がありましたが、磁器ほど美しいものはありませんでした。磁器を作るには、骨灰、粉砕ガラス、石英、アラバスターまたは長石、そして中国南西部の村にちなんで名付けられたカオリン粘土の混合物が必要です。
磁器はまた、適切な量の水と極めて高い熱を必要とします。ここでのポイントは：何百年も理解されなかった古代の技術もあれば、いまだに謎のままのものもある、ということです。 その後の数世紀で磁器の生産が拡大しても、正確な比率と寸法は厳重に守られた秘密でした。1300年代までに、磁器はついにヨーロッパに渡りましたが、それでも中国国外の誰も、この完璧な芸術品を再現する方法を知りませんでした。努力が足りなかったわけではありません。ついに1708年、ドレスデンで投獄されていた錬金術師、ヨハン・フリードリッヒ・ベトガーが、医師、物理学者、哲学者であったエーレンフリート・ヴァルター・フォン・チルンハウスと共に、その秘密を解き明かしました。
突破口が開かれたのは、2人がついに輸入カオリン粘土とアラバスターを入手できた時でした。この業績により、ベトガーは自由を勝ち取り、新しい磁器工場の責任者の地位を得ました。西暦800年頃までには、多くの科学の進歩がイスラム文化と中国文化で起こっていました。この分野の指導者の一人は、西洋で「ゲーベル」として知られる人物でした。彼のフルネームはアブー・ムーサー・ジャービル・イブン・ハイヤーンで、現在のイラクに住んでいました。「ゲーベル」は錬金術だけでなく、数秘術、占星術、医学も実践していました。
イブン・ハイヤーン、そして彼の後を追う多くの錬金術師にとっての究極の目標は、賢者の石でした。彼は、適切なエリクサーさえあれば、どんな金属も分解して別の金属に再形成できると信じていました。このエリクサーは賢者の石として知られるようになり、正当な科学者がその探求を諦めるまでには、しばらく時間がかかりました。しかし、ゲーベルについて私たちが知っていることの多くは、彼の名を使って原稿を書いた多くの追随者を惹きつけたという事実によって曖昧になっています。この著作の多くは、解読がほぼ不可能なシンボルや暗号化された言語を使用していました。実際、この奇妙な錬金術言語から「gibberish（ちんぷんかんぷん）」という言葉が生まれたのです。
善意や高潔な意図が、時に意図せぬ結果を招くことがある。
イブン・ハイヤーンが鉄を金に変えようとしていた一方で、中国の錬金術師たちも金属の変換を試みていました。こうした努力と、寿命を延ばすエリクサーへの絶え間ない探求が、全く別のもの、つまり火薬をもたらした可能性が高いです。ここでのポイントは：善意や高潔な意図が、時に意図せぬ結果を招くことがある、ということです。 火薬の最初の兆候は、西暦850年頃のものとされる道教の文献に見られます。
1044年までに、中国の軍隊はこの爆発性物質の複数の製法を持っていました。主要な材料のうち、硫黄と木炭の2つはほとんどの錬金術師の研究室に必ずあったはずなので、それは時間の問題だったとも言えます。欠けている材料は酸化剤、すなわち硝酸カリウムです。これは硝石として知られる鉱物を使用するか、あるいは洞窟のコウモリの糞の縁で見つかった可能性があります。いずれにせよ、いったん発見されれば、その爆発の可能性はすぐに明らかになったでしょう。火薬のニックネームはやがて「中国の雪」となり、モンゴル帝国の拡大がこの秘密を他の世界帝国に広めるまで、長い間、軍事機密であり続けました。
