情報の伝達法を
情報の伝達法を化学する
Ver.1.0.0

鹿島 長次(2022.1)

目次

目次 .................................................................................................................................................... 2
1.

まえがき .................................................................................................................................. 4
現代人が使用する言葉は 50 万語 .............................................................................................. 4
日本語は約 70 の音の組合せ ...................................................................................................... 62.

元素の名前 ............................................................................................................................ 10
漢字の特徴 .................................................................................................................................. 10
かな文字の発明 .......................................................................................................................... 12
現代の自然科学の考え方は三行思想 ...................................................................................... 16
元素名と元素記号の由来 .......................................................................................................... 20
日本語の元素名 .......................................................................................................................... 25
原子の結び付き方 ...................................................................................................................... 29
化学的情報の整理と集積 .......................................................................................................... 35

3.

電子計算機は 2 種の表音文字で ........................................................................................ 41
金属は電気を通す ...................................................................................................................... 41
半導体の性質を示すケイ素やゲルマニウム .......................................................................... 45
2 進法で情報の演算と伝達をする電子計算機 ....................................................................... 48

4.

神経伝達は 2 種の表音文字で ............................................................................................ 52
聴覚と触覚と味覚の情報 .......................................................................................................... 52
ロドプシンの回転異性化による視覚の情報 .......................................................................... 55
主観的で感度の変化し易い嗅覚情報
主観的で感度の変化し易い嗅覚情報 ...................................................................................... 61
神経細胞による情報伝達 .......................................................................................................... 63

5.

遺伝情報は 4 種の表音文字で ............................................................................................ 67
ベンゼンは化学的に安定 .......................................................................................................... 67
多くの共有結合には電荷の偏り .............................................................................................. 70
強力な分子間相互作用をする水素結合 .................................................................................. 74
特異な性質を示すプリン体 ...................................................................................................... 78
DNA の構造 ................................................................................................................................ 82
DNA は誕生から臨終まで働く司令官.....................................................................................
89
は誕生から臨終まで働く司令官
役割に特化した DNA ................................................................................................................ 95

6.

厖大な情報の整理と記録は表音文字で.............................................................................
99
厖大な情報の整理と記録は表音文字で2

索引 ................................................................................................................................................ 106

31. まえがき
現代人が使用する言葉は 50 万語
環境省が 2008 年に纏めた環境白書では、哺乳類 6000 種や鳥類 9000 種や昆虫類 95 万種を含めた動物 175 万種と植物 27 万種などが既知の生物として認識されていますが、未知の動植物を含めますと全ての生物は 3000 万種にも及ぶと報告しています。これらの多種多様な生物は種々の方法や特性により互いに共存共栄したり生存競争をしたりしてそれぞれ種の保存に努め、進化したり繁栄したり滅亡したりして自然淘汰されてきました。多くの動物は生活に必要な物質やその原材料をすべて外部から調達していますから、食べ物や飲み物を摂ることが生命の維持に最も重要な行動です。水場や漁場や猟場や肥沃な土地などの位置情報、水や食べ物の適性情報、生存競争に役立つ情報など生きるための知識や情報
は生死を分けることにも繋がります。「孫子」の中の「彼を知り己を知れば百戦あやうからず」の一節は周囲の状況や相手の性格や能力など種々の情報が生存競争に重要と説く教訓ですが、この教訓が多くの生物の種の保存に役立てられているようです。
豊かな食べ物の供給にかかわる情報は動物にとって極めて重要ですから、動物の群れがそれらの情報を集団で共有することは生存競争に打ち勝ち種の保存をすることに大きく貢献します。アリは女王蟻を中心に多くの働き蟻が巣を中心に広く地面を這いずり回って食べ物を求めて探し回っていますが、一匹の働き蟻が偶然に食べ物を見つけますとその位置や食べ物の種々の情報がほかの多くの働き蟻に伝えられて、短期間に食べ物の在り処と巣の間に働き蟻の行列が形作られます。働き蟻の間に日本語や英語のような言葉の遣り取りがあるのかもしれませんし、手旗信号のように触覚を振って情報が伝えられるのかもしれません。
著者が度々宿泊する小屋には図 1-1 に見えるような小鳥の餌台があり、四十雀や五十雀
やヤマガラやコガラなど種々の小鳥が食べ物を求めて集まってきます。これらの小鳥達には身分の差があり五十雀が一番威張っていますが、比較的仲良く 10 羽程度の小さな群れを作って行動を共にしています。この餌台にヒマワリの種を 1 ヶ月振りに供給しても、ヒマワリの種の存在を知りませんから小鳥達は全く集まってきません。しかし 2～3 日後に偶然に 1 羽の四十雀などがヒマワリの種を見つけて 1 粒だけ食べてゆきますと、その後 1 時間後には沢山の四十雀や五十雀やヤマガラやコガラが集まってきて、山盛りに置いたヒマワリの種は総て食べ尽くされてしまいます。卵を温めている巣を蛇が襲いますと激しくピーピーと泣き叫びますが、平常時には小鳥達は互いにツピ
図 1-1 餌台に集まる五十雀

ツピと長閑に啼き合って食べ物の在り処
4

などの情報を伝えているようです。四十雀のツピツピという囀りは井戸端会議のかみさん
達のお喋りのような情報交換の手段のようです。
アリや小鳥たちにどの程度に緻密で詳細な内容まで伝えられる社会的な繋がりの機構（SNS、Social Networking Service）が作られているか明らかではありませんが、哺乳類ではかなり進歩した情報伝達の機構を持っているように思われます。馬は嘶いたり前足を踏み鳴らしたり首を擦り付けてきたりしますし、我が家の愛犬は７色の声で吠えたり、鼻を擦り付けて匂いを嗅いだり、嚙みついたり、尻尾を振ったりします。
人類は種々の方法で生命の維持に必要な食べ物を得るための情報や生存競争の中で生き残るために敵や味方の情報を伝える情報伝達の機構を持っています。大声での咆哮から囁きまで、爆笑から微笑まで、号泣から涙を浮かべるまで種々の表現を使って喜怒哀楽を伝えます。瞼を閉じたり、目を糸や点や三角や丸に形を変えたりして目が口ほどにものを言います。飛んだり跳ねたり、胸を張ったり、背を丸めて縮こまったり、拳を突き上げたり、手を合わせて祈ったり、身体をくねらせて甘えたりして、顔だけでなく身体全体を使って情報を伝えます。指を 1 本立てれば 1 を、3 本立てれば 3 を意味しますが、人差し指と中指を立て V サインには 2 を意味する他に種々の意味が含まれるようです。第 2 次世界大戦の折に連合軍が図 1-2 の左図のように掌を相手に見せた V サインを勝利の合図にしましたが、1960 年代になると反戦や平和の意味合いが強くなり、日本では写真を撮るときの喜びや親愛の情を篭めたポーズに使われるようになりました。しかし、英国では相手への敵対や挑発を示すときに図 1-2 の右図のように掌を手前に向けた V サインするようで、彼らは人差し指と親指を開いて 2 を意味します。また、多くの日本人は他意もなく人差し
指で相手を指差しますが、西欧の人は悪意を持つ相手に対して人差し指で指差すと聞いた
ことがありますから、手の指は 10 本しかありませんが指使いのわずかな違いによっても異なる誤った情報が伝えられことが起こります。手話は手の動きを中心に身体を用いる情報の伝達の手段ですが、微妙な内容を含む情報を正確に伝えることがかなり難
しく、人類が生活してゆく上で必要な情報を伝達する情報伝達の機構の媒体として不図 1-2 2 通りの意味を持つ V サイン

十分に思われます。

良く心の通じ合った 2 人の間では以心伝心で情報を交換できますから、「同意」と「反意」の 2 つ以外の意味を持つ言葉はほとんど必要ありません。しかし、小さな家族でも年齢も立場も異なる複数の人で構成されていますから、互いの情報の交換に共通に理解した意味を持つ約束事が必要になり生まれてきます。例えば、首を縦に振った時には「同意」の意味を、横に振った時には「反意」を意味するようになっています。首の動きは縦と横と右傾と左傾の 4 通りしか明確に区別できませんし、四十雀などの小鳥はツピツピと5ピーピーのほぼ 2 種の音しか発せられませんし、我が家の愛犬は 7 色の声に限られていま
すが、人類は幸い非常に多くの音を微妙に発することができますから、この音を組み合わせた言葉で多くの情報を伝達しています。
さらに多くの家族が集合した民族や社会では、その集団で互いに共通な意味を持つ言
葉の数は飛躍的に多くなります。岩波書店が発行している携帯に便利な国語辞典は日常生活に必要な最小限の日本語の言葉が約 60000 語収録されていますが、大きな集団の中の情報の交換にはこのような多くの言葉が必要になることを示しています。非常の特殊な日本語の言葉や日本人の間に定着しつつある新しい外来語を調べるために刊行されている小学館発行の大辞泉と岩波書店発行の広辞苑はそれぞれ 300000 語と 240000 語収録しており、改定の度毎に約 10000 語ずつ多く収録されています。また、Webster が 1806 年に初めて編纂したアメリカ英語の辞書はその後改定を続け、1961 年に第 3 版で約 450000 語を収録していますから、現代の 1 つの民族あるいは集団が情報の伝達に用いている言葉は約 400000～500000 語と推定することができます。

日本語は約
日本語は約 70 の音の組合せ
江戸時代には徳川幕府が江戸で日本全土の約 280 の大名や小名を統括していましたが、これら大名や小名はそれぞれの所領を独立に統治をしていましたから、江戸や京都の文化の影響を受けながらも各地方には独自の文化が育っていました。当然、サとスとセとソの音をそれぞれシャとシュとシェとショに発音する地方や、サシスセソやタチツテトが濁音になりやすい方言など、それぞれの地方に独特の特色をもった言葉が用いられていました。
明治維新を経て諸外国に伍した独立国となるために明治の新政府は中央集権による統一を目指し、新政府が江戸から改名された東京に置かれ、長年にわたり江戸に住んで政治を担当してきた多くの人々が新政府を動かすことになりました。その一環として新政府は情報の伝達を潤滑にするために、新政府を動かす人々の言葉を標準語に定めて日本語の統一を推し進めました。文部省の指導による学校教育により日本人に定着してきた標準語は、ラジオやテレビの普及とともに標準語による東京からの多くの情報の発信により、総ての日本人が用いる日本語として確立され多くの方言が消えてゆきました。このようにして統一された日本語はアイウエオの 5 種の母音と 14 種の子音の組み合わさった約 70 の音を基本にしています。
標準語の基本になる音が 70 に限られていますから、同じ音で異なる意味を持つ同音異語も生まれてきます。例えば岩波書店発行の国語辞典には「イ」の音を持つ言葉として、「五つ」などのように 5 を表す場合と地下から水を汲み上げる井戸を表す場合と十二支の亥を表す場合と畳の表面の材料となるイグサを意味する場合など 32 の言葉が収録されています。2 つの音の組み合わせは 4900 通りですから、かなり多くの言葉が 2 つの音の組み合わせで表現できますが、それでも同音異語がかなり用いられています。「ハシ」の音には水の上に道を通すための橋と食事をするときに用いる箸と物の中央から外れた遠い端の6

部分を意味する場合が収録されていますが、橋はあまり強いアクセントを置かず、箸は「ハ」の音にアクセントを置き、端は「シ」にアクセントを置いて区別しています。大辞泉や広辞苑が収録している語数をもとにしますと、現代の日本の国内で情報の伝達に用いられている日本語の言葉は約 400000 語と推定することができますが、3 つの音あるいは 4
つの音の組み合わせはそれぞれ 343000 通りと 24010000 通りですから、文法上の制限や発音し難い音の組み合わせや聞き取り難い音の組み合わせを考慮に入れても 5 つの音か 6 つの音の組み合わせで十分に表現できます。
日本人は 70 の音を組み合わせた約 400000 語の言葉にそれぞれ共通に理解した意味を持たせて日常生活で互いに情報を伝達し交換し合っています。その言葉は具体的に個々の物や現象などに対応した名詞と、それらの物や現象に加えられる説明を表す形容詞と、動きを表わす動詞と、それらの動きに加えられる説明を表す副詞に大別されます。日本語の基本的な文法では、主語と呼ばれる情報の主体となる名詞と目的語と呼ばれる主語に関係する名詞の後に、テニオハと呼ばれる助詞をそれぞれ付けて主語と目的語の関係を表し、最後に動詞を付ける語順になっていますが、さらにそれらの名詞と動詞の前にそれぞれ形
容詞と副詞を並べて情報に詳細な説明を加えています。幼児や外国人のように日本語をよく知らない人は文法を無視して言葉を並べ、情報を交換しますが多少の誤解を伴います。
本書の表題の「情報の伝達法を化学する」では、個々の現象に対応した「情報」と「伝達法」の 2 つの名詞と、動きを表わす「化学する」の動詞を「の」と「を」の 2 つの助詞で繋ぎ、これらの言葉の関係を明らかにしています。
人類の文明は数千年前から各地にほぼ独立した形で発展してきましたから、それぞれの集団の中で情報の交換に用いられる言語も独立した形で発祥し進化してきました。異なる人種が異なる自然環境の中で生活を続けてきましたから、それぞれの集団が生み出した言語も異なってきました。例えば、「同意」と「反意」の情報は人類が生活する上で最も根源的で重要な伝達すべき情報ですから、「同意」の意味を持つ言葉はそれぞれの家族や民族の間で自然発生的に異なる組み合わせの音に約束されています。日本語の「はい」あるいは「うん」の意味を持つ言葉は英語では Yes、ドイツ語では Ja、ロシア語では Da、イ
タリア語やスペイン語では Sì、フランス語では Oui、中国語では是（Shì）、韓国語では예
（ye）と短い言葉ですが民族により千差万別です。
平安時代にはハとファを区別していたようですが標準語として 70 の音に統一されましたので、標準語になくほとんど使わないために現代の日本人が聴き分けることの難しい Fや V や L や Th などの子音が英語には多く用いられています。R と L の違いが全く識別できませんから、カナダに滞在中に著者はこれらの音を含む英語をすべて日本語のラとリとルとレとロで発音し、相手の話す R と L の言葉を前後の言葉の繋がりから内容を連想していました。また、ドイツ語は A と E と I と O と U の 5 種の母音のほかにその中間の Ä と Öと Ü の 3 種の母音が基本になっています。
日本語の基本的な文法では、主語となる名詞と目的語となる名詞の後に、テニオハと7呼ばれる助詞をそれぞれ付けて主語と目的語の関係を表し、最後に動詞を付ける語順になっていますが、英語の文法では主語となる名詞の後ろに動詞が並び、前置詞により相互の関係の表わされた名詞が最後に目的語として続きます。中央アジアで広く用いられている
チュルク語やモンゴル語は韓国語とともに日本語と同じ主語と目的語に次いで動詞の順番を持っていますが、フランス語やスペイン語やイタリア語などのヨーロッパで広く用いられている言語は中国語や東南アジアの国々の言語とともに、英語と同じ語順を持っています。
人類の文明が発展するにつれて日常生活にあまり関係のない学問的な情報が蓄積されるようになり、学問が細分化してそれぞれの分野の情報が巨大になってきました。著者の専門分野としている有機化学は生体を構成する物質の性質や反応や利用法などを研究対象とする化学の一分野ですから、蛋白質や糖質や脂質や核酸を主要な研究対象とする多くの研究者が活躍しています。有機化学以外でも生物学や農学や医学や薬学や栄養学などの多くの専門分野に蛋白質や糖質や脂質や核酸などの物質を主要な研究対象とする研究者がいます。異なる人種が異なる自然環境の中で生活を続けるうちにそれぞれの集団が生み出す言語が異なってきたように、それぞれの学問分野は独立した形で情報の交換に用いられる専門用語と呼ばれる特殊な言語を生み出し進化してきました。有機化学は化学の一分野として進化してきましたから化学の分野で情報の交換に用いられる専門用語を用いています
が、農学や生物学は生物を対象として発展し進化してきた学問分野ですし、薬学や栄養学
は医学から派生してきた学問分野ですから、それぞれ独立した形で情報の交換に用いられる専門用語を生み出し用いています。
ヒマワリの種の在り処を見つけた四十雀が他の小鳥達に情報の伝えても、人間には単にツピツピと囀っているとしか分かりません。「三毛猫が騒げばシケになり、眠れば天気平穏」や「地下の大鯰が暴れると大地震が起こる」などの種々の動物の間の情報が人間に伝えられてくると古くから言い伝えられていますが、俗説で真偽のほどは定かではないと思われます。我が家の愛犬が 7 色の声を使い分けて物事を伝えようとしてもほとんど理解できませんから、飼い主は唯々憶測して右往左往するばかりです。2002 年にタカラトミー
が犬の首輪に装着しマイクで収音した鳴き声を分析して日本語に同時翻訳するバウリンガ
ルと呼ばれる装置を開発しましたが、表示される言葉は不満と威嚇と自己主張と喜びと悲
しみと欲求の 6 種類の感情のみでした。このように異なる情報伝達の機構の間では情報の交換は極めて難しいものです。
人間と動物のように非常に違いの大きな情報伝達の機構の間でなくとも、多くの民族
は異なる音を組み合わせて異なる言葉を異なる語順の言語で情報の交換をしていますから、それぞれの民族の情報伝達の機構の間で相互に情報の交換することにはかなり困難が伴います。1969 年 7 月にアポロ 11 号の Armstrong 船長が月面に降り立った瞬間のテレビ中継を
世界人口の 20％が見守ったと云われていますが、著者も大いに感激したことを今でも記憶しています。異なる言葉が異なる語順で並ぶ英語と日本語の間の情報交換の困難を乗り越8えて、この時日本では西山千氏が月と地球の間の交信を臨場感に満ちた「こちらヒューストン。アポロ 11 号、応答せよ」の名文句で始まる同時通訳をしました。その後、電子技術が格段に進歩しましたから、現在では手に乗るほどの小さな電子機器で日常生活に必要な最低限の言葉や会話を種々の言語に翻訳する同時通訳機が市販されるようになってきま
したが、未だ充分とは思えません。
水や食べ物の適性情報、生存競争に役立つ情報など生きるための知識や情報は生死を分けることにも繋がります。手話は手の動きなどの動作により情報の伝達の手段ですが、微妙な内容を含む情報を正確に伝えることがかなり難しく、人類が生活してゆく上で必要な情報を伝達する情報伝達の機構の媒体として不十分に思われます。人類は幸い非常に多くの音を微妙に発することができますから、この音を組み合わせた言語で多くの情報を伝達しています。しかし、人類の文明は異なる人種が異なる自然環境の中で生活を続けて各地にほぼ独立した形で発展してきましたから、それぞれの集団の中で情報の交換に用いられる言語も独立した形で発祥し進化してきました。さらに、人類の文明が発展するにつれて日常生活にあまり関係のない学問的な情報が蓄積されるようになり、学問が細分化してそれぞれの分野の情報が巨大になってきました。異なる集団が生み出す言語が異なってきたように、それぞれの学問分野は独立した形で情報の交換に用いられる専門用語を生み出し用いています。多くの民族や研究分野では独自の言語や情報伝達の機構により情報の交換をしていますから、それぞれの言語や情報伝達の機構の間で相互に情報の交換することにはかなり困難が伴います。
本書では化学的な知識や思考方法を基にして化学に関係の深い言語や情報伝達の機構について独善的に考えてみようと思います。これらの化学に関係の深い言語や情報伝達の機構について考えることから、何か一つでも化学の研究や教育に役立つものが見つけ出せれば良いと思っております。また、化学に関係の深い言語や情報伝達の機構について考えることで日常生活を豊かにする助けになれば、本書はさらなる意義を持つことになると思
われます。

9

2. 元素の名前
漢字の特徴
日本人は 70 の音を組み合わせた約 400000 語の言葉に対してそれぞれ共通に理解した意味を持たせて日常生活で互いに情報を伝達し交換し合っています。ある人が声帯の振動により時々刻々空気を 70 通りの波形で振動させて発声しますと、この空気の振動が他の人の鼓膜を同じように時々刻々振動させて声が認識されます。大声で発声すれば音の大きな振動波は少しずつ拡散し減衰して遠くまで伝わりますから多くの人の鼓膜を振動させますが、囁くような声では遠くまで伝わりませんから内緒話になります。この音の変化は
時々刻々変化する空気の振動の波形の変化ですから、瞬時に消えてほとんど残りません。
70 通りの波形の空気の振動は伝達されると同時に消滅してしまいますから、それらの空気振動が持つ情報は相手の記憶としてしか残りません。
伝言ゲームはある文章を内緒話で次々に言伝てゆく遊びで昔からパーティーなどでしばしば楽しまれてきました。例えば、「右隣の C さんのお姉さんがお向かいの K さんの友
達の息子さんとお見合いをした」という文章を伝言ゲームで 10 人ほど言伝てますと、「お向かいの C さんの息子さんがあの A さんと喧嘩した」のような内容になってしまう変化を楽しみます。この場合声による情報が伝達されると同時に消滅してしまい、受信した情報の記憶が次から次へと伝えられますから、伝言が繰り返されるたびに受信と記憶の不確かさが相乗効果を示して思いもよらない内容に変化するものと思われます。人類が生活してゆく上で必要な情報を伝言ゲームのように親から子や孫へ代々伝えてゆく場合には、記憶している時間が長くなりますから記憶の風化が起こり易く、言い伝えの内容は変化してしまいます。遊びの伝言ゲームの場合には誤った内容の情報が伝達されても問題になりませんが、人類が生活してゆく上で必要な情報の場合には誤った情報では全く役に立ちません。
大きな民族を統治し支配した歴史的な偉人の業績を後世に語り継ぎたいとの思いから、偉人の後継者はその内容や情報を絵に描いて残しました。代表的な世界文化遺産のアンコールワットはカンボジアの森の中に残こるクメール王朝のヒンドゥー教寺院ですが、その壮大な建物の壁面には王朝の威勢を誇示するように象を先頭に強力な軍隊の多くの兵士が行進する壁画が刻まれています。このアンコールワットは粘土を接着剤として石材を積み上げた構造の建造物ですが、この石材の砂岩は比較的細工のし易い性質を持っていますから、図 2-1 に示すような精巧で緻密な彫刻が残されたものと思われます。
このように絵や彫刻は詳細な説明や約束事

図 2-1 アンコールワットの壁画もなく直感的に情報を後世に残すことがで10

きますが、多くの情報を残すためには多大な経済的負担と高い技術が必要になります。
長い鼻を持つ四つ足の動物を描けば象と想像できますし、多くの槍を持つ人を描けば軍隊を連想しますから、簡略化した線描きの絵でも図 2-1 の内容を残せます。その民族が用いている言葉に対応したこのような絵文字は象形文字と呼ばれ、原始的な文字と考えられています。最も表意文字として完成されている漢字について考えるとき、象形文字が抽象化され簡略化されて表意文字の漢字に進化したことが見られます。例えば、簡易型の電子計算機には太陽を表す☀のような絵文字が用意されていますが、このような絵文字が中心の黒い二重丸に簡略化され、さらに日という漢字に抽象化されたと云われています。このようにして日や月や鳥や獣や水などの日常生活に密接に関わる基本的な言葉に対応する
表意文字が作られましたが、日常生活で互いに情報を伝達し交換し合うときに必要な最小限の日本語の言葉が約 60000 語ですから、絵文字あるいは象形文字を簡略化するだけではすべての言葉を表すことができません。
日本の国内には約 700 種の樹木が自生していると推定されており個々に名前がついていますが、これらの中には非常に類似した特徴を持っているものも含まれています。そのためこれらの樹木の特徴を持つ絵文字の抽象化と簡略化により名前に対応する表意文字を作ることは容易ではないと思われます。この問題を系統的に解決するために偏と呼ばれる基本的な言葉を表す表意文字と、旁と呼ばれる言葉を構成している音を示す表意文字あるいは性質を示す表意文字との合体で新しい文字を合成したと思われます。例えば、橙や蜜
柑や柚はいずれも秋に酸味の強い黄色の果物を付ける柑橘類に属する果樹で、木の大きさや枝ぶりや花の形や開花期などの特徴がよく似ていますから、明らかに識別できるような絵文字を描くことはできません。漢字の完成された当時の橙と蜜柑と柚はそれぞれトウとカンとユウと呼ばれ、同じ音を持つ登と甘と由の文字を旁として、樹木を意味する木偏と組み合わせ合成したと思われます 。そのために、登という音の漢字には橙のほかに、鄧や鐙や燈や磴などの例からも明らかなように多くの同音異語が存在します。このようにして2000 年以上の昔に日常生活の情報交換や記録に用いられる多くの漢字が偏と旁を組み合わせた表意文字として作られました。その後、清の康熙帝の命により康煕字典が木偏や金偏など 214 部首に分けて 47035 字の収録された漢字辞典として 1716 年に纏められました。
代表的な表意文字の漢字の特徴から、表意文字の特徴を考えてみましょう。漢字は個々の文字がそれぞれ固有の音と意味を持っていますから、その漢字を見るだけで音と意
味を同時に理解することができ、限られた文字数で大量の情報を迅速に伝達することができます。しかし、最も基本的な約 5000 字の文字を記憶しなければ日常生活に必要な情報の交換ができませんから、これらの漢字を記憶することが初等教育の段階においてかなりの負担になります。漢字は基本的な性質や動きを示す偏とその音や性質を補助する旁で構成されていますから、記憶にない文字に出会った場合でも偏からおおよその性質を推量できますし、多くの場合に旁から発音することができ話し言葉と結び付きます。
しかし、日本の国内だけでも約 700 種の樹木が自生していると推定され、その種類に11対応する多く名前が個々に付いていますから、必然的に相当する木偏を持つ漢字が必要になります。木肌の赤い赤松や黒い黒松や葉が 5 本の束になった五葉松や冬期に落葉する落
葉松などその種の特徴を表す形容詞を付けて個々の種類の名前に対応した文字が用意されていますが、マツやスギやヒノキなどの代表的な樹木にはそれぞれ松や杉や檜のような木偏の文字が用意されています。このような代表的な樹木に対して、手元にある漢字辞典の
木偏の部に約 120 文字が収録されていますが、それぞれ旁の異なるものですからそれらを区別するためには旁がかなり複雑になり画数が多くなります。このような傾向は草冠や虫偏や獣偏や病垂ばかりでなく多くの部首に共通しています。
しかも、文明の発展と国際的な交流により新しい物事や現象が認識されるに連れて、新しい文字を作ることが必要になります。現代の中国で必要とされる文字の数は康煕字典の編纂された当時の 47000 字をはるかに上回っていると見積もることができ、新しく増加した文字を従来の文字とそれぞれを区別するためには新しい旁を組み込まねばならず、ますます旁が複雑になり画数が多くなります。画数の多い漢字は記憶することが困難なばかりでなく、肉筆で書く場合に長時間を要します。その上、細字で画数の多い漢字を記しますと明瞭な識別が困難で文字を大きくすることが必要になりますが、活字印刷や電子機器による表記では 1 文字当たりの面積が限られていますから識別が難しく誤解を生じます。
鹿や龍という画数の多い複雑な漢字を含む名前を書くために時間を取られますから、時間の限られた試験には大いに不利になると著者の長男は常に嘆いていました。
画数の多く複雑な文字が現代において非常に汎用されている場合が多々ありますから、漢字が象形文字から表意文字に進化してきたときのしがらみを捨てて、多くの漢字を簡略化して画数の多い漢字の持つ欠点を解決しました。漢字を公用文字に用いている中国と日本はそれぞれ独自に汎用される文字を簡略した略字（簡字体、新字体）に変更しましたが、台湾では簡略化がなされず康煕字典に収録されている繁字体が用いられています。このように日本と中国と台湾で同じ意味を持つ漢字に新字体と簡字体と繁字体の 3 通りの文字が生まれ、互いの情報の伝達が円滑にできなくなりました。例えば本書の表題に用いられて傳達と化學學と記していましたが、汎用され
いる伝
伝達と化学
学は 100 年前の日本ではそれぞれ傳る文字でありながらあまりに画数が多く複雑なために 1946 年に簡略化されました。このように漢字に代表される表意文字の特色は文明が発展し、地球全体の交流が頻繁になり、社会が複雑になるにつれて表意文字の簡略化などの改良がなされていますが、長所よりも短所が目立つようになってきました。

かな文字の発明
前節でまとめたように、漢字に代表される表意文字は 1 文字の持つ情報量が非常に多く僅かな文字数で大量の情報を短時間に伝達できますが、最も基本的な約 5000 字の文字を記憶しなければ日常生活に必要な情報の交換もままなりませんから、これらの漢字を記憶することが初等教育の段階においてかなりの負担になります。しかも、表意文字は総て
12

の事物や現象に個々に対応していますから、康煕字典の編纂された 18 世紀中期でも約47000 字が使用されていましたが、文明の発展と国際的な交流により新しい物事や現象が認識されるに伴い新しい文字を作ることが必要になります。結果として 30 画にも及ぶ極
めて複雑な文字まで作られますから、記憶することが困難なばかりでなく、肉筆で書く場
合に長時間を要します。その上、画数の多い漢字を細字で記しますと明瞭な識別が困難で文字を大きくすることが必要になりますが、活字印刷や電子機器による表記では 1 文字当たりの面積が限られていますから識別が難しく誤解を生じます。
このような特徴を持つ表意文字に対して世界には意味の持たない音だけを表す多くの表音文字があります。中東各国で広く用いられているアラビア語は図 2-2 に示す絵本の表紙の表題で見られるように右から左にかかれた表音文字です。このアラビア語から変化したアルファベットは左から右に
書き順は変わりましたが、英語やフランス語やドイツ語など欧州全域で基本的に使われる表音文字です。また、図 2-3 に示すように世界文化遺産のアンコールワッ
トの壁に表音文字のクメール文字でクメール王朝の様子が記録されています。朝鮮半島は中国に接していますから、古くから漢字 文化の影響を受けてき ました

図 2-2 絵本の表紙を飾るアラビア語

が、朝鮮語は日本語と非常に類似したアルタイ語に分類される言語で、中国語とは語順など大きく異なっています。15 世
紀から朝鮮半島を支配した李氏朝鮮の世宗大王の命により 1443 年に言葉を発音す
るときの口や舌の形を文字にした象形文
字のよう な表音文字のハングル （韓文字）が作られました。以後、朝鮮半島で
図 2-3 壁に記されたクメール文字

は永年にわたり漢字とハングルが併用されてきました。

朝鮮半島と同じように有史以前の日本では文字を持っていませんでしたが、隣国の中国には早くから漢字文化が発展していましたから、1 世紀ごろから少しずつ漢字文化が日本に流入し伝来してきました。しかし、朝鮮語と同じようにアルタイ語に分類される日本
語は中国語と言語の系統が全く異なっていますから、物事や現象を表す言葉が異なるばか
りでなくそれらの関係を表す助詞や前置詞を含めて語句の並び方も異なります。両国の言13

表 2-1 万葉仮名の一覧の一部
万葉仮名の一覧の一部

語の間で対応できる物事や現象についてはそれぞれの漢字に訓読み

読み
あ
い
う
え(ア行)
え(ヤ行)
ゑ(ワ行)
お
を(ワ行)

と呼ばれる音を与えて転用することができましたが、日本にのみ存在する独自の物事や現象は漢字で表すことができません。その上、アルタイ語に特有の主語と目的語の間の関係を表す助詞が中国語にはありませんから、漢字だけで日本語の言葉を記録することができ

万葉仮名
阿,安,婀,鞅,英,吾,足韋,為,位,威,謂,萎,委,偉,井,猪,居有,宇,于,羽,鳥,紆,禹,雲,菟,鵜,卯,得
衣,依,愛,亜,哀,埃,榎,荏,得
延,叡,曵,遙,要,兄,江,枝,吉恵,廻,慧,衛,隈,穢,画,咲
意,憶,於,隠,飫,淤,応,乙乎,袁,遠,怨,呼,鳥,鳴,塢,越,男,雄,緒

表 2-2 ひらがなの字源の一覧表
ひらがなの字源の一覧表

ませんでした。そのため多くの漢字を表意文字としてではなく表音文字として使い日本語を記録する
万葉仮名が考案されました。万葉
集に歌の集められた 759 年までの130 年間の時代には現行のひらがな
やカタカナでは表すことのできな
い中間の音も発音されていたようで、記した人やその時代により同じ音に対して異なる当て字が用いられていました。このように初期

あ
安
さ
左
な
奈
ま
末
ら
良
ん
无

い
以
し
之
に
仁
み
美
り
利

う
宇
す
寸
ぬ
奴
む
武
る
留

え
衣
せ
世
ね
禰
め
女
れ
礼

お
於
そ
曽
の
乃
も
毛
ろ
呂

か
加
た
太
は
波
や
也
わ
和

き
幾
ち
知
ひ
比

ゐ
為

く
久
つ
川
ふ
不
ゆ
由

け
計
て
天
へ
部

ゑ
恵

こ
己
と
止
ほ
保
よ
与
を
遠

の段階では同じ音読みの漢字や同じ訓読みの漢字を表音文字に流用しましたから、万葉仮名に使われた漢字に統一性がなく、表 2-1 に掲げたように 10 種以上の漢字が一つの音に流用されることもありました。
当然万葉仮名で綴られた文章を読むために記憶しなければならない漢字の字数が多くなり、しかも種々の解釈が可能で誤解を招きやすいために、次第に表音文字として用いられる漢字が表 2-2 に掲げたように統一されてきました。江戸時代には限られた音に対して複数の漢字が用いられる場合が残っていましたが、現在でもその名残として、図 2-4 に示すように蕎麦屋の看板には濁点の「〝」を後尾に付けた「幾楚者」を崩しほとんど読めない文
字に図案化してきそばと書かれていますし、
甘味処の品書きには志留古を崩してしること
14

図 2-4 幾楚者〝の看板を掲げる蕎麦屋
幾楚者〝の看板を掲げる蕎麦屋

書いてあります。
表音のためのこれらの当て字は頻繁に用いられますから、次第に簡略化された草書体になりさらに書き崩しが進みひらがなに変化しました。表 2-2 には表音文字として統一された漢字が簡略化されて生まれたひらがなを対応するように掲げました。また、字源となる漢字からひらがなが生まれたように、漢字を部分的に抜き出して代用する書き方も 7 世
紀半ばにはなされるようになり、カタカナが誕生しました。例えば、牟や呂や多や伊や加の上半分あるいは左半分だけを記したムやロやタやイやカなどが字源となる漢字の持つ音を表しています。これらの例からも分かるように、ひらがなとカタカナの字源は多くの場合重複していますが、異なる漢字が字源として選ばれている場合もあります。
表意文字は個々にそれぞれ固有の音と意味を持っていますから、全ての物事や現象を表すためには約 50000 字が必要になり、最も基本的な約 5000 字の文字を記憶しなければ日常生活に必要な情報の交換もできません。このように多数の文字を支障なく用いるために、
これらの表意文字を記憶することが初等教育の段階においてかなりの負担になりますが、人間が区別して発音しうる音は 100 音未満ですから、対応する表音文字も当然 100 字未満に限られます。日本語では音の種類に対応したひらがなやカタカナがそれぞれ用意されていますから、2 種の仮名文字の総数は約 150 文字です。英語やドイツ語やフランス語などのアルファベットを主体とする言語では、複数の表意文字を組み合わせて 100 未満の音を表現していますから、ウムラウト（̈）やアクサングラーヴ（` ）などを含めても約 30 種の表音文字を習得すれば、話し言葉を文字で記録することができます。
仮名は日本人発明した表音文字ですから、どんな日本語の文章でも記録することができます。「弁慶が長刀を持って……」をひらがなだけで「べんけいがなぎなたをもって…
…」と書けますが、区切り方を間違えますと「弁慶がなぎなた
ぎなたを持って……」となりまっ
ぎなたたく意味をなさない分になりますから、このような区切り方の間違えをギナタ読みと呼んでいます。技術の進歩による情報伝達の機構の変化により今では儀礼的なものになってしまいましたが、電報はカタカナの文章で情報を火急に伝達する代表的な情報伝達の機構でした。例えば、生活費に窮した若者が親に送金の依頼ために「カネオクレタノム」と電報を打つと、電文から「金を送れ頼む」とは理解せずに、「金を呉れたから飲む」と誤解する落語の小咄があります。このように表音文字の仮名が続きますと、区切り方により意味が全く異なってしまう場合が起こります。表音文字のこの欠点を避けるためにアルファベットやハングルを用いる言語ではそれぞれの語句の間に僅かな空白を入れて区切り方の間違えを避けるようにしています。
表意文字は個々に音と意味をもっていますから限られた文字数で大量の情報を迅速に伝達できますが、表音文字は意味を含みませんから情報の伝達に要する文字数が多く、しかもギナタ読みを避けるために語句の間に空白を要しますから、限られた文字数で伝えられる情報量が少なくなります。言葉は 100 未満の音の組合せですから表音文字は発音でき
る言葉であれば、その音に対応する表音文字を連ねることにより無限の数の言葉を記録す
15

