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490円

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環境負荷が増加する

 繊維製品工業は、持続可能な技術を強く求めている[1]。新しい波は、綿のようなセルロース誘導体や、ポリエステル、ナイロンのような合成繊維を含むすべての主な繊維をリサイクルできる新しい技術への企業の素早い反応に見られる。ただ現状ではどの企業もすべての繊維をリサイクルできる完全なプロセスを持っておらず、リサイクルした繊維を商業的に利用できる量の生産もしていない。ファッション企業や廃棄物収集者のようなステークホルダーは、そのような技術を意味のあるスケールで設置することに挑戦している。この課題の一部は、ある種のタイプの繊維廃棄物は再利用できないという技術的な課題である。またセルロース繊維製品廃棄物が適度な量供給されない点も課題の一つである。ただしこれらの課題を全体として解決できれば、環境負荷の低減を可能にできる。

 一方で世界中の消費者が衣類や他の繊維製品を購入する。この部門の環境フットプリントが、食品、住宅、移動手段に続く四番目であることから、その購入活動の大きさを類推することができる。世界の数十億ドルの繊維工業は年間12億トンのCO2を発生させているが、この量は、すべての国際線と海運から排出される量を超えている。別の環境負荷には、綿を成長させるための水や殺虫剤、紡糸や染色の際の水質汚染、合成繊維製の衣類の家庭での洗浄から発生するマイクロプラスチックの大洋への放出も含まれる。

 繊維製品、船員さんも使っている。

[1] Chemical & Engineering News 2022 March 28, p. 23.

22.4.15

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スミソニン研究所は

 120の明るいオレンジ色の3Dプリントした像を組み立てた[1]。これらはすべて科学、技術、工学さらに数学(STEM)の分野で卓越した女性の方々の像である。3月に実施されたこの展示は、女性史月間をスミソニアンが祝賀する行事の一つである。なおこれらのすべてが最初に公開されたのは2021年ダラスだった。この像には、物理の分野で博士号を取得した150人の黒人女性の一人であるJ. Esquivelさん、パンデミックの初期の頃に82000以上の保護着を3Dプリントした大学生K. Popovichさんも含まれる。それぞれの像は独自のQRコードが付与され、訪れた人はそれぞれの女性の功績を知ることができる。STEM分野で素晴らしい実績のある女性の魅力的な3Dプリントされた像は、科学的な継続的取り組みによってインパクトをもたらした女性を祝福する一助になる。この展示はまた、よリ多様で包括的な働きが、我々が共通する将来をいかに強化できるかにも焦点を当てている。

 スミソニアンには、酢味噌もあるでしょうか。

[1] Chemical & Engineering News 2022 March 28, p. 40.

22.4.14s

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ヴィレンドルフのヴィーナス

 最初の欧州人すなわちグラヴェット文化の頃の人が、およそ3万年前、魚卵状の石灰岩に彫刻した高さ11 cmの石像である[1]。誇張した性器、際立った臀部、洗練された髪形で特徴づけられる女性の彫刻は、現代人の象徴的な振る舞いの初期の頃の兆しの一つである。1908年オーストリアのヴィレンドルフ近くのドナウ川の左岸から発見されて以降、ヴィーナスはどこから来たのかが謎だった。それを明らかにするために今回初めて、非侵襲的な方法で内側を見ることに成功した。ここでは超小型コンピューターで構成された断層撮影法を利用し、像の詳細を三次元で明らかにしている。岩の中には軟体動物の殻も確認できた。また材料を構成する鉱物の大きさのような細部に渡る特徴もわかった。さらに像に使われている魚卵石の内部は不均一だった。ついでこれと同じ魚卵石が存在する欧州の場所を探索した。その結果、イタリア南アルプスのガルダ湖近くにあるものと粒径や分布が酷似していた。ただしヴィーナスが発見されたヴィレンドルフとガルダ湖はおよそ930 km離れている。このことはグラヴェット文化の人たちは、最後の氷河期だった21500年以前にすでに、かなり動き回り加工品を輸送していた可能性を示唆している。

 ガルダ湖近く、っていうこともわかるんだ。

[1] Chemical & Engineering News 2022 March 28, p. 40.