1326年までに、最初のヨーロッパ製の銃が戦争のルールを永遠に変えることになります。もちろん、火薬は寿命を延ばすエリクサーにはなりませんでしたが、16世紀までに、この方向へのいくつかの進歩がありました。1538年、スイスの錬金術師であり哲学者であったパラケルススの努力のおかげで、毒性学の分野が始動しました。ほとんどの錬金術師がまだ金や銀を作ることに固執していた一方で、パラケルススは自分の意図は「ただ、薬の中にどのような効能と力があるのかを考察すること」だと言いました。彼は、外部からの作用物質が人間の健康に影響を与えている可能性をいち早く認識した人物の一人でした。鉱夫の研究を通じて、彼は有毒な蒸気が、邪悪な山の精霊ではなく、彼らの肺の問題を引き起こしているかもしれないと示唆しました。
1540年、ドイツの植物学者で医師のヴァレリウス・コルドゥスが、エチルアルコールと硫酸を混ぜてジエチルエーテルを作り出しました。同じ年、パラケルススは、エーテルの蒸気が動物に与える影響、つまり意識を失わせることに言及した論文を発表し、いずれは人間にも使用されるだろうと考えました。彼の予言は的中しました。1840年代に、エーテルは最初の外科用麻酔薬となり、また医学生たちの「エーテル遊び」の基盤ともなりました。
17世紀には、世界を変える発展が、厳密な科学への移行に先立って起こった。
医薬品化学の歴史におけるもう一つの重要なマイルストーンは、1631年に訪れました。その年、イエズス会の宣教師たちが新世界への旅からローマに戻り、驚くべき新薬を持ち帰りました。それは、南米のキナノキの樹皮から得られた化合物でした。この薬は後にキニーネとして知られるようになります。
ここでのポイントは：17世紀には、世界を変える発展が、厳密な科学への移行に先立って起こった、ということです。 ローマは毎年、無数のマラリア患者に苦しんでいましたが、人々はまだこれを、蚊の蔓延する沼地と結びつけていませんでした。ほとんどの人は、「悪い蒸気」が原因だと考えていました。それがmal-aria（悪い空気）の実際の意味です。ボリビアとペルーのケチュア族は、震えや悪寒といった症状を治療するためにこの樹皮を使用していましたが、これらはマラリアの兆候の2つです。そして、キニーネは筋肉弛緩剤として作用しますが、後にマラリアとの闘いに非常に効果的であることが証明されました。この薬はマラリア原虫を直接攻撃することが判明したのです。
正確なメカニズムはいまだ謎に包まれていますが、キニーネはゲームチェンジャーでした。1620年から1630年の間に、スペインはイエズス会の宣教師を通じてキニーネの恩恵を知ることになりました。ヨーロッパの植民地勢力は、未知の世界の致命的な要素に対する保護を得て、進出できるようになりました。しかし、良い面としては、キニーネは非常によく研究された化合物になりました。何世紀にもわたり、この薬を合成しようとする試みが有機化学の分野を前進させるのに役立ちました。1918年にドイツの化学者パウル・ラーベが部分合成に成功した後、1944年にはアメリカの化学者ウィリアム・フォン・エガース・ドーリングとロバート・バーンズ・ウッドワードが初めて全合成を達成しました。
実際、17世紀初頭から、化学には素晴らしい進歩がありました。そして、錬金術はついに、成長しつつある厳密な科学分野に取って代わられたのです。1661年、ロバート・ボイルは『懐疑的化学者』を出版し、これは現代化学の基礎を効果的に築きました。古典的な視点、つまり空気、土、火、水というギリシャの四大元素の概念で物事を見る代わりに、ボイルは原子がすべての元素の基本構成要素であるという理論を提唱しました。
彼はまた、原子レベルでの運動と反応が私たちの周りの世界を説明できると提案しました。彼の予測の多くは、結果的に正確でした。そしてボイルにとって幸運なことに、啓蒙時代がまさに始まろうとしており、科学と理性の新しい時代が彼の考えを受け入れる準備ができていました。
18世紀から19世紀にかけて、化学合成は進歩を続けた。