ることができ、新しい概念を持つ言葉でも外来語でも文字として支障なく表現することができますが、表意文字は新しい言葉に新しい文字を用意しなければなりませんから、限られた数の言葉しか新たに記録できません。
中国を中心にした文明圏では筆を使って墨で紙に書いていましたし、中東や西欧ではペンを使ってタンニン酸鉄を主体とするインクで書いていました。墨もタンニン酸鉄も空
気中で非常に安定な顔料ですから、保存状態が良ければ 2000 年以上情報を保存できます。
1 部の書類は容易に手書きできますが、10 部以上も手書きすることは誤字や脱字を伴いますし、多くの単純作業を伴いますから容易ではありません。770 年に中国で木版を彫って仏教の経典を複数印刷したという記録があり、全く同じ書類を容易に複製できるようになりましたが、原版を彫るために技術と労力を要します。文字を木に彫った活字を組んで印刷する組版印刷が 11 世紀に始まりましたが、文字の種類の多い漢字の活字を彫ることも適切な活字を拾うことも困難なためにあまり実用化が進みませんでした。文字数が 100 文字未満の表音文字は対応する活字も 100 種未満ですから、活字を作ることも適切な活字を拾うことも容易と考えられます。15 世紀に Gutenberg は鉛とアンチモンと錫がそれぞれ80％と 18％と 2％からなる融点約 240℃の活字合金で活字を作り、その活字に適した油性のインクを使って組版式の活版印刷に成功しました。この成功から表意文字に比べて表音
文字は活字を使う大量部数の印刷に適していることが明らかです。
さらに 2 種の表音文字の間では、多くの場合に同じ音にそれぞれ対応する表現がありますから、容易に異なる表音文字に書き換えることができます。江戸時代末期に来日したアメリカ人宣教師 Hepburn は 1867 年に初の和英辞典を編纂しましたが、それらの過程で日本語の音をアルファベットでほぼ忠実に表すヘボン式と呼ばれるローマ字対応表を纏めました。その後この対応表は若干修正や改良がなされ、現在は 2～3 通りの対応表が用いられています。最先端の化学の研究の中心が第 2 次世界大戦を境にドイツからアメリカに移るとともに、化学の学問分野の国際語もドイツ語から英語に変わりました。著者も研究成果を英文で発表することになり、英文タイプライターの習得に迫られました。結果として、本書をはじめすべての「化学するシリーズ」の原稿は日本語をヘボン式のローマ字で入力してきました。このようにローマ字によりアルファベットを用いる言語と日本語が容易に相互に変換できることから、複数の表音文字の間では機械的に相互変換が容易にできることが分かります。表意文字と表音文字の特徴を比較するとき、この相互変換の容易さは表音文字の最も優れた特徴で、文明が進化し国際的に交流が盛んになって互いに広く文化を導入し新しい物事や現象が急速に増加するとき、それらの情報を支障なく記録するために
は表意文字が必要になっています。

現代の自然科学の考え方
現代の自然科学の考え方は三行思想
自然科学の考え方は三行思想
春秋戦国時代の中国では万物が木と火と金と水の 4 つの独立した元素とそれらを中心で繋ぐ土の元素でできているとする五行思想が考えられていました。人間の身体は肝臓、
16

心臓、脾臓、肺臓、腎臓の 5 臓が働いて機能し、穀物は麻と麦と稲と黍と大豆の五穀からなると考えていました。季節は春夏秋冬の四季とその間を結ぶ土用からなると考えていましたから、うなぎを食べる習慣のある土用は夏と秋を結ぶ中間の季節となります。また、動物の代表は龍と孔雀と虎と武と麒麟の五獣（五龍）が考えられていたようです。プリン
ターのインクと同じように、青と朱〔赤〕と白と黒と黄の 5 色の組み合わせで地上のすべての色ができていると考えられていました。この五行思想が古く日本に伝搬しましたから、現在でも多くの習慣や言葉が日本の中に残っています。例えば、色と季節が結びついた青
春、白秋、朱夏、玄冬などの言葉が残っていますし、色と動物が結びついた青龍、白虎、朱雀、玄武、麒麟（黄麟）は高松塚古墳の壁画に描かれ、平城京の入り口の朱雀門や幕末
会津で討ち死にした白虎隊や火山岩の一種の玄武岩に名が残っています。同じように大相撲の土俵の上には青房（実際は緑房）と赤房と白房と黒房が下げられています。
ギリシャの哲学者達が火と水と土と空気の 4 つの元素が離散集合して万物が成り立ち変化すると体系化した四大元素説は五行思想との対比から四行思想とも呼べるものでした。
目に見える万物は液体と固体でしたから、血や水や油などの液体を水に、石や木や草などの固体を土に、風や臭いや煙などの気体を空気に結び付け、それらの状態変化で生じる熱や光を火に対応させて体系化していました。欧州を中心にこの思想の上に発展してきましたから、現代の自然科学にはこの四行思想が色濃く残っています。
金と銀は地球上の存在量が少なく、錆び難く永遠に輝きを保つ金属で、装飾品としての魅力を持っているために、古くから貴重品として権力の象徴や貨幣の基準になってきました。金が他の金属と比較して圧倒的に高価で取引されてきましたから、黄金色の金属を廉価に入手する方法が古くから求められ、錬金術の主な命題でした。赤色の銅に銀色の亜鉛を多量に加えて熔融しますと真鍮（Brass）あるいは黄銅と呼ばれる黄色の合金になり、銅と亜鉛の本来の色合いは残っていません。特に、銅(80%未満)と亜鉛(5~40%)の真鍮は金に似た黄金色をしていますから装飾品としても価値を持っていますが、亜鉛と銅の価格から考えますと材料費は金の 0.2%に過ぎません。そのため「貧者の黄金」と呼ばれて、まさに金を生む錬金術師の極意であったと思われます。このように金儲けのもとになる錬金術の基本が種々の物質を純粋に分けたり混ぜたりし、煮たり焼いたり溶かしたりして変化させる技術でしたから、種々の物質から価値のあるものを作り出す技術や知識が次第に蓄積されてきました。その結果、万物を構成している元素は自然界にはわずかに 90 種類しか存在していないことが分かってきました。しかも、これらの元素は中性子と陽子と電子の3 種の粒子が極めて大きなエネルギーで結び付けられてできています。これらの関係をまとめますと中性子と陽子と電子の 3 種の粒子が集合して地球上の万物が作り出されており、
その 3 種の粒子の集合の仕方により万物の性質や機能が発現していると考えることができますから、現代の自然科学の考え方は三行思想と表現することも出来るように思います。
万物を構成する物質は約 90 種の元素で構成されていますが、それらの元素は電子と中性子と陽子の 3 種の粒子が組み合わされて出来ています。中性子は電気的に中性で、陽子
17と電子はそれぞれ正と負の互いに相反する電荷を帯びています。Bohr は原子の中心には陽子と中性子が緊密に強く結び付いて原子核を構成し、陽子の持つ正電荷と電子の持つ負電荷の間に働く静電的な引力で原子核の周囲に正電荷を打ち消すように同じ数の電子が結び付けられている原子模型を考えました。Coulomb によると距離ｒij 離れて電荷 Qi と Qj を持
つ i と j の 2 個の粒子間に働く静電的なエネルギーEij は真空中の誘電率をε0 とするときに
式 2-1 で示すことができますから、これらの粒子は電荷が大きく距離が近いほど強く引き合ってエネルギー的に安定化します。Bohr の原子模型で周回している電子がこの関係式で表されるエネルギーを持っているとすれば、原子核に近い軌道の電子ほど強く結び付けられて安定化します。しかし、原子は非常に小さくその中に存在する電子は極めて高速で運動していますから、Newton や Coulomb の確立した古典力学では合理的に解釈することができませんでした。その後、Schrödinger や Einstein よって確立された量子力学により、原子核の周囲に存在する電子の挙動が式 2-2 に示す半径 rn の軌道に式 2-3 に示すエネルギー
En を持って原子核に捉われていると合理的に説明されました。ただし、h は Plank の定数、
m は電子の質量、e は電子の電荷を意味する定数ですし、z と n はそれぞれ原子核に含まれる陽子の数と電子が動き回っている軌道の主量子数ですが、これらの変数は正の整数です
から、軌道半径 rn もエネルギーEn も不連続に段階的に変化します。

‫ܧ‬௜௝ = −‫ݎ‬௡ =

式 2-1

௡మ

式 2-2

ସగఌబ ௥೔ೕఌబ ௛ మ

గ௠௘‫ܧ‬௡ = −

ொ೔ ொೕ

∙
మ

௭

௠௘ ర

௭మ

మ మ ∙ మ

଼ఌబ ௛

式 2-3

௡

この量子力学による原子模型によれば、電子が動き回っている軌道の半径 rn とエネル
ギーEn は式 2-2 と式 2-3 で表されますから、主量子数 n の小さな順に不連続に段階的に原子核に近い半径の小さな内側の軌道から 7 段階におおよそ順番に詰まっていきます。ここ
で原子に属する電子が入ることの出来る軌道の数は主量子数の 2 乗となり、主量子数 1 から順に 1、4、9、16、25、36 となります。駄菓子屋で売っている変わり玉のように層状に重なった原子の各軌道に 2 個ずつの電子が入るとその軌道は充足し安定します。そのため、
主量子数 1 から 2、8、18、32、50、72 個の電子が入れるだけの許容量を持っています。しかし、最も外側の主量子数の軌道に分布する最外殻電子が主量子数 1 では 2 個、それ以外
では 8 個まで入ると主量子数が 1 増加して次の外側の軌道に電子は順次詰まってゆきます。
主量子数が 1 と 2 の場合にはそれぞれの軌道が電子で充足されてから主量子数が 1 増加
して次の軌道に電子は順次詰まってゆきますが、主量子数が 3 以上では、軌道が電子で完
全には充足されないままに主量子数が 1 増加して外側の軌道に電子は詰まってゆきますから、内側に電子の充足されていない軌道が隙間の空くように残ってしまいます。主量子数18が 1 増加した外殻の軌道に 2 個の電子が入ってから、隙間を埋めるように内殻の軌道に順次電子が充足されてゆきます。このように内殻の軌道に電子が充足してゆく一連の元素を
遷移金属元素と呼び、元素の性質が互いに類似します。このことから、最外殻電子の数は
1～8 までしかありませんし、元素の性質も大まかには 8 種類しかありません。このような元素の性質と陽子の数との間に見られる規則性を Менделе́ев（メンデレーフ）は周期表にまとめました。このように同じ陽子の数を持つ原子は電子の数も同じになり、陽子の数が元素の性質に密接に関係しますから、化学者は元素を構成する陽子の数に対応して元素に名前とアルファベットの 1～2 文字を元素記号としてそれぞれ割り当てました。
種々の物質の元素組成と質量と Avogadro 定数を考え合わせますと、陽子と中性子と電子の質量をそれぞれ 1.67262158x10−27 kg と 1.67492716x10−27 kg と 9.1093897 x 10−31 kg と見積もることができます。これらの見積値からも分かるように電子と比較して陽子と中性子の質量が格段に大きいために原子の質量はこの 2 種類の粒子の数にほぼ比例しますから、陽子数と中性子数の和を質量数と呼び原子の質量をおおよそ意味しています。中性子の数の異なる元素はいろいろとありますが、互いに同位元素と呼んで非常に良く似た性質を示します。質量数をその記号の左に上付きの数字で示して同位元素を含めたすべての原子を構成する中性子と陽子と電子の 3 種の粒子の組み合わせまで表すようにしています。例えば、水素の同位元素の中で高い割合で存在する水素原子は陽子と電子が 1 個ずつで中性子を含んでいませんから 1H と表すことができますし、ヘリウム原子（4He）は陽子 2 と中性
子 2 と電子 2、炭素原子（12C）は陽子 6 と中性子 6 と電子 6 で出来ています。
陽子や中性子を研究対象とする素粒子物理学は化学の知識しか持たない著者にとっては遠くかけ離れた領域ですから、その本質はほとんど理解できませんが、陽子と中性子に関する特徴的な 2 つの挙動を示す現象だけは理解できます。第 1 の挙動は中性子が電子を放出して陽子になり、陽子が電子を受け取って中性子になる可逆的な変化です。この中性子と陽子の間の可逆的変化には極めて大きなエネルギーを要しますから、温和な環境の地
球上ではほとんど進行しませんが、不安定な原子核の中では中性子から陽子への変化がまれに進行します。これに対して非常に過激な環境の太陽内部では、非常に大きなエネルギーを放出しながら、陽子から中性子への変化が進行しています。
水素以外の原子の原子核には複数の陽子が含まれていますが、非常に近い距離で存在するそれらの陽子はそれぞれ正電荷を帯びていますから非常に強い静電的斥力が当然働きます。これらの静電的斥力に打ち勝って陽子と中性子が原子核を構成していますから、陽子と中性子の間は非常に強い力で結び付いていると考えることができます。陽子と中性子の数の種々の組み合わせにより異なる同位元素が無限に考えられますが、陽子の数が 84 以上の元素では静電的斥力が強くなり陽子と中性子を結び付ける力が相対的に弱くなりますから、その原子核が不安定になり、徐々に壊れてゆきます。例えば、2004 年に理化学研究所で合成されたニホニウム（278Nh）は 113 の陽子を含む元素ですから、非常に不安定で自然界には存在できず人工的に合成しても 20 ミリ秒(半減期 2ms)でほとんど消滅してしま19

います。また、自然界に存在す

図 2-5 同位元素の陽子数と中性子数の割合

る元素の陽子と中性子の数の割合は図 2-5 の黄色で示す 1～1.5の範囲で一定しており、陽子に対して中性子の割合がこの範囲

120
中性子数
80

から大きく外れた同位元素も不安定で壊れてしまいますから自40

然界には存在できません。
このようにギリシャに生まれた四行思想が種々の変遷を経

0
0

20

40

60 陽子数 80て、現在では中性子と陽子と電子の 3 種の粒子が結び付けられて元素を構成し、これら 3 種の粒子の構成の違いによる約90 種の元素が集合して分子やイオンを構成し、さらに分子やイオンが複雑に集合すること
により万物の性質や機能が発現していると考えるようになりました。しかも、それぞれ対応するエネルギーにより各段階の離散集合がなされていると考えられています。これらの関係をまとめますと、現代の自然科学の考え方は、地球上の万物が中性子と陽子と電子の3 種の粒子の集合の仕方により作り出されていますから、三行思想と表現することも出来るように思います。

元素名と元素記号
元素名と元素記号の由来
元素記号の由来
電子と中性子と陽子の 3 種の粒子の種々の組み合わせからなる約 90 種の元素が万物を構成していますが、ほとんどすべての物質は 2 種類以上の元素が複雑に結びついており、古くから知られていた単体の元素はわずかに 11 種にすぎません。自然界に単体で存在している元素は炭素と硫黄と金と銀と水銀と白金に限られていましたが、原始時代から青銅器時代を経て鉄器時代に進むにつれて金属の精錬技術が発達して、銅と錫と鉛と鉄と亜鉛が単体として取り出されました。
「貧者の黄金」と呼ばれていた真鍮は銅と亜鉛の合金ですが金に似た黄金色をしていますから、金を生む錬金術師の極意でしたが、その基本は種々の物質を純粋に分けたり混ぜたり煮たり焼いたり熔かしたりして変化させる技術でした。17～18 世紀になりますとこの錬金術の技術や知識が蓄積されて次第に化学と呼ばれる学問が形成され、19 世
紀半には約 50 種の元素が単離され性質が明らかになっていました。Менделе́ев（メンデレーフ）は 1869 年にこれらの元素の性質と陽子の数との間に見られる規則性に着目して周期表にまとめましたが、その周期表に残った多くの空欄は対応する未知の元素の存在を予見していました。その後の 20 年間に Ga と Ge と Sc の 3 種の元素が相次いでその空欄を埋める結果となり Менделе́ев の周期表が化学のもっとも基礎となる知見として高く評
価されるようになり、20 世紀に残りの 5 つの空欄も埋められて完成されました。
20

古くから知られていた炭素と硫黄と金と銀などの元素にはそれぞれ名前がついていましたが、19 世紀までに新たに単離された多くの元素はそれぞれ単離に成功した研究者が独自に呼び名を付けていました。新しい元素の発見が競争になりましたから、別の研究者が同じ陽子数を持つ元素をほぼ同時に発見しそれぞれ異なる呼び名を付けることも起こりました。19 世紀になりますと欧州各地に錬金術の技術や知識が蓄積されて化学と呼ばれる学問が形成され、約 50 種の元素が単離され性質が明らかにされたばかりでなく、多くの物
質が単離されて化合物の概念が確立され性質が明らかにされました。元素や化合物に関する技術や知識などの情報がそれぞれの研究者から独自の言葉で発せられて混乱が起こりましたから、欧州を中心に研究者の間に情報の共有を目指す動きが起こりました。
金はスェーデン人の Berzelius にとっては guld ですが、英語とフランス語とドイツ語ではそれぞれ gold と orと Gold と呼ばれ、炭素はそれぞれ kol と carbon と carbone と Kohlenstoffと呼ばれています。このように欧州各地でも言語がかなり異なりますから、Berzelius は金や炭素などの古くから生活に密着していた元素は名前を変更することが困難で各国の事情に即した名前を用いました。新たに単離され性質の明らかになった多くの元素の情報を混乱なく共有できるように、欧州の各国語の基本となるラテン語で Berzelius は元素の性質を表した元素名とアルファベット１～2 文字の元素記号を提案しました。
言語学や神話学を専門とする池田黎太郎教授が多くの元素の名前の由来をまとめて千葉大学の研究成果を学内外に情報伝達の機構で発信する千葉大 OPAC に発表した資料を入手しましたので、19 世紀以降に命名された主だった元素の名前の由来について以下に引用
させて頂きます。接尾語の gen はギリシャ語で「由来する」の意を持つ gennao を変形したもので、水素が水由来の元素という意味でギリシャ語の水を意味する hydro に接尾語の genを付けて hydrogen と命名しました。同じようにギリシャ語の「硝石」と「酸っぱい物」がそれぞれ nitron と oxys ですから、これらの物質に由来する窒素や酸素が nitrogen や oxygenと英語では呼ばれました。
本来 ium は「小さい」の意を持つ接尾語ですが、性質や原料の名前に接尾語として付けて多く金属元素の名前が作られています。例えば、薪を燃した壺（pot）の中の灰（ash）に多く含まれるカリウㇺは potassium、natron と呼ばれた炭酸ナトリウムから得られたナト
リウムは natrium、calcis と呼ばれた石灰から得られたカルシウムは calcium、alumen と呼ばれたミョウバンから取り出されたアルミニウムは aluminum と命名されています。また、
チタンやウランなどの金属はギリシャ神話のタイタンやウラヌスに因んで titanium や
uranium と命名されています。さらに、火の中に塩を入れたときに輝く炎症反応の色がラテン語で rubidus（赤色）や indigo（藍色）や caesius（青空色）の金属はそれぞれ rubidium
や indium や caesium と命名されましたし、ラテン語で Gallia（フランス）や Germania（ドイツ）や Scandinavia（スカンジナビア）や Ruthenia（ロシア）の国の研究者が単体として単離に成功した金属元素がそれぞれ garium や germanium や scandium や ruthenium と命名さ
れました。
21

Berzelius は元素名の頭文字あるいは補助的に強いアクセントのある文字を頭文字に付けたアルファベット 1～2 文字を 19 世紀までに新たに単離され性質の明らかになった多くの元素の元素記号として提案しました。しかし、古くから知られている元素については各国で異なる元素名が用いられていましたから、共通理解を得るためにそれらの物質の性質を表すラテン語をもとに元素記号を提案しました。例えば、金と銀はラテン語で「光り輝くもの」と「輝く」の意味を持つそれぞれ aurum と argentum をもとに、gold や silver から全くかけ離れた元素記号の Au と Ag を提案しました。元素記号は学問的に用いられる元素を表す記号に過ぎずほとんど日常生活に影響しませんから、Berzelius のこのような提案が採用され現在に至っていますが、元素の名前には日常生活に深く根付いたものもあり必ずしも統一することができません。新しく発見されてきた元素の名前についてだけ Berzeliusの提案が採用され、1919 年に設立された国際純正・応用化学連合（IUPAC）で国際的に統一されました。
その後原子核反応が研究され自然界に存在しない多くの元素が合成されましたのでその存在が確認されますと、化学史に残る偉大な化学者の名前や合成した土地に因んだ元素
名と元素記号が IUPAC により国際的に認められました。例えば、2004 年に理化学研究所
で合成されたニホニウムは 113 個の陽子を含む元素で、自然界には存在できず合成しても20 ミリ秒(半減期 2ms)でほとんど消滅してしまいます。2016 年にほかの 3 種の元素とともにニホニウムは元素名と元素記号（Nh）が発表され、5 か月間の意見交換ののちに 2016 年
11 月に IUPAC から国際的に認められました。
IUPAC により国際的に認定された元素記号は学問的に用いられる元素を表す記号に過ぎずほとんど日常生活に影響しませんから、比較的容易に国際的な統一がなされました。
しかし、世界各国にはそれぞれ異なる文化があり、異なる言語が使われ、それらを記す文
字もアルファベットやアラビア文字や漢字など特性の異なるものが用いられていますから、元素名を完全に国際的に統一することができません。現在用いられている英語とドイツ語と韓国語と中国語（台湾）の元素名を比較のために表 2-3 に掲げました。ほぼ同じ系統に属しアルファベットを用いる英語とドイツ語では、表 2-3 にまとめたように 19 世紀以降に新たに単離され性質の明らかになった多くの元素の元素名は末尾が多少異なる場合もあり
ますが、声を出して発音すればほぼ同じ元素名であることがわかります。これに対して古くから日常生活に深く根付いていた元素では明らかに異なる元素名を持っています。例えば、炭素と窒素と酸素はそれぞれ英語で carbon と nitrogen と oxygen に対してドイツ語ではKohlenstoff と Stickstoff と Sauerstoff と呼ばれていますし、ハロゲン元素はそれぞれ英語でfluorine と chlorine と bromine と iodine ですが ドイツ語では Fluor と Chlor と Brom と Jod と呼ばれています。また古くから日常生活に密接に関わっているナトリウムやカリウムや鉄や鉛などの金属の元素名はそれぞれ英語では sodium と potassium と iron と lead、ドイツ語では Natrium と Kalium と Eisen と Blei と呼ばれています。
朝鮮半島で用いられているハングルは表音文字ですから、多くの元素は英語名の音を22

ハングル文字で表していますが、歴史的に長い日本との文化交流のために水素や炭素や酸素などは日本語の元素名をハングル文字で表しています。また、日常生活に密接に関係している金や銀や鉄や鉛などの金属は固有のハングルで表されています。康煕字典は 1716 年に纏められた当時に用いられていた 47035 字の漢字を木偏や金偏など 214 部首に分けて収録した漢字辞典ですが、石のような炭素や硫黄などの個体の非金属は石偏の漢字が充てられていました。また、金、銀、鉄、鉛、錫などの古くから知られていた金属は金偏の部首に纏められていましたが、水銀は常温で液体のために金属とは考えられず水の仲間として
水部の部首の漢字が充てられていました。中国ではこのように表意文字の漢字を使用していますから、康煕字典が纏められた 1716 年以降に誕生した元素の概念に対応した元素名を表す漢字は個々に新たに作らなければなりません。蒸気や雲などの掴みどころのない気
体は気構え（气）と呼ばれる部首に纏められていますから、水素や窒素や酸素やネオンなどの単体が常温で気体の元素は気構えに諸外国の元素名に近い音を持つ旁を付けた新しい漢字を充てました。液体の臭素にはサンズイに、ホウ素やケイ素やヒ素やヨウ素などの個体の非金属元素には石偏に元素記号に近い音を持つ旁を付けた新しい漢字を充てました。
多くの金属元素には金偏に元素記号に近い音を持つ旁を付けた新しい漢字を充てました。
このように元素名に近い音を持つ約 100 字の新しい漢字を作り、個々の元素名に対応しました。表 2-3 に掲げたこれらの漢字は繁字体と呼ばれる台湾で用いられているもので画数が多く複雑ですから、中華人民共和国では独自に画数を減らして簡素化した簡字体を使っています。これにより、元素名を表す文字を見ればその元素記号や単体の状態が瞬時に想像できますから表意文字の利点を生かすことができますが、原子核反応の研究の進展により次々に新しく合成される新しい元素に対して対応する新しい漢字を作り続けなければなりません。特に新しく作られる漢字は電子計算機で記録することが極めて困難で種々の情報伝達の機構への対応が難しくなります。
表 2-3 英語とドイツ語とハングル語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較
英語とドイツ語とハングル語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較
英語

ドイツ語

ハングル 繁体字

英語

ドイツ語

ハングル 繁体字

HHydrogen

Wasserstoff수소氫(qīng)As

ArsenicArsen비소

砷(shēn)He

HeliumHelium헬륨氦(hài)

Se

Selenium

Selen

셀레늄

硒(xī)

Li

Lithium

Lithium

리튬

鋰(lǐ)

Br

BromineBrom브로민溴(xiù)Be

Beryllium

Beryllium

베릴륨

鈹(pí)

Kr

Krypton

Krypton

크립톤

氪(kè)

B

Boron

Bor

붕소

硼(péng)Rb

Rubidium

Rubidium

루비듐

銣(rú)

C

CarbonKohlenstoff탄소碳(tàn)

Sr

Strontium

Strontium

스트론튬

鍶(sī)

N

Nitrogen

Stickstoff질소氮(dàn)

Y

Yttrium

Yttrium

이트륨

釔(yǐ)

O

OxygenSauerstoff산소氧(yǎng)

Zr

Zirconium

Zirconium지르코늄鋯(gào)

F

FluorineFluor플루오린 氟(fú)

Nb

Niobium

Niob

나이오븀

鈮(ní)

表 2-3 英語とドイツ語とハングル語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較
英語とドイツ語とハングル語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較（つづき）
語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較（つづき）
23

英語

ドイツ語

ハングル 繁体字

英語

ドイツ語

ハングル

繁体字

Ne

Neon

Neon

네온

氖(nǎi)

Mo

Molybdenum

Molybdän

몰리브데넘

鉬(mù)

Na

SodiumNatrium

소듐

鈉(nà)

Tc

Technetium

Technetium

테크네튬

鍀(dé)

Mg

Magnesium

Magnesium마그네슘 鎂(měi)

Ru

Ruthenium

Ruthenium루테늄釕(liǎo)Al

Aluminum

Aluminium알루미늄 鋁(lǚ)

Rh

Rhodium

Rhodium로듐銠(lǎo)

Si

SiliconSilicium규소硅(guī)

Pd

Palladium

Palladium

팔라듐

鈀(bǎ)

P

Phosphorus

Phosphor인磷(lín)Ag

SilverSilber은銀(yín)

S

SulfurSchwefel황

硫(liú)

Cd

Cadmium

Cadmium

카드뮴

鎘(gé)

Cl

Chlorine

Chlor

염소

氯(lǜ)

In

IndiumIndium인듐

銦(yīn)

Ar

Argon

Argon

아르곤

氬(yà)

Sn

Tin

Zinn

주석

錫(xī)

K

Potassium

Kalium포타슘鉀(jiǎ)

Sb

Antimony

Antimon

안티모니

銻(tī)

Ca

Calcium

Calcium칼슘鈣(gài)

Te

Tellurium

Tellur

텔루륨

碲(dì)

Sc

Scandium

Scandium스칸듐鈧(kàng)I

IodineJod아이오딘碘(diǎn)Ti

Titanium

Titan타이타늄 鈦(tài)

Xe

Xenon

Xenon

제논

氙(xiān)V

Vanadium

Vanadium바나듐釩(fán)

Ce

CesiumCaesium

세슘

銫(sè)

Cr

Chromium

Chrom

크로뮴

鉻(gè)

Ba

BariumBarium바륨

鋇(bèi)

Mn

Manganese

Mangan망가니즈 錳(měng)La

Lanthanum

Lanthan란타넘鑭(lán)

Fe

Iron

Eisen

철

鐵(tiě)

Ce

CeriumCer세륨鈰(shì)

Co

CobaltCobalt

코발트

鈷(gǔ)

Pr

Praseodymium

Praseodym프라세오디뮴鐠(pǔ)

Ni

NickelNickel니켈

鎳(niè)

Nd

Neodymium

Neodym

네오디뮴

釹(nǚ)

Cu

CopperKupfer구리

銅(tóng)Pm

Promethium

Promethium

프로메튬

鉕(pǒ)

Zn

Zinc

Zink

아연

鋅(xīn)

Sm

Samarium

Samarium사마륨釤(shān)Ga

Gallium

Gallium갈륨鎵(jiā)

Eu

Europium

Europium유로퓸銪(yǒu)

Ge

Germanium

Germanium저마늄鍺(zhě)

Gd

Gadolinium

Gadolinium

가돌리늄

釓(gá)

Tb

Terbium

Terbium

터븀

鋱(tè)

At

Astatine

Astat

아스타틴

砹(ài)

Dy

Dysprosium

Dysprosium

디스프로슘

鏑(dī)

Rn

Radon

Radon

라돈

氡(dōng)Ho

Holmium

Holmium홀뮴鈥(huǒ)Fr

FranciumFrancium프랑슘鈁(fāng)Er

Erbium

Erbium

어븀

鉺(ěr)

Ra

RadiumRadium라듐

鐳(léi)

Tm

Thulium

Thulium툴륨銩(diū)Ac

Actinium

Actinium

악티늄

錒(ā)

Yb

Ytterbium

Ytterbium

이터븀

鐿(yì)

Th

ThoriumThorium

토륨

釷(tǔ)

Lu

Lutetium

Lutetium

루테튬

鑥(lǔ)

Pa

Protactinium

Protactinium

프로탁티늄

鏷(pú)

Hf

Hafnium

Hafnium

하프늄

鉿(hā)

U

UraniumUran우라늄鈾(yóu)

Ta

Tantalum

Tantal탄탈럼鉭(tǎn)Np

Neptunium

Neptunium

넵투늄

鎿(ná)

表 2-3 英語とドイツ語とハングル語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較
英語とドイツ語とハングル語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較（つづき）
語と中国語（繁体語）で表される元素名の比較（つづき）
24

英語

ドイツ語

ハングル 繁体字

英語

ドイツ語

ハングル

繁体字

W

Tungsten

Wolfram

텅스텐

鎢(wū)

Pu

Plutonium

Plutonium

플루토늄

鈈(bù)

Re

Rhenium

Rhenium레늄錸(lāi)Am

Americium

Americium아메리슘鎇(méi)

Os

Osmium

Osmium

오스뮴

鋨(é)

Cm

CuriumCurium

퀴륨

鋦(jú)

Ir

Iridium

Iridium

이리듐

銥(yī)

Bk

Berkelium

Berkelium버클륨錇(péi)

Pt

Platinum

Platin

백금

鉑(bó)

Cf

Californium

Californium칼리포늄鐦(kāi)

Au

Gold

Gold

금

金(jīn)

Es

Einsteinium

Einsteinium아인슈타이늄

鎄(āi)

Hg

Mercury

Quecksilber수은汞(gǒng)Fm

Fermium

Fermium페르뮴鐨(fèi)

Tl

Thallium

Thallium

탈륨

鉈(tā)

Md

Mendelevium

Mendelvium멘델레븀鍆(mén)

Pb

Lead

Blei

납

鉛(qiān)No

Nobelium

Nobelium노벨륨鍩(nuò)

Bi

Bismuth

Bismut

비스무트

鉍(bì)

Lr

Lawrencium

Lawrencium로렌슘鐒(láo)

Po

Polonium

Polonium

폴로늄

釙(pō)

Rf

Rutherfordium

Rutherfordium 러더포듐鑪(lú)

日本語の元素名
朝鮮半島も日本も中国に近接していますから、表意文字を用いる漢字文化の影響を古くから受けてきましたが、朝鮮語も日本語もアルタイ語に分類される言語で、中国語とは語順など大きく異なっています。アルタイ語に分類される朝鮮語や日本語は中国語と言語の系統が全く異なっていますから、物事や現象を表す言葉が異なるばかりでなくそれらの関係を表す助詞や前置詞を含めて語句の並び方も異なります。アルタイ語に特有の主語と目的語の間の関係を表す助詞が中国語にはありませんから、漢字だけで朝鮮語や日本語の言葉を記録することができませんでした。朝鮮や日本の言語と中国の間で対応できる物事
や現象についてはそれぞれの漢字に訓読みのような朝鮮語や日本語の音を対応させて転用することができましたが、中国には存在しない独自の物事や現象は漢字で表すことができませんから、表音文字が必要になります。
日本では 7 世紀ごろから多くの漢字を表意文字としてではなく表音文字として使い日本語を記録する万葉仮名が考案されました。初期の段階では万葉仮名に使われた漢字に統一性がなく、表 2-1 に掲げたように 10 種以上の漢字が一つの音に流用されることもありましたが、次第に表音文字として用いられる漢字が統一されました。表音のためのこれらの当て字は頻繁に用いられますから、次第に簡略化された草書体になりさらに書き崩しが進
み表 2-2 に纏めたようにひらがなに変化しましたし、漢字を部分的に抜き出して代用するようになり、カタカナが誕生しました。表意文字の漢字と表音文字の仮名を併用すること
により、語句の間に空白を挟み込むことなくギナタ読みによる誤解を抑えつつ、大量の情報を伝達する文字数を効率よく抑えて省力化しています。後に取り上げます「ものわりのはしご」を現代に紹介した早稲田大学の多田愈名誉教授が著書の中で「漢字かな混じり文
こそが日本文化の特質を表しており、中国文化にも西洋文化にも従属しない独特の文化を25築き得た礎だと考える」と述べています。この多田教授の指摘のように大量の情報を簡潔に伝達しうる表意文字と外来語などを簡単に消化吸収できる表音文字を併用する文字の形
態は西欧で発展した化学をいち早く日本の文化に溶け込ませました。
19 世紀になり欧州各地に錬金術から化学と呼ばれる学問が形成され、多くの物質や元素が単離されて、1813 年には Berzelius が元素名と元素記号を世界的に統一することを提案
し、1869 年には Менделе́ев がこれらの元素の性質の規則性に着目して周期表にまとめ、元
素や化合物の概念が確立され性質が明らかにされました。しかし、この化学の黎明期に日本は文化文政の時代から明治維新までの江戸時代末期の時代で、井の中の蛙のような鎖国に慣れた人々を西欧文化が驚かせた時代です。津山藩江戸詰め藩医の宇田川榕菴がオラン
ダ語訳された Epitome of Chemistry を「舎密開宗」という題で 1838 年に日本語に翻訳し、化学の教科書として日本に初めて紹介しました。題名の舎密はオランダ語で化学を意味す

図 2-6 日本で最初の化学の教科書「舎密開宗」
日本で最初の化学の教科書「舎密開宗」

図 2-7 「舎密開宗」「舎密開宗」の元素名の列記部分
る Chemie の音に近い漢字を当て字しセイミと発音しました。図 2-6 は筑波大学図書館に所26

蔵されている「舎密開宗」の第 1 巻の表紙部分を写したもので、かなり漢字の多い難しい
日本語で記されています。
宇田川榕菴は化学の知識や概念を初めて日本に紹介しましたから、日本国内で日常生活に馴染みな物事や現象と新しく紹介する内容の対応が必ずしも完全に対応できませんでした。特に、元素の概念など化学に関する物事や概念の対応は極めて難しかったようで、多くの言葉に対してそのまま類似の音を持つ漢字を当てはめたと思われます。「舎密開宗」の第 1 巻の 6 頁部分に元素に関する記述がみられますので図 2-7 にその写しを掲げておきますが、その元素名は総てオランダ語の音と類似した音を持つ漢字を当て字しています。
表 2-4 日本語の元素名の変遷
番号

記号

1
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
15
16
17
19
20
22
23
24
25
26
27
28
29
30
32
33
34
35
37
38

H
Li
Be
B
C
N
O
F
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
K
Ca
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ge
As
Se
Br
Rb
Sr

日本語
水素
リチウム
ベリリウム
硼素
炭素
窒素
酸素
弗素
ナトリウム
マグネシウムアルミニウム
硅素
燐
硫黄
塩素
カリウム
カルシウム
チタン
バナジウム
クロム
マンガン
鉄
コバルト
ニッケル
銅
亜鉛
ゲルマニウム
砒素
セレン
臭素
ルビジウム
ストロンチウム

舎密開宗
喜度刺爾義律母

利知烏母

ものわりのはしご

番号

みづね
りぢうむ

39
40
41
42
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
55
56
57
58
65
69
70
73
74
76
77
78
79
80
82
83
90
92

ぐるしにうむ勃 母
加爾勃尼究母亜曹知究母阿幾舎厄扭母

弗律阿里涅
曹冑母
麻屈涅叟母
亜律密烏母
悉里叟母
波斯波律斯
須爾扶尓
蘇魯林
加 母
加爾丘母
知旦扭母
格綸彪母
満瓦扭母
勿爾律母
箇抜爾去母
暱古律母
究布律母
聖究母
厄律悉扭母

