Dye Me a River: 革命的な繊維用着色剤がどのようにして水路を汚染したか [抜粋]

アニリン染料がコールタールから合成されたとき、製造プロセスで何が残されたのかを研究した人はほとんどいませんでした。

トムズリバーを変革し、世界経済を再構築する非常に大きなアイデアは、1856 年にロンドンのイーストエンドに家族と住んでいた 18 歳の早熟な化学学生ウィリアム・ヘンリー・パーキンの屋根裏研究室で生まれました。その日はイースター休暇で、パーキンはその休暇を利用して、王立化学大学の指導教官であるアウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンが提案したコールタールの実験に取り組んでいた。

ホフマンほどコールタールの化学的性質について詳しい人は世界中で誰もおらず、コールタールは知っておくべき非常に重要な化合物でした。これはおそらく、最初の大規模産業廃棄物でした。 1800 年代半ばまでに、ヨーロッパとアメリカの多くの都市では、石炭ガスと固体コークスがろうそく、動物性油、木材に代わって、最も重要な光源、熱源、調理用燃料として使われるようになりました。石炭ガスとコークスは両方とも、酸素のない状態で石炭を高温で燃やすことによって生成されます。このプロセスでは、濃厚で臭いのある茶色の液体が残ります。この液体は、木造船の防水に使用される松ヤニに似ているため、コールタールと呼ばれました。しかし、未蒸留のコールタールはシーラントとしてはあまり優れておらず、有害でもあったため、除去するのが非常に困難でした。燃やすと有害な黒煙が発生し、埋めると近くの植物が枯れてしまった。コールタールの最も一般的な 2 つの処分方法、つまり露天掘りや水路への投棄は、明らかに不快なものでした。しかし、ヘッセン州在住のホフマン氏は、果てしなく辛抱強く実験を続けたが、コールタールは有用なものに変えられると確信していた。彼は、設立時理事長を務めた英国王立化学大学ですでにその実績を築いていました。コールタールが加熱されると、コールタールのさまざまな成分がさまざまな温度で蒸発することを知っていたホフマンは、その多くの成分を分離するのに何年も費やしました。 1840 年代、彼の仕事は木材の「酸洗い」産業の立ち上げに貢献しました。この産業では、枕木や電信柱をコールタールから作られたクレオソートに浸して腐朽から保護していました。しかし、木材の酸洗い業者たちは、コールタールの軽くて最も揮発性の高い成分には興味を示さなかった。コールタールは依然として有毒廃棄物にすぎず、実際、未蒸留のコールタールよりも有毒だった。そこでホフマンと彼の学生たちは実験を続けた。

それらの学生の一人は若きウィリアム・パーキンでした。ホフマン氏は彼に、コールタールのいくつかの主要成分を窒素塩基であるアミンに分解するプロジェクトに取り組ませました。ホフマンは、マラリアの唯一の効果的な治療法であり、したがって大英帝国にとって不可欠なキニーネもアミンであり、ナフサを含むいくつかのコールタール成分と非常によく似た化学構造を持つアミンであることを知っていた。彼はまた、ペルーのキナの木の樹皮がキニーネの唯一の供給源であること、そのためこの薬は高価で入手が非常に困難であることも知っていました。しかし、その奇跡の薬がナフサやその他のコールタールの望ましくない成分から合成できたらどうなるでしょうか? ホフマンはそれができるとは考えなかったが、将来有望な十代の弟子にとっては適切なプロジェクトであると考えた。

パーキンはその挑戦を熱心に受け入れました。彼の師であるホフマンと同様に、彼は執拗な実験家でした。パーキンは、ホフマンがドイツにいる間、イースター休暇中に仕事を始めた。パーキンは、実家の最上階にある小さくて簡素な研究室で働いていたが、後にトムズリバーで主要な役割を果たすことになるコールタールの有毒成分であるトルエンを実験することにした。パーキンはアリル-トルイジンと呼ばれる誘導体を単離し、それを重クロム酸カリウムと硫酸の混合物中で酸化することでキニーネに変換しようとしました。彼が飲み終えたとき、彼の試験管には赤黒い粉末が入っていましたが、彼が期待していた透明な薬ではありませんでした。そこでパーキンは再度試み、今度はアニリンと呼ばれるより単純なアミンを選択した。これは、後に悪名を轟かせるもう一つのコールタール成分であるベンゼンから得られたものである。もう一度、彼はそれを重クロム酸カリウムと硫酸と混合しました、そしてまた実験は失敗しました。今度は、試験管の底に黒いネバネバした物質があったが、それは確かにキニーネではなかった。