絵の具をカンバスに乗せたことがあるなら、プルシアンブルーという色について聞いたことがあるでしょう。しかし、プルシアンブルーの歴史がどれほどカラフルで、化学の歴史においてどれほど印象的な役割を果たしたかを知ると、驚かれるかもしれません。ここでのポイントは：18世紀から19世紀にかけて、化学合成は進歩を続けた、ということです。 1700年以前、ヨーロッパの絵画において青色は実際には珍しい色でした。
これは、非常に高価だったからです。信頼できる青色油絵の具の唯一の供給源は、アフガニスタンから産出されるラピスラズリの石でした。かつては「エジプシャンブルー」がありましたが、この色のレシピはローマ帝国の崩壊のどこかで失われてしまいました。ですから、絵画の中の人物が青色で飾られていれば、その人物が最高の地位にあることは間違いありませんでした。その後、1706年に、ドイツの染料職人ヨハン・ヤコブ・ディースバッハが驚くべき発見をしました。彼は、潰した甲虫から得られるコチニールを使って、新しい赤色顔料を作ろうとしていました。
しかし、彼が使っていた試薬が汚染されていたため、ディースバッハは赤ではなく青を作り出してしまったのです。すぐに、プルシアンブルーやベルリナーブルーという名前の油絵の具が販売されるようになりました。しかし、話はこれで終わりではありません。プルシアンブルーの基本レシピが1724年にロンドン王立協会に漏洩されましたが、この物質の背後にある化学を解明するのははるかに困難でした。実際、プルシアンブルーの完全な化学的プロファイルが完全に理解されたのは、それから250年以上経った1970年代になってからでした。キニーネと同様に、この課題は有機化学にとって恩恵となりました。
その過程で、プルシアンブルーにちなんで「青酸」と名付けられたシアン化水素や、金属中毒を治療する薬が生み出されました。しかし、合成が化学者や科学者全般の間で意見が分かれる問題の中心になるまで、そう時間はかかりませんでした。1828年、ドイツの化学者フリードリヒ・ヴェーラーは、尿に含まれる比較的単純な生体分子である尿素の合成に成功しました。その何が議論を呼ぶのでしょうか？
ヴェーラーは、それまで生物だけが作り出すとされていたものを、シアン酸水銀のような全く無機的な材料だけを使って作り出したのです。これは生気論という主題をめぐる議論を引き起こし、それは完全に決着がつくことはないかもしれません。生気論を受け入れる人々は、生き物には何か独特で特別なもの、つまり非生物には欠けている本質や精神があると信じています。しかし、ここにヴェーラーの尿素合成があり、まさにこの考えに挑戦していました。
多くの場合、画期的な出来事には複数の発見が必要だった。
クリスティアン・フリードリヒ・シェーンバインという名前を聞いたことがありますか？ 化学の歴史にすでに精通していなければ、おそらくこのドイツの化学者については馴染みがないでしょう。しかし、彼はいくつかの重要で、今もなお非常に関連性の高い発見に貢献してきました。ここでのポイントは：多くの場合、画期的な出来事には複数の発見が必要だった、ということです。
1832年のある日、シェーンバインは研究室でこぼした液体の掃除をしていて、硝酸と硫酸を拭き取るために綿のエプロンを使いました。何の問題もないですよね？ しかし、その後シェーンバインはエプロンを乾かすために暖炉のそばに置きました。ほどなくして、爆発的な閃光とともにエプロンは燃え上がりました。エプロンは失ったかもしれませんが、シェーンバインは綿を硝酸で処理すると生成されるニトロセルロースを発見しました。これはすぐに綿火薬としてよく知られるようになりました。