ほうさね
すみね
むねびね
すいね
ふろりおね
うみあこね
にがつちね
はにつちね
まさつちね
おにびね
いわう
しほね
やまあこね
いしあこね
ちたにうむ
わなぢうむ
くろむ
まんがね
くろがね
ごすね
にくける
あかがね
とたん

よせきね
摂列扭母
せれにうむ
蒲羅密烏母 ぶろみね
るびぢうむ
斯多論冑母 すとろんちね
亜爾摂尼究母記号

日本語
Y イットリウム
Zr ジルコニウム
Nb ニオブMo モリブデン
Ru ルテニウムRh ロジウム
Pd パラジウム
Ag 銀
Cd カドミウムIn インジウム
Sn 錫
Sb アンチモン
Te テルルI 沃素
Ce セシウム
Ba バリウムLa ランタンCe セリウム
Tb テルビウム
Tm ツリウム
Yb イッテルビウム
Ta タンタルW タングステン
Os オスミウム
Ir イリジウム
Pt 白金
Au 金
Hg 水銀
Pb 鉛
Bi ビスマスTh トリウム
U ウラン

舎密開宗 ものわりのはしご
依多 母
えとりうむ
琪爾古扭母
ねおびうむ
莫列俵貌達紐母

もりぶでにうむるてにうむ
ろじうむ
巴爾刺冑母 ぱらじうむ
亜爾健去母 しろがね
嘉度密烏母 かどみうむ
いんぢうむ
斯丹扭母
すず
私知彪母
あんちもね
的爾律 母 てるりうむ
伊阿冑母
ようどね
けしうむ
抜 母
ばれいとね
らんたにうむ

せりうむ
てるびうむ
たりうむ
ゐるびうむ
太旦荅律母 たんたりうむ
㨦爾弗刺密烏母ちゃんぐすでん

阿斯繆母
おすみうむ
意利冑母
いりぢうむ
布刺知扭母 ぴらちね
浩律母
こがね
みずかね
布綸爸母
なまり
比斯繆去母 びすみうむ
多 母
とりうむ
烏刺扭母
ゆらにうむ

そのため金や銀や銅や硫黄などの日本の中で普遍的に知られている元素まで、新しい当て27

字を使った言葉を用意しています。現在では元素と考えられていないカロリーとフォトンを意味するそれぞれ加羅里究母や浮多厄扭母が含まれていますが、それらを除く種々の元
素の名前を現在の元素名に対応して表 2-4 に抜粋しました。
15 世紀から朝鮮半島を支配した李氏朝鮮の世宗大王の命により 1443 年に言葉を発音す
るときの口や舌の形を文字にした象形文字のような表音文字のハングル（韓文字）が作られました。以後、朝鮮半島では従来用いられていた表意文字の漢字とともに、発明された
表音文字のハングルが併用されるようになりましたが、多くの漢字を記憶することが初等教育の段階においてかなりの負担になりますから、漢字廃止政策と言葉の間にわずかな空間を入れることにより次第にハングルの割合が増してきたようです。韓国の代表的新聞の朝鮮日報の昨今の紙面では、紙名を示す朝鮮日報だけが漢字で描かれており、日々報道される記事はほとんど表意文字の漢字が見当たらず、表音文字のハングルで埋められています。
日本でも、多くの漢字を記憶することが寺子屋などの初等教育の段階においてかなりの負担になりますから、江戸時代の多くの人は漢字の含まれない仮名文字の文章しか読むことができませんでした。そのため明治時代になり日本国中から文盲の撲滅の運動がおこり、その一環として韓国と同じようにすべての文章を仮名文字で書いて新しい知識や技術の普及を図る仮名文字運動が起こりました。薬種商の家に生まれた清水卯三郎は漢学や蘭学を学び、後にパリ万博にも参加したのでオランダ語と英語とフランス語が堪能で、その上生家の商売の影響もあり数学や科学の素養も持っていたようです。この清水卯三郎が仮名文字運動の一つとして、EXPERIMENTAL CHEMISTRY for the use of beginners なる英文で書かれた化学のテキストを仮名文字の文章に翻訳して、「ものわりのはしご」として1874 年に出版しました。
早稲田大学の図書館に所蔵されていたこの「ものわりのはしご」の初版本が同大学の多田愈名誉教授の尽力により日本化学会春季年会に展示されました。さらに多田教授はこの書を注釈付きで現代語に書き直した「ものわりのはしご またのなせいみのてびき」を出版しましたが、その中に種々の元素の名前が挙げられていますので、「舎密開宗」の元素名と比較するように表 2-4 に「ものわりのはしご」に訳されている元素名も掲げておきます。「舎密開宗」の出版の 35 年後に「ものわりのはしご」が翻訳されましたから、その間に化学の知見が国際的に進歩したばかりでなく日本の中でも基本的な化学の知識が浸透したために、「舎密開宗」とは異なる元素名が提案されています。
古くから知られている元素は各国の事情に合わせ、それ以外の元素はラテン語をもとにした元素名とする Berzelius の基本の考え方に基づいて、「ものわりのはしご」では独自の元素名が示されています。日常生活で用いられている硫黄や錫や鉛などはそのままいお
うやすずやなまりとし、金や銀や銅や鉄などは大和言葉でこがねやしろがねやあかがねや
くろがねとし、非金属元素の水素や炭素や塩素やりんなどは非金属元素を表す「ね」を付
けてみずねやすみねやしおねやおにびねとそれぞれ日本語で表し、それ以外の元素はラテ
28ン語由来の元素名をそのままひらがなで表しています。その後、非金属元素に付ける「ね」が「素」に代わり大和言葉が日常生活で用いられている言葉に代わって、現行の日本語の元素名に落ち着いたようです。「ものわりのはしご」は仮名文字だけで記されていますか
ら語句の区切りを間違えて読むギナタ読みでしばしば誤解を招きます。しかも、かな文字運動に徹していたために大和言葉のような古典的な表現が含まれていましたから、初歩的な化学の教科書として欠点もありましたが、化学の知識や知見を広く啓蒙することに貢献したように思われます。

原子の結び付き方原子の結び付き方
先の「現代の自然科学の考え方は三行思想」の節で見てきたように、地球上の万物は中性子と陽子と電子の 3 種の粒子からなり、それら 3 種の粒子の集合の仕方が変化すれば、原子やイオンが変りますからその性質が変化しますし、原子やイオンの集合の仕方が変化
すれば分子の性質や機能が変化します。原子やイオンを結び付けている結合の組み替える
変化を化学反応と呼んでいますが、分子を構成する原子の種類も結合の仕方も変化します
から、物質が変化し万物の組織や機能も変化します。さらに、分子が集合して形作られている物質も時間の経過や環境の変化により集合の仕方を変えてより安定な状態になります
から、物質の組織や機能も変化します。
原子は質量の重い中性子と陽子が原子核となって中心に座り、原子核の正電荷を打ち消すようにその周囲に陽子と同じ数の軽い電子が地球を取り巻く大気のように広く分布しています。原子核の周囲に存在する電子の挙動は式 2-2 に示す半径 rn の軌道に式 2-3 に示すエネルギーEn を持って原子核に捉われていますから、地球の大気が対流圏や成層圏やオゾン層や熱圏など球状の層になって重なっているように、その主量子数と陽子数で規定される半径の球面の軌道上を動いています。式 2-3 から明らかなように、主量子数 n の小さな内側の軌道の電子は原子核に強く引き付けられており、主量子数 n の大きな外側の軌道の電子は弱い力で結び付けられています。式 2-3 で近似されるエネルギーが供給されますと、負電荷を持つ電子が原子核の束縛から解放されて無限の彼方に飛散してゆきます。最も外側の量子数の軌道に分布する最外殻電子が最も小さなエネルギーで束縛から解放されますから、イオン化ポテンシャルと呼ばれるこのエネルギーにより電子が原子核から引き離されてしまい原子は陽イオンとして正電荷を帯びてきます。
種々の元素のイオン化ポテンシャルを表 2-5 および図 2-8 に掲げておきますが、この値が小さいほど元素は陽イオンに成り易いことを意味します。1 価の陽イオンからさらに電子を引き離して 2 価の陽イオンにするために要するイオン化ポテンシャルも表 2-5 に併せて掲げました。式 2-3 から明らかなように、主量子数が同じ元素では陽子数の小さな元素
ほどクーロン力が小さくなりますが、この陽イオンになり易い傾向が図 2-8 にも現れています。表 2-5 に掲げた元素の中でアルカリ金属と呼ばれる Li と Na と K と Rb は最外殻電子を 1 個しか持たない元素で非常に小さなイオン化ポテンシャルを示し、最も陽イオンにな29

り易いことが分かります。Mg や Ca などのアルカリ土類金属は最外殻にある 2 つの電子は小さなイオン化ポテンシャルで 2 価陽イオンになりますが、大きなイオン化ポテンシャ
ルを要しますから 3 価陽イオンには容易にはなりません。アルカリ金属とは反対に、同じ主量子数の元素の中で最も最外殻電子を多く持つ希ガス元素では陽子数が大きいために非常に大きなイオン化ポテンシャルを示し、陽イオンになり難いことが分かります。
原子から最外殻電子を引き離して陽イオンになるときにはイオン化ポテンシャルを要しますから、逆に陽イオンが外から電子を受け取って原子や価数の小さな陽イオンに戻る
ときにはイオン化ポテンシャルに相当するエネルギーを放出します。同じように原子が外から電子を受け取りますと、陽子の数よりも電子の数が多くなりますから負電荷を持つ陰イオンになり、そのとき式 2-3 に相当する電子親和力と呼ばれるエネルギーを放出します
種々の原子の電子親和力を表 2-5 および図 2-9 に掲げておきますが、この値が大きいほど放。出するエネルギーが大きいので陰イオンになり易すい性質を持っています。式 2-3 か
ら明らかなように、主量子数が小さな元素ほど放出するエネルギーが大きくなりますから、陰イオンになり易い傾向を示します。アルカリ金属は同じ主量子数を持つ元素の中では最も陽子の数が小さいので放出するエネルギーが小さく、陰イオンになり難い性質を示します。
表 2-5 種々の元素のイオン化ポテンシャルと電子親和力（）
種々の元素のイオン化ポテンシャルと電子親和力（kcal/mol）と電子親和力（
元素
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca

最外殻電子
主量子数 電子数
1
1
1
2
2
1
2
2
2
3
2
4
2
5
2
6
2
7
2
8
3
1
3
2
3
3
3
4
3
5
3
6
3
7
3
8
4
1
4
2

M→M+
319
577
127
219
195
265
342
320
409
507
121
180
141
191
258
243
306
370
102
144

イオン化ポテンシャル
電子親和力
M+→M2+ M2+→M3+ M3+→M4+
M→M－
17.4
1272
-12.2
1769
2863
14.3
426
3597
5094
-4.4
563
887
6063
5.5
570
1121
1508
29.4
692
1108
1727
1.2
821
1289
1809
33.7
813
1363
1994
78.4
958
1485
2281
-6.9
1106
1661
2326
12.7
352
1873
2558
-4.6
440
665
2804
11.9
382
782
1056
28.7
465
706
1200
17.7
547
820
1106
48.0
557
932
1249
83.1
652
957
1433
-8.4
744
1092
1433
11.5
278
1197
1637
-37.3

最外殻電子を 7 個持つ F や Cl や Br や I などのハロゲン元素は同じ主量子数を持つ元素のなかで陽子数が大きいために大きなエネルギーを放出しますから、陰イオンになり易い
図 2-8 元素のイオン化ポテンシャル

図 2-9 元素の電子親和力30kcal/molkcal/mol

500

80

400

60

300

40

200

20

100

0

0
0

20

40

60

0

80 陽子数

20

40

60

80陽子数

性質を示します。希ガス元素は He では 2 個、Ne や Ar では 8 個の最外殻電子を持つその軌道に入れる電子の許容量を満たしていますから、新たに外から電子を受け取る場合には主量子数が増加してしまい、電子親和力が負の値を示します。このことは希ガス元素が陰イオンになるためには逆にエネルギーを要しますから、ほとんど陰イオンにならないことを意味しています。
原子がエネルギーを受け取って電子を放出しますと陽イオンが生成し、エネルギーを放出して電子を受け取りますと陰イオンが生成しますが、ここで生成する陽イオンと陰イ
オンはそれぞれ正電荷と負電荷を帯びていますから、式 2-1 に示すような静電的な引力が働き互いに近付いてイオン結合と呼ばれる結合で結び付けられます。アルカリ金属元素は
小さなイオン化ポテンシャルを示しますから、1 価の陽イオンになり易く、ハロゲン元素
は大きな電子親和力と呼ばれるエネルギーを放出しますから、1 価の陰イオンになり易い性質を示します。このアルカリ金属元素とハロゲン元素の間では容易に電子とエネルギーの遣り取りが行われますから、それぞれ陽イオンと陰イオンになり互いに静電的な引力により引き合ってイオン結合による食塩や臭化カリウムなどの結晶を形作ります。
表 2-5 で見られるように最外殻電子を 4～5 個持つ C や N や Si や P などの原子や水素原子は比較的イオン化ポテンシャルが高く電子親和力が小さいために、陽イオンにも陰イオンにもなり難くイオン結合ではほとんど結ばれません。このような原子も中心に座る原子
核は正電荷を帯び、周囲を動き回る電子は負電荷を帯びていますから、2 つの原子が接近するときには、一方の原子の原子核と他方の原子に属する電子が静電的に相互作用して引力が働きますから、電子は両方の原子核に引き付けられるような力を受けます。他方、2つの原子の原子核が接近すれば、当然、静電的な斥力が働きます。しかし原子同士の間でも電子は極めて高速で運動していますから、原子の相互作用も量子力学で考えなければなりません。原子の最外殻電子を含む軌道が互いに相互作用をしますと、基底状態と呼ばれる原子間に引力の働くエネルギー的に安定な軌道と励起状態と呼ばれる反発力が働く不安定な軌道の 2 つを生じます。この相互作用において原子の単独の状態を基準にしますと、基底状態のエネルギー的な安定化の大きさと励起状態のエネルギー的な不安定化の大きさは等しくなります。
すでに 2 個の電子で充足されている軌道同士が相互作用しますと、不安定な軌道と安定な軌道の両軌道に電子が充足しますから、全体としてエネルギーの安定化が起こらず 231

つの原子は互いに結び付くこともなく結合を形成しません。2 つの原子がそれぞれ 1 個ずつしか電子の入っていない軌道を持つときには、相互作用により生じるエネルギー的に安定な軌道に両原子に属する 1 個ずつの電子が移動します。原子間に同時に生じる不安定な軌道は、原子の単独の状態よりもエネルギー的に不安定な状態ですからこの軌道には電子が充足しません。このような軌道の相互作用により 2 つの原子が持つエネルギーよりもエネルギーの安定な状態になり、2 つの原子は共有結合と呼ばれる結合で結び付けられます。
また、2 個の電子で充足した軌道と電子の入っていない軌道が相互作用するときにも、2 個の電子を安定な軌道に移動させて配位結合と呼ばれる結合で結び付けられます。
原子を結び付ける基礎となる静電的な相互作用は式 2-1 に示すように距離に反比例しますから、原子が互いに接近すれば引力も斥力も大きくなりますが、原子核の大きさに比較して電子の分布する領域が格段に大きいために、2 つの原子の間に働く引力と斥力の大きさも原子間距離により変化します。P.M.Morse は 2 つの原子が接近するときのこのような静電的な引力と斥力の関係を近似していますので、その関係式に基づいて計算した酸素原子と水素原子の間に働く引力と斥力の大きさを図 2-10 に示します。図の黄緑色の線で示す
ように原子間の距離が小さくなるほど次第に原子核と電子の間に働く引力が大きくなり大きな安定化が起こります。また、原子が極めて接近する時に図の青色の線で示すように原子核の間に働く斥力は急激に増加し不安定になります。この引力と斥力が同時に働いて打ち消し合いますから、図の赤色の線で示すようにある
原子間距離において最もエ

図 2-10 酸素－水素間距離と結合エネルギー
kcal/mol200

ネルギー的に安定になります。結果として、この原子間距離よりも 2 つの原子が近付いても遠ざかってもエ

100
0
-100

原子核同士の斥力

ネルギー的に不安定になりますから、2 つの原子はこのような原子間距離を保って安定化します。

原子核と電子の引力-200

原子間に働くの相互作用

-300
0

0.2

0.4

nm 0.6

2 つの原子が相互作用を起こすことによって最も安定化した状態までのエネルギーの大きさを結合エネルギーと呼び、そのときの原子間距離を結合距離と呼んでおり、種々の原子間の結合の平均的な結合距離 R と結合エネルギーE を表 2-6 にまとめました。大きな結合エネルギーを持つ結合では大きなエネルギーの安定化を生じますから、結合を構成する原子が強く結ばれていますし、小さな結合エネルギーを持つ結合は容易に開裂して分解してゆきます。これらの結合は電子を挟んで 2 個の原子が静電的に引き合う力ですから、一
般的には互いの距離が小さければそれだけ大きな結合エネルギーを示します。
表 2-6 共有結合の結合距離､nm)､kcal/mol))
共有結合の結合距離(の結合距離(R､nm)と結合エネルギー(と結合エネルギー(E､
32

結合
C-H
C-H
C-H
C-H
C-H
C-H
N-H
N-H
N-H
O-H
O-H
O-H
C-C
C-C
C-C
C-C
C=C
C≡C
C=C

化合物
CH3▬H
C2H5▬H
C6H5▬H
HOCH2▬H
CH3CO▬H
C6H5CO▬H
NH2▬H
CH3NH▬H
C6H5NH▬H
HO▬H
CH3O▬H
CH3COO▬H
CH3▬CH3CH2=CH▬CH=CH2
C6H5▬CH3C6H6（π結合）
CH2〓CH2
（π結合）
CH≡CH
（π結合）
CH2〓CHCH〓CH2（π結合）

共有結合にはそれぞれの原

Ｒ
0.109
0.111
0.108
0.110
0.109
0.101
0.101
0.096
0.096
0.154
0.146
0.153
0.139
0.134
0.120
0.135

Ｅ

結合

104
98
112
92
86
74
94
92
80
119
102
112
88
112
100
138
55
83
74
72
54
100
66

C-O
C-O
C-O
C=O
C=O
C=O
C-N
C-N
C-F
C-Cl
C-Cl
C-Br
C-I
N-N
N=N
N≡N
O-O
O=O

化合物
CH3▬OH
C6H5▬OH
CH3O▬CH3
CH3CH〓O（π結合）（CH3）2C〓O
（π結合）
OC〓O
CH3▬NH2C6H5▬NH2CH3▬F
CH3▬ClCCl3▬Cl
CH3▬BrCH3▬I
H2N▬NH2
HN〓NH
（π結合）
N2
（π結合）
HO▬OH
O2
（π結合）

C

C

Ｒ
0.143
0.136
0.143
0.122
0.123
0.147
0.143
0.178
0.177
0.193
0.214

0.110
0.148
0.121

C

子の最外殻の軌道のうちの 1 個

Ｅ
91
112
80
81
85
80
88
128
79
100
108
84
73
70
56
59
100
41
113
63
50
119
69

C

Ａ

C

Ｂ

σ結合

ずつが相互作用する単結合、2個ずつの軌道が相互作用する 2

CC

重結合、3 個ずつが相互作用する 3 重結合の 3 種類がありまC
π結合

図 2-11 C－－C 単結合と＝C2 重結合
単結合と C＝す。単結合では図 2-11 (A)のように結合軸の上で相互作用してσ結合と呼ばれる結合を形成します。2 重結合では 1 個ずつの軌道が結合軸上で相互作用するσ結合を作っています
が、残りの 1 個ずつの軌道は軸上ではなく直交軸上に存在します。この直交軸上の軌道は
図 3-4(B)の褐色に示すように側面で相互作用し、これをπ結合と呼んでいます。3 重結合
は 3 個ずつの軌道のうち、1 個ずつの軌道の結合軸上で相互作用するσ結合と残りの 2 個ずつの軌道で作られる 2 本のπ結合からできています。2 重結合に関与しているπ結合が関与しなくなって単結合に変化するときには、2 重結合の結合エネルギーから単結合のエネルギーに安定化エネルギーが減少します。この 2 重結合と単結合の結合エネルギーの差はπ結合の結合エネルギーと考えることが出来ます。炭素＝炭素 2 重結合の平均的な結合エネルギーが 146 kcal/mol、炭素－炭素単結合が平均的に 83kcal/mol

33

ですから、炭素＝炭素 2 重結合のうちでπ結合の結合エネルギ

A

A
H C

C

A
H

ーは約 63 kcal/mol と見積もるこ

C
H

θ＝0°

とができ、σ結合の 83kcal/mol

C

H
A C

A
H

θ＝90°

C

A
H

θ＝180°

図 2-12 回転角とπ
回転角とπ電子の重なりよりはかなり小さな値と考えられます。

2 重結合はσ結合とπ結合の 2 種類の結合で結ばれており、π結合が結合軸上ではなく直交軸上に存在しているπ電子の相互作用によるものですから、結合を構成している 2 個の原子が結合軸に沿って回転する時には、それぞれのπ電子の軸方向は変化します。図 212 に示すようにそれぞれのπ電子の軸方向が一致する回転角θが 0°の時にはそれぞれのπ電子は最も近付きますから、最も大きく相互作
用します。また、軸方向

エネルギー（kcal/mol)が逆方向のθが 180°の時にもπ電子は近付き相互作用は大きくなります。
軸方向が直行してθが090°の時には全く相互作
用しませんから、π結合による安定化は起こりません。π結合エネルギー

-70
0

90

180

270

ることとπ結合の強さが

360

回転角(
回転角(θ°)を約 63 kcal/mol と見積も
図 2-13 π 結合の回転障壁

回転角θにより変化することは縦軸をπ結合エネルギーとする図 2-13 のグラフで表すことができます。
このグラフからも読み取れるように、π結合で安定化されている回転角が 0°の状態から、θが 90°の状態を経て逆方向のθが180°の状態まで回転させる異性化反応にH

は、約 63 kcal/mol のエネルギー障壁を越え

CC

なければなりません。室温 25℃では約 25HHkcal/mol 程度の熱エネルギーしか供給でき

H

C

C

trans-ス
スチルベン cis-ス
スチルベン

ませんから、回転に対するこのエネルギー
障壁は非常に高いもので、この回転異性化

融点

124℃
℃

1℃
℃

沸点

307℃
℃

145℃
℃/13Torrにはかなり高温での加熱を要します。言い分子長1.32nm1.00nm

換えれば、室温程度の条件では回転角が極大吸収

228,295,307nm

224,280nm

図 2-14 cis/trans-スチルベンの比較
スチルベンの比較

0°の状態と回転角が 180°の状態との間
34

の異性化が起こらず、同じ物質でも互いに分離可能な回転異性体として安定に存在することができます。このとき、大きな原子や原子団が互いに 2 重結合の同じ側に結合している
回転異性体を cis 型（または Z 型）と、遠くの側に結合した回転異性体を trans 型（またはE 型）と定義しています。例えば図 2-14 に示す cis-スチルベンと trans -スチルベンは炭素＝炭素 2 重結合に 2 個のベンゼン環がそれぞれ結合した構造をしていますが、互いに分離可能でそれぞれの融点や沸点ばかりでなく分子の大きさや極大吸収波長の値なども異なる
幾何異性体の関係にある 2 種の独立した物質です。
このように 2 個の原子が近付いて互いに相互作用するときに、2 個の原子の間に電子を挟んで静電的な引力が働き、共有結合あるいは配位結合します。この結合では陽イオンにも陰イオンにもイオン化することなく 2 個の原子が結合しますから、水素分子や窒素分子
や酸素分子や炭素―炭素結合などのように同じ種類の原子同士でも結合することが出来ます。その上、炭素や窒素や酸素やケイ素やりんや硫黄などの原子が中心となって 2～4 つの種々の原子と共有結合や配位結合をすることができ、しかもそれらの結合は無限の繰り返しが可能ですから、その組み合わせにより無限の数の分子の構成が可能です。これに対してイオン結合はそれぞれ正と負の電荷をもつ 2 つの原子あるいは原子団が近接したときに静電的な相互作用により結ばれる結合で、この結合に電荷をもつ 3 つ目の原子や原子団が近接しても必ず斥力が働きますからイオン結合を繰り返すことはあり得ません。

化学的情報の整理と集積
先の「現代の自然科学の考え方は三行思想」の節で見てきたように、地球上の万物を構成する物質は約 90 種の元素がイオン結合や共有結合により集合した塩や分子で構成されています。同じ種類の元素が同じ結合で集合した塩や分子で構成されている物質を化合物と呼んでいますが、これらの化合物は元素の種類や結合の仕方などが違えば性質も異なりますし、物質の性質や機能も必然的に異なってきます。さらに、この物質の性質や機能が組み合わされて、万物は複雑な性質や機能をかもし出しています。化学は長い年月の間に錬金術から発展し、その過程で技術や知識が蓄積されてきましたが、特に万物の性質や機能の出現の基礎となる化合物の性質を分析し結果を集積してきました。1970 年代には性質の明らかにされている化合物は全世界で約 1500 万種類ほどでしたが、毎年 50～100 万種
類の化合物が増え続けています。化学的な知見の蓄積と分析技術の進歩によりこの増加の速度が速まり、現在では原子の結び付きの違いにより異なる性質や機能を示す 5000 万種
類以上の化合物が現在までに調べられています。
これらの化合物はそれぞれ元素や結合の種類や数の異なる塩や分子で構成されていますから、当然異なる性質を示す異なる物質でそれぞれの固有の名前を付けて整理しなければ蓄積された知見や情報として利用することができません。日本の人口 1.26 億人の約 40％に相当する 5000 万種以上の化合物が現在までのその元素組成や結合の仕方や性質が調べられています。日本では総務省が管轄する住民基本台帳にそれぞれの名前と性別を登録し35

て各個人を識別していますが、現在までに明らかになっている膨大な数の化合物を整理し蓄積した知見や情報として利用するためには、この戸籍と同じように名前や性質を登録す
る国際的な組織が必要です。
日本国内に約 186 万人の人が名字を佐藤と名乗って居るそうですが、姓名を合わせますと約 5 千人ずつの人がそれぞれ田中実や佐藤清や佐藤正や佐藤進や高橋清と名乗っているそうです。また中華人民共和国治安管理局の統計によりますと、中国では約 1 億人の人
（世界の人口の約 1.3％）が王という姓を名乗っています。あるとき、覚せい剤中毒者が街中で刃物を振り回して通行人に怪我を負わせたという事件が報道され、この犯人と同姓同名の著者の友人の大いに傷ついたことがありましたが、同姓同名の人が互いに直接影響し合うことは稀なためあまり問題になりません。しかし、2 種の同じ名前で呼ばれる化合物が全く異なる色を呈する場合や、一方の化合物が非常に美味で食用に適しているのに対して他方がわずかな量でも死に至る強い毒性を示す場合には大きな問題を生じます。このようなことから、化合物は世界的な規模で決して重複することなく固有の名前を与えなけ
ればなりません。
化合物は元素の集合したものですから、当然構成する元素の種類や数が結合の仕方に影響を与え、さらに化合物の性質に大きく影響します。先の「原子の結び付き方」の節で見たように、約 70 種の金属原子が中心となるイオン結合はそれぞれ正と負の電荷をもつ 2つの原子が静電的な相互作用により結ばれる結合ですから、イオン結合を繰り返すことがほとんどなく、その組み合わせにより構成される化合物の数は限られてきます。これに対して炭素や窒素や酸素などの非金属原子は中心となって 2～4 つの種々の原子と共有結合
や配位結合をすることができ、しかもそれらの結合は無限の繰り返しが可能ですから、その組み合わせにより無限の数の分子の構成が可能です。特に炭素原子を中心原子とする共有結合化合物は非常に多く生物に関係深く、5000 万種以上の報告されている化合物の 90％以上を占めています。そのため中心となる元素の種類と数を化合物の名前の中に表すことが望ましく思われます。
アルコール類やカルボン酸類などの性質別に分類して化合物の知見や情報を収録した
バイルシュタインが 1881 年に発行されてから、版を重ねて現在では 1000 万種に及ぶ化合物が収録されています。化合物の性質などの情報を集めたこの資料集からも明らかなように、化合物の大部分を占める炭素原子を中心原子とする共有結合化合物の性質はアルコー
ルやカルボン酸などに大別されますから、このような性質を名前に含めることも望ましく思われます。
しかし、化学物質は日常生活の中で化学者以外の人たちにも密接に関係することがありますから、故事来歴をもつ従来の物質名を完全に捨て去ってしまうこともできませんし、異なる文化圏で異なる名前で呼ばれています。例えば、日本語ではお酢の酸という意味で酢酸と呼んでいますし、バターに含まれる炭素数 4 の脂肪酸をドイツでは Butter Säure と呼んでいます。古くから日本語と英語とドイツ語と中国語で用いられてきた分子量の小さ
36

表 2-7 各国の脂肪酸名
各国の脂肪酸名
構造式
HCOOH
CH3COOH
CH3CH2COOH
CH3(CH2)2COOH
CH3(CH2)3COOH
CH3(CH2)4COOH
CH3(CH2)5COOH
CH3(CH2)6COOH

日本語名
蟻酸
酢酸
プロピオン酸
酪酸
吉草酸
カプロン酸
ヘプタン酸
カプリル酸

英語名
Formic Acid
Acetic Acid
Propionic Acid
Butyric Acid
Valeric Acid
Caproic Acid
Heptanoic Acid
Caprylic Acid

ドイツ語名
Ameisen Säure
Essig Säure
Propion Säure
Butter Säure
Valerian Säure
Capron Säure
Heptan Säure
Capryl Säure

中国語名
蟻酸
醋酸
乙基酸
酪酸
吉草酸
戊基酸
已基酸
庚基酸

な CH3(CH2)ｎCOOH の飽和脂肪酸の化合物名を比較のために表 2-7 にまとめました。それ
ぞれの国で用いられている全ての名前を知らなければ、国際学会で研究の討論をすることが出来ませんから非常に不便です。このような生活に密着した化合物は脂肪酸だけに限らず、アルコール類や糖類なども種々の呼び名を持っています。このような故事来歴と国際性の重さの釣り合いを考慮に入れて化合物名を決めなければなりません。
文明が進歩し国際的に人や物資の移動や交流が盛んになりますと、化合物の知見や情報も国際交流が盛んになります。そのような状況においても化合物の名前は唯一無二でなければなりませんから、異なる言語の間でも共通性が保たれなければなりません。先の「元素名と元素記号の由来」の節で見てきたように元素の種類は約 100 種類にすぎませんから、康煕字典の編纂

表 2-8 飽和炭化水素名と官能奇数の表示法
飽和炭化水素名と官能奇数の表示法された当時の 47000 字をはるかに上回る漢字を用いている現代でも、元素の概念に対応した元素名を表す漢字を新たに作りましたが、5000 万種以上の化合物に個々に新しい表意文字を作ることは実質的に不可能と思われます。しかも、化学の先進的な研究者が欧州に多く輩出してきましたから、表音文字のア
ルファベットを使用する言語で化合物名を表す趨勢にありました。
さらに、膨大な数の化

n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
20
21
22
23
24
30
40

数詞
ギリシャ語
ラテン語
ena
unus
duo
duo
tria
tres
tettaraquattuor
pente
quinqueexsex
epta
septem
oktw
octo
ennea
novem
deka
decem
endekaundecemdwdekaduodecem
tradekatredecemeikosivigintieilosiena
vigintiunus
eikosiduo
vigintiduo
eikositria
vigintitreseicositettara vigintiquattuor
triakonta
triginta
tettarakonta quadraginta
37

アルカン名
CnH2n+2
MethaneEthanePropaneButanePentaneHexaneHeptaneOctaneNonaneDecaneUndecane
Dodecane
Tridecane
EicosaneHeneicosane
Docosane
Tricosane
Tetracosane
Triaconsane
Tetraconsane

官能基数
Mono
Di
Tri
Tetra
Penta
Hexa
Hepta
Octa
Nona
Deca
UndecaDodecaTridecaEicosaHeneicosa
DocosaTricosa
Tetracosa
Triaconsa
Tetraconsa

合物の名前と元素組成と主だった性質を重複することなく整理するためには電子計算機などの助けを借りなければなりませんから、用いられる文字がアルファベットと算用数字とカンマやハイフォンなどの記号に限られます。そのため、ドイツ語のウムラウト（̈）やフランス語のアクサングラーヴ（` ）のようなアルファベットを補助する記号はタイプラ
イターや電子機器を用いるうえで不適当です。最終的に欧州各地の言語の母体となるギリ
シャ語やラテン語を交えた英語を基本言語とする化合物名が望ましく思われました。
このような基本的な要項を考慮して、全て 5000 万種類の化合物に異なる名前を付けなければなりません。しかも、化合物の性質を現すように戸籍の整理するためには、それらの名前には関連性や規則性が必要になってきます。さらに、世界中の化学者がその化合物の性質や知識を利用できるようにするためには、各国の言語で表すことができなければなりません。その上、戸籍の整理には電子機器の助けを借りなければ能率が上がりませんか
ら、それらの計算機言語にも良く適合するようにしなければなりません。
世界中の化学者が 1919 年に設立された国際純正・応用化学連合（IUPAC）に集まり知恵を出し合って、国際的に統一された化合物の戸籍を作るこの大問題の解決に立ち向かいました。1947 年にその基本となる命名法がまとまり、その後も化学の発展に伴い少しずつ改良されてきました。その命名法の規則集は膨大なもので、永年化学を研究してきた著者
もほんのわずかしか理解しておりませんが、その骨子は原子の種類や性質に大きな影響を
表 2-9 化合物の官能基
化合物の官能基名の官能基名

与える原子団（官能基）の種類と数を英数字で表すものです。表 2-8 にまとめたように、欧米語の語源と思われるギリシャ語の数詞をもとに炭素数を示す表現を作り、表2-9 に掲げた官能基を表す接尾語をつけて化合物名にしました。飽和炭化水素（アルカン）の接尾語が ane ですから、炭素数 9の飽和炭化水素は Nonane、炭素数 10 では
Decane になります。しかし炭素数が 1～4の飽和炭化水素では古くからそれぞれ
Methane、Ethane、Propane、Butane と呼び慣らされていましたから、古くからの名前を無視することができず例外的な化合物名

官能基
アルカン
アルキル基
2 重結合
3 重結合
アルコール
アルデヒド
ケトン
カルボン酸
メチルエステル
アミン
臭化物
ニトリル
環状化合物

接頭語、末尾語
……ane
……yl
……ene
……yne
……ol
……al
……one
……oic Acid
Methyl ……oate
Amino……
Bromo……
Cyano……, ……nitrile
Cyclo……

が現在でも使われています。
つぎに、飽和炭化水素を基本形として、他の官能基を足し込むように規則を作り、種々の化合物を命名するようにしました。表 3-5 には種々の官能基に対する接尾語を纏めましたが、接尾語だけでは複雑な化合物の命名ができませんので、接頭語も用意されています。さらに、表 2-8 に挙げたように、ラテン語の数詞をもとにした表現を使って官能基の数を表し、それらの官能基の位置関係は算用数字で示すようにしています。例えば、台38

所の必需品のお酒は炭素数 2 のアルコールを含んでいますが、炭素数 2 の飽和炭化水素がethane であり、アルコールの接尾語が ol ですから ethanol と命名されます。日本ではこのethanol をカタカナでエタノールと書いて表示します。
グリセリンは化学以外に生物学や食品学や薬学などの分野でも、古くから重要な化合物でしたから、慣用名の利用が許されています。しかし、命名法の規則に従えば、炭素数3 の飽和炭化水素の propane が基本形になりこれに 3 つのアルコール性水酸基が付いていますから、propanetriol となりますが水酸基の結合位置も指定しなければなりませんので、
1,2,3-propanetriol が命名法の規則に従った呼び名になります。ステアリン酸は炭素数 18 の飽和カルボン酸ですから、octadecanoic Acid あるいはオクタデカン酸と命名されます。同じようにオレイン酸も炭素数 18 の脂肪酸ですが、2 重結合を 1 つ含んでいますから、その位置関係を含めて 9-octadecenoic Acid となります。近年、記憶力や学習能力の向上に効果があると考えられて、EPA と DHA が脚光を浴びるようになりました。これら EPA と DHAはそれぞれ 5Z,8Z,11Z,14Z,17Z-エイコサペンタエン酸（5Z,8Z,11Z,14Z,17Z-eicosapentaenoicacid）と 4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z-ドコヘキサエン酸（4Z,7Z,10Z, 13Z,16Z, 19Z-docohexaenoicacid）という正式名を持っており、この名前を見れば分子の構造式を知ることができ、おおよその化学的性質も類推することができますが、舌を噛んでしまうほどに長い名前のためあまり実用的でありませんから、英名の頭文字をとって慣用名としています。
アルファベットのほかカタカナやハングルなどの表音文字を持つ言語では IUPAC で統一した化合物名をそのまま書き換えることができます。しかし、表意文字の漢字を用いている中国や台湾では初期には IUPAC の規則を基本にして甲乙丙丁……などの古来の数詞を使って表 3-3 に掲げたような化合物名を合成していましたが、あまりにも複雑な規則のため国際的に通用するように対応することができず英数字表記の IUPAC 名を文章に挟み込んで対応しています。
アメリカの NIST（National Institute of Standards and Technology）が化学に関する知見や情報を収集する目的で、世界中の多くの刊行物に掲載されている化学に関係のある論文や特許や著書などの題名や著者名や所属や出典や概要やキーワードとともにその中に記載されている化合物の名前と元素組成と通し番号を収録した Chemical Abstracts（CA）と呼ばれる資料集の作成を 1907 年に始めました。その後この業務はアメリカ化学会に所属する
CAS（Chemical Abstracts Servise）に移管され世界各国の協力のもとに約 10000 種の刊行物を対象とする国際的な唯一の化学に関する資料集に成長しました。現在では辞書のような非常に薄い紙に細字の英語で記載された大判の刊行物の厚さが毎年数メートルに及ぶような膨大な資料集になっています。この資料集は非常に膨大ですが、著者名とキーワードと化合物の名前とその元素組成による索引が用意されており、近年は種々の電子機器で直接検索や閲覧も可能になっています。収録されている化合物がほぼ IUCPA の規則に則って命名されていますから、世界中の化学者はこの資料集を検索することにより化合物を重複することなく認識することができ、発見や発明の新規性なども調べることができます。全39