しかし、パーキンが試験管から黒い粘液を洗い流したとき、彼は何か興味をそそられるものを見つけました。それは、ガラスに明るい紫色の残留物でした。色も鮮やかで、ガラスにしっかりと張り付いていました。さらに興味深いことに、彼がその汚れをアルコールで処理すると、その紫色が試験管を掃除するために使用した綿布に完璧に移りました。パーキンはアニリンの分子魔法に出会ったのです。ベンゼン、トルエン、その他のコールタール成分は、人間の目では検出できない紫外線を吸収するため無色でした。しかし、これらの芳香族炭化水素を酸で処理してアニリンまたは別のアミンを生成すると、追加のいくつかのステップを経た後、新しく合成された分子は可視スペクトルの特定の波長からの光粒子を非常に効率的に吸収します。若い化学者は、なぜ結果として得られた色がこれほど鮮やかなのかわかりませんでした。分子が共有電子結合の構造に基づいて特定の波長で光子を吸収する能力は、あと50年は解明されないでしょう。彼は自分が何を作ったのかさえ正確には知りませんでした。彼の新しい化学物質の正確な分子構造は、1990 年代になるまで推定されませんでした。しかし、パーキンは、試験管の底にあるものが非常に役に立つかもしれないことを知るのに、特にその色が綿布に完璧に転写された後では、自分の目以外に何も必要としませんでした。数か月前、パーキンと仲間の学生は繊維用染料を合成しようとして失敗した。今、彼はマラリアの薬を作ろうとして、どういうわけか成功しました。パーキンが知っていたように、シルク、綿、その他の布地を美しい色で染めることができる最初の人工染料を作成した人は、大金持ちになるかもしれません。おそらく、彼の失敗した実験は結局のところ失敗ではないのかもしれない、とティーンエイジャーは考えた。

染料は非常に大きなビジネスであり、これまでもそうでした。体を色で飾りたいという人間の衝動は根源的なものです。インドからアメリカ大陸に至る古代文化では、木材、動物、顕花植物から抽出した染料で衣服や肌を染めていました。古代世界で最も有名な色は、これまでのところティリアン紫でした。これは、数種類の貝類、またはツブ貝、特に東地中海に生息する棘色素ミュレックスとして知られる貝類の乳白色の粘膜分泌物からのみ生成できます。赤紫の染料は、その色合いがまばゆいばかりでなく、消えるほど希少であるため、珍重されました。各ミュレックスは通常、数滴の染料のみを生成し、それも新鮮に捕獲された場合にのみ生成されます。それは伝説的な起源の色で、おそらくヘラクレス（ローマ人にとってはヘラクレス）によって発見されたとされています。ギリシャ神話によると、偉大な英雄はレバントの海岸で貝殻をかじった後、飼い犬の口が紫色に染まるのを見たという。ヘラクレスはその色合いが非常に素晴らしいと考え、フェニキア王に紫のローブを贈りました。王はすぐにこの色を王家の象徴であると宣言し、ティルスを古代世界のミュレックス染料生産の中心地にしました。だからこそ、紀元前 44 年の 3 月のイデスに、ジュリアス・シーザーがローマの上院でブルータスに殺されたとき、ティリアン紫の儀式用のローブを着ていたのです。 13 年後のアクティウムの海戦で、クレオパトラの王室御座船の帆が鮮やかな紫に染まったのもそれが理由です。

ローマ帝国の衰退に伴い、ローマ人によって確立されたミュレックスの栽培と染料生産の精緻なシステムは消滅し、紫の色合い自体も消滅しました。その後、何千年もの間、灰色、茶色、黒が続きました。中世後期にようやく新しい染料産業が生まれ、カトリックの枢機卿はケルメスという小さな昆虫の殻から取り出した緋色の服を着たり、インドやブラジルに自生する染料の木の鮮やかな赤でタペストリーを織ったりすることができました。紫色もあり、主に地衣類からのものでしたが、それらは青白く、すぐに色あせてしまいました。カエサルとヘラクレスの深い赤みがかった紫、権力と富の色合い、色彩の君主は、もはや染料メーカーのパレットにはありませんでした。それは消え去り、伝説の中でのみ維持されていました。