もちろん、人々は火薬の代替となる可能性にすぐに興味を持ちましたが、綿火薬は予測不可能で危険であることが判明しました。しかしその後、1847年に、イタリアの化学者アスカニオ・ソブレロは、綿の代わりに、シロップ状の炭水化物であるグリセリンをニトロ化したらどうなるかを試してみることにしました。彼が作り出したのは、もちろんニトログリセリンであり、それは非常に危険なほど爆発的だったため、ソブレロはしばらくの間、結果を公表しないように努めました。しかし、ソブレロに近しい化学者の一人、アルフレッド・ノーベルはニトログリセリンのことを耳にし、それを安定化させる決意を固めました。必要なのは、ニトログリセリンを別の物質に吸収させることだけだったのです。その結果がダイナマイトでした。
さて、科学へのシェーンバインのもう一つの貢献を見てみましょう。1840年、彼はオゾンを発見しました。水に電流を流す実験を行っている間、シェーンバインは奇妙な匂いに気づきました。彼はその匂いを新物質の兆候と捉え、ギリシャ語で「匂いを嗅ぐ」を意味するozeinにちなんで、それをオゾンと名付けました。雷雨の近くにいて、ある種の「新鮮な空気」の匂いに気づいたことがあれば、あなたも何年も前にシェーンバインが嗅いだものを嗅いだことがあるかもしれません。シェーンバインが実験していた電流のように、雷もオゾンを生成します。
しかし、オゾンは気体であり、実際には有毒なものです。しかしながら、大気上層部でのその存在は重要で役に立ちます。オゾンは紫外線の危険から地球上の生命を吸収し保護します。
歴史は厄介な物質に満ちている。
特定の物質は常に危険を伴います。時には、これらの物質をより良いものに置き換える方法がありますが、他の場合には、利益がリスクを上回ります。ここでのポイントは：歴史は厄介な物質に満ちている、ということです。 鏡の場合、その危険な物質は、大した働きすらしていませんでした。
初期の鏡は、ガラスに、液体水銀にさらされたスズ箔を重ねる工程で作られていました。そのため、腐食性があり、潜在的に有毒であるだけでなく、反射像を提供する役割もあまり果たしていませんでした。幸いなことに、1856年に、ドイツの化学者ユストゥス・フォン・リービッヒが新しく改良された鏡を考案しました。リービッヒは銀/アミン錯体を糖液と混合し、この混合物をガラス表面に塗布しました。すると、糖分子が銀によって酸化され、その結果、糖は可溶性の酸となり、その酸によって混合物は極めて反射性の高い単体銀の層へと還元されたのです。しかし、危険な落とし穴が一つあります。
銀/アミン溶液をすぐに使用しないと、さらなる反応が起こり、窒化銀に変化する可能性があります。この物質は非常に不安定で、まったく理由がないように見えても爆発することがあります！ 次にジアゾメタンがあります。これは、日光、熱、鋭利なエッジなど、爆発を引き起こす要因の長いリストを持つ化合物です。その結果、使用する際には細心の注意と特別な研磨ガラス器具が必要です。ああ、それと、非常に有毒であることも言いましたか？
ただ、ジアゾメタンは驚異的な効果を発揮します。それは化学における偉大な試薬の一つです。つまり、ジアゾメタンを加えることで、化学者は非常に簡単に、あらゆる範囲の反応を起こさせることができるのです。確かに、気難しく毒性がありますが、化学者の道具箱の中でも最も役立つ道具の一つでもあります。しかし、有毒物質といえば、毒物とほぼ同義のものを挙げなければなりません：シアン化物です。金の指輪、ネックレス、時計を身につけているなら、その金を抽出し精製するためにシアン化物が使用された可能性が高いです。
1887年に、スコットランドの化学者とグラスゴーの2人の医師がマッカーサー・フォレスト法を発明しました。これは、シアン化物溶液を使って鉱石の破片から金を溶かし出す方法です。一部の地域では、大量のシアン化物を含む水を使用する固有の危険性のために、このプロセスを禁止しています。しかし、このプロセスがいかに安価で、金への需要がどれほど高いままであるかを考えると、今日でもまだ使用されています。
大きな犠牲を払って得られた発見もあった。