世界の化学者が知恵を絞って、膨大な量の化学の情報の基礎となる約 5000 万種の化合物の戸籍を主な性質を含めて、英数字約 50 種だけの表音文字で記載し整理しています。
化学は長い年月の間に錬金術から発展し、その過程で技術や知識が蓄積されてきまし
たが、特に万物の性質や機能の出現の基礎となる化合物の性質を分析し結果を集積してきました。この集積した膨大な数の化合物を整理し知見や情報として利用するためには、戸籍と同じように名前や性質を登録する国際的な組織が必要です。世界中の化学者が国際純
正・応用化学連合（IUPAC）に集まり知恵を出し合って、国際的に統一された化合物の戸
籍を作るこの大問題の解決に立ち向かい、1947 年にその基本となる命名法ができ、その後も少しずつ改良されてきました。この規則に則って命名された化合物の情報が CA に集積されていますから、世界中の化学者は化合物の戸籍簿とも思われる CA を検索することにより化合物を重複することなく認識することができ、発見や発明の新規性なども調べることができます。

40

3. 電子計算機は 2 種の表音文字で種の表音文字で金属は電気を通す
原子は質量の重い中性子と陽子が原子核を構成して中心に座り、原子核の正電荷を打ち消すようにその周囲に陽子と同じ数の軽くて負電荷を持つ電子が広く分布しています。
2 つの原子が接近すると一方の原子の原子核と他方の原子に属する電子が静電的に相互作用して、クーロン力が働き両原子は結び付けられます。このとき、原子間に引力の働く結合性軌道と斥力が働く反結合性軌道の 2 つの軌道が生じます。原子に属する電子は原子の相互作用により生じるエネルギー的に安定な結合性軌道に移動するために、エネルギーの安定化が起こり原子は互いに結合します。相互作用により生じる反結合性軌道は、原子の単独の状態よりもエネルギー的に不安定な状態ですが、電子を含まないために 2 つの原子の間にはエネルギー的な不安定化は起こりません。このように金属元素が集合して相互作用するときに、原子が互いに引き付け合う結合を金属結合と呼んでいます。
原子核も電子も量子力学に支配されていますから、ｎ個の原子が集合して相互作用するときにはｎ個の軌道ができますが、そのうちの半分がエネルギー的に安定な結合性軌道
で、そこに充足するようにｎ個の電子が 2 個ずつ入ります。残りの半分の軌道はエネルギ
ー的に不安定な反結合性軌道で、電子が充足されずに空になっています。各軌道はエネル
ギー的に多少安定性が異なっていますが、ｎが極めて大きな値ですから、各軌道間のエネ
ルギー差は極めて小さくなり、電子は各軌道間を容易に移動できる帯のようになり、バンドと呼んでいます。特に、電子が充足している結合性軌道のバンドを価電子帯、電子が充足されず空になった反結合性軌道のバンドを伝導帯と呼んでいます。この価電子帯と呼ばれる結合性軌道のバンドを充足している電子は個々の原子に帰属されませんから、自由電子と呼ばれ極めて流動的に動き回ることが出来ます。
リチウム原子の最外殻には球状をした s 軌道しか持っていませんから、結合性軌道のバンドを s バンドと呼んでいますが、アルミニウムは最外殻に s 軌道のほかに若干エネル
ギーの高い p 軌道にも 1 個の電子が入っています。そのため金属アルミニウムでは s バンドのほかに p バンドにも電子が充足しています。しかし s バンドと p バンドの間も小さなエネルギー差しかありませんから、s バンドと p バンドをあわせたエネルギー的に幅広いバンドの中に 3ｎ個の自由電子が充足していることになります。当然、原子の中で結合に関与する電子が多くなれば、隣接する原子核とのクーロン力も大きくなりますから、金属結合の結合エネルギーが大きくなります。表 3-1 には種々の金属の結合エネルギーを掲げておきましたが、赤紫色で示すように最外殻電子を 1 個しか持たないアルカリ金属と 2 個持つアルカリ土金属では関与している電子の数が多くなるため結合エネルギーが大きくなっています。褐色で示す遷移金属は 1～2 個の最外殻電子を持っていますが、完全には充足されていない状態の内殻の d 軌道を小さなエネルギー差で持っています。タングステン(W)や白金(Pt)では、これらの内殻の電子までも金属結合に関与していますから、大きな結41

表 3-1 金属の結合エネルギー()
金属の結合エネルギー(kcal/mol)
元素

最外殻電子数

結合エネルギー

元素

最外殻電子数

結合エネルギー

Li
Na
Mg
Al
Si
K
Ca
Ti
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu

1
1
2
3
4
1
2
2
1
2
2
2
2
1

38.4
25.8
35.1
78.0
108.4
21.3
42.8
112.5
95.0
66.7
99.5
101.6
102.8
81.1

Ga
Ge
Rb
Sr
Pd
Ag
Sn
Sb
W
Pt
Au
Hg
Pb
Bi

3
4
1
2
0
1
4
5
2
1
1
2
4
5

64.6
90.0
19.5
39.1
91.0
68.4
72.0
63.0
201.8
135.2
88.3
14.7
46.8
50.3

合エネルギーを示しています。さらに、内殻の電子が充足されて最外殻の電子が多くなるに連れて錫(Sn)やアンチモン(Sb)や鉛(Pb)やビスマス(Bi)のように金属結合のエネルギ
ーは小さくなります。金属は多くの原子が 1 塊になって金属結合により結ばれ、最外殻電
子が自由電子として共有されていますから、1 個の分子と考えられるように思います。1ｇの金の指輪に含まれる 3x1021 個の金(Au)原子が金属結合で結ばれてあたかも 1 個の分子のようになっていますが、2ｇの金貨でも 1 個の分子となります。指輪と金貨のように分子量も分子構造も個々に共通性がなくなってしまいますから、金属には分子の概念を当てはめることができません。金属の塊は正電荷を持つ原子核とその電荷を打ち消すだけの電子でできていますから全体として電荷を持っていません。
金属原子の塊の先端に外部から電子を入れ込みますと、入った電子はその原子の塊の中を自由に動き回ることができ、容易に金属の塊の末端にも電子が移動します。この末端で電子を外部に放出すれば、電子が先端で入り金属の塊の中を通って末端から出てゆき、結果として金属の塊の中を電流が流れたことになります。金属原子が緻密に整列していれば自由電子は何の抵抗もなく移動できますが、原子の間に隙間があれば移動できる道が狭まりますから電子は移動し難くなります。太い水道管は大量の水を流すことができ、細い
水道管は少ししか水を流すことができません。同じように物質の太さとその流れ易さにより、物質の中を流れる電流の量が変化します。そのため断面積 1cm2 の物質を 1cm の長さにわたり電流が流れる時に生じる電気抵抗で電導性を表していますので、種々の金属や合金の電気抵抗率を表 3-2 に掲げておきます。表から明らかなように金や銀や銅のような貴金属類は最も電気抵抗率が小さく、アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属類がこれに続きます。若干非金属性を示す鉛やビスマスなどはかなり電気抵抗が大きくなり、低い電導性を示します。
42

表 3-2 種々の金属や合金の電気抵抗率ρ)と温度係数と温度係数(α種々の金属や合金の電気抵抗率(ρと温度係数 α)金属
マグネシウムアルミニウム
金
銀
銅
白金
水銀
亜鉛
クロム
タングステン
鉄
コバルト
ニッケル
錫
アンチモン
ビスマス
鉛
ケイ素
ゲルマニウム燐青銅
黄銅
コンスタンタン
ニクロム
鋼
ケイ素鋼
ステンレス 430
ステンレス 301

成分
Mg
Al
Au
Ag
Cu
Pt
Hg
Zn
Cr
W
Fe
Co
Ni
Sn
Sb
Bi
Pb
Si
Ge
Cu(96%) 、 Sn(3.7%) 、P(0.3%)Cu(70%)、Zn(30%)
Cu(55％)、Ni(45%)
Ni(80%)、Cr(20%)
Fe(99%)、C(1%)
Fe(95.5%)、Si(4.5%)
Fe(82%)、Cr(18%)
Fe(74%)、Cr(18%)、Ni(8%)ρｘ106(Ω
Ωcm)
4.31
2.74
2.31
1.63
1.73
11
94.7
5.92
2.6
5
10
9.71
11.8
11.3
39
114
20.7
10000089000

α0.003900.00435
0.00397
0.004070.004290.00387
0.000990.00416

4
6
49
100
20.6
62.5
60
72

0.003500.001700.00001
0.000020.00400
0.00075

0.004640.006210.00658
0.00634
0.004470.00473
0.004460.00421分子は分子間に働く分子間力と分子の持つ運動エネルギーが釣り合って物質を構成していますが、温度が高くなると運動エネルギーが大きくなり分子は自由に動き回れるようになりますから、物質は液体や気体の状態に変化します。逆に低温では運動エネルギーが小さくなり相対的に分子間力が支配的になりますから、分子が緻密に整列した固体の状態になります。金属原子も運動エネルギーを持っていますから、温度が高くなりますと金属を構成する原子はムズムズと蠢き小さな隙間ができますし、温度が低くなれば動きが小さくなりますから原子が緻密に整列します。結果として、金属原子の塊で共有されている電子の動き易さが温度により変化しますから、温度による金属の電気抵抗の変化が室温付近では式 3-1 に示すような 1 次関数で近似でき、t℃における電気抵抗率ρρt は 0℃における電気抵抗率ρρ0 と温度係数ααから算出することができます。ここで温度係数ααは 0℃と100℃における電気抵抗率をそれぞれρ
ρ0 とρ
ρ100 とするときに式 3-2 で定義され、表 3-2 に併せて掲げておきます。
43ߩ୲ = ߩ଴ ൫１＋ߙ‫ݐ‬൯

式 3-1

ߙ=

式 3-2

ఘభబబ ିఘబ
ଵ଴଴∙ఘబ

金属原子が緻密に整列しているほど金属原子の塊で共有されている自由電子の動きが容易になり電気抵抗は小さくなりますから、金や銀や銅などの貴金属は容易に純粋にすることが出来るため小さな電気抵抗を示します。鉄とクロムの金属原子が均一に混ざり合った合金のステンレス 430 の電気抵抗は純粋なそれぞれの金属の電気抵抗より大きくなっています。同じ大きさの原子が集合した純粋な金属でも温度が上昇して原子間に隙間ができれば電気抵抗が大きくなりますが、大きさの異なる原子が均一に混ざり合った合金では原子が緻密に整列できませんから、隣接した異なる原子の周囲に隙間が生まれステンレス
430 のように電気抵抗が大きくなります。ニッケルと銅の金属原子が均一に混ざり合った合金のコンスタンタンの電気抵抗もニッケルと銅のそれぞれの金属の電気抵抗より大きくなっています。種々の成分比のニッケルと銅の合金についてそれぞれ電気抵抗の値が報告されていますので、ニッケルの成分比と電気抵抗の関係曲線を図 3-1 に示します。逆に、純粋の金属に他の原子が不純物として混ざり、原子の配列が乱れて原子間に隙間ができま
すと、温度が上昇してもそれらの隙間を原子はムズムズと蠢きますから、原子間の平均的な緻密さが温度によりあまり影響されず、合金の電気抵抗はほとんど変化しません。ニッケルと銅の合金のコンス

電気抵抗率(x10-6Ωm)

40

タンタンの電気抵抗は極めて小さな温度係数を示しており、電気抵抗が温度20の変化によりほとんど変化しませんか
ら、物質の形状の変化を電気抵抗で測00

定するひずみ計や標準の電気抵抗など

20

Ni含有率
Ni含有率(含有率(％) 40

図 3-1 Cu-Ni 合金の電気抵抗率に広く用いられています。
Ohm の法則によれば、式 3-3 に示すように電流量 I は電圧 V に比例し電気抵抗 R に反比例しますから、式 3-4 のように発熱量 W は電流量 I と電気抵抗 R に比例します。温度係数の大きな金属では温度の上昇とともに電気抵抗が大きくなりますから、温度の上昇とともに金属の通電効率が低下してしまいます。ニッケル原子とクロム原子からなるニクロム
は比較的大きな電気抵抗ながら小さな温度係数を持つ合金ですから、高温まで温度上昇しても通電による効率も発熱量も変化しません。大きな電気抵抗を持つこのニクロムを電線として用いますと、通電により高温まで温度上昇しますが、温度係数が極めて小さいために温度変化に関わりなく安定した電流が流れますから、安定な発熱量を維持する電熱線に適しています。
୚

I=ୖ

式 3-3
44

W=

୚మ
ୖ

= Iଶ R

式 3-4

このように金属原子に属する電子は原子の相互作用によるエネルギー的な安定化のために原子が互いに結合しますから、指輪と金貨のように形も大きさも異なった金属の塊が
分子量も分子構造も異なっていてもそれぞれ一つの分子と考えられ、分子の概念を当てはめることができません。金属原子の塊の先端に外部から電子を入れ込みますと、入った電子はその原子の塊の中を自由に動き回ることができ、容易に金属の塊の末端にも電子が移動します。この末端で電子を外部に放出すれば、電子が先端から入り金属の塊の中を通って末端から出てゆきますから、結果として金属の塊の中を電流が流れたことになります。

半導体の性質を示すケイ素やゲルマニウム
半導体の性質を示すケイ素やゲルマニウム
ケイ素やゲルマニウムなどのように金属結合性よりも共有結合性の優った結合で原子が結び付けられている場合には、結合に関与する電子が原子の塊の中にあまり共有されていませんから低い電導性しか示しません。周期表の 14 族に属する炭素がダイヤモンドを形作るように、14 族に属するケイ素やゲルマニウムも同じく共有結合性が大きいために表
3-7 に掲げたように電導性をほとんど示さず半導体の性質を示す結晶を作ります。14 族に属する炭素とケイ素とゲルマニウムを比較して分かるように、周期表の上段にある元素ほど共有結合性が大きくなり、電導性が小さくなる傾向が見られます。ケイ素やゲルマニウ
ムは最外殻に 4 個の電子を持っていますが、15 族に属する窒素やりんや砒素は最外殻に 5個の電子を持っています。14 族の原子が規則正しく整列している金属結晶の中に少量の 15族の原子が不純物として混ざりますと、その部分だけに電子が過剰のままで集合した構造を保ちます。しかし、集合した構造の中で過剰になった電子は極めて流動的に他の原子へ移動して過剰部分を解消しますから、15 族の原子は 4 個の電子を持つことになり陽イオンとなります。全体として、図 3-2（A）に示すように、不純物として含まれる 15 族の原子は陽イオンになり集合した構造の中で固定されていますが、集合した構造の中に陽イオンの数と同数の電子が点在して自由に動き回ります。このように 15 族原子が不純物として含まれ、電子が過剰になっている 14 族原子の集合した物質を n 型半導体と呼んでいます。
他方、13 族に属するホウ素やアルミニウムやガリウムは最外殻に 3 個しか電子を持っ
Si

Si

Si

Si
P

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si
P

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si
Si

Si

Si

Si

Si
P

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

（Ａ）ｎ型半導体
Si

Si

Si

Si

Si
Si

B

Si

Si
Si

Si

Si

Si

Si
Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si
Si

B

Si
Si

Si

Si

Si

Si

Si
Si

Si

Si

Si

Si
Si

B

Si

Si
Si

Si

Si
Si

Si
Si

（Ｂ）ｐ型半導体

図 3-2 半導体物質の模式図ていません。最外殻に 4 個の電子を持つ 14 族の原子が規則正しく整列している結晶の中に45

少量の 13 族の原子が不純物として混ざりますと、その部分だけに電子が不足したままで集合した構造を保ちます。しかし、不足した部分に他の原子から電子が移動して不足部分を補充しますから、13 族の原子は 4 個の電子を持つことになり陰イオンとなります。同時に電子を供給した 14 族の原子は電子が不足しますから、陽イオンになります。このように電子の不足した原子を正孔と呼んでいますが、次々に電子が自由に移動してゆきますから正孔も次々に移動してゆきます。全体として図 3-2（B）に示すように、不純物として含まれる 13 族の原子は陰イオンになり集合した構造の中で固定されていますが、集合した構造の中に陰イオンの数と同数の正孔が点在します。このように 13 族原子が不純物として含まれ、電子が不足して正孔が点在している 14 族原子の集合した物質を p 型半導体と呼んでいます。13 族原子の陰イオンと等しい数の正孔により電気的に常に釣り合っていますから、p 型半導体の末端で正孔が電子を受け取って消滅しますと、別の所で電子を放出して正孔が作られます。結果として、正孔が電子を運ぶように p 型半導体の中を電流が流れます。
集合した構造の中で電子は極めて流動的に他の原子へ移動して過不足部分を解消しま
すから、n 型半導体では 15 族原子が 4 個の電子を持つことになり陽イオンとなり、同時に過剰の電子は集合した 14 族原子の塊の中を自由に動き回ります。他方、p 型半導体では 13族原子が 4 個の電子を持つことになり陰イオンとなり、同時に電子を供給した 14 族の原子
は電子が不足しますから陽イオンになり正孔として動き回ります。このとき、n 型半導体の 15 族原子も p 型半導体の 13 族原子も 14 族原子が相互作用しながら集合した構造の中に取り込まれていますから、自由に動くことができずそれぞれ正電荷と負電荷を持って固定されています。
このように過剰な電子を持つ n 型半導体と正孔を持つ p 型半導体を図 3-3 の模式図に示すように滑らかに接合しますと、当然接合界面を越えて n 型半導体部分から p 型半導体部
分へ電子が移動できるようになり、p 型半導体部分で正孔の部分へ電子が移動して電荷を
ｐ型半導体

ｎ型半導体

：13族原子の陰イオン：15族原子の陽イオン

ｐ型半導体

両界面の接合
ｐ型半導体

接合界面

：電子
：正孔

接合界面

ｎ型半導体

接合界面

ｎ型半導体

ｎ型半導体

n型へ電子流入n型からｐ型へ電子移動
ｐ型半導体

接合界面

ｐ型半導体

ｎ型半導体

p型へ電子流入

図 3-3 ダイオードの模式図
ダイオードの模式図
46

中和します。接合により界面を越えて電子が移動してしまいましたから、n 型半導体の部
分では移動のできない 15 族原子の陽イオンが残り、p 型半導体の部分では移動のできない
13 族原子の陰イオンが残ります。結果として、界面を挟んで n 型半導体側の接合部分は正に帯電し、p 型半導体側の接合部分は負に帯電します。n 型半導体部分に負の電極を p 型半導体部分に正の電極を付けて n 型半導体部分から電子を流しますと、接合界面を挟んで生じている電位差を中和するように 2 種の半導体の中を電子が移動して、p 型半導体に付けた電極から電子が流れ出ますから両電極間に電流が流れます。逆に、n 型半導体部分に正の電極を p 型半導体部分に負の電極を付けて電子を p 型半導体部分から n 型半導体部分へ流そうとしても、接合界面を挟んで n 型半導体側が正になるような電位差がありますから、電流は極めて流れ難くなっています。このように n 型半導体と p 型半導体を接合した物質では、n 型半導体部分から p 型半導体部分へは電流が流れますが、反対方向には流れませんから、電流を一方向にしか流さない整流作用を示します。常に n 型半導体に付けた電極は陰極に、p 型半導体に付けた電極は陽極になりますから、2 つ（Di）の電極（Electrode）を持つものという意味でダイオード（Diode）と呼ばれて、広く電化製品をｎ型半導体制御する心臓部に用いられ

ｎ型半導体

ｐ型半導体

ています。
このｎ型半導体の間に13 族原子の陰イオンと動両界面の接合き回る正孔を持つｐ型半導体を挟み込みますと、2 つの接合部分にはそれぞれダn型からｐ型へ電子移動

イオードが形作られ逆向きに接続します。ここで 2 つの部分に分かれたｎ型半導体部分に陰極と陽極の 2 つベースからエミッタへ通電の電極をそれぞれ付けて、電流を流しても一方の陰極からｐ型半導体部分へのダイオード部分は電流を流しコレクタからエミッタに電流ますが、他方のｐ型半導体部分から陽極へのダイオー
ドは電流を流すことができませんから、2 個の電極の

エミッタ

コレクタ

間には電流を流すことがで

ベース

： 電子
： 正孔

きません。さらに、間に挟まっているｐ型半導体部分：13族原子の陰イオン：15族原子の陽イオン

図 3-4 トランジスターの模式図
トランジスターの模式図47

にも電極を取り付けますと、陰極の付いたｎ型半導体部分からｐ型半導体部分へ電子が流れます。接合界面を越えた電子はｐ型半導体部分の電極から流れ出てゆきますから、ｎ型半導体部分の陰イオンもｐ型半導体部分の陽イオンも中和されて接合界面を挟んで発生していた電位差が低下します。このときｐ型半導体部分の陽イオンが中和されますから、陽極の付いているｎ型半導体部分との電位差も小さくなり、2 つの部分に分かれたｎ型半導体部分の 2 つの電極間にも電流が流れます。図 3-4 のように 3 つの半導体を接合した物をNPN トランジスターと呼んでおり、ｎ型半導体部分に付いた陰極はエミッタ、ｐ型半導体部分に付いた陽極はベース、ｎ型半導体部分に付いた陽極はコレクタとそれぞれ名前がつけられています。
エミッタからｎ型半導体部分へわずかな電子を流すときには、接合部分を挟んでｎ型
半導体部分の負の電位もｐ型半導体部分の正の電位も若干小さくなりながらベースへ電子が流れます。ｐ型半導体部分の正の電位が若干下がればｐ型半導体部分からｎ型半導体部
分を通してコレクタへの電子の移動がわずかながら可能になります。ここで、エミッタからベースへの電子の流れが多くなるほどエミッタからコレクタへの電子も流れ易くなります。云いかえれば、コレクタからエミッタへ流れる電流量はベースからエミッタへの電流量に比例します。この関係から、トランジスターはベースとエミッタとの間の電流量に比例した多くの電流量をコレクタからエミッタに流す増幅の作用を持っています。
わずかな数の 13 族原子の陰イオンと正孔しか持たないｐ型半導体部分が挟み込まれている NPN トランジスターの場合には、ベースからエミッタに流す電流量が少なくてもｐ型半導体部分の 13 族原子の陰イオンは完全に中和されてしまい、もはや電位の低下が起こらない飽和状態になりますから、コレクタからエミッタへの電流量を一定に保つことが出来ます。その上、ベースからエミッタへのわずかな電流量の変化でコレクタからエミッタへの電流量を非常に鋭敏に断続することができます。そのため現在広く用いられている
NPN トランジスターは間に挟まっているｐ型半導体部分が非常に薄く作られています。
NPN トランジスターとは逆の関係を持つ PNP トランジスターは、ｐ型半導体の間にｎ型半導体を挟みこんだ構造を持っており、電子の移動にかわるｐ型半導体の正孔の移動により電流の増幅や断続の働きをします。
このようにケイ素やゲルマニウムなどの周期表 14 族の原子が規則正しく整列した結晶
では電導性をほとんど示しませんが、この結晶に少量の 13 族あるいは 15 族の元素を混ぜ込んだ結晶は半導体の性質を示しますから、これらの組み合わせにより電流の整流や増幅などの働きを示すダイオードやトランジスターとして広く利用されています。

2 進法で情報の進法で情報の演算
情報の演算と演算と伝達をする
伝達をする電子計算機
をする電子計算機
長野県の北部の戦場で狼煙と呼ばれる煙を上げ、遠く離れた見晴らしの良い山頂でその狼煙の煙を見た兵士が同じように狼煙を上げ、次々にこの狼煙の引継ぎを重ねる方法で、短時間に山梨県の甲府の本拠地で武田信玄は戦況を伝え聞いたといわれています。また、48

Rothschild は 1760 年代にフランクフルトで銀行を起こし、ロンドンとパリとウィーンとナ
ポリに支店を作りそれぞれの店を 5 人の息子に担当させました。そしてそれぞれの店の間に狼煙による情報伝達の体系を作り各都市の市況の情報をいち早く共有し世界的な大財閥にのし上がったと伝えられています。焚火の煙ではなく花火のように瞬時に出る煙を利用するなどの改良がおこなわれましたが、狼煙で伝えられる情報量には限りがありました。
Volta が亜鉛と銅と硫酸を組み合わせたボルタの電池を開発したことから、狼煙の煙を見て情報を授受する方法の代わりに、電気を使う電信機の技術が実用化されましたので金属製の電線を長距離間に設置し、電流を流して情報を伝達する方法が 19 世紀初期に行われるようになりました。その後、1887 年に Hertz が光より長波長の電波を発見し、1890年代にこの電波を用いた送信機と受信機の開発が進み、無線電信が実用化されました。
このように通信媒体として光を用いる光通信と電線を通して電流を流す有線電
信と電波を用いる無線通信が可能になりましたが、近年になると透明な石英製の有線を通して光を流す光通信まで用いられるようになりました。これらの通信媒
体はそれぞれ異なる特徴を持っており、利用目的により利点と欠点が異なっています。従来の光通信は目で受信できますから受信装置を必要としませんし、光が直進性を持っていますから、他からの傍受を避けられますが遠距離の送信ができません。有線電信は簡単な受信装置で確実に送受信が可能ですが、遠距離にわたる電線の設置には多大の経費を要します。無線通信は送信機と受信機があれば地球上のいかなる場所にでも情報の伝達が可能ですが、他からの傍受が容易で情報の秘密を守り難く漏洩の危険があります。近年開発された有線による光通信は高い技術と光回線の設置に多大の経費を要しますが、紫外線から可視光線まで幅広い波長領域の光を利用できますから、大量の情報量を同時に送受信することができます。
金属の電線を通して電流を断続する電信機で、1840 年代に S.Morse は英語の文章を送信する技術を開発しました。この送信に用いたモールス信号はアルファベット
や句読点に対応するように表 3-3 に示す組合せで長時間電流を流す信号（－）と短時間電流を流す信号（・）の長短 2 種の信号を送信し、遠方でその電流を音や光に変えたり印字したりして 2 種の信号を受信し、表 3-3 に示す約束に従い翻訳解読した文章を受信する方法です。モールス信号の組合せの中で 3 連続の短時間の信号（・・・）と 3 連続の長時間の信号（－－－）が最も送信しやすく確実に受信ができるためにそれらの信号を組み合わせた・・・－－－・・・が危険を知らせる遭難信号として世界的に共通して採用されました。この信号は表 3-8 からも分かるように SOS という文字列に訳されますから、モールス信号を用いない場合にも SOS は危険が迫り救助を求める遭難信号の意味を持つようになりました。
表 3-3 アルファベットを表すモールス信号
アルファベットを表すモールス信号49モールス信号は長短 2 種の信号の組合せですから、1個の信号の場合には T と Eの 2 種だけですし A のような 2 個の場合には 4 種の文字
ですが、ｎ個の場合には 2n
種となりますから 1～6 個の場合の総数は 126 種となり英数字を充分に表すことができます。しかし、ABC に相当する信号を連続して送信しますと・－－・・・－・－・となり、区切り方
により ABC のほか WSNN とも PUR とも受信できますか

モールス信号

モールス信号

モールス信号

A

・−

N

−・

1

・−−−−

B

−・・・

O

−−−

2

・・−−−

C

−・−・

P

・−−・

3

・・・−−

D

−・・

Q

−−・−

4

・・・・−

E

・

R

・−・

5

・・・・・

F

・・−・

S

・・・

6

−・・・・

G

−−・

T

−

7

−−・・・

H

・・・・

U

・・−

8

−−−・・

I

・・

V

・・・−

9

−−−−・

J

・−−−

W

・−−

0

−−−−−

K

−・−

X

−・・−

.

・−・−・−

L

・−・・

Y

−・−−

,

−−・・−−

M

−−

Z

−−・・

?

・・−−・・

ら、誤信を避けるためには信号の間に・－ －・・・ －・－・のように充分な区切りの時間を入れなければなりません。このことはモールス信号が長短 2 種の接続時間の異なる信号のほかに信号を区切るためだけに長短 2 種の切断時間を組み合わせていると考えることもできます。信号の手動入力に習熟しますと、文字と文字の間に一定の区切りの間隔が作れるようなリズムが生まれて誤信がなくなると思われますが、未熟な人はかなりの訓練が必要と思われます。
長短 2 種の接続時間の異なる信号の組合せを利用したモールス信号と同じように、電子計算機は電流の断続や電磁波の断続や端子の電場の⊕と⊖や磁石の N と S などをそれぞれ 2 種の信号として利用しています。先の「半導体の性質を示すケイ素やゲルマニウム」の節で考えたトランジスターやダイオードや液晶ディプレイなどを用いますと、電流を容易に瞬時に断続あるいは点滅することができます。モールス信号と同じように電流の点滅
や電流の正負 2 方向の変化を利用して情報を送ることが出来ます。また、電流の流れには
正負 2 方向がありますから、電流の流す方向を変えることにより発生する磁気も N と S の2 方向に変化しますから、磁気の方向の変化を利用しても情報を表すことが出来ます。このように信号を保存したり変形したりすることにより、2 種の信号で構成されている情報を記録したり演算したりします。しかし、モールス信号が切断の時間の長短で信号の区切りを付けていますが、電子計算機の信号は長さが一定時間のため信号の区切りが難しいので、1 つの情報に対して常に一定の個数の信号を割れ充てています。信号が n 個では⊕と⊖の並び方は指数関数で表される 2n 通りとなり、日常生活にあまり馴染のない 2 進法と考えられます。指数関数は繰り返しの回数が大きくなりますと飛躍的に大きな数になりますから、非常に小さな 2 を底にしても多くの繰り返しにより大きな数を作ることができます。
50

表 3-3 に掲げたモールス信号は 1～6Bit の信号ですが、著者が初めて出会った電子計算
機は 16Bit で作られていましたから、2 種の信号が長く連なった情報を先端から 16 個毎に1 つの情報単位となる 1Byte に切り取っていました。この 1 Byte の情報単位には 216 に相当
する 65536 通りの情報しか持つことができませんから、各国の表音文字は対応できますが漢字などの表意文字では十分に対応できません。そのため、この情報単位を 2 つまたは 4
つ組み合わせて 1 塊の情報単位としていました。しかしこの分野の知識も技術も格段に進歩しましたから、現在著者の手元にある電子計算機は 4 つの情報単位をあらかじめ 1 塊にした 64Bit が 1Byte になるように作られており、264 が 18446744073709551616 ですから、1つの情報単位となる 1Byte には文字や色や音などを表す 1.84x1019 通りの中の 1 通りの情報を持つことができます。その基本はモールス信号と同じように電場の⊕と⊖や磁石の N とS など 2 種だけの表音文字で表す言語と考えることができ、このような個々の信号をまとめて大量に通信して多くのことを世界中に情報を伝達しています。
また、このような個々の信号をまとめて大量に保存しておけば大量の情報が記録されます。電子計算機が実用化した初期の時代には、光の通るように約 1 ㎟の小さな穴を適宜穿って信号を沢山の厚紙や長い紙テープに情報を記録し、その紙媒体に光を当ててそれらの情報を光の断続の信号として計算機に入力をしていました。その後の種々の技術の進歩により、紙媒体は磁気テープや磁気ディスクに置き換えられ、小さな媒体に大量の情報が記録されるようになりました。さらに銀写真のように、光化学反応により不透明になる物
質をディスク上に塗布した媒体が用いられるようになりましたので、細い光束の強い光の照射により電子計算機の信号をディスク上に不透明な斑点として情報を記録し、光の通過しない斑点の有無で情報を電子計算機の信号に変換しています。波長の長い光では斑点をすり抜けるように通過する傾向にありますから、波長の短い青色の光の方が小さな斑点でも光を遮断できますので、高い密度でディスク上に多くの情報を記録できます。このような技術的な進歩により現在の簡易型電子計算機には情報保存用に約 1.56x1013Byte が用意されていますから、約 2.9x1030 通りの情報が保存できます。
トランジスターやダイオードや液晶ディプレイなどの発達により電流の点滅や電場の正負の切り替えが電流や電磁波の極めて微弱な変化で瞬時にできますから、複雑な情報の処理が可能になりコンピューターが発達しました。現在では、パーソナルコンピューターが多くの家庭に入ってきて、インターネットの通信やデジタルカメラの映像処理まで広く用いられるようになっていますが、その基本はモールス信号と同じように電場の⊕と⊖や磁石の N と S など 2 種だけの表音文字で表す言語と考えることができます。さらに、スマートフォンが世界中の大多数の人の掌中に常にあり、知人友人との情報交換や広く流布しているニュースや噂の受信ばかりでなく、身分証明や商取引の決済や新聞書籍の購読や音楽の聴取や各種の知識と情報の取得などにおいて日常生活に欠くことのできない情報の受信と発信を担っています。

51

4. 神経伝達は 2 種の表音文字で種の表音文字で聴覚と触覚
聴覚と触覚と味覚と触覚と味覚の情報と味覚の情報鷲や鷹などの猛禽類は上空高くから地上を動く鼠や小鳥を識別する視覚を持っていま
すし、蝙蝠は夕闇に飛ぶ虫を見つけて食べています。夏の初めにスズメバチが木の高い枝に巣を作る年は秋に大雨が降り、低い枝に作るときには大風が吹くと言い伝えられています。浅間山が 2004 年に噴火した折に、著者は愛犬とともに火口から比較的近いところに偶然滞在していました。愛犬が突然気の狂ったように唸り声をあげてから約 30 秒後に、大きな音とともに強い爆風が窓ガラスを強く揺らしました。このように、それぞれの動物の生活様式に適応するようにその五感の能力は異なっていますが、生存競争に打ち勝ち、
生命活動を維持し、子孫を繁栄させるために、視覚、聴覚、触覚、味覚、嗅覚の五感を用いて生活に必要な情報を集めることはすべての動物の持つ本能と思われます。人間も眼で見、耳で聴き、手で触れ、口で味わい、鼻で嗅ぐことにより多くの情報を集めてきました。
音は地表では約 300m/s の速さで伝搬する空気の圧力変動が振動する縦波で、局所的に空気の密度の変動を引き起こしますから、光と異なり間に障害物があっても回折して到達します。人間の耳は外を向くように頭の右端と左端に 20cm ほど離れて 2 つ付いていますが、その特殊な形により指向性をもって選択した音波が鼓膜を振動させます。しかも、音波が右耳と左耳にそれぞれ到達するまでに最長 0.0005 秒程の時間的なずれを生じます。両
耳の鼓膜の振動は小さな骨を介して管を満たしているリンパ液を震わせますが、この管が蝸牛のように先端と末端で太さの異なっているために振動を増幅して、微細な音まで聴覚の細胞を刺激します。この聴覚の細胞の刺激は神経細胞を通して音の情報として大脳皮質の聴覚野に伝えられ、そこで音の高低や強弱や時間的なずれから音源の位置や性質を解析処理して、耳に入る音を認識しています。耳が頭の左右にあり音波が回折しやすい縦波ですから、人間は周囲の全ての方向の情報を間接的に聴覚により認識することができます。
人間が認識する音は対象物の音を拾い出し騒音などの不要な音を消し去りますから、地下鉄の車内のように大きな騒音の中でも会話することも、車内放送を聞き取ることも来ます。寝言を云ったり大きな鼾をかくような人でも、当人にはほとんど聞こえていません
し全く記憶にも残っていません。昼食後の授業で教壇からの声が急に弱くなったり途切れたりした経験をお持ちの読者もあると思います。小学館の国語大辞典によれば他人の言うことを聞く考えがないときに「聞く耳持たぬ」といいますが、このように聴覚は人間の意思に従って対象物の情報を主観的にしか取り込まない傾向があります。
耳の鼓膜が振動することにより音を感じるように、聴覚の代役を務めるマイクロフォ
ンも音波が薄い膜を振動させ、その時の音の強さや音色に応じた振動の大きさを電流量に変換しています。この時、種々の音を取捨選択することなく、時間的ずれもなくすべて音
波の強さに比例した電流量に忠実に変換します。逆にスピーカーやイヤフォンでは、微妙に変化する電流を電磁石に通電して薄い膜を振動させ、膜に接する空気を振動させて音を52