そして突然、18歳のウィリアム・ヘンリー・パーキンの試験管のガラス壁に執拗に張り付いたカタツムリの姿は見えなかった。 6か月以内に、パーキンは染料製造プロセスの特許を取得し、（無謀だと思った指導教官ホフマンの反対を押し切って）王立化学大学を辞め、最初に「ティリアン」と名付けた染料の製造に専念した。紫。彼は後に、合成化学産業の最初の商品として歴史に残る名称、パーキンズモーブ、またはモーベインに切り替えました。当初、パーキンと弟のトーマスはウィリアムの最上階の工房で染料を作りました。その後、彼らは実家の裏の庭に移り、最後にロンドン郊外のグランドジャンクション運河沿いの工場に移りました。パーキン兄弟にとって幸運だったのは、1857 年と 1858 年にパリとロンドンのサロンでライトパープルがたまたまシックだったということです。フランス人がモーブと呼んだモーブは、フランス皇后ウジェニーとその親友であるヴィクトリア女王のお気に入りの色でした。イングランド。パーキンの新しい染料は、フランスの競合他社が地衣類から苦労して作った藤色よりも明るいだけでなく、はるかに安価でした。パーキンのおかげで、ファッショナブルな女性なら誰でもユージェニーの好きな色を着る余裕があり、1858年までにはほぼ全員がそうしました。ヨーロッパの染色会社はこれに注目し、アニリン化学における独自の衝突研究プログラムを作成し、パーキンの製造秘密へのアクセスを交渉するためにロンドンに代表団を派遣した。

スイスのバーゼルにある競合する染料メーカー 2 社は、パーキンの成功を最も近くで観察していたうちの 1 人でした。ヨハン・ルドルフ・ガイギー＝メリアンは、バーゼルで染色材事業を営むガイギー家の 4 代目の一人でした。彼の曽祖父であるヨハン・ルドルフ・ガイギー・ゲムゼウスは、100 年前の 1758 年に会社を設立していました。

アレクサンダー・クラベルはバーゼルに来た比較的新しい人で、スイス人ですらなかった。クラベルは、ドイツとフランスの間のライン川沿いに戦略的に位置するバーゼルが繊維貿易の中心地であったため、バーゼルに再定住したフランス人でした。ガイギー・メリアンとクラベルは、アニリン化学におけるパーキンの画期的な進歩と、それが生産する安価で明るい染料に共通の魅力を感じていました。 1858 年に 2 番目に優れたアニリン染料が発見されたことで、彼らの熱意はさらに高まりました。それはフクシンと呼ばれる鮮やかな赤で、パーキンのモーヴェインよりもさらに安価に生産できました。

ガイギーとクラベルにとって、パーキン・パーキンを出し抜こうとしない理由はないようだった。特にこの若い英国人は自国以外の国で特許を取得できていなかったからである。たとえそうしていたとしても、スイスは特許を強制しておらず、今後50年間はいかなる化学プロセスも保護可能な知的財産として認めないため、問題にはならなかったでしょう。（憤慨したフランス人はスイスを偽造の国「le pays de contre-facteurs」と呼び、さらに怒ったドイツ人はスイスを海賊の国「der Räuber-Staat」と呼んだ。）ガイギーとクラベルはパーキンと交渉しようとはしなかった。彼は自分の手法を多くの人々と議論し、少なくとも特許のないスイスでは、その手法は事実上パブリックドメインとなった。 1859 年末までに、ガイギーとクラベルはそれぞれ、ライン川近くの運河沿いの互いに数マイル以内のバーゼルに、独自のアニリン染料製造事業を設立し、繁栄していました。そうすることで、彼らは自社を世界最大の化学メーカー 2 社になる軌道に乗せ、最終的には海賊行為の歴史を持つニュージャージー州の小さな町、トムズリバーの広大な製造事業のパートナーとなることになりました。