20世紀初頭の最大の発展の中には、放射性物質に対する理解がありました。最初の手がかりの一つは1896年に、フランスの物理学者アントワーヌ＝アンリ・ベクレルが、ウラン塩が写真乾板を感光させる可能性があることを発見した時でした。ベクレルは、ウラン化合物がある種の放射線を放出していることを知っていました。ここでのポイントは：大きな犠牲を払って得られた発見もあった、ということです。
ベクレルの発見は、結晶と磁性の研究を専門とする研究所を運営していたマリー・キュリーとピエール・キュリーの興味を引きました。マリーは、同様の放射線を放出する他の物質の厳密な調査を開始しました。これにより、彼女は元素トリウムと鉱物ピッチブレンドにたどり着きました。ピッチブレンドから、彼女は2つの新しい放射性物質を単離しました。マリーの母国ポーランドにちなんで名付けられたポロニウムと、ラジウムです。この研究は何年もの努力と大量のピッチブレンドを必要としました。彼らの研究がマリーの博士論文として結実し、2つのノーベル賞が授与されることになったのは、1902年になってからでした。
しかし、キュリー夫妻が気づいていなかったのは、彼らが毎日放射線によって毒されていたということです。実際、夫妻の研究室のノートは今日でも危険なほど放射性を帯びています。それらは鉛で裏打ちされた箱に保管され、取り扱うには防護服が必要です。それでも、その危険性が真に理解されるまでには、しばらく時間がかかりました。1913年に、パズルの一片が2人の英国の物理学者、アーネスト・ラザフォードとフレデリック・ソディによって発見されました。彼らは、ラジウムが実際にはウラン原子の崩壊の結果であることを発見しました。
これは、一つの元素が複数の形態を持ちうることを意味し、ソディはギリシャ語で「等しい」と「場所」を意味するisoとtoposにちなんで、これを同位体と名付けました。しかし、危険と思われるよりもむしろ、放射性元素は、特に癌細胞や皮膚病の拡大を止めることに関して、最初に治癒効果の兆候を示しました。これが一般の注目を集めると、一部の起業家たちは放射性歯磨き粉やスキンクリームを販売するアイデアに飛びつきました。そのような製品の一つが「ラディトール」と呼ばれる強壮剤で、どのボトルにも一定量のラジウムが含まれていると豪語していました。
悲しいことに、この主張は真実でした。ラディトールの被害者の中には、ピッツバーグの鉄鋼会社のオーナー、エベン・バイヤーズがいました。彼はラディトールを毎日3本も飲んでいたと主張し、強壮剤のスポークスマンを務めていました。1932年、彼は骨肉腫で命を落とし、鉛で裏打ちされた棺に埋葬されなければなりませんでした。この話の救いとしては、彼の死がラディトールのような製品に対する連邦政府の取り締まりにつながり、そのような製品が市場に出る前に試験と承認を義務付ける新しい法律ができたことです。
有鉛ガソリンの影響が明らかになるまでに数十年を要した。
ラディトールの話が示すように、時に利益と化学は災害につながります。化学の歴史におけるもう一つの不名誉な章は、テトラエチル鉛に関するものです。1921年に、ゼネラルモーターズの責任者チャールズ・ケタリングと化学者トーマス・ミジリー・ジュニアによって開発されたテトラエチル鉛は、燃料がより均一に燃焼するように自動車用ガソリンに添加されました。
そして、実際にその通りに機能しましたが、排気ガスを通じて有害な量の鉛を放出する原因にもなりました。ここでのポイントは：有鉛ガソリンの影響が明らかになるまでに数十年を要した、ということです。 市場でエチルガソリンと呼ばれていたこのガソリンの製造中に多くの死亡事故が発生していたにもかかわらず、ミジリーは記者会見でテトラエチル鉛は安全だと断言しました。彼は劇的な効果を狙って、それを自分の鼻の下にかざしたほどです。当時は誰も知りませんでしたが、ミジリーはすでに鉛中毒からの回復を試みている最中でした。鉛汚染の全体像が明らかになったのは、アメリカの地質化学者クレア・キャメロン・パターソンの研究が発表された後、1965年のことでした。