時間的なずれもなく忠実に発生します。このマイクロフォンで変換した電流量の変化を遠く離れたところまで送り、スピーカーで音に変えれば電話となります。10km 以上離れたところまでは雷鳴や花火などの大きな音でも人間の耳に届きませんが、電話を使えば地球の裏側のニューヨークの友達とも内緒話をすることができます。同じ原理で、放送局は音
波を電流の強弱に変え、電波に乗せて送っていますから、その電波を再度電流の強弱に変換しスピーカーで音波に変換するラジオの放送も音を送っています。近年、マイクロフォ
ンで拾った騒音から逆の位相の音波成分の騒音を発生させて打ち消し合い騒音を低減させ、聞きたい音だけを聞くことのできるノイズキャンセリングという機能を持つイヤフォンが市販されるようになりました。さらに、電流量の変化を数字に変えて記憶すれば CD として録音することもできます。聞く耳を持たない人には何も聞こえませんが、マイクロフォ
ンはすべての音を忠実に電流に変えます。騒音計という機器が市販されていますから、工事場などの騒音公害を示すために音の強さがいつでも数値として測定できるようになっています。
統一した条件で代役の道具や機器を用いて聞くときには同じ強さの音は同じ情報を与えてくれますから、音の強さも音色も客観的に測定し、統一した単位で数値化することができます。しかも道具や機械は疲れて寝ることも食事をすることもありませんから、文句一つ言うことなく長時間にわたり聞き続け、記憶し続けます。浅間山の噴火したときの恐怖を伴った音など耳に残るような記憶でも長年の間には薄れて美化されてゆき、死とともにその記憶は完全に消滅しますが、耳の代役となる CD などの道具や機器による録音はフルトベングラーが指揮をする交響曲「運命」のように 70 年を超すほどの長年の時間経過にもかかわらず忠実に再現されます。
触覚は情報源の表面が滑らかかざらざらしているか、硬いか柔らかいか、さらには冷
たいか温かいかなど直接肌に触れたときに得られる感覚です。この感覚は人間の体表面の細胞が温度変化や機械的な刺激を受けて興奮し、神経細胞を通して種々の情報を大脳皮質の体性感覚野へ伝えています。しかし、文明の発展とともに人間は衣服を纏いほとんど肌を露わにすることがなくなってきましたから、直接触れることのできる肌は手や顔などに限られています。子供の挙動が尋常でないと母親は子供の額に手を当てて体温を確かめま
表 4-1

すし、「肌寒い」や「燗酒は人肌で」という言葉があるように肌に充てて微妙な温度を調べてきました。個々の体温の違いや体調の違いにより体感温度には個人差がありますから一般化することはできませんが、首まで浸るように入浴した時と指先で触れた時の体感と温度の関係を

温度
0~10℃
10~20℃
25~30℃
35~40℃
40~45℃
50℃
70℃

触覚で感じる温度
触覚で感じる温度

入浴した時皮膚が痛い感じ
身体が締る感じ
生温い感じ
ぬるま湯の感じ
気持ち良い感じ
熱く痺れる感じ53

指先で触った時
痺れる感じ
ヒヤッとする感じ
温度を感じない
少し温かい感じ
温かい感じ
長く触れない感じ
瞬時でも熱い感じ著者の経験を基にして表 4-1 に纏めてみました。触覚は直接接触しなければ情報を与えませんから、身体に損傷を与えるような情報源からは情報を得ることができませんし、この表からもわかるようにその精度も感度もあまり高いものではなく、手で触れただけでは温度範囲も狭く精度もかなり大雑把な温度しかわかりませんが、理科の授業で使う温度計では－50～100℃まで正確に測ることができます。近年、耳の穴に差し込む小型の体温計や顔などの表面から発する赤外線の波長から体温を測る体温計まで開発されています。温度を測るための温度計ばかりでなく、材質の成分は X 線や電子線を照射して分析する XMA
や EPMA で、材質の硬さは硬度計で、吸着する気体の量から表面の滑らかさは比表面積測定装置でそれぞれ高い感度と精度をもって個々に調べることができます。しかし、触覚は情報源の材質や表面の状態の情報を総合的に与える感覚ですから、これに代わる総合的な道具や機器はほとんど開発されていません。
味覚は食べ物が口の中に入った時にのみ情報を与えるものですから、非常に限られた部分で非常に限られた目的のために特化した触覚と考えられます。身体にとって必要な食べ物と有害な食べ物を取捨選択するための情報を得ることを目的としていますから、味覚は舌にある味覚を感知する部分に食べ物に含まれる分子が接触した時に情報を感じる機構になっています。人間の基本的な味覚は酸っぱい、甘い、苦い、塩っぱい、旨いの 5 味と考えられています。身体の水分が不足すると渇きを感じて本能的に水を飲むように行動します。身体から塩分が不足すると塩っぱいものが美味しくなりますし、長時間の運動や重労働で身体の各部の活力が不足するときには、ブドウ糖を必要としますから、甘いものが食べたくなります。肉や魚に含まれるアミノ酸は旨味成分として味覚を刺激し、蛋白質が食べたくなるように食欲を促します。第 5 章の「特異な性質を示すプリン体」の節で取り上げますが、人間にとって欠くことのできないアデニンやグアニンの原料となるイノシン酸は極めて重要な必須の栄養素ですから、好んで食べて体内に摂取したがるように旨味の味覚ができています。このように身体の活力となる炭水化物や構成素材となる蛋白質や脂肪の不足を補うように味覚が刺激して本能的に食欲を促します。
反対に、多くの動物は毒性の物質を体内に取り込まないような本能的な自己防衛の能力を備え持っています。蛋白質が腐敗しますと構成しているアミノ酸が二酸化炭素とアミン類に分解しますから、アミン類の塩基性により苦味を感じます。でんぷんが腐敗するときには乳酸や酢酸を生成しますから、酸性が強くなり酸味を感じます。でんぷんやたんぱ
く質を含む食べ物の腐敗により食べ物の味が酸っぱくなったり苦くなったりしますが、同時に腐敗菌は種々の毒性の物質をしばしば生産します。そのために、酸味と苦味を不快な味覚と感じて、人間は本能的に自己防衛をしてきました。味覚の未発達な子供たちは動物的な本能であまり強い酸味と苦味を好みませんから、母親の乳首にキニーネなどの苦味物
質を塗って母乳で育った乳児の乳離れをしばしば早めます。成人して味覚が発達するほど
酸味や苦味を好むようになり、夏の夕暮れには限りなくビールを飲みたくなります。
食べ物が口の中に入った時に感じる味覚の情報は神経細胞を通して大脳皮質の味覚野
54

に伝達されますが、そこで他から栄養の過不足などの種々の情報とともに総括されて、味の良し悪しとして判断されます。そのため「空腹は最良の調味料」といわれるほどに、味覚は視覚や聴覚よりもさらに強い主観的な特性を持っています。長時間の肉体労働や運動の後には、水が最も美味しくなり、塩辛いものが美味しく感じられます。身体に必要とされるアミノ酸や糖類などの栄養を美味しく感じますし、腐敗などによる有害な物質を不味く感じます。同じ料理でも薄汚れた鍋から食べる場合と、綺麗な皿に盛りつけられた場合では異なる味わいになります。このように味覚は個人的な嗜好や経験が大きく影響します
し、食べる時の体調や雰囲気や精神状態などに大きく影響されます。
食べ物の味が酸っぱいかどうかはリトマス試験紙で瞬時にわかりますし、食べ物の旨味のもとになるアミノ酸の量はアミノ酸分析計と呼ばれる機器で正確に分析できます。スーパーマーケットでは果物の値札の横に甘さを示す糖度計の値が明示されていますから、味見をしなくても甘いリンゴを買うことができます。しかし、味覚は個人的な嗜好や経験や食べる時の体調や雰囲気や精神状態などに大きく影響されますから、基本的な酸っぱいと甘いと苦いと塩っぱいと旨いの 5 つの味でさえ絶対的な尺度がほとんどありません。食
べることは生命を維持するための根源的な活動ですから、その活動が有用か有害かを判断する最も重要な情報を与える味覚は当然利己的であると思われます。

ロドプシンの回転異性化
ロドプシンの回転異性化による視覚の情報の回転異性化による視覚の情報
光は 3x108m/s の速さで直進しますから、情報源から発せられる光の情報が眼に届くときに時間的なずれのないままに直接認識されます。人間の眼は角膜と水晶体と硝子体で構成される光学系により対象物の光学像を網膜上に結び、情報源から来る光のエネルギーに
より網膜上で起こる化学変化を視神経が知覚し、その情報を大脳皮質の視覚野で整理する機構を持っています。人間の眼が顔の前の方向を向いていますから、眼から得られる情報
は顔の前方からだけに限られており、後方にある情報源は全く認識できません。しかも、睡眠などで瞼を閉じて光を遮断しているときは情報を集めることができません。しかし、この眼の機構は精巧にしかも堅牢にできていますから、長年にわたりほとんど故障することなく視覚が極めて高い精度と感度を維持します。そのため、視覚により得られる情報が人間の思考や行動を主に支配しているように思います。
光のエネルギーに対して Newton は式 4-1 に示す粒子の運動による運動エネルギーの関係式を適用して説明を試みましたが、後に明らかになったのですが光の粒子が質量を持たないために、式 4-1 でｍ＝0 になるために Newton 力学では表現することができませんでした。Einstein はフォトン（光子）と呼ばれる粒子が波の運動をしながらエネルギーを伝播してゆくと仮定し、Plank の定数 h（1.58x10-34cal/s）を比例定数としそのフォトン 1 個の持つエネルギーE が式 4-2 のように電磁波の振動数νに対して比例することを導きました。
電磁波の振動数は真空中では波長に反比例しますから、真空中の光の速さと波長をそれぞれ c（3.0x108m/s）およびλとしますと式 4-2 が書き換えられ、電磁波の持つエネルギーが55

波長の短いほど大きいことも導かれます。
ଵ‫ ݒ݉ = ܧ‬ଶ

式 4-1

ଶ

‫ = ܧ‬ℎߥ =

௛௖

式 4-2

ఒ

第 2 章の「原子の結び付き方」の節で考えたように、結合エネルギーの 2 倍に相当す
るエネルギーを外部から吸収するとき、共有結合を形成している基底状態の電子の 1 個が不安定な軌道に移り励起状態になります。式 4-2 から分かるように基底状態の 1 個の電子を励起させるために要するエネルギーは紫外線あるいは可視光線の光エネルギーに相当しますので、結合を持つ分子は紫外線あるいは可視光線を吸収して励起状態に変化します。
表 3-2 に掲げた結合エネルギーが kcal/mol を単位として表示していますから、式 4-2 にアボ
ガドロ定数 Na（6.02x1023 mol-1）を加味した式 4-3 に吸収波長λを代入することにより結合エネルギーEbond を見積もることができます。2 重結合が光を吸収するときにはσ結合が変化しないままでπ結合のみが励起状態になります。最も簡単な炭素＝炭素 2 重結合化合物のエチレンは 193nm の紫外線を吸収して励起状態に変化しますから、式 4-3 にこの吸収極大値を代入しますとπ結合エネルギーが 74kcal/mol と見積もることができ、単結合と 2重結合の結合エネルギーの差から推定したπ結合の結合エネルギー約 63 kcal/mol と比較して納得しうる一致が見られます。

‫ܧ‬௕௢௡ௗ =

௛௖ேೌ
ଶఒ

=

ଵ.ସଶ×ଵ଴షమ

式 4-3

ఒ

光エネルギーを吸収したπ電子は不安定な軌道に移動して励起状態になりますが、励起状態は不安定で大部分の分子は吸収した光とほぼ同じ波長の光を放出して元の基底状態に戻ります。π電子は軸上に存在せず直交軸上に存在していますから、これらの電子が相互作用して生じる不安定な軌道も、結合軸に対する回転角により変化します。それぞれのπ電子の軸方向が一致する回転角θが 0°の時にはそれぞれのπ電子は最も近付きますから、最も大きく相互作用して生じる励起状態は大きく不安定化します。また、軸方向が逆方向のθが 180°の時にもπ電子は近付き相互作用は大きくなります。軸方向が直行してθが 90°の時には全く相互作用しませんから、π結合による安定化も不安定化も起こらず
ほぼ単結合の状態になりません。結合
軸に沿った回転に対する、この励起状

A
H C

C

態におけるエネルギーの不安定化は図

りもエネルギー的に不安定で、励起した軌道の電子には互いに反発力が働きますが、σ結合が残っていますから結

C

A
H

A
C

光励起

2-13 のグラフの青線で表すことができます。励起状態は原子の単独の状態よ

H
A C

A
H

H
A
H C

C

θ＝90°

C

θ＝0°

A
H

光励起

A
H
H
A C

C

A
H

θ＝180°

図 4-1 炭素＝炭素 2 重結合の光異性化反応
重結合の光異性化反応56

合距離を変化させることができません。
そのため、軌道の相互作用が小さく斥力の減少するように結合軸に沿った回転異性化が起こり、図 4-1 に示すようにπ電子が相互作用しない軸方向が直行してθが 90°の状態に変化します。軌道の相互作用が大きくなるように再び回転異性化して、生じるエネルギ
ー的に安定な軌道にπ電子が移動して基底状態になりπ結合が再生します。π電子の軸方向が一致する回転角 0°の異性体が光エネルギーを吸収して励起し、その励起状態からθ
が 90°の状態に回転異性化して再びθが 0°の状態に戻る場合には、吸収した光エネルギ
ーが結合の回転に費やされるのみで、物質の変化は起こりません。しかし、光エネルギーを吸収して生じた励起状態からθが 90°の状態に回転異性化した後、さらにθが 180°の状態まで回転異性化が進行する場合には、光エネルギーは結合の回転異性化に費やされて幾何異性体を新たに生じます。θが 90°の状態から新たにπ結合を形成する時には、θが0°と 180°の両方向にほとんど等しい確率で回転しますから、生成する回転異性体比もほぼ等しくなります。
2 種の回転異性体が同じように光エネルギーを吸収して励起する場合には異性化反応の生成物も等しい回転異性体比になりますが、2 種の回転異性体の光吸収の仕方が異なる場
合には、当然両者の励起の仕方も異なりますから、生成する回転異性体比も異なります。
例えば、先に図 2-14 で示したスチルベンの場合には、290nm 以下の紫外線を照射すると cis
型も trans 型も同じように励起しますから、cis‐スチルベンと trans‐スチルベンがほぼ等しい異性体比で生成します。しかし、300nm 以上の波長の紫外線を照射すると trans‐スチ
ルベンは光エネルギーを吸収して励起しますが、cis‐スチルベンはほとんど光を吸収することが出来ませんから、trans‐スチルベンのみが異性化して次第に cis‐スチルベンの割合が増加してゆきます。第 5 章の「ベンゼンは化学的に安定」の節で考えますが、このような 2 重結合化合物の回転異性化は熱エネルギーでは比較的困難で、光エネルギーを照射することにより容易に進行しますので、光異性化反応と呼んでいます。
人間の眼は角膜と水晶体と硝子体で構成される光学系により対象物の光学像を網膜上に結び、網膜上で起こる感光物質の変化を視神経が知覚し、その情報を大脳皮質の視覚野で整理する機構を持っています。屠殺場で入手した大量の牛の目玉から網膜をとりだし、その中に含まれているロドプシンと呼ばれる感光物質が分離精製され、感光の機構が明らかにされました。ロドプシンは図4-2 に示すように色素物質と蛋白質が結合した複雑な構造の物質でしたので、オプシンと呼ばれる

CH3
CH3
CH3 H
H3C
CH3 H
H
H
H2O
C
C
C
C
C
C
C
C
H2C
C
C
C
CH
H2C
C
C
C
CH
H
H
H
H
H2C
C
C
H2C
C
C
C
CH3
H3C
CH
C
CH3
H3C
CH
H2
H2
ロドプシン HC
11-cis-レチナール HC
O
N
光
オプシン
Opsine
H3C

CH3
CH3
CH3 H
H
H
C
C
Opsine
C
C
C
H2C
C
C
C
C
C
N
H
H
H
H
H2C
C
C
CH3
H2
H3C

C

図 4-2 網膜の感光物質の構造57

蛋白質とレチナールと呼ばれる色素物質に加水分解し、それぞれの分子構造を明らかにしてきました。その後、2000 年にはじめてロドプシン全体の立体的な原子の配置が明らかにされました。
ロドプシンのレチナール部分は 5 本の炭素＝炭素 2 重結合とアルデヒドの炭素＝酸素 2重結合が 5 本の単結合で結び付けられた構造をしており、アルデヒドから 2 本目の炭素＝炭素 2 重結合が cis 型の幾何構造を持っています。レチナールの 6 本の 2 重結合は共役していますから、π結合の結合エネルギーが小さく 373nm 付近の領域の光を吸収することができます。ロドプシンの中では炭素＝炭素 2 重結合にオプシンなどの大きな原子団が結合していますから、cis 型の結合を持つレチナールは比較的に丸まった分子の形を取っていますが、trans 型のレチナールは長く伸びた分子構造です。当然、光を吸収して励起状態になった炭素＝炭素 2 重結合は回転異性化をしますが、そのときロドプシンの分子の形が大きな構造変化を引き起こします。特に、図 4-2 のレチナールで赤色に示した部分の cis 型の 2 重結合が trans 型の幾何異性体に回転異性化するときには、分子が大きく伸張します。ロドプ
シンの光異性化反応による視覚の機構は牛の目だけのものではなく人間をはじめ多くの動物の視覚機構でも働いています。
このように人間をはじめ多くの動物の視覚機構はレチナールの炭素＝炭素 2 重結合の回転異性化反応により機能していますが、そのレチナールは炭素原子が 20 個で構成される分子で、枝分かれした 4 個のメチル基（CH3）が 3 個の炭素鎖を挟んで等間隔で結合しています。このように枝分かれしたメチル基が等間隔で結合する部分構造を持ち、5 の倍数の炭素原子からなるテルペン類と呼ばれる物質が生体内には多く存在し、種々の重要な生理的な役割を果たしています。このテルペン類がその構造に多くの共通する特徴を持っていることから、生体内で作られてくる生合成過程は図 4-3 に示すように考えられています。テルペン類はブドウ糖が生物の活力となるエネルギーを発生させる反応の過程で生成するアセチル補酵素 A（1）が原料で、はじめにその 3 分子が枝分かれして重合してメバロン酸になると考えられています。メバロン酸は二酸化炭素の脱離、脱水、還元、りん酸とのエステル化の過程を経て、テルペン類の基本単位となるジメチルアリルピロりん酸（2）に変化します。さらに、このジメチルアリルピロりん酸（2）が 2 分子縮合して炭素数 10 原子からなるゲラニルピロりん酸（3）が生成します。このゲラニルピロりん酸（3）は側鎖にメチル基を持つ炭素から炭素数 3 原子の炭素鎖を挿んで、再び側鎖にメチル基を持つ炭素が結合した構造を持っています。ゲラニルピロりん酸（3）は様々な位置におけ
る酸化、還元、環化、脱水などの化学変化を経て、ゲラニオール、メントール、ボルネオールなどのモノテルペン類に変化してゆきます。モノテルペン類は炭素数 10 原子からなり、炭素数 3 原子の炭素鎖を挿んで側鎖にメチル基を持つ基本骨格の一連の化合物群として生物体内に生合成されて、それぞれ生物が生命を保つために重要な働きをしています。
モノテルペン類の母体となるゲラニルピロりん酸（3）にジメチルアリルピロりん酸（2）が縮合するときに、炭素数 15 原子からなるファルネシルピロりん酸（4）が生成し
58

O

O
CoA
O

O

CoA １
H 3C
S
１ ： アセ チ ル 補 酵 素 A

O

S
CoA

H3 C

S

１

H 3C

CH3

H 3C

CH3

O

H3 C

OH
OH メバ ロン 酸

CH3

CH3
２

PO6H3
H3 C
O
２： ジ メ チ ルア リル ピ ロり ん酸

CH3O

４： フ ァ ル ネシ ルピ ロ りん 酸

２

CoA

OH

２

O
３ ： ゲ ラニ ルピ ロ りん 酸

CH3

S

CH3

H3O6P

モノ テル ペ ン 類

HO

O

PO6H3

セ スキ テル ペ ン 類

４

CH3

CH3

CH3

H 3C

CH3

スク ワレ ン
CH3
CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

H 3C

ト リ テル ペン 類
O

PO6H3

ジテ ル ペ ン 類
カ ロチ ン 類

５： ゲラ ニ ル ゲ ラニ ルピ ロ りん 酸
５
CH3

CH3

CH3

CH3
CH3

H 3C
リ コ ペル セ ン

CH3

CH3

CH3

CH3

図 4-3 テルペン類とカロチン類の生合成経路
ますが、このファルネシルピロりん酸（4）も側鎖にメチル基を持つ炭素から炭素数 3原子の炭素鎖を挿んで、再び側鎖にメチル基を持つ炭素が結合した構造を持っています。
ファルネシルピロりん酸（4）もまた、酸化、還元、環化、脱水などの生体内反応により、対応するセスキテルペン類に変化してゆきます。このようにジメチルアリルピロりん酸（2）が基本単位になり、生合成されたセスキテルペン類はモノテルペン類と極めて類似した骨格を持つ炭素数 15 原子の一連の化合物群と考えられます。
さらに、図 4-3 に示すようにセスキテルペン類の母体となるファルネシルピロりん酸（4）にジメチルアリルピロりん酸（2）が縮合して生成したゲラニルゲラニルピロりん酸（55）が中間体になり、酸化、還元、環化、脱水などの化学変化を経て生合成されたと思われる炭素数 20 原子の一連の化合物群が生物体内に種々存在します。これらの一連の化合物群はジテルペン類と呼ばれて、ビタミンＡなどのように生物の生命活動に重要な役割を果たしています。また、セスキテルペン類の母体となるファルネシルピロりん酸（4）が 2 分子縮合して生成したスクワレンが中間体になり、酸化、還元、環化、脱水などの化
学変化を経て生合成されたと思われる炭素数 30 原子の一連の化合物群はトリテルペン類と呼ばれています。人参やかぼちゃに含まれる黄色の化合物のβ‐カロチンはジテルペン類の母体となるゲラニルゲラニルピロりん酸（55）が 2 分子縮合してリコペルセンが生成
し、酸化、脱水などの化学変化を経て生合成されたカロチン類と呼ばれる炭素数 40 原子の一連の化合物群に属しています。

59

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

H3 C
リコペルセン

CH3

H3C

５

CH3

CH3

CH3

CH3

H3C

CH3
H3 C

CH3
CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

H3C

酸化

CH3

H3 C
CH3
β‐カロチン
CH3

CH3

CH3

OPO6H3OH

５：ゲラニルゲラニルピロりん酸
CH3
H3C

CH3

CH3

H3C

酸化

ビタミンＡ

CH3

CH3

CH3

酵素

O
11-trans-レチナール

CH3

H3C

CH3

オプシン

11-cis-レチナール
O

H3C

光/－オプシン

CH3

CH3

CH3

H3C

ロドプシン
N
Opsine

図 4-4 網膜の感光物質ロドプシンとその関連物質
網膜の感光物質ロドプシンとその関連物質
レチナールは図 4-4 に示すように 20 個の炭素原子を持つジテルペン類で基本単位となるジメチルアリルピロりん酸（2）の炭素骨格を太線で示しておきましたが、5 本の炭素＝炭素 2 重結合とアルデヒドの炭素＝酸素 2 重結合が 5 本の単結合で結び付けられた構造をしています。別名ビタミン A アルデヒドと呼ばれていることからも分かるように、レチナ
ールはビタミン A と極めて類似した構造を持っており、その酸化により容易に作られてきます。食物から摂取されたビタミン A が体の中で酸化されオプシンと結合してロドプシンを生成してゆきます。光を吸収し、cis-trans 異性化により生成する trans 型のロドプシンは体内にある酵素により、cis 型の構造を持つロドプシンに再生され光の検知に用いられますが、長時間にわたり眼を使う間にはレチナールが少しずつ消費されてゆきますから、人間の体内で合成することができないビタミン A もレチナールも次第に不足してゆきます。当然、ビタミン A やレチナールを体内に補給しなければ次第にロドプシンが不足してきて、網膜で光を検知する能力が低下してきます。夜盲症はビタミン A の不足により視力の低下する病気ですから、ビタミン A を摂取することにより治療できます。カロチン類はジテル
ペン類が 2 分子縮合した物質で、特にβ‐カロチンはビタミン A が 2 分子縮合した構造をしていますから、β‐カロチン分子の中央の炭素＝炭素 2 重結合の酸化分解によりビタミ
ン A を生成します。このことから人参やカボチャやトウモロコシなどの黄色野菜を食べて
β‐カロチンを摂取することは目のためには極めて良いことと思われます。料理を彩る人
60

参やカボチャやトウモロコシなど種々の食べ物は目から味わいや食欲を増すばかりでなく、人間の生活を明るく維持するために欠くことのできないビタミン A などの物質を供給する源にもなっています。
網膜上で起こるロドプシンの分子の立体的構造変化を視神経が知覚し、その情報を大脳皮質の視覚野で整理しています。ロドプシンはレチナールとオプシンが結合した構造をしていますから、オプシンの影響により 500nm 領域の青緑色の光を効率的に吸収して知覚します。人間の眼による視覚機構においては、ロドプシンの他に緑色と赤色の光に高い感度を持つ 2 種類の感光物質が網膜部分に分布しており、可視光線の 400～700nm の全波長領域を認識していますが、これらの感光物質はオプシンと比較して構成するアミノ酸が一部分で異なる蛋白質がレチナールと結合した構造を持っています。
眼の代役となる写真や分光器のような道具や機器は一定の基準の光の強さに対する違いを情報として常に与えてくれますから時間的な変化などを調べることができますが、眼は対象物を最適の条件で見て大脳皮質の視覚野が主観的に整理し認識しますから、基準値からの違いを客観的に調べることができません。光の強さも形も色も人それぞれに異なった個性をもって対象物を見ていますし、都合のよいように変形して記憶に残します。ピカ
ソにとってはヒラメやカレイのように 2 つの目が鼻の片側に見えますし、富士山が赤く真っ赤に見える浮世絵師も出てきます。これに対して、統一した条件で代役の道具や機器を用いて見るときには同じ強さの光は同じ情報を与えてくれますから、光の色も強さも客観的に測定し、統一した単位で数値化することができます。しかも道具や機械は疲れて寝る
ことも食事をすることもありませんから、文句一つ言うことなく長時間にわたり見続け、記憶し続けます。目に焼き付くような記憶でも長年の間には薄れて美化されてゆき、死とともにその記憶は完全に消滅します。

主観的で感度の変化し易い嗅覚
主観的で感度の変化し易い嗅覚情報の変化し易い嗅覚情報
嗅覚は匂いの情報を得ることに特化した触覚の一つで、呼吸をする時に外気が通り過ぎる鼻の中にありますから、空気中に含まれる物質が接触して情報をもたらします。空気は主に窒素と酸素で構成されていますが、二酸化炭素やアルゴンのほか、種々の物質から気化してきた多くの気体の分子が含まれています。一昔前の漫画には胡椒の粉が飛散してクシャミが止まらなくなる場面が多くありましたが、杉や檜の花粉をはじめほこりや黄土や煤などの PM2.5 と総称される非常に細かい粉末もまた空気中に浮遊していますから、当然鼻の粘膜に接触して情報をもたらします。
自由に動き回る気体の分子は、壁に衝突すると壁は質量を持った分子から何がしかの力を受けます。これを圧力といいます。気体の衝突で受ける力は分子の数が少なければ小さく、分子の数が多ければ受ける力も大きくなります。密度はある一定体積中の分子の数を意味していますから、気体の圧力はその体積に反比例し、気体の分子の数に比例します。
また、粒子の運動エネルギーは式 4-1 で表されますから分子の衝突で生まれる圧力は分子61の質量 m とその分子の運動の速度 v に比例します。1 モルの気体の分子の数 Na はアボガド
ロ数 6.02x1023mol-1 ですから、一定体積 V 中の n モルの気体分子の圧力 P は式 4-4 の関係式に纏めることができます。さらに理想気体定数を R とするとき、式 4-5 に示す n モルの理
想気体の状態方程式を加味すると気体分子の運動の速度 v は式 4-6 のように表すことができます。この式を変形しますと気体の分子の平均速度はその分子量 Mw に反比例します。
イタチやスカンクの発する屁の匂い成分スカトールの分子量は 131 ですから、気温 27℃の
とき式 4-6 に代入しますとスカトールの分子の運動平均速度 v は秒速 239m と算出されます。音波ほどではありませんが、かなりはやい速度で気体の分子の飛び回っていることがこの計算結果からわかります。気体の分子は風に流されて空気とともに移動しますが、風のない状態でも気体の分子は平均速度 v で自由に空気中を動き回り、広い周囲に拡散し移動してゆくことを意味しています。

P=௡ேೌ m௩ మ

式 4-4

3V

ܸܲ = ܴ݊ܶ
ଷோ்

式 4-5
ଷோ்

‫ = ݒ‬ටே ௠ = ට ெ
ೌ

式 4-6

ೢ

物質の性質や分子量などにより差異がありますが、多くの物質はわずかずつ気化して気体の分子として周囲の空気中に拡散してゆきます。鼻はこれらの種々の物質が鼻孔から吸い込まれ、鼻の粘膜に接触して検出することにより種々の情報を得ていますが、空気中にわずかに含まれるこのような気体の分子や非常に細かい粉末の情報を整理して、その発生源となる物質の所在や性質を推測します。例えば、スカトールの匂いがほのかに匂えば
どこかにイタチがいるとわかりますし、強烈に匂えばイタチが最後っ屁をして逃げたと考えられます。
人間は他の動物に比べて優れた視覚を持っていますし、際立った天敵や対処できない
害毒もあまりありませんから、嗅覚などの五感がかなり退化していますが、嗅覚により得られる情報が思考や行動を主に支配している動物もいます。例えば犬の嗅覚は平均して人間の 1000～10000 倍程度と考えられていますが、特別の物質に対しては人間の 1 億倍まで感知できるようです。瞼を閉じてじっと動かずに眠っているときには視覚の情報も触覚の情報も入りませんし、食べ物を食べないときには味覚の情報も入りません。しかし睡眠中でも呼吸をしていますから、嗅覚は空気中に含まれる物質と接触して情報を送り続けますから、不意に起こる状況の変化の情報を的確に捉える傾向があります。
空気中に混在している物質が鼻の粘膜に接触しますと、味覚の細胞と同じように酸性度や粘膜との親和性などの違いから嗅覚の細胞が刺激を受け、その情報が神経細胞を通して大脳皮質の嗅覚野まで齎されます。五感はすべて連動していますから、一度不意の状況の変化を大脳皮質の嗅覚野で捉えた後には、精度や感度の高い視覚や聴覚や味覚が主に情報を集める働きをします。これに対して、この不意の変化による匂いを消し去り、嗅覚は62全く匂いのない状態に戻って、次に起こるかもしれない不意の状況の変化に備えます。犬ほどではありませんが、生存競争に打ち勝ち、生命活動を維持し、子孫を繁栄させるために、このように人間も嗅覚で生活に必要な情報を集める本能をもっています。
先の「聴覚と触角と味覚の情報」の節で見てきたようには、人間の基本的な味覚には
酸っぱい、甘い、苦い、塩っぱい、旨いの 5 味があると考えられていますが、身体に必要とされるアミノ酸や糖類や塩などの栄養を旨味や甘味や塩味として美味しく感じますし、腐敗などによる有害な物質などにしばしば感じる酸味と苦味を不味く感じます。同じように人間は嗅覚により、身体にとって必要で有益な情報を 匂い（smell）あるいは
香り
匂い（fragrance あるいは aroma）と感じて好み、危険や害毒を予知するような情報を臭み
臭み（odour）と感じて嫌います。例えばレモンやお酢の香りは酸っぱく感じますし、バニラやバラの香りは甘く感じますが、汗臭い匂いや生臭い匂いは不快を感じさせます。しかし、匂いの強弱や良し悪しは極めて主観的で変化し易く、人それぞれの嗜好や体調や状況など多くの要素に影響されます。スカトールはイタチが自衛のためにする最後っ屁の成分です
から、空気中に大量に含まれているときには鼻を抓みたくなるような臭みと感じますが、少量だけ含まれるときにはよい香りとして好まれますから、多くの香水に微量に調合されています。嗅覚は次に起こるかもしれない周囲の不意の状況の変化に備えて、短時間の間にその感度を弱めてゆき、全く匂いのない状態に戻ります。
近年の科学技術の進歩に伴い視覚と聴覚に代わる役割をし、情報を記録し、数量化す
る種々の道具や機器が開発され、広く多くの情報を収集し生活に役立てるようになってきました。空気中に含まれる気体物質の成分比やそのそれぞれの化学的性質は非常に高い精度と感度でガスクロマトグラフィーや質量分析計などの測定機器で容易に測定することができます。人間の匂いの好みは主観的で嗜好や体調や状況などに影響されますが、嗅覚の代役となるガスクロマトグラフィーや質量分析計などの道具や機器は空気中に含まれる物
質の量を測定できますが、その匂いが良いか、忌み嫌うような臭みかを判断できません。
嗅覚に代わる道具や機器はいまだに作られていませんから、匂いが重要な要素となる食品や化粧品などの産業では、匂いの良し悪しは調香師と呼ばれる特技を持った人によって最終的に判断されています。
表 4-2 生体内物質の組成

神経細胞による情報伝達
神経細胞による情報伝達
Bianconi の見積もりによりますと筋肉細胞や脳細胞や神経細胞や内臓細胞など種々の機能を持つ
3.72x1013 個の細胞が集合して人間の身体は構成されていますから、非常に複雑な組織形態を持っています。それらの個々の細胞は約 1ng（10－9g）の極めて小さな物質で、表 4-2 に掲げるような種類と重量比の化学物質を含んでいます。これらの化学物質の中で
63

水
タンパク質
DNA
RNA
炭水化物
脂質
無機イオン
その他

重量(%)
70
15
1
6
3
2
1
2

種類
1
3000
1
1000
50
40
12
500

長い炭化水素の鎖を持つ脂肪酸とりん酸のグリセリンエステルはりん脂質と呼ばれ、界面活性剤の性質を示すために安定な 2 重膜を形成しますから、約 70％の水を含んでいるにもかかわらず、表 4-2 に掲げた化学物質を包み込む細胞膜として働きます。この細胞膜によりフラスコのような独立した閉鎖系の反応場が形作られますから、細胞の中では種々の化学反応が確実に速やかに進行し人間の生命活動を維持しています。このように細胞膜で隔絶され、かなり独立している膨大な数の細胞が集合して 1 個の生物を構成していますから、細胞の間に相互に連携する情報網とエネルギー源などの物質輸送網が存在していると思われます。
この細胞膜を構成するりん脂質の 2 重膜の 2 枚の膜に挟まれた内部は脂肪酸の炭化水
素の長い鎖の部分が並んでいますから、水やイオンなどと親和性が小さく、水に溶けた
種々のイオンが膜の内外を自由に通り抜け難くなっています。そのため細胞膜を境にして平常の状態の細胞は表 4-3 に示すように Na∔や K∔や Cl－などのイオンの濃度が内外で異なっています。R を気体定数（1.98cal/mol/K）、F をファラデー定数（96500C/mol）、T を絶対温度（37℃、310K）、イオンの価数をｚとしますと、Nernst は異なる濃度（[ion]）の陽イオンが膜を挟んで平衡にあるときその膜の間に生じる電位差を式 4-7 のように表しました。人間の体温 37℃（310K）、Na∔と K∔のｚが１ですから式 4-7 は式 4-8 と書き換えられ、Na∔と K∔の濃度比をこの表 4-3 に示すよ

表 4-3 細胞内外のイオン濃度

うに仮定して式 4-8 に代入しますと、膜を挟んで平衡にあるときの膜電位は Na∔と K∔ではそれぞれ 58.67mV と-88.27mV と算出されま
す。
ோ்

ሾ௜௢௡ሿ

K+

Na+

Cl−

細胞外(ｍ
ｍol/L) 0.0055
細胞内(ｍｍol/L) 0.150-88.27電位差(mV)