その後 10 年間、ライン川沿い、ドイツ、スイスでの熱狂的な活動により、アニリン染料の生産 (最初は紫、赤、黒、次に虹のすべての色) が、小さな家族経営の企業を次々と国際的な巨大企業に変えていきました。。新しい合成染料のおかげで、1870 年までに、その後 1 世紀半にわたって化学産業を支配することになる企業のほとんどが、世界的なプレーヤーとしての地位を確立しました。リストには、ガイギー、バイエル、ヘキスト、アグファ（Aktiengesellschaft für Anilinfabrikation、つまりアニリン製造会社の頭字語）、そして最大手のBASF（Badische Anilin-und Soda-Fabrik、またはBaden Aniline and the Baden Aniline、ソーダ工場。 Alexander Clavel の会社も、特に 1873 年に会社を売却してから繁栄しました。11 年後、会社は Gesellschaft für Chemische Industrie im Basel (バーゼル化学工業協会、略して Ciba) という名前になりました。バーゼルの 3 番目の偉大な染料メーカーであるサンド社は、その後間もなく 1886 年にこの分野に参入しました。

両社の成功はパーキンの大きなアイデアの流用から始まりましたが、それだけでは終わりませんでした。さらに重要な決断は、彼の指導者であるホフマンの本能に従い、コールタールを分解し、アニリンだけでなくそのすべての構成部分の用途を見つけることでした。ベンゼンから得られるアニリン染料の次に、トルエンから作られるマゼンタ、アントラセンから作られる赤、フェノールから作られるピンク、ナフタレンから作られるインディゴが登場しました。これらはすべて炭化水素であり、豊富で安価な有機化学の構成要素でした。水素と炭素が生命の化学にとって不可欠であるのと同じ理由で、炭化水素は化学製造の新しい世界にとって非常に有用であることが証明されました。水素と炭素の原子が分子を形成するとき、それらは共有電子を介して原子が強く結合する、耐久性のある環と長鎖の構造を形成する傾向があります。約 40 億年前、これらの水素と炭素の結合の強さにより、アミノ酸、DNA、タンパク質といったますます複雑な分子が原始スープから形成され、生命が可能になりました。現在、化学者たちは、コールタール中の炭化水素ポリマーの安定したプラットフォームの上に、自然が提供するものよりも強力で、より魅力的で、安価な新しい材料の銀河を構築し始めました。

最初に染料が登場し、すぐに塗料、溶剤、アスピリン、甘味料、下剤、洗剤、インク、麻酔薬、化粧品、接着剤、写真材料、屋根材、樹脂、そして最初の原始的なプラスチックが登場しました。これらはすべて合成であり、すべてコールタールに由来しています。商業化学の源泉。（コールタールシャンプーと石鹸も登場し、乾癬やアタマジラミの承認された治療薬として非常に薄められた形で今でも入手可能です。）瀝青炭の広大な埋蔵量があるドイツのルール渓谷は、ヨーロッパ、ひいては世界の産業の中心地となりました。英国の風刺雑誌『パンチ』は、1859年に「藤色のはしか」をファッションの流行病であり「嘲笑の的」に扱うべきだと揶揄していたが、1888年にはほんの少し皮肉を込めてアニリン化学を称賛するようになった。

美しいタール、黒い石炭と黄色いガス灯の明るい結果、現代の製品の中で最も素晴らしい、ガス工場のタール、美しいタール！。。。

オイル、軟膏、ワックス、ワイン、そしてアニリンと呼ばれる美しい色、やり方さえわかれば、黒いコールタールから軟膏から星型まで何でも作れます。

19 世紀末に化学メーカーがついにコールタールの化学を超えて事業を拡大したとき、彼らは製造プロトコルを石油やその他の原材料に適応させることでそれを行い、それによってアセトンから X- に至るまで、さらに多くの非常に成功した製品を生産しました。光線プレート。チバは、新たな原料としてアルプスにある独自のシェールオイル鉱床も取得しました。バーゼルに拠点を置く 3 つの巨大化学メーカー (チバ、ガイギー、サンド) が米国で染料やその他の製品を製造するための提携を結ぶまでに、最初は 1920 年にオハイオ州シンシナティで、次に 1952 年にはトムズリバーで生産されました。この産業は、ほぼあらゆる天然素材を合成できることを証明しました。

誰も製造プロセスで何が残るかにあまり注意を払わなかった限り、それは驚異的に収益性の高いビジネスでした。

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