DOI: 10.1038/s41598-022-06799-z

22.4.13

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典型的な太陽光パネルは

 二つのシリコン半導体層で構成されている[1]。ボロンがpタイプの層に加えられて正電荷を有するホールになる。リンがもう一方のnタイプの層にあり、過剰の電子を生産する。太陽がパネルにあたると、光が電子を放出させ、これらの層にさらにホールができる。二つの層が触れ合うp-n接合では、電場は電子とホールが層の間を動くのを止める。ただし層が回路に繋がっていると、電場は回路を通して電子を押し出し電流が生じる。現在利用されている太陽光パネル材料の95%はシリコンであり、CdTeが4%、銅インジウムガリウムセレニドが1%である。これらは、シリコンほど効率は高くはない。将来の太陽光パネルとしては、ペロブスカイト太陽電池が挙げられる。これは安価に製造でき近年その効率も向上している。ただし不安定になる傾向があるため商業的利用が制限される。また鉛を含むため廃棄も課題である。一方で有機太陽電池も開発されている。これは通常電子供与性のポリマーと電子受容性分子の組合せである。軽量安価だけど、現在利用されているものほど効率が高くはない。また長期間の安定性も課題である。

 太陽光があたっても、痛いようとは言わないパネルたち。

[1] Chemical & Engineering News 2022 March 28, p. 21.

22.4.12

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脳に障害のある患者

 が入院する病院。そこでセイヤー医師は働くことになった[1]。表情を変えない患者、虚ろな目、一日ほとんど止まったままの状態だ。これを改善したいと、ボールを投げたり音楽を流したり床に模様をつけたりもする。かすかな改善は見られるもののほとんど変化はない。そんな中、パーキンソン病の新たな治療薬の講演会に出席。画面はL-ドーパの化学構造式を示す。ただしキラリティーはわからない。自分が受け持つ患者レナードに使うことにこぎ着けた。投与量を増やしてミルクに混ぜて飲んでもらう。ある日の夜。ベッドから離れて別の部屋にいたレナード、症状がぐんぐん改善されて外出できるようにもなった。その折、セイヤー医師の家にも立ち寄る。レナードが、壁にある1 m x 1.5 m程度の図に興味を示したようである。「これは元素周期表(1969年当時のもの、104元素以降は空白)で宇宙の本質。It’s wonderful literally. Alkaline metals, halogens, inert gases. Every element has placed in order. You cannot change that.」[2] ここで話題が変わる。その後、L-ドーパを他の患者にも投与し、患者らの症状は改善された様子だった。女性にも恋をしたレナードだったが、体の震えが止まらない症状が常態化してきた。他の患者も束の間の改善の後、もとの状態に戻ってしまった。それに無力感を感じるセイヤー医師、彼に寄り添う看護婦、しばらくして映画はクレジットを流していた。

 クレジット、じっと最後まで見ましょう。

[1] 「レナードの朝」(Awakenings)(1991年日本公開)

[2] 元素周期表にある元素の位置を入れ替えることはできないんだよ、って自分自身は今まで話したことはなかった。衝撃

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ヒマスタチンは

  ある種のバクテリアによって大量に生産される天然物で、ビアリールコアを有する二量体構造である。この化合物は他の抗生物質とは違った構造であるものの、その抗菌活性から合成に興味が持たれ、ヒマスタチンを導く合成法の探索とその誘導体化が探索されていた。その中今回研究者らは、天然の生合成を模倣した[1]。すなわちこれまでの方法ではビアリールコアを始めに用い、その外側に置換基を組み込んでいたのとは対照的に、二量体の半分を構築し、合成の後期段階でアリール基を、一電子酸化を経てカップリングさせる経路を採用した。このタイプの後期段階でのフラグメントの組立ては、構造の多様性を付与することが容易になる。例えば研究者らは、蛍光色素分子を持つ部位を導入したヒマスタチン誘導体を導いた。これはヒマスタチンの抗菌メカニズムに関する糸口をつかむ分子として利用できる。

 ヒマスタチンの合成経路、ヒマっすという人たちんが考えたのでしょうか。

[1] Chemical & Engineering News 2022 March 28, p. 7.