0.135
0.015
58.67

0.125
0.009

‫ܧ‬௜௢௡ = ௭ி ݈݊ ሾ௜௢௡ሿ೚ೠ೟
೔೙

式 4-7
ሾ௜௢௡ሿ

‫ܧ‬௜௢௡ = 26.7݈݊ ሾ௜௢௡ሿ೚ೠ೟

式 4-8

೔೙

K∔と Na∔は細胞膜を全く通り抜けないと考えられ、Na∔は平衡状態にはなく K∔が平衡に近い状態にあると考えられます。細胞膜に挟み込まれている Na∔/K∔ATP アーゼやナトリウ
ムチャンネルなどの酵素がイオン濃度を調節して、このように細胞の内外に電位の差（膜電位）が保たれています。Na∔/K∔ATP アーゼは ATP（アデノシン三りん酸）が作用しますと、発熱しながら ADP（アデノシン二りん酸）とりん酸に加水分解するとともに、細胞内の 3 分子の Na∔が細胞外に汲み出されると同時に 2 分子の K∔が細胞内に汲み込まれます。
実際、平常の状態にある細胞の内側に比べて外側の電位が正に高い約-70mV の静止膜電位差に保たれるように Na∔/K∔ATP アーゼに ATP が適宜作用しますから、表 4-3 に示すように膜の外で Na ∔の濃度が高く K∔の濃度が低くなり平衡状態に達します。
細胞膜を挟む内外で約-70mV の膜電位差を持つ通常の状態の五感などの細胞が味や匂64

いや光や音などの刺激を受けますと、細胞膜に挟み込まれているナトリウムチャンネルと呼ばれる電位の変化に感応する酵素が興奮して外側に存在する Na∔を細胞内に取り込みます。この Na∔の流入による局部的な電位の変化が呼び水になってナトリウムチャンネルがさらに感応し、Na+の大きな流入が引き起こされて内外の電位は逆転しますが、膜電位差が約∔40mV に達しますとナトリウムチャンネルを通過する Na∔の流入は止まります。活動電位と呼ばれるこの膜電位差の逆転した状態までの変化に要する時間は 0.01 秒以下の極めて短時間と見積もられています。内部の電位が高い興奮した細胞の周囲には当然陰イオンが引き付けられますから、その外側に正の電荷をもつ陽イオンが取り残されて正電荷の帯が生じます。この正電荷による電位の変化により近傍の神経細胞のナトリウムチャンネルが刺激されて活動電位の状態になりますから、この活動電位の伝搬が繰り返されて非常に短時間に最初の刺激の情報は多くの神経細胞を経由して伝達されてゆきます。見方を変えれば膜電位の正と負の 2 種の表音文字により神経細胞を経由して情報が伝達されています。
他方、刺激が止まりますと興奮状態の細胞は Na∔/K∔ATP アーゼに ATP が適宜作用して、細胞内から Na∔を放出して静止膜電位を持つ平常の状態に戻ります。
多くの五感の細胞が受けた種々の刺激の情報が神経細胞を通して大脳皮質の脳細胞に伝達され、各五感からの情報がそれぞれ整理されます。脳を形成している神経細胞の数は
約 1012 個とも考えられており、10000 個もの末端細胞からの情報を受けて脳内の 1 個の神経細胞は集約しています。大脳皮質で整理された情報は大脳基底核に集約され演算されて、種々の判断がなされて脳細胞に記憶したり、再び神経細胞を通して末端の細胞に情報が伝達されます。この極めて複雑な情報網を通して多くの情報が昼夜を問わず常時行き交い、
結果として末端細胞からの情報を演算し最も合理的な回答となる情報が神経細胞を通して末端細胞に戻されます。これらの合理的な回答が情報や命令として脳や脊髄から神経細胞を通して伝達されますと、末端にある筋肉細胞は電位の変化に感応してナトリウムチャン
ネルやカルシウムチャンネルが興奮し外側に存在する Na∔や Ca2＋を細胞内に取り込みます。
これにより筋肉細胞は収縮しますから、筋肉が全体として運動を起こします。
例えば、外敵や災難による大きな脅威や危険に遭遇しますと、その状況は眼の光学系
を通して網膜のロドプシンを異性化させて視神経を刺激しますし、雷鳴や騒音は鼓膜を打ちますから聴覚神経を刺激します。これらの刺激の情報は神経細胞を通して大脳皮質の脳細胞に伝達され、他の五感からの情報と合わせて大脳基底核に集約され演算されて、合理的な判断がなされて、再び神経細胞を通して腎臓の傍にある副腎髄質の細胞に情報が伝達されます。情報を受けた副腎髄質は (R)-アドレナリンと呼ばれるホルモンを血液中に分泌します。図 4-5 の切手に描かれている高峰譲吉は 1900 年に牛の副腎からアドレナリンを抽出して結晶化に成功し、後にそのアドレナリンが切手に描かれているような分子構造を持
つ元素組成 C9H13NO3 の覚醒剤と類似の物質であると明らかにされました。このアドレナ
リンが血管を通して末端まで送られますと、心臓は活性化し末端までの血管は広げられて血液の流れを良くしますし、皮膚の血管は収縮し、五感が充分に働くように瞳孔を広げた65

り耳をそばだてたりしますし、気管支を広げて充分な呼吸を保ちます。外敵や災難による大きな脅威や危険を感じた時にはこのアドレナリンの反応により、心拍数と血圧とブドウ糖の血中濃度が上がり、情報収集能力と運動能力を向上させるために目を見開き、耳をそばだて、鼻をクンクンさせますし、気持ちが高揚し息が荒くなり鳥肌が立つように怒髪天を抜いて威嚇し身体中の筋肉が収縮して臨戦態勢を整えます。
このようにして多くの五感の細胞が受けた種々の刺激の情報が細胞膜の間の膜電位差の変化により隣接する神経細胞に次々に極めて短時間に伝達されて、脳内で多くの情報が整図 4-5 高峰譲吉の切手
高峰譲吉の切手理され、集約され、演算されて導き出された合理的な対応策が新たな情報として末端にある筋肉細胞まで神経細胞を通して同じように伝達されます。末端の筋肉細胞は情報を受け取ると興奮して収縮する行動で対応します。五感の細胞で発信した情報が神経細胞を通して脳に伝達され、脳で情報処理されて再び神経細胞を通して末端の筋肉まで送り返されて、筋肉細胞が行動を起こすまでの時間は約 0.1 秒程度ですから、光や電波などの電磁波や電流の伝搬速度には及びませんが、この電位差の変化による情報の伝達速度は極めて速いと思われます。膜電位の正と負の 2 種の表音文字により神経細胞を経由して情報が伝達され、脳内で情報処理されて合理的な対処法が末端の細胞まで返送されていますが、この神経による方法伝達と脳による情報処理の組織は、第 3 章の「2 進法で情報の演算と伝達をする
電子計算機」の節で取り上げた電算機の情報伝達と情報処理の組織に極めて類似しています。

66

5. 遺伝情報は 4 種の表音文字で種の表音文字でベンゼンは化学的に安定
ベンゼンは化学的に安定
近年飛躍的に進歩してきた電子計算機は記憶素子上の電気的な⊕と⊖あるいは磁気的な N と S の 2 種類の並び方で情報の記憶を行う 2 進法です。この記憶素子部分が大量に情報を保存しており、電子計算機の内部で最も重用な役割を演じていますが、この記憶素子に最も求められることは正確な情報の記憶と伝達のほかに、不意の停電や雷などの大電力の通電においてもその記憶の安全な保持にあると思われます。1 つの細胞の中に含まれる
化学物質の種類とその重量比を表 4-2 に掲げましたが、それぞれの物質がその性質に応じた 働 き を し て 生 命 活 動 を 維 持 し て い ま す 。 DNA は デ オ キ シ リ ボ 核 酸（Deoxyribonucleic Acid）を省略した名前の物質で細胞中に必ず 1 種だけ含まれており、電子計算機の記憶素子部分のように、その細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を記憶し、必要に応じた情報を発信しています。このように生物の進化の過程や生命活動に必要なすべての膨大な情報を収納する役割を果たしている DNA は急激な環境の変化や外的な障害からの記憶情報を安全に保存するとともに、正確な読み出しと必要に応じた書き換えができなければなりません。DNA が記憶情報を安全に保存し、正確に読み出せるように正常に機能しなければ、全ての細胞はその生命活動を停止して死滅します。記憶情報を必要に応じて正確に読み込み読み出すためには DNA は非常に安定で如何なる反応
条件下でも変性や分解の起こり難く、しかも非常に限られた反応条件下でほかの物質と相互作用できる性質が求められます。
分子式が C6H6 のベンゼンは 19 世紀に性質が明らかになった極めて安定な物質ですが、炭素原子の原子価が 4 価であることを考えますと多くの 2 重結合や 3 重結合を分子の中に含んでいることになります。第 3 章の「原子の結び付き方」の節で述べたように、炭素=
炭素 2 重結合の平均的な結合エネルギーは 146kcal/mol と見積もられていますが、2 重結合はσ結合とπ結合の 2 種類の結合で結ばれており、π結合の結合エネルギーは約 63
kcal/mol とσ結合よりかなり小さく見積もることができ、π結合は反応性がかなり高いとを考えられます。付加反応は図 5-1 に示す左から右方向への反応例のように、エチレンなどの 2 重結合のπ結合が切断してわずかに発熱しながら水などの分子が付く反応です。同じように 2 重結合にアン
モニア、塩化水素、酢

H
H

C

C

H

H
H

R

酸、塩素、臭素など種々の分子が容易に付加しま

C
H

H

H

H

R

OH

H
C

H
R

C
H
H

C
OH

図 5-1 付加反応・脱離反応とその中間体

す。
結合エネルギーの小さなπ結合と水素の結合が開裂して、結合エネルギーの大きな 2つのσ結合が炭素－水素原子間に生成しますから、最も簡単な炭素＝炭素 2 重結合の化合物のエチレンと水素 1 分子は作用してエタンの生成する反応が発熱を伴って進行すると考67

えられます。しかし、実際にはエチレンと水素の気体を混合しても反応は進行しませんか
ら、水素化と呼ばれるこのC

反応にはエネルギー的に高Cい峠を越えなければなら

H2
Cず、水素が反応し易くなる

H3C

H3C

CH2

どの触媒を用いなければな

H 3C

CH2

H2C

反応において水素化熱と呼

H2C

CH3

H
C
C
H

CH2

1,3-ペ ン タ ジ エ ン

H2C

2 重結合の化合物の水素化

C
H

H
C

1,4-ペンタジエンの下で、種々の炭素＝炭素H2C

2-ペ ン テ ン

H
C
C
H2

H 2C

りません。そのような状況

水素化熱

C

H
C

1-ペンテン
H
C

H
C

H
C
C
H2

ように白金やパラジウムなばれる反応熱が測定されて

H

Pd

H2

H2
C

CH

HC

CH

HC

C
H2

H
C
CH

HC

CH

H2C

CH
CH
C
H2

C
H2

1-シクロヘキセン 1,4-シクロヘキサジエン 1,3-シクロヘキサジエン

いますので、図 5-2 に示す

H
C

H
C

構造式の化合物についてそ

HCの水素化熱の値を表 5-1 に

HC

CH

HC

CH

HC

CH
C
H

C
H

掲げました。

CH

1,3,5-シクロヘキサトリエン

ベンゼン

図 5-2 アルケン類の水素化反応
アルケン類の水素化反応

表 5-1 の黄色枠に示すよ

うに、エチレンと水素からエタンへの水素化反応は 32.8 kcal/mol の発熱反応ですが置換基の 1 つ結合した種々の炭素=炭素 2 重結合化合物は水素化熱を約 30kcal/mol 発し、2 つの置換基が結合した場合には cis 型では約 29kcal/mol で trans 型に結合した化合物より若干大きな水素化熱を発します。1 つの炭素原子を挟んで 2 つの炭素=炭素 2 重結合が連なった構造の化合物では表 5-1 の緑色枠で示すように、対応する炭素=炭素 2 重結合の水素化熱を足し合わせた大きさの水素化熱を発しますから、2 つの炭素=炭素 2 重結合の間の相互作用が認
表 5-1 共役化合物
共役化合物の分子構造の特徴と水素化熱
化合物の分子構造の特徴と水素化熱と共鳴の分子構造の特徴と水素化熱と共鳴エネルギーと共鳴エネルギー
物質名

構造

エタン
エチレン
1-ペンテンtrans-2-ペンテン
cis-2-ペンテン
1,4-ペンタジエン
trans-1,3-ペンタジエン
シクロヘキセン
1,4-シクロヘキサジエン
1,3-シクロヘキサジエン

正 4 面体平面 120°平面 120°平面 120°平面 120°平面 120°平面 E 型
平面 120°平面 120°平面 Z 型
仮想
平面正 6 角形

1,3,5-シクロヘキサトリエン

ベンゼン

単結合 2 重結合
結合距離（nm）
0.154
0.134

0.154
0.146

0.134
0.135

0.154
0.139

0.134
0.139

68

水素化熱 共鳴エネルギー(kcal/mol)
0
0
32.8
0
30.3
0
27.6
0
28.6
0
60.5
0
54.1
3.8
28.6
0
57.2
0
55.4
1.8
85.8
0
49.8
35.9

められません。表 5-1 の水色枠で示すように 2 つの炭素=炭素 2 重結合が直接結合した構造の化合物では、対応する炭素=炭素 2 重結合の水素化熱の総和より小さな水素化熱を発しますから、2 つの炭素=炭素 2 重結合の間に相互作用の存在が認められます。
このように 2 つ以上の 2 重結合が単結合と交互に結合することを共役すると呼んでいますが、表 5-1 には標準的な単結合化合物のエタンや 2 重結合化合物のエチレンと比較して、共役した構造を持つ 1,3-ペンタジエンの結合距離と最も安定な分子の構造を掲げておきます。この表から明らかなように、1,3-ペンタジエンの 2 つの 2 重結合はエチレンの結合距離に比較して長く、2 つの 2 重結合を結び付けている単結合はエタンよりも短くなっています。一般に 2 つの原子間の結合エネルギーが大きくなるほど結合距離が短くなります
から、ペンタジエンの 2 重結合に挟まれている単結合は若干のπ結合性を持つことにより、結合エネルギーが大きくなりますが、同時に 2 重結合のπ結合性はエチレンに比較して約8kcal/mol 小さくなると見積もられます。共役ジエンは図 5-3 に示すように 4 個の炭素原子がσ結合で結ばれ、それらの炭素原子には直交軸上にそれぞれ 1 個ずつのπ電子が存在しています。これらの炭素原

図 5-3 4 個のπ個のπ電子が相互作用する共役ジエン

子はσ結合で結ばれて近接していますから、直交軸上のπ電子の側面が重なり合い 3 つのσ結合の上に互いに相互作用する 2 つのπ結合が形作られます。図 3-6 で示したようにπ結合は回転角θが 0°または 180°のときに最も強く結びつきますから、このとき 2 重結合に挟まれている単結合がπ結合性を持って安定化するためには 2 つの 2 重結合が同一平面上になければならず、1,3-ペンタジエンの 2 重結合を構成している 10 個の原子は 2 重結合のようにすべて同一平面上に位置する構造をしています。ここで、4 個の炭素原子の間にπ結合が拡がり相互作用することにより、1,3-ペンタジエンの場合には総結合エネルギーが 4kcal/mol ほど大きくなります。このように 2 つの隣り合った炭素＝炭素 2 重結合のπ結合が相互作用することを共鳴といい、共役しない 2 つの炭素=炭素 2 重結合の水素化熱の総和より小さな水素化熱を発生する結果が説明されます。この共鳴によりπ結合が拡がって均一化するとともに増加した結合エネルギーを共鳴エネルギーと呼んでいます。
分子式が C6H6 のベンゼンは極めて安定な物質ですが、炭素原子の原子価が 4 価であることを考えますと多くの 2 重結合や 3 重結合を分子の中に含んでいることになります。
Kekűle は 3 本の 2 重結合と単結合が交互に共役して 6 角形に結ばれた 1,3,5-シクロヘキサト
リエンの構造を考えましたが、表 5-1 で見られるように共役していない 1,4-シクロヘキサ
ジエンの水素化熱がシクロヘキセンの水素化熱の 2 倍に相当しますから、1,3,5-シクロヘキ
サトリエンの 2 重結合が全く共鳴しなければ表 5-1 の緑色枠で示したようにその水素化熱は 85.8kcal/mol と仮想されます。しかし、表 5-1 の赤色枠で示したようにベンゼンの水素化
熱が 49.8kcal/mol と測定されていることから、これら 6 つのσ結合の上に互いに相互作用する 3 つのπ結合が形作られている共役 2 重結合で共鳴安定化していると考えられます。
69

表 5-1 に掲げた 1,3-ペンタジエンの共鳴エネルギーはわずかに 4 kcal/mol に過ぎませんが、6 本のσ結合の 6 角形の構造上に 3 本のπ結合が共役したベンゼンではその共鳴エネルギ
ーが 36 kcal/mol と見積もられます。
図 5-4 のように 6 つの炭素原子がσ結合で環状に結ばれるとき、原子上のπ電子はそれぞれ均

図 5-4 平面正 6 角形のベンゼン環角形のベンゼン環
等に相互作用しますから、ベンゼンの分子の形は正 6 角形を形作ると思われ、電子顕微鏡
により実際その正 6 角形が観測されています。また、図 5-4 で示したように共役するπ結合が同一平面上に位置するときには最も強く共鳴安定化しますので、ベンゼン環は平面正6 角形の 6 本のσ結合上に 3 本のπ結合は拡がり、直交軸上のπ電子は自由に移動でき、大きな共鳴エネルギーを持って安定化します。表 5-1 に示すシクロヘキサジエンのように
平面正 6 角形上に拡がる 3 本のπ結合が一部失われますと、この 36 kcal/mol と見積もられる大きな共鳴エネルギーを失うために、ベンゼンのπ結合に付加反応の生成物が反って不安定になってしまい、容易には反応が進行しません。結果としてベンゼンは平面正 6 角形の構造を保ち、芳香族性と呼ばれる極めて反応性に乏しく化学的に安定な性質を示します。
正 6 角形のタイルが亀甲模様に平面的に無限に並べることができるように、平面正 6 角形のベンゼン環も平面を保ちながら密着して連続的に並びますから、芳香族化合物と呼ばれるベンゼン環が多く繋がった分子は共役して大きな共鳴エネルギーを持って安定化します。分子式がC10H8 のナフタレンは図 5-5 に示すように 2 つのベンゼ

ベンゼ ン

アント ラセンン環が密着して連続し、直交軸上の 10 個のπ電子も環上に拡がり自由に移動できる構造をしていますから大きな共鳴安定化エネルギーを持つ安定な化合物です。3

ナフタレ ン

フェナ ンスレン

つのベンゼン環が密着して連続したアントラセンとフェナンスレンも大きな共鳴安定化エネルギーを持つ安

図 5-5 種々の芳香族化合物

定な物質です。このようにベンゼン環を含む物質はいずれも正 6 角形のタイルが並んだよ
うな平らな分子の形をしています。さらに平面正 6 角形のベンゼン環が亀甲模様に無限に繋がった黒鉛は直交軸上のπ電子も構成するすべての炭素原子上に拡がって共鳴していま
すから、化学的に極めて安定な性質を示します。物質の中を電子などの電荷を持った粒子が移動するときに電流が流れますが、黒鉛の平板状に拡がっているπ電子の共鳴系の端から端まで電子が容易に移動できますから電導性を示します。

多くの共有結合には電荷の偏り
原子は質量の重い中性子と陽子が原子核となって中心に座り、原子核の正電荷を打ち消すように陽子と同じ数の軽くて負電荷を持つ電子がその周囲に広く分布しています。270

つの原子が接近すると一方の原子の原子核と他方の原子に属する電子が相互作用して静電的な引力が働きますから、電子は両方の原子核に引き付けられるような力を受けます。結果として 2 個の電子がそれぞれ静電的な引力により 2 つの原子核を引き付け両原子が共有結合と呼ばれる結合で結び付けられます。このとき働く静電的な引力 FCoulomb は式 5-1 に示されるように原子核と電子が持つそれぞれの電荷 Qi と Qj の積に比例し、原子核と電子の間の距離 r に反比例します。水素分子のように同じ原子同士が共有結合する場合には、原子核の正電荷も原子半径も同じですから、一方の原子の電子と他方の原子核の間に働く静電的な引力と一方の原子核と他方の原子の電子に働く静電的な引力は等しくなります。そのため両者の原子核が電子を引き付ける力は等しく、原子間で電子の偏りは起こりません。
ொ ∙ொ‫ܨ‬஼௢௨௟௢௠௕ = ସగఌ೔ ௥ೕమ

式 5-1

బ

しかし、炭素－水素結合や炭素－酸素結合のように 2 つの異なる原子が共有結合する
場合には、それぞれの原子核の正電荷も原子半径も異なりますから、一方の原子に属する電子と他方の原子核の間に働く静電的な引力と一方の原子核と他方の原子の電子に働く静電的な引力は当然異なってきます。そのため両者の原子核が電子を引き付ける力にも差が生じて、原子間で電子の偏りが生まれます。2
つの異なる原子からなる塩化水素の場合には、結合に関与する 2 個の電子は若干塩素の(A)

原子核に引き付けられますから、塩素原子の近くに電子が偏ります。結果として、結合することにより水素原子は電子が若干減少して正電荷を帯び、わずかな陽イオンの性質を示
すようになります。また、塩素原子は電子が逆に増加して負電荷を帯びるようになりま(B)す。これらの分子も気体や液体の状態では自由に動き回れますから、分子はあらゆる方向

図 5-6 誘電分極の模式図に乱雑に向いていて図 5-6（A）の模式図のように物質全体とし電荷の偏りを互いに打ち消します。
原子間に電子の偏りのない水素分子が正負の電位差のある電場の中に存在しても、分子の中に電荷の偏りがありませんから、水素分子は何の影響も受けません。しかし、原子間に電子の偏りのある塩化水素では、塩素原子が負の電荷を帯びるように分子には電荷の偏りがありますから、正負の電位差のある電場の中では塩化水素分子は塩素原子が正の電位の方向に、また水素原子が負の電位の方向に静電的な引力を受けて引き付けられます。
そのため、図 5-6（B）の模式図のように自由に動き回ることのできる気体や液体の塩化水
素の分子は分子の重心を中心に回転して、電場を打ち消すように分子が整列します。2 つ71

の異なる原子で構成されている二原子分子は塩化水素のように電子の偏りを持っていますが、その偏りの大きさは構成する原子の種類によりそれぞれ異なります。このような分子を電場の中に置きますと、電荷の偏りを持つ分子と電場の間には双極子モーメントと呼ばれる分子の重心を中心とする回転力が働きます。この双極子モーメントμは式 5-2 に示すように電荷の偏りの原因となる正負の電荷を持つ原子の間の距離 r とそのそれぞれの電荷の大きさδに比例します。

ߤ =ߜ∙‫ݎ‬

式 5-2

このように電場の影響を受けて分子の整列した状態から電位差を 0 にして電場の影響を取り去りますと、整列していた分子は乱雑な方向に列を乱してゆき、そのとき電気エネ
ルギーを放出します。電場の中に置いた物質が電場を取り去ることにより放出するこの電気エネルギーとその物質の中に含まれる分子の数から双極子モーメントを実験的に求めることができます。原子間距離 r は X 線回折などの方法で別途実験的に求めることができま
すから、二原子分子上にある電荷の大きさが求められます。
例えば、塩素陰イオンと水素陽イオンがイオン結合で結ばれて塩化水素ができていると仮定すると、陽イオンでは電子 1 個に相当する正電荷が存在し、陰イオンの上には電子1 個に相当する負電荷が存在します。電子の電荷は 4.80x10－10esu と報告されていますから､
イオン結合の場合の電荷の偏りは 4.80x10－18esu となります。しかし、塩化水素分子の双極子モーメントは 1.03ｘ10－ 18esu･cm と実測されていますし、水素と塩素の原子間距離は0.13nm（1.3x10－8cm）と報告されていますから、式 2-2 から原子上にある電荷の大きさは7.19ｘ10－11esu と算出することができます。この電荷の大きさとイオン結合とで結ばれていると仮定した時の電荷の偏りの大きさとの比較から、塩化水素の結合は 83.5％の共有結合と 16.5％のイオン結合の混ざり合ったような性質を持っていると考えられます。言い換
えれば、塩化水素分子の結合は塩素原子が 16.5％負の電荷を持ち水素原子が 16.5％正の電荷を持って共有結合していることを示しています。表 5-2 には代表的な二原子分子のハロ
ゲン化水素の双極子モーメントとその結合の電荷の偏りをまとめておきます。この表からも分かるように同じ系

表 5-2 ハロゲン化水素の双極子モーメントと電子ハロゲン化水素の双極子モーメントと電子の偏りと電子の偏り列のハロゲン化水素を比較しても、ハロゲン原子が異なると電子の偏りが大きく変化しま－18

δ(x 10esu･cm)r（nm）
電子の偏り(％)

HF
2.0
0.092
45

HCl
1.03
0.127
16.5

HBr
0.79
0.141
12

HI
0.38
0.161
5

すから、当然、化学的性質も異なります。
一般的に、物質は種々の原子が共有結合で結ばれていますから、塩化水素の結合が電子の偏りを持っているように、多くの物質を構成している結合には結合軸に沿った方向に多少の電荷の偏りを持っており、結合の双極子モーメントも方向性を持っています。しかし、多くの原子が集合した多原子分子中の原子の位置は 3 次元的な広がりを持っており、それぞれの結合も 3 次元的な方向を持っていますから、分子全体の双極子モーメントは各72

結合の双極子モーメントのベクトル和となります。当然、分子が自由に動き回ることのできる気体や液体の状態では、このような多原子分子が正負の電位差のある電場の中に存在･cm））
表 5-3 種々の分子の双極子モーメント
種々の分子の双極子モーメント（
メント（x 10－18 esu･
物質名
ヘリウム
ネオン
アルゴン
酸素
窒素
水素
フッ化水素
塩化水素
臭化水素
ヨウ化水素
水
硫化水素

化学式

双極子モーメント

He
Ne
Ar
O2
N2
H2
HF
HCl
HBr
HI
H2O
H2S

0
0
0
0
0
0
1.98
1.03
0.78
0.38
1.85
0.95

物質名
アンモニア
メタン
四塩化炭素
フッ化メチル
塩化メチル
臭化メチル
ヨウ化メチル
アセトン
エタノール
フェノール
一酸化炭素
二酸化炭素

化学式

双極子モーメント

NH3
CH4
CCl4
CH3F
CH3Cl
CH3Br
CH3I
CH3COCH3
CH3CH2OH
C6H5OH
CO
CO2

1.49
0
0
1.81
1.87
1.80
1.64
2.70
1.69
1.70
0.10
0

するときには、その分子の結合の双極子モーメントをベクトル和した分子双極子モーメン
トにより分子が整列してゆきます。電場の影響を受けて分子の整列した状態から電場の影
響を取り去り、放出される電気エネルギーと分子の数から実験的に求めた分子双極子モーメントを表 5-3 に掲げておきます。
メタン分子は 1 個の炭素原子に 4 個の水素原子が結合しHていますから、電子の偏りを持ってそれぞれ結合していると思われますが、その分子は双極子モーメントを示しません。このことは値を持つ結合双極子モーメントがベクトル和することにより打ち消されて分子双極子モーメントが 0 になっていることを意味しています。1 個の中心と 4 点を結び、全体にベクトル和が 0 になるためには、正 3 角形で縁取

H
H

C
H

図 5-7 メタンの立体構造られた正 4 面体の重心に中心を置き、各頂点と結んだ構造でなければなりませんから、実際のメタン分子の構造は図 5-7 に示すような正 4 面体構造を取ると考えられています。同
表 5-4 結合の双極子モーメント（･cm、結合モーメント、結合モーメント）結合の双極子モーメント（esu･、結合モーメント）
結合
H-P
H-I
H-C(sp3)
H-S
H-Br
H-Cl
D-Cl
H-N
D-N
H-O


0.36
0.38
0.30
0.68
0.78
1.08
1.09
1.31
1.30
1.51

結合
D-O
H-F
C-C
C-N
C-O
C-S
C-I
C-Br
C-F
C-Cl


1.52
1.94
0.0
0.22
0.74
0.9
1.19
1.38
1.41
1.46

結合
N-O
N-F
P-I
P-Br
PCl
As-Cl
Sb-Cl
S-Cl
Cl-O
Cl-F
73


0.3
0.17
0.0
0.36
0.81
1.64
2.6
0.7
0.7
0.88

結合
C=C
C=N
C=O
C=S
N=O
C≡C
N≡CC=NLi-C
Sn-Cl


0.0
0.9
2.3
2.6
2.0
0.0
3.5
3.0
1.4
>3.0

じように四塩化炭素分子は 1 個の炭素原子に 4 個の塩素原子が結合していますから、炭素－塩素結合が結合双極子モーメントを示しながら、正 4 面体構造をしているために分子双極子モーメントが 0 になっています。また、二酸化炭素は炭素原子に 2 個の酸素原子が結合しているにもかかわらず、分子双極子モーメントが 0 を示すことから、二酸化炭素の分子は中心原子に異種の 2 個の原子が直線状に結合して対称性を保っている構造であることが分かります。
分子を構成する原子の 3 次元的な位置は別途求められますから、実験的に求められる
分子双極子モーメントを 3 次元的にベクトル分解すれば、結合モーメントと呼ばれる種々の 2 原子間の結合の双極子モーメントが求められますので表 5-4 に掲げておきます。
この表から分かるように酸素－水素結合は結合の双極子モーメントが 1.51x10－18esu･
cm であり、結合距離が 0.0958nm(9.58x10－11m)ですから、水の酸素－水素結合は 67.2％の共有結合の性質と 32.8％のイオン結合の性質を持つものと算定されます。電気陰性度の値を考え合わせますと、ここに算定された結果

0.096nmは水の水素原子がわずかに正の電荷を帯電し、酸素原子が負の電荷を帯電していることを意味しています。水はこのように電荷の偏りを持った結合で中心となる酸素原子に 2 個

1.51 O 1.51HHの水素原子が結合していますが、分子双極子モーメントが 1.85x10－18 esu･cm とかなり大きな値を示すことから、図 5-8 に示すように酸素

1.85104.45°

図 5-8 水の双極子モーメントと結合角－水素結合の結合双極子モーメント 1.51x10－
18esu･cm をもとにしたベクトル合成により水の結合角は 104.45°と算出できます。二酸化炭素のように 3 個の原子が直線状に結合して対称性を持った構造ではなく、水の分子はブーメランのようにくの字型に水素 2 原子が酸素 1 原子と結合している非常に簡単な構造を持っていることが、双極子モーメントから結論付けられます。

強力な分子間相互作用をする水素結合
分子はそれぞれ固有のエネルギーを持って運動していますが、これらの分子も集合する時には互いに接近しますから相互作用するようになります。一般に、共有結合やイオン
結合や金属結合により直接結合した原子の間には一定の結合距離が保たれ結合エネルギーの安定化が起こりますが、直接結合していない原子の間にも電子の交換に由来する van der
Waals 力（EVW）と呼ばれる相互作用やわずかに原子上に存在する電荷による静電的な引力などの相互作用が起こります。この直接結合していない 2 個の原子間の相互作用は分子間力と呼ばれ、原子間距離を r、原子により固有の定数を a、b とするときに、Lenard と Jones
によって式 5-3 のような関数として近似されています。この関係式から分かるように、分子間力は分子と分子の間の距離に反比例する相互作用ですから、分子同士が遠く離れてい74

る時には無視できるほどに小さな分子間力しか働きませんが、分子の密度が高くなると、分子の間の距離 r が小さくなるため分子間力が大きくなります。分子が隙間なく集合して規則的に並びますと分子間力は最も大きくなりエンタルピー的に安定化します。
௔௕‫ܧ‬௏ௐ = భమ − ల
௥

式 5-3

௥

式 4-1 に示す粒子の運動エネルギーから 1mol の物質の持つ運動エネルギーは式 5-4 のように導かれますから、第 4 章の「主観的で感度の変化し易い嗅覚情報」の節で求めた式
4-6 を代入して書き換えることができ、低温では小さく温度 T が高くなるほど大きくなり分子が激しく運動します。温度が低いために分子の運動エネルギーが分子間力よりはるかに小さいときには、固体の状態になり、分子間距離が小さくなるように分子は整然と規則的に並んでほとんど動くことが出来なくなります。この状態では分子はその配列を崩すほどには動くことが出来ません。温度が少し高くなり分子間力とほとんど同じ程度まで分子の運動エネルギーが大きくなりますと、分子は整然としたその配列を保つことが出来なくなり、液体となって物質の中を分子は自由に動き回るようになります。さらに温度が高くなり分子間力よりも分子の運動エネルギーがはるかに大きくなりますと、分子は物質の中の分子間力のしがらみから開放されて、自由な世界に飛び出してゆきます。この飛び出す現象を気化といい、分子が分子間力の影響をほとんど受けずに自由に運動できる状態を気体の状態といいます。
ଵଵଷ‫ = ܧ‬ଶ ܰ௔ ݉‫ ݒ‬ଶ = ଶ ‫ܯ‬௪ ‫ ݒ‬ଶ = ଶ ܴܶ

式 5-4

このように分子同士の間で相互に働く分子間力と、分子が持つ運動エネルギーの大きさの大小と、秩序を持って分子の集合するために要するエントロピーの 3 種のエネルギーが釣り合って、物質の固体と液体と気体の 3 つの状態（3 態）が決まってきます。気体分子の持つ運動エネルギーは式 5-4 から分かるように温度に比例しますが、分子の質量ある
いは分子量が大きな時にはたとえ温度が高くなってもゆっくりした速度で運動し、質量の小さな分子は低温においても非常に早く運動します。液体や固体は理想気体ではありませんからそれらの状態の運動エネルギーを正しく近似することはできませんが、運動エネル
ギーが温度により変化し、分子量の小さな分子は早く運動します。軽くて小さい分子は低い温度でも分子間力により束縛されるよりも早く動き回りますから、分子の間隔が大きくなり液体や気体になり易い性質を示します。逆に、大きな分子量の分子の動きは鈍くなりますから、分子間力に負けてしまい、固体の状態を取りやすくなります。そのため同じよ
うな分子間相互作用を持つ物質では、分子の質量を表す分子量が沸点と高い相関性を示すと思われます。
実際、分子間相互作用の類似している同族系列の有機化合物の分子量と沸点の関係を
図 5-9 のグラフに示しますが、全ての系列において曲線が右上がりになっていますから、分子量が大きくなるほど沸点は高くなり気体になり難くなることを示しています。さらに、
75

van der Waals 力のみが分子間力として働く比較的に分子間相互作用の小さな飽和炭化水素
や塩化アルキルなどの同族系列の有機化合物では共通して分子量約 100 を持つ物質が約100℃で沸騰します。水素と飽和炭化水素の沸点 Bp と分子量 Mw の関係を示す図 5-9 の青色線から、式 5-5 のような相関係数が 0.9995 の近似式が求められます。

‫ܤ‬௣ = −320.03 + 41.729ඥ‫ܯ‬௪

式 5-5

飽和炭化水素や塩化アルキルのように、van der Waals 力のみが分子間力としての働く液体と仮定するならば、式 5-5 から水の分子量が 100 と外挿されますが、実際の水の分子量は 18 に過ぎませんから約 5.6 分子の水が 1 塊となって挙動しているように見えます。見
方を変えれば、図 5-9 の青色線から分子量 18 に過ぎない水は沸点が-142℃と外挿されます
が、水は 1 気圧の下では 100℃で沸騰します。同じようにアンモニアの沸点は分子量から約-148℃と外挿されますが-33℃と実測されていますから、約 2.8 分子のアンモニアが 1 塊になって挙動しているように見えます。このように物質の 3 態は 3 種のエネルギーの釣り合いによりますが、分子の運動エネルギーが分子量に比例しますから、沸点と分子量の曲線が上に平行移動することは飽和炭化水素や塩化アルキルなどの同族系列と比較して、ア
沸点(
沸点(℃)
200

100

0
水素と飽和炭化水素
塩化アルキル類-100

水とアルコール類
アンモニアとアルキルアミン類

-200

脂肪酸類

-300
0

50

100

150

分子量

図 5-9 沸点と分子量
沸点と分子量の関係と分子量の関係
ルコール類やアミン類や脂肪酸類には van der Waals 力の他に、かなり強い 2~5 倍の別種の分子間力が働いていると考えられます。
わずかながら原子上に電荷を持った結合で原子が結ばれて出来ている分子は分子全体として電荷の偏りを生じますから、水も分子全体として電荷の偏りを持っています。式 51 からも明らかなように、正電荷を持ったものと負電荷を持ったものは引き付けあいます
から、水分子の正電荷を持った水素原子の部分が隣の水分子の負電荷を持った酸素原子の部分に引き付けられますし、負電荷を持った酸素原子の部分がまた別の水分子の正電荷を76

持った水素原子の部分に引き付けられます。このような静電的な引力の他に、水素原子の瞬間的な配位結合による引力も働きます。水の解離定数（pKa）は 15.7 ですから弱いながらも酸性を示す物質であり、