パターソンは、鉛汚染を明らかにしようとしたわけではありませんでした。彼は実際には、年代測定技術を確立する方法として、ウランと鉛の同位体の崩壊を研究していました。1956年に、彼は地球の年齢を約45億年と推定しました。これは科学的な精査に耐えた計算です。パターソンは世界中からサンプルを採取し、鉛濃度を分析していました。彼は『人間の汚染および自然鉛環境』という本で調査結果を発表しました。それは、世界中の自動車や飛行機へのテトラエチルガソリンの導入が、地球上の鉛汚染の最大の原因に急速になっていたことを明らかにしました。
これは大気だけに影響を与えていたのではありません。鉛は水や食物連鎖も汚染していました。劇的な増加は、一部の科学者には信じがたいものでしたが、パターソンのデータは正しいことが確認され、多くの国がガソリン、塗料、水道管、その他の製品から鉛を禁止し始めました。しかし、これで化学者トーマス・ミジリー・ジュニアの話が終わりではありません。環境保護庁がエチルガソリンを段階的に廃止し始めたわずか1年後の1974年に、私たちはミジリーとチャールズ・ケタリングに関わる別の地球に有害な発明、フロンに気づきました。この話は次の章で見ていきましょう。
20世紀は、いくつかの悲惨な化学的発展をもたらした。
かつて、冷蔵庫を所有することは危険な提案でした。1920年代、冷蔵庫はガスを膨張・圧縮させることによって動作していました。あるユニットでは、そのガスはプロパンでした。他のものでは、アンモニアや二酸化硫黄でした。
これらのガスはすべて、吸入すると有毒であったり、引火性が高かったりするなど、何らかのリスクを伴っていました。そして、ガスの多くはもともと腐食性があったため、冷蔵庫からの漏れはあまりにも一般的な出来事でした。ここでのポイントは：20世紀は、いくつかの悲惨な化学的発展をもたらした、ということです。 フロンは、ジクロロジフルオロメタンの商品名で、この問題を解決するために1930年に開発されました。それは不燃性で非腐食性でした。すぐに、ヘアスプレーや喘息用吸入器など、他の多くの製品にも使用されるようになりました。
しかし40年以上後、フロンのようなクロロフルオロカーボン（CFC）が、大気中の塩素フリーラジカルのレベルを増加させていることが発見されました。結局のところ、CFCは紫外線にも反応することが判明し、この反応が有害な連鎖につながります。紫外線によってCFCが分解され、塩素フリーラジカルが放出され、それがオゾンを分解し、その結果、さらに多くのフリーラジカルが放出されるのです。したがって、少量のCFCが大きな問題を引き起こします。実際、一つの塩素ラジカルが数万ものオゾン分子の破壊を引き起こす可能性があります。これが明らかになったのは1974年、アメリカの化学者フランク・シャーウッド・ローランドとメキシコの化学者マリオ・ホセ・モリーナが、CFCとオゾンに関する研究を発表した時でした。
案の定、地球を保護するオゾン層は深刻な減少を見せており、すぐにフロンのようなCFCの使用を禁止する法律が可決されました。1900年代後半までには、特定の化学物質が最大限の注意を払って取り扱われなければ悲惨な結果をもたらすことが、ますます明らかになっていました。1980年代のある事故が、これを痛ましいほど明確にしました。1984年、当時最悪の化学災害がインドのボパールで発生しました。それは、MIC（メチルイソシアネート）として知られる殺虫剤用化合物を製造していたユニオン・カーバイド社の工場で起こりました。この化学物質は、空気中にわずか2ppm存在するだけで眼への刺激を引き起こす可能性があります。