DOI: 10.1126/science.abm6509

22.4.10

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バイオリーチングでは

 バクテリアのような微生物が、鉱山や廃棄物からの金属や半金属の抽出を触媒し、金属の再利用のための回収を助けて環境負荷を軽減する。ただこのプロセスでは主に好酸性バクテリアが利用されるが、これは金属を取り出すのに、pH2の環境を必要とし、周辺のエコシステムに有害である。それに対して今回Thioclava electrotraphaとThioclava pacificaと呼ばれるバクテリアが報告された[1]。これらはpH4で働くためにリスクは軽減される。またこれらの好塩性バクテリアは海水の中でも働くことから、新鮮な水が不足している地域でも有用である。なお今回のバクテリアは、鉱山廃棄物から、コバルトを最大30%、鉛や銀のような他の金属を20%抽出できるが、好酸性バクテリアの抽出率が80%程度であることから、それには及ばない点課題である。また研究者らはバイオリーチされた鉱山廃棄物残留物を、セメント、セラミックスや無機ポリマーとしてリサイクルできるかどうかも調査している。

 バイオリーチの後は、バイオリーンの演奏を

[1] Chemical & Engineering News, 2022 March 28, p. 7.

22.4.9

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電磁エネルギーの振動である

 プラズモンは、光が金属ナノ粒子の表面にぶつかった時に生じる。この現象はナノ粒子を光収穫に利用することを可能にし、いわゆる熱い電荷担体が生じる。この担体は、電子の励起ペアと正電荷を有するホールであり、触媒や太陽光発電を含む光化学反応に利用することができる。ただし担体は時にはフェムト秒の速さで素早く再結合し、得られた光学エネルギーはあまり役に立たない熱に変換される。その中今回、ナノ粒子を導電性ポリマー半導体でコートすると、エネルギーがプラズモンから半導体に異動し、単体の寿命もナノ秒まで延ばすことができた[1]。具体的には、ナノアンテナを創るために研究者らは、平均85 nmの長さと28 nmの幅の金ナノロッドをつくリ、これをポリ(ニッケル(II) 2,9,16,23-テトラ(アミノ)-フタロシアニン)でコートした。光をナノ粒子に照射すると、プラズモンに集められたエネルギーのうち50%がポリマーに移動した。

 プラズモンが使える、プラスだもん。

[1] Chemical & Engineering News, 2022 March 28, p. 6.

DOI: 10.1021/acsnano.0c08982

22.4.8

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ニッケルは

 長い間、気難しい反応剤であるという評判だった。Paul Sabatier (1912年ノーベル化学賞)の著書「Catalyst in Organic Chemistry」では、ニッケルは荒くれ馬に例えられ、持続的に利用できないと記されていた。ただしその後Niのポテンシャルの高さが示され、Pd同様にクロスカップリング反応も触媒できることがわかった。しかもPdに比べて安い。そのためNi触媒への期待も大きいものの空気中での安定性が課題だった。Ni(0)前触媒の一つNi(COD)2は空気中では安定ではなくグローブボックス内で使わなくてはいけない。それに対して空気中でも安定なNi(0)前触媒を導く研究を行っていたグループは、CODとデュロキノン配位子を有する化合物を合成したが、これは触媒反応を引き起こさなかった。そこで配位子として10種類の反応剤を試し、CODとの組合せで、望みの反応性を示す前触媒を見つけることができた。すなわちCODと、キノン、シクロペンタジエノン、チオフェンS-オキシドあるいはフルベンを組合せた空気中で安定なNi錯体を提供している。

 これはいっける、というNi錯体が見つかった。

[1] Chemical & Engineering News, 2022 March 28, p. 5.

DOI: 10.26434/chemrxiv-2022-7zjvh

22.4.7

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環になった形のホスト分子は

 ビピリジニウム(BIPY)ラジカルカチオンを二つ含む[1]。ダンベル型の形をしたゲスト分子は三つのユニットからなる。すなわち中心にはBIPYラジカルカチオンがバインドする部位でこの部分がラジカルペア相互作用によってホストとの会合を引き起こす。ついでゲスト分子の一方の端には嵩高いジイソプロピルフェニル基があり、これによって環をすり抜けることができない。最後にもう一方の端にはジメチルピリジニウム(PY)カチオンがある。通常の条件では、PYカチオンとBIPYラジカルカチオンの反発が、ホストとゲストが会合することを妨げる。そこに金属、金属錯体、還元剤を含む様々なタイプの電子源を触媒量加えると反応速度が一挙に上がる。すなわちクーロン反発が低下し、ダンベルのPY末端が、環を通ることができた。レドックス駆動による機械的に連結された分子形成は長い間知られているものの、電子触媒を使った点は驚きである。この反応の触媒活性は、ホストあるいはゲストを表面に固定化するとさらに向上する可能性がある。

 クーロン反発の低下、苦労したけど、空論じゃなかった。

[1] Chemical & Engineering News 2022 March 28, p. 5.

DOI: 10.1038/s41586-021-04377-3

22.4.6

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