HbO

常に水素陽イオン（H+）と水酸イオン（OH－）に若干解離

Hb

H

H

a

Ha
O

c

H

H

a

O

c

Hb

c

H

図 5-10 水の H 交換平衡

しています。また、水素陽イオンの最外殻軌道は電子で充足されていませんし、水の酸素原子は最外殻に 2 個の電子で充足した軌道を持っていますから、水の酸素原子は水素陽イオンと配位結合する性質を持っています。このとき、水素陽イオンは水素の原子核の周囲に電子の充足していない球状の軌道を持っていますから、水の酸素原子の 2 個の電子で充足した軌道軸上で配位結合します。そのため、水から解離した水素陽イオンが隣の水分子と瞬間的に配位結合して水分子上の水素の交換を起こします。図 5-10 に示すような水分子の水素原子が隣の水分子に結合を変更してゆく交換が瞬時に起こるため、水素原子は原子価が 1 でありながら、あたかも水素原子が 2 つの酸素原子と直線状に結合しているような性質を示します。

H

このような瞬間的な配位結合による引力と分子間に働く静電的な引力を総合して水素結合といい、水の場合にはこの水素結合の強さが約 6kcal/mol と見積もられています。水の沸点が式 5-5 では近似できず、あたかも約 5.6 分子の水が 1 塊となって挙動していることを考え合わせますと、水は沢山のく
くの字型に曲がった水分子が互いに引き付け合い、3 次

O
H
H H
O
O H
H
O H
H
O H
H
O
H
O
H
O
水素結合
H
H
H
O H O H
H
H

H

図 5-11 水の構造の模式図

元の網目状に絡み合った一塊として挙動すると考えられます。液状の水は模式的に考えれば図 5-11 に示すように水の分子が水素結合により 3 次元の網目状に絡まった構造をとっていると思われます。
酢酸の pKa が 4.75 を示すようにカルボン酸類は水素陽イオンとカルボキシ
ルイオンに容易に解離しますし、カル

O H O
R C
C R
O H O

ボン酸の炭素=酸素 2 重結合には結合角

O H O
C R
R C
O H O

図 5-12 カルボン酸の水素結合120℃で 2 個の電子で充足した軌道を同一平面内に持っています。このようなカルボン酸の 2 分子が図 5-12 に示すように同一平面に近寄りますと、一方のカルボン酸の炭素=酸素
2 重結合の酸素と他方の水酸基が直線状に位置しますから、2 分子のカルボン酸は互いに水素結合の相互作用により結ばれて 2 量体として安定します。そのために図 5-9 の黒色線で示すように飽和炭化水素や塩化アルキルなどの同族系列と比較して脂肪酸の沸点と分子量を示す曲線は上に平行移動しています。
水素結合が瞬間的な配位結合による引力と分子の間に働く静電的な引力を総合したものですから、強さには大小がありますが 2 つの酸素原子の間以外にも窒素原子や酸素原子
77やフッ素原子などの種々の 2 つの原子が水素原子を中間に挟んで位置するときにも水素結合が認められます。例えば、アンモニアの沸点が式 5-5 では近似できず、あたかも約 2.8
表 5-5 水素結合の強さ
水素結合の強さ
分子のアンモニアが 1 塊となって挙動しているように見えることもこの水素結合により説明されます。窒素原子
や酸素原子やフッ素原子は最外殻に 2 個の電子で充足した軌道を持っていますし、水素陽イオンの最外殻軌道は電子で充足されていませんから、酸素原子や窒素原子は水素陽イオンと配位結合する性質を持っています。表 5-5には炭素原子、窒素原子、酸素原子、フッ素原子の間の水素結合エネルギーの大きさをまとめておきます。

種類
O-H…N
O-H…O
C-H…O
N-H…O
N-H…N
N-H…F
F-H…F

強さ(kcal/mol)
7
6
2.6
2.3
4
5
7

水素陽イオンは水素の原子核の周囲に電子の充足していない球状の軌道を持っていますから、窒素原子や酸素原子やフッ素原子の 2 個の電子で充足した軌道軸上で配位結合します。水素結合が瞬間的な配位結合による引力と分子の間に働く静電的な引力を総合したものですから、窒素原子や酸素原子やフッ素原子などの 2 つの原子が水素原子を中間に挟んで直線状に位置するときに最も強い水素結合を示すと考えられます。通常の共有結合やイオン結合に比較して、種々の原子間の水素結合の強さはいずれも小さなものですが、電子の交換に由来する van der Waals 力やわずかに原子上に存在する電荷による静電的な引力などと比較して、水素結合は直接結合していない原子の間にかなり強く分子間力として働きます。

特異な性質を示すプリン体
特異な性質を示すプリン体
太陽などのすべての恒星は陽子（水素の原子核）が式 5-6 と式 5-7 と式 5-8 の 3 つの式で表される核融合反応による大きなエネルギーで輝いています。元素記号の左上付きの数
字は原子量を表していますから陽子は 1H＋と表されますが、陽子と中性子と電子をそれぞれ p と n と e と便宜上表しますから陽電子は e+と表されます。この水素の原子核が核融合
してヘリウムに変化する連鎖反応により膨大なエネルギーが発生していますが、同時に式5-9 と式 5-10 と式 5-11 の核融合反応も進行していますから陽子や中性子が副生します。この膨大なエネルギーは電磁波や中性子や陽子とともに恒星の周囲に放射されます。このように恒星が放射する電磁波や中性子や陽子などの宇宙線は何億年という年月をかけて地球にまで送られ、到達した可視光線が目に入れば光輝く星と認識できます。広い宇宙空間には中性子や陽子や電子などの素粒子の他にこれらが種々の組み合わせで結合した原子や分子が存在しています。これらの原子や分子に高いエネルギーを帯びた中性子や陽子や電子や電磁波が衝突しますと、より低いエネルギーの電磁波の放射を伴い分子や原子の分裂や分解や結合などの種々の変化が引き起こされます。

p + p ⟶

H + p ⟶

ଶH + eା

ଶ

式 5-6

He + ߛ

ଷ

式 5-7
78

He +

ଷ

H+

He ⟶

ଷ

H ⟶

H+p

ଶ

ଶ

ଶ

H+

ଶ

ଷ

H+

ଷ

H ⟶

ସ

ଶ

He + p + p

ସ

ଷ

H ⟶

式 5-8
式 5-9

He + ݊

式 5-10He + ݊

式 5-11

宇宙の遠い彼方に存在する分子に中性子や陽子が衝突した時に放射される電磁波が非常に微弱ながら地球に到達しますから、このような電磁波を観測するように長野県八ヶ岳山麓の野辺山宇宙電波観測所には直径 45m の大型のパラボラアンテナや 600m の直線上に同時測定できるように複数のパラボラアンテナが天に向って設置されています。このような電波望遠鏡により電磁波の周波数とその強度が測定でき、宇宙に存在する水やアンモニ
アやメタンや硫化水素などの他に一酸化炭素や一酸化窒素やメタノールやアセチレンなど
100 種類以上の分子の存在とその濃度が確認されています。衛星テレビや行政無線やスマ
ホや電子レンジなどに用いられている電磁波が 12GHz 以下ですから、50GHz 以上のマイク
ロ波領域は比較的に雑音が少なく容易に観測できます。宇宙で一番多く分布している水素分子とよい相関関係があるために、115GHz のマイクロ波を放射する一酸化炭素の分布は容易に観測でき、他の種々の分子の分布状態を示すと考えられています。比較的小さな望
遠鏡でもウミヘビ座の M83 は 4 月の下旬に南寄りの空に観測できる渦巻銀河ですが、野辺山宇宙電波観測所の村岡和幸研究員らは、この渦巻銀河 M83 の中心部分で 89GHz のマイクロ波を発するシアン化水素と一酸化炭素の電磁波を観測した結果を報告しています。報
告によりますとその銀河の渦巻きの中で沢山の明るい星が光り輝いている部分ではなく、星も何もなさそうな暗い部分にシアン化水素分子が出す電波が強く観測されています。そして、シアン化水素分子からの電波が強い場所は星が全く存在しないのではなく分子が高い密度で存在しており、まさに新しい星が誕生しつつあると報告しています。
太陽程度の恒星の周囲ではシアン化水素の存在が確認されることが多く、太陽よりも低温で光る矮星では一酸化炭素などの分子の存在が観測されているにもかかわらずシアン化水素の存在がほとんど確認されません。太陽のような温度の高い恒星の内部では、式 56 と式 5-7 と式 5-8 の 3 つの式で表される核融合の連鎖反応により大きなエネルギーを産出していますが、同時に式 5-9 と式 5-10 と式 5-11 の核融合反応も多く進行していますから、大量の陽子や中性子が副生しています。恒星の周囲に多く存在している一酸化炭素の酸素原子と中性子が衝突して式 5-12 の核反応が進行しますとシアン化水素が生成します。このことから太陽のような恒星のまわりでは、シアン化水素の生成が進むと考えられ、45 億年
前に太陽の近くで誕生した地球の大気中や海水中にはシアン化水素がかなり存在していたと考えられます。
ଵ଺O+݊ ⟶H + ଵସNଷ

式 5-12

先の「ベンゼンは化学的に安定」の節で説明したように、ベンゼン環は平面正 6 角形
79

で 6 本のσ結合上に 3 本のπ結合が拡がり、直交軸上のπ電子は大きな共鳴エネルギーをH

持って安定化します。ベンゼンに代表さHれる芳香族化合物は炭素を中心原子とす
HN

Nる物質の中でエネルギー的に最も安定なピリジン性質を示し、熱や光の影響を受け難く極H

めて安定で堅牢な平面構造を持っていま

H

H

H

す。ベンゼンの正 6 角形の環を構成してN

いる 1 つの炭素原子が 1 つの窒素原子で置

N

ピロール

H

き換えられたピリジンは図 5-13 に示すよHH

図 5-13 基本となる芳香族複素環の構造

うに環の中に 3 本の多重結合が隣り合った構造を持っていますから、ベンゼンと同じように安定で堅牢な平面構造を持ち芳香族性を示しますので、このように炭素が窒素で置き換わった化合物は芳香族複素環化合物と総称されています。
このピリジンは図の青色で示した窒素原子の非結合性の電子対が環平面上で外側を向いて出ていますから、水素結合に適した塩基の部分となることが出来ます。また、ベンゼンの隣り合った 2 つの炭素原子が 1 つの窒素原子で置き換わった 5 角形の構造を持つピロールは図 5-13 に示すように窒素の非結合性の電子対と 2 本の多重結合が環の中で相互作用をして、ベンゼンやピリジンと同じように安定で堅牢な平面構造を持つ芳香族性を示します。このピロールの窒素の電子対は芳香族の安定化に寄与しているためほとんど塩基性を示しませんが、炭素原子や水素原子などと結合出来る 1 本の結合を環の外に持っています。
H

ベンゼンの 2 つの炭素原子が 2 つの

H

H

H

H

H

窒素原子で置き換わった芳香族複素環
H

H

N

ピリダジン

しますが、2 つの窒素原子の間に 1 つの

H

H

N

H

ピリミジン

H

N

H

ピラジン
H

H

炭素原子が挟まった構造のピリミジン

N
N
N

H
N

塩基の部分を持っています。また、ピロールの炭素原子がピリジンのようにH

N

化合物は図 5-14 に示すように 3 種類存在

はかなり安定で水素結合に適した 2 つの

N

N

H

ピラゾ ール

N
H

H

H

N
H

イミダゾール

H

N

プリン

N
H

図 5-14 2 つの窒素原子を含む芳香族複素環

窒素原子で置き換わったピラゾールとイミダゾールも図 5-14 に示すように安定で堅牢な平面構造を持つ芳香族性を示します。これらの 2 つの窒素原子を含む化合物は水素結合に適した塩基の部分を持っており、これらの 5 角形の構造を持つ一連の化合物も芳香族複素環化合物と呼ばれています。ピリミジン環とイミダゾール環が接するように繋がったプリン
環も図 5-14 に示すように 2 つのベンゼン環が繋がったナフタレン環のように芳香族性を示します。
アデニンは熱や光などの影響を受け難い安定な芳香族性を持つプリン環にアニリン性のアミノ基（NH2）の付いた構造を持っていますから、安定で水素結合に適した 2 つの部
80

位が平面構造の固有の相対位置を保ちつつ固定されています。5mol のシアン化水素の燃焼
熱は 793.0kcal ですが、5 分子のシアン化水素（HCN）に相当する分子式 C5H5N5 のアデニ
H2C
O
H2
C

H2O3P

H

O
H

OH
HO

NH2

O

グルタミン
‐グルタミン酸

H

H

H2
C

H2O3P

O

NH

O

H

O

H

H

H

グリシン

H

OH

H2
C

H2O3P

O

HO

H

H

H

OH

HO

OH

リボースりん酸
HO2C
H
C

C
N
H2 N
H2
C

H2O3P

CH

N

O

N
H2N

C

O
H

H

H2 N

HO

O

CH

O
H

H
H

HO

C

N

O

CH

O

OH

O

H

H
H

HO

H

H

NADP+

OH

CH

N

O

H

-H2O

H2
C

H2O3P

O

H

O

N

C

H2
C

H2O3P

ホルミルトランス
フェラーゼ

H

HN

N
N

C
N

O

C

C

C

N

ホ
ル
ミ
H2C
NH
ル
ト
C
HC
ラ
NH
ン
ス
H
フ
ェ H
ラ
OH
ー
ゼ O

HN

C

HC

C

H2
C

H2O3P

O
HN

C

H2 N

H

OH

O

アスパラギン酸
/
‐フマル酸

O
H

グルタミン
‐グルタミン酸

H
HO

O

-H2O

H

H

OH

H2
C

H2O3P

O
H

カルボキシラーゼ

H
HO

O
CH

N

O

H

C

H2
C

H2O3P

NH2

C

H
HO

OH

イノシン酸

NH2
N

HN
N

C

HC

CH

H

H
HO

AMP

CH

N

O
H

N

C

C
N

C

H2
C

H2O3P

O

H

C

C

C
N

N

O

H2N

HN

N

C

H2
C

H2O3P

O

CO2H
C
H2

N
N

CH

C

HC

C

グルタミン
-グ
グルタミン酸

CO2H

アスパラギン酸

H

-フマル酸

N

O
H
H

HO

H

H

OH

CH

O

H

H

OH

H2
C

H2O3P

O

H
HO

GMP

OH

図 5-15 プリンヌクレオチド
プリンヌクレオチドの生合成経路
ヌクレオチドの生合成経路
ンの燃焼熱はそれより小さな 663.7kcal/mol と報告されていますから、芳香族複素環化合物の共鳴エネルギーによる大きな安定性があると思われ、シアン化水素は何らかの触媒で発熱的に容易に縮合してアデニンを生成すると考えられます。実際、フラスコに入れたアン
モニア水の中にシアン化水素を溶かして長時間にわたり加熱しますとアデニンが生成したと Oró が 1961 年に報告しています。太陽のような恒星のまわりで一酸化炭素などの分子が集合してきますと、新しい星の誕生とともにシアン化水素の生成が進むと考えられますから、45 億年前に太陽の近くNH2で誕生した原始地球の大気

N

O

C
C

N

N

HC

中には水素とヘリウムに次いで一酸化炭素、水、アン

N

H2
C
HO

O
C H

H C

C

C

ド、シアン化水素の順に多

CH
N

アデノシン

N

H2
C
HO

O
C H

H C

C H

C

C H

OH

OH

OH

H

モニア、ホルムアルデヒ

C
C
C

NH2

グアノシン

図 5-16 プリン型ヌクレオシド
プリン型ヌクレオシドの構造型ヌクレオシドの構造

81

C
N

H
OH

NH

HC

く含まれていたと現在では類推されています。当然、地球誕生当時の海の中にも多くシアン化水素が溶けて存在したと思われ、アデニンに変化したと考えられています。これらア
デニンとグアニンはウラシルとチミンとシトシンとともに核酸塩基と総称し、図 5-15に示すように 5 炭糖のリボースやデオキシリボースとグリコシド結合した化合物のアデノ
シンとグアノシンなどはいずれもヌクレオシドと呼ばれ、それらのヌクレオシドのりん酸
エステルはヌクレオチドと呼ばれています。グアニンは炭素＝酸素 2 重結合を含む芳香族複素環の構造を持っていますが、平衡反応によりフェノール性水酸基を持つプリン型の芳香族複素環の性質も示します。
人間は図 5-16 に示すようにリボースりん酸エステルにグリシンやグルタミンやアスパ
ラギン酸などのα-アミノ酸と種々の酵素が作用して体内でイノシン酸を生合成していますが、鰹節や煮干しや鯖節などの出汁の素材の他、鶏肉や豚肉や牛肉など多くの動物性の食材からも摂取しています。このイノシン酸が前駆物質となって、人間にとって最も重要なアデノシンとグアノシンの 2 種類のプリン型のヌクレオチドが体内で生合成されています。このようにアデニンとグアニンはいずれも芳香族性を示す平面構造のプりん環の骨格を持っていますから、その大きな共鳴エネルギーにより熱や光などの影響を受け難い安定な性質を示しますが、窒素原子や酸素原子が分子の中に含まれていますから、同時に複数の水素結合を可能にする特異な性質も示します。

O-

O

N

HC

P

C
O

DNA の構造N

表 4-2 には 1 つの細胞の中に含まれる化学物質の

C

C
C

CH2

O

C

H

O

CH

デオキシアデノシン

CH2

H

O
H
N

O

C

O

P

C
C

O

O

CH3

N

O

H2C
C

C
H

C

H

H
C

チミジン

CH2

H

NH2

O-

O

N

C

O

P

C
O

CH

O

色で示したデオキシアデノシンと緑色で示したチミ

H2C

ジンと青色で示したデオキシシチジンをデオキシリ

H

N

O

C

C
H
C

H

82

N
N

H

O-

酸塩基と総称され、ウラシル以外のこれらの核酸塩

種のデオキシリボヌクレオシドの 3 位と 5 位の水酸基

CC
C

ンとウラシルとチミンとシトシンの 5 種の化合物が核

ボヌクレオシドと総称しています。DNA はこれら 4NC

すべての情報を記憶し、必要に応じた情報を発信し合した図 5-17 の赤色で示すデオキシグアノシンと黄C

O組だけ含まれており、電子計算機の記憶素子部分の基が 5 炭糖の一種のデオキシリボースとグリコシド結

HC

O
H2C

ています。この DNA の機能を司るアデニンとグアニ

NH2NAcid）の頭文字を取った名前の物質で細胞中に必ず 1
ように、その細胞の進化の過程や生命活動に必要なNH2デオキシグアノシンPいます。DNA はデオキシリボ核酸（Deoxyribonucleic

C

H

H
O-

NH
N

H

種類とその重量比を掲げましたが、それぞれの物質

C

O

H2C

がその性質に応じた働きをして生命活動を維持して

C

O

C
H

デオキシシチジン

CH2O

図 5-17

DNA の構造

が図 5-17 の黒色で示すりん酸エステルを介して次々に 102~1012 個ほど長く鎖状に結合した物質で、第 4 章の「神経細胞による情報伝達」の節で掲げた表 4-2 から明らかなように約
1ng（10－9g）の重量の細胞の約 1％ですから 1 分子で約 0.01ng（10－11g、空気や水の分子の約 1000 億倍）ほどの大きな分子です。DNA は長く連なった鎖状のデオキシリボースりん酸エステルの骨格のそれぞれのデオキシリボースの 1 位に 4 種の核酸塩基の 1 種が結合した構造を持っていると言葉を変えた表現もできます。DNA はこれらの 4 種のデオキシリボ
ヌクレオシドの並び方により、その細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を記憶し、生命活動をするために必要な情報を発信しています。デオキシリボヌクレオシドの 1 位に結合したアデニンとグアニンとチミンとシトシンの 4 種の核酸塩基が 4 種の表音文字として働き DNA のすべての情報を表現し記憶しています。因みに、ヒトの DNA は 4
種のデオキシリボヌクレオシドがりん酸エステルを介して次々に約 3x109 個ほど長く鎖状に結合した物質です。
この DNA の機能を司る核酸塩基のなかでウラシルとチミンとシトシンの 3 種のヌクレ
オチドは図 5-18 に纏めたような経路で種々の酵素や補酵素の働きにより生合成されています。アミノ酸の一種のグルタミンと二酸化炭素と ATP が結合した後に、グルタミン酸の脱離により生成するカルバモイルりん酸にアスパラギン酸や NADP 陽イオンやリボース-5-りん酸が次々に反応して、ウラシルのヌクレオチド（UMP）を生合成します。さらに、酵素や補酵素の働きでこの UMP のウラシル部分にグルタミンが反応した後にグルタミン酸が脱離してシトシンのヌクレオチド（CMP）が生合成されます。また、酵素や補酵素の働き
で UMP のウラシル部分にセリンが作用した後グリシンが脱離してチミンのヌクレオチド（TMP）が生合成されます。
H 2N

CO2H

H2N

CH
(CH2)2(CH2)2

O

C

C

O

HN

ATP

グルタミン

O
OH

H2CO3

C
H 2N

CO2H
CH

NH2

O

-グルタミン酸

H2O3P
O

CH

C

HC

アスパラギン 酸
O

O

O

N
H

O

NADP+

N

HC

C

HO2C

N
H

O

リボース5-リン酸

C
N

C

オロト酸

カルバモイル
アスパラギン酸

C

NH

-H2O

HO2C

NH2

HC

NH2

H2O3P

C

C

H2C

O

CMP

H2O3P

H

H

グルタミン

OH

- グルタミン酸

H

O
H

OH

HC

O

O

H2
C

- グリシン

C
N

H2O3P

H

H2O3P

H

H
OH

O
H

H2O3P

OH

H

OH

図 5-18 ピリミジンヌクレオチド
ピリミジンヌクレオチドの生合成経路
ヌクレオチドの生合成経路
83

O

H2
C

OH
H

N

O

OMP

H

O

C

HO2C

-CO2

H

TMP
O

O

UMP

セリン
NH

NH

C

C
N

C
C

HC

NH

HC

H 3C

C

C
HC

O

H2
C

O

O

O

H2
C

H

H

H
OH

O
H

OH

HO

ヘミアセタール結合により安定CH2化したデオキシリボースのフラノー

H

H

OH

ス構造は 5 員環ですから、図 5-19 に

H

CC

示すように封筒型の 2 つの配座異性

C

C

N

H

H

C

C
H

N

C

NH2

C

C

N

C

C

C

H

C

H

A

HO

H
O

NH2

C

H

HO

N

C
HO

H 2C

C

H

N

B

N

N

N

体が存在しますが、B の異性体では

C
H

C
H

HO

CH2

1 位の核酸塩基（X）と 4 位に結合し

H

H

OH

N

C

たヒドロキシメチル基（CH2OH）の

H

C
C

C

N

H

C

C

H

O
C

N

C

C
C

H

A

H

N

C

C

C

H

H
H

O

O

C

2 つの嵩高い原子団が空間的に近接

C

HO

H2C

C

HO

B

H

NH

HO

NH

N

して込み合っているために不安定

N
C

C
HO

で、DNA のデオキシリボヌクレオ

NH2

NH2
CH2

O

シドは主に A の配座を持つ異性体で

H
H
N

OH

C
O

存在します。この配座ではデオキシ

C
C

H

N

O
C

C

C

H

N

HO

C

H

C

C

H

A

H

リボヌクレオシドの 4 位のヒドロキ

C

C

C

H

H
O

C

C
H

H
N

HO

C
HO

H2C

O

C

B

CH3

H

CH3

H
HO

シメチル基と 3 位水酸基はそれぞれ

CH2
O

H

OH

左上と右下の方向を向いています。

NH2

H O

さらに、図 5-19 の赤色で示したチミ

H

C
C

H

N
C

H

N

A

HO

C

H

C
H

ンとシトシンの 2 位の酸素原子が青

NH2

C

C
C

C

H

C

O

C

C

N

H

C

C
H2C

O

C

HO

N

H

H
H

C
H

B
H

図 5-19 ヌクレオシドの構造
ヌクレオシドの構造色で示した 6 位の水素原子より、そしてアデニンとグアニンの赤色で示した 2 位の水素原子が青色で示した 8 位の窒素原子よりそれぞれ相対的に嵩高いために、核酸塩基とデオキシリボースが混み合わないようにほぼ直行した位置関係で結合しています。
水素原子の結合した炭素原子に隣接した炭素＝酸素 2 重結合の部分構造を持つケトン類は水素原子が転移して水酸基の結合した炭素＝炭素 2 重結合の部分構造を持つエノール類に変化します。ケトン類とエノール類の間のこの変化は可逆的平衡反応で多くの場合にその平衡はケトン類（ケト型）に偏っていますが、隣接する原子や原子団の影響や溶媒の影響や温度変化の影響を受けてエノール型への異性化が優先する場合もあります。図 5-20に赤色で示すようにアデニンは熱や光などの影響を受け難い安定な芳香族性を持つ平面構
造のプリン環にアニリン性のアミノ基の付いた構造を持っていますから、アデニンを構成する窒素原子と炭素原子は

NH

N
C

すべて平面上に安定で水素

HN

NH2

N

O

C

C

HN

NH
N

結合に適した固有の相対位

C

N

CH

C

ア デニ ンCHC

N

置を保ちつつ固定されてい

OH

N
HC

や光などの影響を受け難い
安定な芳香族性を示すプリン環の骨格の上に炭素＝酸

C

HO

R

C

NH

CH

C

C

C

N

C

CH

C

N

N

CH

R=H: ウラシル HO
R=CH3: チミン
H2N

H2N

HC
C

HN

O

N

C
HN

O

ます。また、グアニンは熱

R

HC

HC

C

C

C
HN

N
N

C

C

C
NH

N

グ ア ニン

NH2

C
N

C

CH
C

NH2

CH

O

NH

シ トシ ン

図 5-20 DNA と RNA の核酸塩基

84

N

HO

CH

素 2 重結合を持つ構造ですが、平衡反応により図 5-20 に青色で示すようなフェノール性水酸基を持つプリン型の芳香族複素環の性質も示します。そのため、グアニンを構成する窒素原子と炭素原子もすべて平面上に安定で水素結合に適した固有の相対位置を保ちつつ固定されています。核酸塩基の内でウラシルとチミンとシトシンはいずれも炭素＝酸素 2 重結合を含む芳香族複素環の構造を持っていますが、平衡反応により図 5-20 に青色の構造のようにフェノール性水酸基の結合したピリミジンの性質を持つ芳香族複素環の性質を示します。そのため、これら 3 種の構成する窒素原子と炭素原子はすべて平面上に安定で水素結合に適した固有の相対位置を保ちつつ固定されています。
アデニンは炭素＝窒素 2 重

HN

N

HN

外の構造の間に平衡関係があ

C

N
N

CH

H

C

N

CH

N

C

R=H: ウラシル
R=CH3: チミン

O

O

HN

C

C

C

グア ニン

す。このようにアデニンはチ

C
N

H

CH
C

H

R

H

C

C

C

NH

C

CH

C

N

N

CH

O

O

O

H

NH

HC

CH

N

C
HN

O

NH
N

C

H

NH

HC
HN

N

HC

C

N
C

アデニン

N

易に結ばれ強く相互作用しま

H

CH

N

と一義的に 2 本の水素結合で容CCりますから、図 5-21 に赤色で示すようにチミンやウラシル

R

O

N
C

結合がプリン環内の構造と環

H

HC

HN

C

C

HN

C

C

N

H

N

CH

NH

シトシン

HN

H

O

図 5-21 核酸塩基の水素結合
核酸塩基の水素結合

ミンやウラシルとは非常に適合した水素結合をすることができますが、それ以外の物質とは適合し難く強い相互作用をすることができません。また、グアニンも炭素＝酸素 2 重結合を含む芳香族複素環のプリン構造を持っていますから、平衡反応によりフェノール性水酸基を持つ芳香族複素環の性質も示し、アニリン性のアミノ基と併せて 3 つの部位が水素結合に適した固有の相対位置を保ちつつ固定されています。そのためグアニンは 3 本の水素結合により厳しく選好みして相互作用しますから、グアニンは一義的にシトシンを選びます。このようにアデニンとグアニンは相手となる分子を厳しく選好みして極めて限られた分子しか選びませんが、選んだ分子とは確実に強く水素結合します。
電子計算機は記憶素子が不意の停電や雷などの大電力の通電においてもその正確な情報の記憶の安全な保持に万全を期していますが、にもかかわらずこれらの計算機の利用者
は多くの場合に記憶素子の情報を複写して別の場所に予備の情報として保管しています。
例えば多くの銀行などでは東京近郊に大型電子計算機を設置して預金などの情報を記憶しても銀行の業務が滞ることの無いように、地理的に遠く離れた沖縄などに予備の計算機を用意して情報を複写し共有しています。DNA は長く連なった鎖状のデオキシリボースりん酸エステルの骨格のそれぞれのデオキシリボースの 1 位に、表音文字の働きをするアデ
ニンとグアニンとチミンとシトシンの核酸塩基の 4 種の内の 1 種が結合した構造を持っていますが、これらの核酸塩基は母核が芳香族性を示すプリン環とピリミジン環ですから、
平面構造を持ち熱や光などの影響を受け難く安定性を示しています。しかし、電子計算機と同じように DNA も 2 重螺旋構造をとって情報の記憶の安全な保持に万全を期して情報を予備的に複写して保管しています。
85

DNA は鎖状のデオキシリボースりん酸

表 5-6 DNA 中の核酸塩基の含量
中の核酸塩基の含量

エステルの骨格の上に結合したアデニン

核酸塩基
アデニン(A)%
グアニン(G)%
シトシン(C)%
チミン(T)%A/T
G/C（A）とグアニン（G）とチミン（T）とシトシン（C）の 4 種の核酸塩基の配列の組み合わせから、生物の進化の過程や生命活動に必要なすべての膨大な情報を収納していますから、そ

人間
30.3
19.5
19.9
30.3
1.00
0.98

人参
26.7
23.1
23.2
26.9
0.99
1.00

大腸菌
23.8
26.0
26.4
23.8
1.00
0.98

の情報を収納する 4 種の核酸塩基の割合は極めて複雑と考えられていました。しかし、Chargaff は 1950 年に種々の生物の DNA 中の
核酸塩基の成分比を分析して、表 5-6 に示すようにアデニン（A）とチミン（T）が一対になり、グアニン（G）とシトシン（C）が別の一対になっているように核酸塩基の成分比がそれぞれほぼ等しい割合で含まれていることを見出しました。対になっている 2 種の核酸塩基は図 5-21 に示すようにそれぞれ互いに非常に適合した水素結合により厳しく選好みして一義的に相互作用しますが、それ以外の物質とは適合し難く強い相互作用をすることができません。この Chargaff の分析結果から、1 本の長く連なった鎖状のデオキシリボー
H

スりん酸エステルの骨格のそれぞれのデO
HN

オキシリボースの 1 位に結合したアデニ

C
C

H
C

N
C
H

ンとグアニンとチミンとシトシンの核酸

C

C

N

H

N

N

HO

C
C

H O

C

H

酸エステルが対になって相補していると

H

H
H

H
H3C

O

H

HO
H2 C

H

N

C

N

H

H
C

C

C

HC

N

N

N

C

OH
O

O

C

H
H

H

H

C

OH
H
C

C

T-A

H

C

H

N

C

C

C

C

C

Wilkins の X 線構造解析の結果を加味
HO

C

H
CH2

H
H

OH

でアデニンとグアニンとチミンとシトシ

HO

N

H

C

O

C

H
C

ンの核酸塩基の結合したデオキシリボー

N
H

C

N

C

C

H

N

N

スりん酸エステルの長く連なった主鎖と

N
HO

C

H O

列を持つデオキシリボースりん酸エステ

H

C
C

H

G-C

H

H
CH2

H
OH

HO

ルの副鎖が 2 重螺旋状に絡まった構造をN

H

副鎖はチミンとシトシンとアデニンとグアニンがそれぞれ対応した配列を持って

H

HO
H2 C

C

H

C

O
H
C

C

C

N
N

HO

H

N
C

していると提唱しました。主鎖の配列しトシンに最も強く水素結合するように、

H

O

N
H

H

OH

C

H

C

C
C

OH

O

N

C
H2 C

H

C

C
C

H

ているアデニンとグアニンとチミンとシ

H

HO
N

その内容を相補するような核酸塩基の配

C
CH2

OH

が生命活動に必要な情報を収納した配列

H

C

A-U

H

考えられます。
して、1953 年に Watson と Crick は DNA

OH

C

O

C

C

H

酸塩基が結合したデオキシリボースりん

OH

O

N

C
H2 C

H

C

C

N

塩基の 4 種にそれぞれ対応する 4 種の核

H

H

C

C

C

N

N

C

N
H
C

C

OH
O

C

O

H

C

N
H

C
H

H

OH
H

C

H

C

H

C-G
OH

H
CH2
HO

図 5-22 水素結合したヌクレオシド
水素結合したヌクレオシドの構造
したヌクレオシドの構造86

います。しかも、DNA を構成するデオキシヌクレオシドは主に安定な図 5-19 の A の構造で存在していますから、この構造を保ちつつアデニン（A）とチミン（T）が、またグア
ニン（G）とシトシン（C）がそれぞれ対になって水素結合で結ばれます。しかし、それらの結合が図 5-21 のように一義的ですから、結ばれた構造も図 5-22 のようにデオキシリ
ボースの面が互いに表と裏の関係になります。このように並んだデオキシリボースの 3 位の水酸基と 5 位の水酸基がりん酸エステルで長く鎖状に結ばれれば主鎖の向きと副鎖の向きは互いに逆方向になります。
DNA の主鎖と副鎖の 2 本の長い鎖は水素結合により核酸塩基同士が近い位置を保っていますから、DNA は主鎖の骨格の単位となるデオキシヌクレオシドの 5 位のヒドロキシメ
チル基と 3 位水酸基の 2 つの原子団が常に左上と右下の位置になるようにりん酸エステル
で長く鎖状に結合します。逆方向に向いた副鎖のデオキシヌクレオシドの 5 位のヒドロキ
シメチル基と 3 位水酸基の 2 つの原子団は右下と左上の位置になるようにりん酸エステル
で長く鎖状に結合します。結果としてデオキシリボヌクレオシドの 5 位のヒドロキシメチ
ル基と 3 位水酸基がりん酸エステルで長い鎖状に連なった DNA の主鎖と副鎖の骨格は右時計回りの同じ回転方向に捻じれて 2 重螺旋状に絡みます。
しかも、主鎖のデオキシリボースと副鎖のデオキシリボースのそれぞれの中心線の間の角度は図 5-19 から約 120°と見積もることができますから、DNA の 2 重螺旋状の主鎖と副鎖の 2 本の長い鎖はその間の隙間の幅が異なっています。黒色と黄色の紐が上方に向かって右時計回りに螺旋状に捻じれ、2 本の紐の間隔が一様ではなく、前面を横切っている
黄色の紐の下側の大きな隙間と上側の小さな隙間が認められる図 5-23 の A の写真は DNAの 2 重螺旋構造を模しているように見えます。生体内の最も一般的な構造の DNA は湿度の高い環境では、主溝と呼ばれる大きな隙間の幅は約 1.2nm（1.2x10-9m）、副溝と呼ばれる小さな隙間の幅は約 0.6nm（0.6x10-9m）と見積もられています。しかし、デオキシリボ
ースは 5 員環のフラノース構造ですから、図 5-19 に示す 2 つの封筒型の配座異性体の間には小さな安定性の差しかありませんから、湿度の低い状態では主溝と副溝の幅がほとんど等しくなるな
ど、DNA の配列や環境や状態などの他の要因により
その 2 重螺旋構造は大きく変化します｡
デジタルカメラが開発される以前に広く用いられていた銀写真は、ハロゲン化銀を塗布したフィル
ムに映像を映し、さらに現像したフィルムから印画
紙に焼き付ける手順で写真を撮影していました。この銀写真で 2 重螺旋の紐を撮影しますと、色相が完全な補色になり明暗が反転した図 5-23 の B のような映像がフィルムに写されます。さらに、このフィル
ムの映像を焼き付けることにより画像が反転して図87