その量が20ppmを超えると、肺に損傷を与える可能性があります。1984年12月2日の夜、30メートルトンのMICが工場から漏れ出し、周辺地域の25平方マイルを覆いました。漏洩の原因は今も議論の的ですが、ボパールの50万人の住民の多くが、長期にわたる眼と肺の外傷に苦しみました。
現代の研究技術は、命を救う薬の開発につながった。
実験的な古代エジプト人、中国の野心的な錬金術師、そして啓蒙時代の勤勉なヨーロッパの化学者がいました。歴史を通じて、変わらなかった真実が一つあります。それは、地球上の驚くべき多様な分子から、治癒と寿命を延ばす薬を生み出したいという衝動を私たちが持っているということです。ここでのポイントは：現代の研究技術は、命を救う薬の開発につながった、ということです。 1988年、新薬への終わりなき探求における現代の努力を反映する3人の科学者にノーベル賞が授与されました。
そのうちの2人は、アメリカ人の同僚であるガートルード・ベル・エリオンとジョージ・ハーバート・ヒッチングスでした。彼らの革新的な研究技術は、マラリア、癌、細菌感染症、HIV/エイズと闘うための効果的な薬の開発に役立ちました。エリオンとヒッチングスが開拓したのは、プリン誘導体の製造でした。これはDNAなどの生体分子の形成を助ける化合物のクラスです。プリンの骨格を持つことで、研究者は新薬を作る上で優れた第一歩を踏み出せます。彼らの研究なしでは、今私たちがどこにいるか誰にも分かりません。1988年のノーベル賞の3人目の受賞者は、スコットランドの医師であり薬理学者であるジェームズ・ホワイト・ブラック卿でした。
彼は、世界で最も売れている薬のうち2つ、少なくともそれらの薬に使用されている化合物に責任があります。すなわち、潰瘍を治療するシメチジンと、心臓病を治療するプロプラノロールです。創薬におけるもう一つの重要な前進は、2010年に製薬会社メルクとバイオエンジニアリング企業コーデクシスの共同の力が、酵素を工学的に設計するという長年の目標を達成した時にもたらされました。あの揮発性で便利な試薬ジアゾメタンを思い出してください。合成プロセス中に適切な酵素があれば、大きな違いを生み出すことができます。それは、反応を円滑に、クリーンに、そして迅速に進行させることができ、これはすべての化学者が望むことです。メルクの主な目標は、糖尿病治療薬の一つであるシタグリプチンの合成を改善することでした。
そこで彼らはコーデクシスを招き入れ、すぐに彼らは目的に適った酵素を探して、一連のコンピューターモデルのバリエーションを実行しました。36,000以上のバリエーションを実行した後、彼らはついに探していたもの、つまり27個のアミノ酸が変更された工学的に設計された酵素を見つけました。これは合成薬物の創造にとって巨大なマイルストーンであり、医療化学だけでなく、化学分野全体を劇的に変える可能性があります。酵素工学は現在もまだ遅く、費用がかかりますが、改良された技術と処理能力によって、より効果的で一般的になるのは時間の問題でしょう。最終章では、ゲームチェンジをもたらす可能性のある他のいくつかの発展について見ていきます。
将来のマイルストーンは、二酸化炭素排出量を削減する革新を含むかもしれない。
では、化学の未来は何を秘めているのでしょうか？ 今後数年間で、私たちはどのような画期的な出来事を期待できるでしょうか？ここでのポイントは：将来のマイルストーンは、二酸化炭素排出量を削減する革新を含むかもしれない、ということです。 現在、多くの関心を持つ関係者がクリーンなエネルギー源を追求しています。
現在の燃料の多くは温室効果に寄与しています。これは、1896年にスウェーデンの化学者スヴァンテ・アウグスト・アレニウスによって初めて発見された現象です。基本的に、大気中の二酸化炭素と水蒸気の蓄積が熱の放出を妨げ、それによって私たちの気候に大混乱をもたらします。ここで水素の出番です。今日の便利な動力源の多くが二酸化炭素排出を生み出す一方で、水素の燃焼は水蒸気のみを放出するため、それは望ましい再生可能な燃料となります。実際、人々は少なくとも1970年代から未来の燃料として水素に注目してきました。しかしながら、いくつかの複雑な問題があります。
まず、水素は厳密にはエネルギー源ではありません。電気は、水を含むプロセスを通じて水素に変換できます。しかし、克服すべき真の問題は貯蔵です。水素分子は非常に小さいため、金属構造にさえ吸収されてしまう可能性があり、貯蔵が難しい燃料となっています。しかし、著者はこのハードルが2025年頃までには克服される可能性があると考えています。同じ流れで、人工光合成の開発があり、これは2030年頃に到来する可能性があります。
光合成に関する重要な情報は、1947年に生物学者サミュエル・グッドナウ・ワイルドマンがRubisco（ルビスコ）を発見したことで明らかになりました。この植物酵素は後に、二酸化炭素をグルコースに変えることを含む、光合成プロセスの重要な部分であるカルビン回路の一部であることが証明されました。光合成が極めて重要であると言うのは、大幅な控えめな表現です。それは私たちを生かす酸素を生成し、二酸化炭素を調節し、それによって地球を居住可能にしています。そして、植物がなければ、私たちの食物連鎖は完全に崩壊してしまうという事実もあります。しかし、Rubisco酵素には一つ奇妙な点があります：それは非常に遅いのです。
それは毎秒わずか3回の分子変化しか起こさず、その理由を確実に知る人はいません。そこで問題は、どうすればそのプロセスを改善できるかということです。結局のところ、より高速な酵素が大気からより多くの二酸化炭素を捕捉し除去できるため、その恩恵は地球を救うものになり得ます。電気を使わずに水から水素を得る可能性を含め、人工光合成には他にも潜在的な利点があります。これらすべてが、深刻化する気候危機の主な原因の一つを劇的に減らすことができます。今日の化学者たちが、自然を改善して窮地を救うことができるかどうかは、時が経てば分かるでしょう。
最終的なまとめ
この章でのポイント：化学の歴史は、私たちの周りで起こっている複雑な化学反応すべてを理解することに近づけてくれた、魅力的な物語と注目すべき人物たちで満ちている。多くの発見は、偶然に起こったからこそ、いっそう驚くべきものである。他の出来事は、特定の化学物質の危険性を教えてくれたため、悲劇的な底流を伴っている。多くの命が失われたが、化学はまた、長年にわたって成し遂げられてきた多くの救命や寿命延長の進歩の背後にもある。
科学者がクリーンな燃料を作り出し、有害な二酸化炭素を大気から除去する方法を見つけることができれば、化学は今後何年にもわたって私たちを驚かせ続けるかもしれない。 フィードバックをお寄せください。 コンテンツに関するご感想をお待ちしております！ 件名を「The Chemistry Book」として、[email protected] までメールでお気軽にお知らせください。次に読むべき本：『ハッピー・アクシデンツ』、モートン・A・マイヤーズ著
あとがき 火薬の歴史が示すように、人々が発見するものは、彼らが見つけようとしたものとは全く関係がないことがあります。結局のところ、医療のマイルストーンの歴史は、この種の予期せぬ発見で満ちており、これはまさに著者モートン・A・マイヤーズが2007年の著書『ハッピー・アクシデンツ：現代医療ブレークスルーにおけるセレンディピティ』で取り上げていることです。ペニシリン、バリウム、バイアグラは、純粋な偶然によって起こった主要な医学的発見のほんの一部にすぎません。だから、セレンディピティや予期せぬ展開の物語が好きなら、『ハッピー・アクシデンツ』の要約に進むことをお勧めします。