図 5-23 2 重螺旋の紐
重螺旋の紐

5-23 の A の写真ができ上がります。このように銀写真のフィルムと写真の映像は完全に同じ情報を記録していますから、表現は異なっていても完全に同じ内容を読み出すことができます。このフィルムと写真が陰と陽の関係にあるように DNA の主鎖と副鎖は表現が陽と陰の関係にありますから、生命活動に必要な情報を収納している核酸塩基の配列は異なりますが 2 つの鎖に収納されている内容は完全に一致しています。新陳代謝や成長に欠かせない細胞分裂においては DNA の複製が欠かせませんが、この DNA の複製は酵素により2 重螺旋を形成している水素結合の一部が切れて Y 字型に DNA が変形することから始まります。変形した DNA の主鎖と副鎖の露出した核酸塩基部分にそれぞれ相補する核酸塩基を持つデオキシリボヌクレオシドが水素結合により捉えられ、それらのデオキシリボースの 5 位の水酸基が 3 位の水酸基に互いにりん酸エステルで結ばれてゆきます。これらの過程を経て主鎖には新しい副鎖が、そして副鎖には新しい主鎖が作られますから、完全に同じ核酸塩基の配列を持つ 2 本の 2 重螺旋の DNA が出来上がります。このように主鎖と副鎖の関係を利用して、細胞分裂に先駆けて完全に同じ核酸塩基の配列を持つ 2 本の 2 重螺旋の DNA が複製されます。
2 本の長い鎖が 2 重螺旋状に捻じれた DNA の骨格は太さが約 2nm（2x10-9m）、約 10個のデオキシヌクレオシドが連なって右時計回りに 1 回転すると約 3.4nm（3.4x10-9m）先に進むと調べられています。ヒトの DNA の主鎖は約 3x109 個のデオキシヌクレオシドがりん酸エステルで結ばれていると考えられていますから、その全長は約 1m と見積もられ太さの約 5x108 倍の長さと見積もられ、太さの約 5x108 倍の長さの糸は繭を作る生糸に匹敵しています。DNA はこのように細くて長い形をしていますから、生糸を絡ませて堅牢な繭を作るように非常にこんがらかり易く、細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を正確に伝達し、利用するときに支障を来す危険があります。
非常に細くて長い形をした DNA は記憶の損傷などの事故を起こすことなく、必要に応じて常に複製や情報の受け渡しなどに対応できるような形態を持っています。新陳代謝や健康を維持するための多くの情報など、日常生活で必要とする多くの情報を DNA は収納して常に受け渡しています。また、ペストやコレラの流行下を生き延びた経験の情報や厳しい自然環境の下で生き残るための情報や人間が成長するときのための情報など、DNAは特定の場合にだけ必要でほとんど受け渡す機会に恵まれない多くの情報も収納しています。このように DNA は細胞の進化の過程や生命活動に必要な膨大な量の情報を 1 次元的に記憶していますから、情報を受け渡すためにはその記憶場所を整理しなければなりません。そのために比較的に進化の進んだ生物の場合には、DNA を染色体と呼ばれる複数の塊に分割して情報の整理と受け渡しの省力化を図っています。ヒトの DNA が表 5-7 に掲げたような大きさの 24 種の染色体に分割されています。このうち 22 種の染色体に含まれる
DNA の部分はすべてのヒトに共通した固有の配列を持ってヒトの種を規定するものと思われます。ヒトの種を規定するすべての情報を記憶したこれらの染色体はその適正な利用に際して、支障を来す危険を避けるために同じ染色体がそれぞれ 2 個ずつ対を為していま88表 5-7 ヒト染色体の核酸塩基数

す。そして個人の性質を示す主な情報は
X と Y の 2 個の染色体の中に含まれる
DNA の部分に記憶されていますが、女性は対になった 2 つの X 染色体を持ち、男性は対を為す X 染色体と Y 染色体を持っています。
多くの染色体に分割しても、切り分けたヒトの DNA は太さの約 4x105～16
x105 倍の長さを持っていますから、非常にこんがらかり易い形を残しています。
デオキシリボースを結んでいるりん酸エ
ステルが 2 重螺旋構造の外側に向いて並

染色体
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

核酸塩基数
2.50x1082.40x1081.90x1081.80x1081.75x1081.65x1081.55x1081.35x1081.30x1081.30x1081.30x1081.20x108

染色体
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
X
Y

核酸塩基数
1.10x1081.05x1081.00x1080.85x1080.80x1080.75x1080.70x1080.65x1080.55x1080.60x1081.40x1080.60x108

んでいますから、DNA の長い鎖の表面は酸性を示します。リジンやアルギニンなどの塩
基性のアミノ酸を多く含むヒストンと呼ばれるタンパク質の筒に、この表面が酸性の長い
鎖の DNA は高い親和性を持って糸巻き状に巻き付いたヌクレオソームを形作ってこんがらからないように安定化しています。電子顕微鏡で観察しますと、さらにこの糸巻き状のヌクレオソームが数珠つなぎに塊になっており、その塊の複数が集合した大きな塊を染色質と呼んでいます。普通の顕微鏡でも観察できる大きさの染色体はこの染色質がさらに集合したものです。
細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を記憶し、必要に応じた情報を発信していますから、DNA が記憶情報を安全に保存し、正確に読み出せるように正常に機能しなければ、全ての細胞はその生命活動を停止して死滅します。そのためにこのような膨大な記憶情報が損傷しないように、DNA は化学的な安定性の高い芳香族化合物のプリン環とピリミジン環を母核に持つ核酸塩基が素材に選ばれて構築されています。東京近郊に設置された大型電子計算機に対して遠く離れた沖縄に予備の計算機を用意して、大震災
や大停電のような大きな天災や人災でも計算機の機能が停止しないように互いに情報を複写し共有しています。同じように不幸にして何らかの原因により DNA が損傷を受けても細胞の死滅に至らないように、DNA は容易に完全に復元できるように 2 重に副本を用意しています。DNA は 2 重螺旋構造により同じ情報内容を持つ主鎖と副鎖を持っていますか
ら、主鎖の配列が損傷を受けても、DNA の主鎖は副鎖からその内容を復元することができますし主鎖から副鎖を修繕することもできます。さらに、DNA の長い鎖がこんがらかって情報の整理と受け渡しが不能になっても容易に完全に復元できるように、DNA の情報を持つ染色体には副本が用意されています。

DNA は誕生から臨終まで働く司令官
親子や兄弟の DNA の間では核酸塩基の並び方に高い類似性が認められますが、一卵性89

双生児を除けば全く同じ核酸塩基の並び方の DNA を持つことはありません。人間は哺乳類から進化してきましたから、結果として人間と他の哺乳類のそれぞれの DNA の核酸塩
基の並び方にもかなり多くの共通性がみられます。さらに、他の脊椎動物などの種々の動物の間にもそれぞれの DNA の核酸塩基の並び方にもかなり共通性がみられます。このよ
うに DNA は表音文字の働きをする 4 種類の核酸塩基の並ぶ順序により、生物の 38 億年にわたる発生以来の進化の歴史を表現し記録しています。地球上に生息している種々の哺乳類の中で猿やチンパンジーは人間とは異なる種類の哺乳類ですがヒトと特に類似しており、彼らの DNA にはヒトの DNA と共通した特有の核酸塩基の配列部分が多く含まれています。
また、地球上に生活している 70 億人の人間は DNA の核酸塩基の並び方に由来する皮膚や髪や瞳の色、体格、運動能力、知的能力などの身体の特徴が先天的に受け継がれてゆきます。近年 DNA の核酸塩基の並び方を調べる技術が向上しましたから、人間はじめ多くの生物の DNA に収納されている細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報が解読されるようになってきました。同時に人の血縁関係や同一認定などの人間の生物的な相互関係を明らかにできるようになりましたから、裁判の有力な証拠にまで DNA の核酸塩基の並び方が用いられるようになりました。
デオキシリボヌクレオシドはアデニンとグアニンとチミンとシトシンの 4 種の核酸塩
基が 5 炭糖の一種のデオキシリボースと結合した物質で、DNA は 102~1012 個のこれらのデオキシリボヌクレオシドの 3 位と 5 位の水酸基がりん酸エステルを介して長く鎖状に結合した物質です。この DNA は細胞中に必ず 1 個だけ含まれており、長い鎖状に連なったデオキシリボースりん酸エステルに結合している核酸塩基の配列の仕方により、その細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を記憶しています。これらの記憶されている
膨大な情報を読み出したり書き換えたりしなければ、DNA は単なる無用の長物に過ぎず細胞は死滅してしまいます。生物の個体の中にあってその生涯にわたって DNA はすべての生命活動を指令する司令官のようなものです。
DNA はアデニンとグアニンとチミンとシトシンの 4 種の核酸塩基の並び方によりその細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を記憶していますから、これらの核酸
塩基と強く相互作用するものによりその並び方を物質として写し出せれば、生命活動をするために必要な情報の読み出しや書き換えができます。アデニンは炭素＝窒素 2 重結合がプリン環内の構造と環外の構造の間に平衡関係がありますから、チミンやウラシルと一義
的に 2 本の水素結合で容易に結ばれ強く相互作用しますが、それ以外の物質とは適合し難く強い相互作用をすることができません。グアニンも炭素＝酸素 2 重結合を含む芳香族複素環のプリン構造を持っており、3 つの部位が水素結合に適した固有の相対位置を保ちつつ固定されていますから、3 本の水素結合により厳しく選好みして一義的にシトシンと相互作用します。このようにアデニンとグアニンは相手となる分子を厳しく選好みして極めて限られたチミンとウラシルとシトシンしか選びませんが、選んだ相手とは確実に強く水素結合します。
90

H

ウラシルとシトシンとグアニ

O
H

HN

ンとアデニンの 4 種の核酸塩基に

C
CC

5 炭糖の一種のリボースがグリコシド結合したウリジンとシチジン

H

N

C

C

H

C
C

H O
H 2C

H

C

HO
H3C

O

H

N
N

DNA に接近しますと、それらの

H

HO

H O

C

N

C

H

H
C

C
N

C

N

N

C

OH

N
O

O

C

OH
H

H
H

H

H

C
HC

C

C

C

C

C

リボヌクレオシドのウラシルとシ
H 2C

H

H

OH

C

T-A

C

H
C

H

H
CH2

H

とグアニンとシトシンとチミンの

H

OH

HO

N

H

4 種の核酸塩基とそれぞれ一義的

C

O

C

H
C

N

に水素結合しますから、DNA の

H

C

N

C

C

H

N

N

核酸塩基の並び方に対応するようNHOに 4 種のリボヌクレオシドが並び

C

A-U

CH2

これらのリボヌクレオシドがDNA の鎖上に配列したアデニン

H

O

H

H

OH

C
H

H
C

OH

O

N

C

C

H

H

C

C

N
HO

ヌクレオシドと総称しています。

トシンとグアニンとアデニンが

N

N

C

とグアノシンとアデノシンをリボ

H
C

N

C
C

H O

ます。このように DNA の核酸塩

C

H

H
N

H

G-C

H

O

C
C

H
H

H

OH

C

C

C

OH

O

N

C
H2C

H

C

C

H

H
CH2

H

基の並び方に対応して並んだリボ

HO

OH
N

H

ヌクレオシドがりん酸エステル結（リボ核酸、Ribonucleic Acid）はリボースの 3 位と 5 位の水酸基がりん酸と縮合して長く連なった鎖状のリボースりん酸エステルの骨格のそれぞれのリボースの 1 位に

H

H O
H 2C

C

H

C

H
C

C

C

C
N

N
HO

O
N

C

合により重合して生成した RNA

H

H

C

N

C

N
H
C

C

C

OH

N
O

C

O

H

C

N
H

C
H

H

OH
H

C

H

C

H

C-G
OH

H
CH2
HO

図 5-24 DNA から RNA への情報の読み出し

4 種の核酸塩基のうちの 1 種が並んで結合した構造を持っています。DNA に並んでいるアデニン（A）とチミン（T）とグアニン（G）とシトシン（C）は相手となる分子を厳しく選好みして、アデニン（A）はウラシル（U）を、チミン（T）はアデニン（A）を 2 本の水素結合で選びますし、グアニン（G）はシトシン（C）を、シトシン（C）はグアニン（G）を 3 本の水素結合で確実に選びますから、DNA の核酸塩基の並び方が図 5-24 に示すように一義的に RNA に反映され、DNA の細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を正確に RNA に伝達します。
DNA の鎖上に配列したアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基は
DNA の情報を表す表音文字の働きをしていますが、それらの核酸塩基とそれぞれ一義的に水素結合するウラシルとシトシンとグアニンとアデニンの 4 種の核酸塩基にリボースの結合したリボヌクレオシドは差し詰め DNA の情報を複写するための活字に相当します。
91

ウラシルとシトシンとグアニンとアデニンの 4 種の核酸塩基の結合したリボヌクレオシド
はそれぞれ DNA のアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基の活字の役割を果たします。リボヌクレオシドが DNA に接近して DNA の情報を表記した 4 種の核酸
塩基の配列を忠実に映し出すように並び、リボースの 3 位と 5 位の水酸基がりん酸と縮合して長く連なった鎖状のリボースりん酸エステルの骨格を持つ RNA は DNA の情報を写したリボヌクレオチドの活字を拾って作り上げた組版に相当します。この組版を使って活版印刷すれば DNA の情報を誤字も脱字もなく確実に複写印刷されます。
DNA は細くて長い形をしていますから非常にこんがらかり易いので、複数の染色体に分割して情報の整理と受け渡しの省力化を図っていますが、多くの染色体に分割したDNA でも太さの約 4x105～16 x105 倍の長さを持っていますから、非常にこんがらかり易い
形を残しています。DNA は高い親和性を持つタンパク質のヒストンの筒に、DNA の長い鎖を糸巻き状に巻き付いてこんがらからないように安定化しています。染色体はこの糸巻き状の塊がさらに数珠つなぎに複数の塊にならび、さらに大きな塊に集合しています。このように DNA の長い鎖は糸巻きを集めてきっちりとまとまっていますから、通常の状態では非常に緻密で沢山のリボヌクレオシドが入り込む隙間がほとんどありません。
DNA のデオキシリボースを結んでいるりん酸エステルが 2 重螺旋構造の外側に向いて並んでいますから、DNA の長い鎖の表面は酸性を示します。この表面が酸性の長い鎖のDNA を糸巻き状に巻き付けているヒストンの筒はリジンやアルギニンなどの塩基性のアミノ酸を多くの構成アミノ酸として含むタンパク質ですから、親和性を持ってこんがらからないように安定化しています。このリジンやアルギニンの塩基性部分がヒストンアセチ
ル基転移酵素によってアセチル化しますと、ヒストンの塩基性が弱くなりますから DNAとの間の相互作用が減少して DNA の緻密な構造が緩み、リボヌクレオシドの入り込む隙
間が生まれます。結果としてヒストンのアセチル化された部分で DNA の情報が選択的にRNA に読みだされます。生物の個体の中にあって司令官の DNA が発する種々の命令を受け取り、RNA は各部分や器官で生命活動を指令する指揮官の働きをします。
植物の中では葉緑素が太陽の光を効率よく吸収して得たエネルギーで水を酸素まで酸化しますが、同時に生じる還元能力を FAD から FADH2 への還元過程などの複雑な反応過程で NADP 陽イオンを高い反応性の還元状態を持つ NADPH まで還元します。この NADPHの高い還元性により二酸化炭素を還元して植物はブドウ糖を生合成しています。多くの生物の体内では、このブドウ糖が図 5-25 で示すように異性化反応、分解反応、酸化反応などの複雑な反応経路でピルビン酸に変化し、このピルビン酸が二酸化炭素を失ってアセチル
補酵素 A に変化し、さらにクエン酸の触媒により二酸化炭素まで酸化されます。始めにブドウ糖に ATP が働いて反応を開始するエネルギーを与えられ、次いで NADP 陽イオンによる酸化で生成する反応熱を ADP が蓄え、補酵素 A（HS-CoA）と結合してアセチル補酵
素 A を生成した後、NADP 陽イオンと FAD による酸化反応により発生する反応熱を ADPにより蓄えながら二酸化炭素を生成します。
92

H

H
H

O

ATP
-ADP
H

H

O

OH H
OH

H
H

OH

H

ATP
-ADP

H

OH

OH

H

H

OH

OH

NADP+
-NADPH
H

PO3 H2

ADP/-ATP

C

O
C

H

PO3H2 O

H

C

OH

PO3H2

H

O

ぶどう糖

H

O

H

OH

H

OH

H

PO3H2 OPO3H2 O

OH H
OH
H

H

H

H

OH

-H2O

H

O

C

O

NADP+
-NADPHOH

C

H

PO3H2 O

H

C

O

H

C
C

H

PO3H2
H

O

C
O

H

C

PO3H2

C

H

OH

H

C
OH

O

ADP/-ATP

NH2

H
H
C

H

HS-CoA/-CO2
NADP+/-NADPH

C
O
C
O

CH3

S
C

OH

NH
CH2

CH2
C

2 NH

O

CH3

C

C

OH

CH3
O

CH

OH
O

O
O

N

P

O

CH2
H

O

OH

N

H

N
H

H

ピルビン酸

アセチル補酵 素A

N

O

CH2

2

O

P

OH

OH

図 5-25 解糖反応の機構
この一連の反応において、図 5-26 に示す

NH2
N
N

ように ADP はりん酸と 7.29kcal/mol の吸熱的な平衡反応により ATP に変化しますが、葉OOH

緑素が吸収した太陽光のエネルギーやブドウ

P

N

O
O

OH

P

O

糖の一連の酸化反応において発生するエネル

O
H

H

OH

OH

OH
H

ADP

7.29kcal/mol
H

ギーは ADP から ATP を生成することに費や

NH2
H2O

H3PO4
N

され、生成した ATP から ADP へ戻るときに放出する 7.29kcal/mol のエネルギーが生命活動の維持に要する活力に充てられています。

N

O
OH

P
OH

また、大気中の酸素の酸化能力が図 5-27 の

O
O

P

N

O
O

OH

P

O

N

O

OH

ATP

N

H

H

OH

OH

H

H

図 5-26 ADP-ATP 間の反応

青色矢印のように FADH2 から FAD への酸化過程や NADPH から陽イオンへの酸化過程など複雑な反応経路で伝えられて、ブドウ糖は二酸化炭素まで酸化されます。
これらブドウ糖を二酸化炭素まで空気で酸化して生成する反応熱を活力とする反応の過程で、生物にとって極めて重要な酸化や還元の能力やエネルギーの遣り取りの働きをしている NADPH と NADP 陽イオン、FAD と FADH2、アセチル補酵素 A（CH3CO-S-CoA）、
ADP と ATP にはいずれもアデニンと 5 炭糖のリボースがグリコシド結合したアデノシンと呼ばれる図 5-19 に示す構造の化合物が分子の一部を占めています。DNA のアデニン部分
から読み取ってきた命令を受け継いだ RNA のウラシル部分が NADPH と NADP 陽イオン、
FADH2 と FAD、アセチル補酵素 A（HS-CoA）、ADP と ATP などのアデノシン部分と水素結合により相互作用して、生命活動に重要な働きをする物質に指令を与えていると思われます。この複雑な一連の反応で RNA は順番に捉えられた ATP、NADP 陽イオン、ADP、
補酵素 A、FAD が順次反応するように指令していると考えられます。

93

O

Fe2+

1/2O2

H3CO

R1

H3C

H
N

H3CO

CH3

H3C

N

ユビキノン O

FADH2

2

R

OH
Fe3+

H2O

H3CO

H3C

N

H3CO

CH3

H3C

N

HO
R1:

C
H2

CH3

FAD

C
H

C

C
H2

H
6-10

R2:

HO
OH
O
O
O
N
O P O P O CH2
OH OH
N

OH
O

CH2

NH
N
H

N
N
NH2

NH2
H

O

NADP+

R3
NH

N

N

O

O
R1

ユビキノール OH

H2
C

R3

O

N
NH2

O

R2

H H

O

NADP

HO
OPO3H2
O
O
O
N
N
R3:
H2C O P O P O CH2
O
OH OH
N
N
HO
OH
NH2

図 5-27 酸素による NADPH の酸化反応
この例と同じように RNA によって読みだされた情報によりアミノ酸が順次集められて必要な配列のタンパク質が合成されています。種々の酵素のようにその配列により特化した機能を示すタンパク質も、DNA に記録されている情報を基に RNA により読みだされて、その機能が完全に発揮できるように規定のアミノ酸配列通りに合成されます。また、遺伝子の発現を制御したり、種の保存のための受精を促進するように指令を与えます。さらに、生命活動を維持するための多くの反応に DNA から読みだされた情報を持つ RNA が働いていると思われますが、未だに詳細の不明な部分が多く残っているようです。
DNA は細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を安全に記憶していますか
ら、急激な環境の変化や外的な障害からの記憶情報の安全な保持が求められますが、RNAは情報を伝達する役目を担っていますから、役目を終えた後には情報の混乱を避けるためにその情報の速やかな消滅が求められます。そのためにリボースとデオキシリボースは非常に類似した構造の化合物ですが、DNA は非常に安定なデオキシリボースをりん酸エステル結合で結んだ長い鎖の骨格構造を持っていますが、リボースをりん酸エステル結合で結んだ長い鎖状の RNA の骨格構造は比較的不安定で容易に分解します。
自然現象には永久に不変ということはあり得ませんから、生物は常に種の保存と進化のためのそれぞれ再生と変化により自然の変化に適応してきました。生物の細胞が分裂して増殖するときには、DNA は その主鎖からは副鎖を、そして副鎖からは主鎖を転写して同じ核酸塩基の並び方を持つ新しい DNA を用意しますから、1 つの生物個体の中では全ての細胞が全く同じ情報を持つ 1 対の DNA を持つことになります。しかし、雌雄により新しい細胞が形成されるときにも、DNA のわずかな部分での変化を伴い、多くの部分で再生がなされています。両性の異なった配列を持つ DNA から両性の情報を併せたような核酸塩基の並び方を持つ DNA が新たに用意されますが、その混ざり方が微妙に異なりますから、同じ組み合わせの雌雄でも異なる配列の DNA を持つ細胞が形成されます。
ヒトの DNA が 24 種の染色体に分割されていますが、このうち 22 種の染色体がそれぞれ対になった 44 本の染色体はすべての人間に共通した固有の配列の DNA を含んでいます94

から、人間の種を規定するものと思われます。それに対して、個人の性質を示す情報は Xと Y の 2 種の染色体の中に含まれる DNA の部分に記憶されていますが、女性は対になった 2 本の X 染色体を持ち、男性は X 染色体と Y 染色体を持っています。種の保存を進める
ためには人間に共通した固有の配列の DNA を含んでいる 44 本の染色体は変化の小さいことが望ましく、緩やかな進化を遂げるためには人間の個性のもとになる DNA を含んでいる 2 本の染色体は両性の平均的な変化が望ましいと思われます。
望ましい種の保存と進化を合理的に省力的に進めるために、受精により雌雄から新しい細胞が形成されるときには、あらかじめ対になっている染色体に含まれる情報を部分的に混合した後に、対の関係を解消させて別の細胞に減数分裂させます。ヒトの細胞ではそ
れぞれ 23 本の染色体を持つ細胞に減数分裂しますが、卵子細胞では 22 本の人間に共通の染色体と 1 本の X 染色体になります。男性の個性を示す染色体は X 染色体と Y 染色体が対になっていますから、減数分裂により精子細胞は 22 本の人間に共通の染色体のほかに、1
本の X 染色体を持つ細胞と 1 本の Y 染色体を持つ細胞の 2 種類に分裂します。結果として精子細胞は 50％の確率で X 染色体を持ち、残り 50％の確率で Y 染色体を持ちます。
これらの染色体の減数した精子と卵子の細胞が受精して雌雄両方の染色体が合わさりますと、人間の場合には両性各 23 本ずつの染色体を持っていますから 46 本の染色体を持
つ新しい受精細胞が生まれます。この受精細胞は人間に共通の母親由来の 22 本の染色体と父親由来の 22 本の染色体が対になっており、人間の個性を示す染色体は 50％の確率で 2
本の X 染色体が対になり、残り 50％の確率で X 染色体と Y 染色体が対になります。女性
が対の X 染色体を持ち、男性が X 染色体と Y 染色体をもっていますから、受精細胞の性別は父親由来の精子細胞の中に含まれる 2 種のうちの 1 種の染色体によりそれぞれ 50％の確率で決められます。ここに誕生した受精細胞の DNA は その主鎖からは副鎖を、そして副鎖からは主鎖を転写して同じ核酸塩基の並び方を持つ新しい DNA を用意しますから、細胞分裂を繰り返すことにより成長してゆきますが、その生物個体は一生にわたり全ての細胞が母親と父親の両性の情報を持ち続けることになります。このように両性からの精子と卵子の授精により誕生した新しい受精卵は両親の染色体を併せ持つ新しい DNA を持って生涯を始めます。この DNA は細胞分裂により引き継がれますが、種々の原因によりこの DNA を維持できなくなったときに寿命が終わりを告げます。
役割に特化した DNA
細胞には必ず 1 個の DNA が含まれていて、その中には生物の誕生以来の 38 億年の進化の過程や歴史や経験や生命活動に必要なすべての情報が記録されています。DNA に記録されているこの膨大な量の情報から、それぞれ必要な性質や活動や変化に関する情報をRNA が取り出して細胞の生命活動を維持しています。大腸菌や青かびなどの菌類の細胞のように少数の細胞で構成されている生物では、各細胞の間で生命活動に必要な性質や活動や変化の分業化が見られませんが、進化した生物では各細胞の間で生命活動の維持に必要95

な役割に多くの分業化が進んでいます。第 4 章の「神経細胞による情報伝達」で取り上げた神経細胞は細胞膜を挟んだ膜電位の変化に鋭敏に反応しますし、筋肉の細胞は強靭で伸縮性に秀でた性質を示しますし、軟骨や骨の細胞はそれぞれ柔軟性や硬度が求められます。
進化した生物の個体を構成しているすべての細胞は生物の誕生以来の進化の過程や歴史や経験や生命活動に必要なすべての情報を記録した同一の DNA を持っていますが、それらの細胞がそれぞれ分業化した役割を果たすように性質や働きを異にしています。進化が進
み生命活動の維持に必要な役割の分業化が進んだ生物は全く同じ情報を持つ DNA から、それぞれの細胞の役割に必要な情報を取り出すために、RNA は必要な情報の記録された部分を DNA から選択的に転写しています。
先の「DNA の構造」の節で見てきたように DNA はアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種のデオキシリボヌクレオシドの 3 位と 5 位の水酸基がりん酸エステルを介して種々の組み合わせで次々に 102~1012 個ほど長く鎖状に結合した物質です。この非常に沢
山のヌクレオシドの鎖の中で、シトシンとグアニンのヌクレオシドが隣り合って並んで結合している部分に DNA メチル基転移酵素が働き、DNA の配列は変化することなくその中に含まれるシトシンが 5-メチルシトシンに変化します。この DNA メチル基転移酵素は図5-28 に示すようにアデノシンにメチオニンが作用して S-アデノシルメチオニンを生成し、DNA のシトシンにメチオニン由来のメチル基を選択的にシトシンの 5 位に転移させます。
DNA は 4 種のデオキシリボヌクレオシドが 102~1012 個ほどりん酸エステルを介して長く鎖状に結合しており、グアノシンに隣り合って並んで結合しているシチジンの部分が多く存在していますが、それらの部分の約 70%でシトシンが DNA メチル基転移酵素の働きで 5メチルシトシンに変化しています。しかし、それぞれの細胞が持つ役割に応じてメチル化される DNA の中のシトシンは異なっています。DNA 上のシトシンが 5-メチルシトシンにメチル化にしますとメチル基の嵩高さにより、その部分の DNA にはグアノシンが近付き難くなりますから、DNA のメチル化は RNA への情報の転写を抑制する働きをします。そ
NH2
N

N

N

H

O

O

N

HO
H

NH2
N
CH3

H

N
H

NH2

H
OH OH
アデノシン

N
O

N

S

HO

NH2
N

O

H

S

H

NH2

H
OH OH
S-ア
アデノシルメチオニンNH
2
H

H
NH2

O
HO

N
S

HO

H3C

N
CH3

N

NH2
メチオニン

O

O
H
H

O

H

H

H

H

H

O

H

O

H

O P O
O 5-メチルデオキシシチジン

DNA メチル基転移酵素の反応
96

H
OH OH
S-ア
アデノシル
ホモメチオニン

O

H

O P O
O デオキシシチジン

図 5-28

N

N

H

N

O
O

O

N

のため、グアノシンが DNA のメチル化されていない部分へ相対的に近付き易くなり、その部分の情報が優先的に RNA に転写され、生命活動の維持に必要な役割の分業化による特化した役割を果たすような性質や働きをその細胞が示します。生物の 1 つの個体の細胞は全て同じ配列を持つ DNA を持っていますから、本来全ての細胞は全く同じ性質や機能を示しますが、それぞれの DNA は生命活動の維持に必要な役割の分業化に対応したメ
チル化により性質や機能の異なる細胞に改造されています。
生物の細胞が分裂して増殖するときには、その主鎖からは副鎖を、そして副鎖からは主鎖を転写して同じ核酸塩基の並び方を持つ新しい DNA を用意しますから、1 つの生物個体の中では全ての細胞が全く同じ情報を持つ DNA を 1 個ずつ持つことになります。しかし、雌雄により新しい細胞が形成されるときには、染色体の減数した精子と卵子の細胞が受精して雌雄両方の染色体が合わさり新しい受精細胞が生まれますが、その減数分裂の折に混ざり方が微妙に異なりますから同じ DNA を持つ細胞は形成してきません。このように両性の全ての DNA から新しく唯一つの DNA が作られますから、新しい細胞は単細胞でその DNA のメチル化による生命活動の維持に必要な役割が分業化されていません。両性から生まれた単細胞が分裂して増殖する初期の段階には、生命活動の維持に必要な役割を分業化することなく、DNA は同じ核酸塩基の並び方を持つ DNA を常に転写して新しい細胞に用意します。やがて胎内で生命活動の維持に必要な役割の分業化が始まり、次第にDNA のメチル化により性質や機能の異なる細胞に改造されていきます。このように両性から生まれた単細胞が分裂して増殖する初期の段階に 2 つの生命に分裂しますと全く同一の配列の DNA を持った一卵性双生児が誕生します。当然この一卵性双生児は非常に類似した性質を示しますが、生命活動の維持に必要な役割の分業化の開始や過程が異なります
から、DNA のメチル化による細胞の性質や機能も異なり、それらの細胞が集合した胎児の性質も異なり、独立した個性を示します。
このように機能の低下を防ぎ、生命活動に支障を起こさないように短い周期でなされる新陳代謝に伴い、古くなった細胞の DNA が完全に同一の配列を持つ DNA を複製して、生物を構成している全ての細胞も分裂して新しい細胞に更新されます。進化した生物など
生命活動の維持に必要な役割の分業化に対応してメチル化されている DNA も完全に同一の配列を持つ DNA を複製して新しい細胞に分裂しますが、さらにその性質や機能を維持するために DNA メチル基転移酵素が働いてメチル化の状態も同一になるように転写して新しい細胞に更新されます。
細胞には必ず 1 個の DNA が含まれていて、その中には生物の誕生以来の進化の過程や歴史や経験や生命活動に必要なすべての情報が記録されています。DNA に記録されているこの膨大な量の情報から、それぞれ必要な性質や活動や変化に関する情報を RNA が取り出して細胞の生命活動を維持しています。進化した生物では非常に多くの細胞が集合して 1 つの生物個体を形成していますが、それらの細胞は全て同じ配列を持つ DNA を持っていますから、本来全ての細胞は全く同じ性質や機能を示すと考えられます。しかし、実97

際の生物の 1 つの個体を形成する多くの細胞は生命活動の維持に必要な役割に多くの分業化が進んでおり、それぞれの DNA は生命活動の維持に必要な役割の分業化に対応したメ
チル化により性質や機能の異なる細胞に改造されています。DNA メチル基転移酵素は同じ素材を味わいの異なる種々の料理に味付けする調味料のような役割を果たしています。
このように DNA はデオキシリボヌクレオシドの 3 位と 5 位の水酸基がりん酸エステル
を介して種々の組み合わせで次々に 102~1012 個ほど長く鎖状に結合した物質で、1 位に結合したアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基の並び方により生物の誕生以来の 38 億年の進化の過程や歴史や経験や生命活動に必要なすべての情報が記録されています。これらの核酸塩基のうちでアデニンはウラシルを、チミンはアデニンを 2 本の水素結合で選びますし、グアニンはシトシンを、シトシンはグアニンを 3 本の水素結合で確実に選びますから、ウラシルとアデニンとシトシンとグアニンをそれぞれリボースの 1位に結合したリボヌクレオシドを厳しく選好みして並べます。情報を持つ DNA の配列に対応して並んだリボヌクレオシドがりん酸エステルを介して鎖状に結ばれて形成されるRNA に情報が正確に伝達されます。生体内で種々の反応を触媒し活性化している多くの酵
素がアデニンの部分構造を持っていますから、RNA のチミン部分が酵素を 2 本の水素結合で選び情報を伝達します。情報を受けた酵素が働いて細胞内で種々の反応を進行させて生命活動を維持しています。生活環境の変化に対して極めて安定な性質を持つ DNA の持つ膨大な情報を水素結合という確実な相互作用を利用して RNA を介して酵素まで適宜伝達しています。
DNA の鎖上に配列したアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基は
DNA の情報を表す表音文字の働きをしていますが、それらの核酸塩基とそれぞれ一義的に水素結合するウラシルとシトシンとグアニンとアデニンの 4 種の核酸塩基にリボースの結合したリボヌクレオチドは差し詰め DNA の情報を複写するための活字に相当します。
ウラシルとシトシンとグアニンとアデニンの 4 種の核酸塩基の結合したリボヌクレオチド
はそれぞれ DNA のアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基の活字の役割を果たします。リボヌクレオチドが DNA に接近して DNA の情報を表記した 4 種の核酸
塩基の配列を忠実に映し出すように並び、リボースの 3 位と 5 位の水酸基がりん酸と縮合して長く連なった鎖状のリボースりん酸エステルの骨格を持つ RNA は DNA の情報を写したリボヌクレオチドの活字を拾って作り上げた組版に相当します。この組版を使って活版印刷すれば DNA の情報が誤字も脱字もなく確実に複写印刷されます。

98

6. 厖大な情報の整理と記録は表音文字で厖大な情報の整理と記録は表音文字で豊かな食べ物の供給にかかわる情報を集団で共有することは生存競争に打ち勝ち種の保存をすることに大きく貢献しますから、蟻も四十雀も多くの哺乳類も群れの中でそれらの情報を互いに伝達する独自の機構を持っています。人類は幸い非常に多くの音を微妙に発することができますから、この音を組み合わせた言葉で多くの情報を伝達しています。
小さな家族の中だけであればわずかな言葉と身振り手振りで情報の伝達ができますが、多くの家族が集合した民族や社会では、互いに共通な意味を持つ多くの言葉が必要になります。現代社会では日常生活に必要な最小限の言葉として約 60000 語が必要とされ、専門用語など非常に特殊な言葉や新しい外来語を含めて約 300000 語の言葉が情報交換に用いられています。
文明の発展とともに自然に発祥し進化してきた言葉は人間が識別できる約 70 種類の音の組み合わせで伝達されていますが、この音は時々刻々変化する空気の振動ですから、瞬時に消えてしまい、それらの情報は相手の記憶としてしか残りません。記憶は時間の経過とともに風化し、正確さを欠き、死とともに完全に消滅してしまいますから、生存競争に打ち勝ち種の保存をすることに大きく貢献する貴重な情報を集団で共有し蓄積することが困難です。これらの貴重な情報の共有と蓄積のために言葉を絵として残す方法がすべての人に容易に理解できる共通の情報として生まれてきました。しかし詳細な絵は正確に内容を伝達できますが書き残すために膨大な時間と労力を要します。そのため、多少の約束事の上に絵を簡略化した象形文字が世界各地の文明に発展してきました。
中国では情報を集団で共有し蓄積するために生まれた象形文字がさらに確たる意味を持つ表意文字として簡略化されて中国文明の基盤となる漢字に発展しました。1716 年には清の康熙帝の命により康煕字典が木偏や金偏など 214 部首に分けて 47035 字の収録された漢字辞典として纏められました。漢字は基本的な性質や動きを示す偏とその音や性質を補助する旁で構成されていますから、記憶にない文字に出会った場合でも偏からおおよその性質を推量できますし、多くの場合に旁から発音することができ話し言葉と結び付きます。
しかも、漢字は個々の文字がそれぞれ固有の音と意味を持っていますから、その漢字を見るだけで音と意味を同時に理解することができ、限られた文字数で大量の情報を迅速に伝達することができます。しかし、最も基本的な約 5000 字の文字を記憶しなければ日常生活に必要な情報の交換ができませんから、これらの漢字を記憶することが初等教育の段階においてかなりの負担になります。さらに、新しい概念やほかの文明からの外来の概念を表す文字に対して個々に対応する新しい文字を作らなければなりませんから、文明の発展とともに文字の種類が飛躍的に増加してしまい、文字の画数が増えて複雑になります。
世界には意味を持たない音だけを表す多くの表音文字があります。朝鮮半島や日本は漢字を基本の文字として用い、必要に応じて独自に発明したハングルや仮名文字などの表音文字を併用する情報伝達の手段を確立しました。中東各国ではアラビア文字を、欧州全99

域では英語やフランス語やドイツ語などにアルファベットを主体とした表音文字として情報伝達の手段に広く用いています。アルファベットを主体とする言語では、複数の表音文字を組み合わせて 100 未満の音を表現していますから、ウムラウト（̈）やアクサングラーヴ（` ）などを含めても約 30 種の表音文字を習得すれば、話し言葉を文字で記録することができます。しかし、「カネオクレタノム」という電報文を「金を送れ頼む」とは理解せずに、「金を呉れたから飲む」と誤解する落語の小咄があるように、表音文字は区切り方により意味が全く異なってしまう場合が起こります。表音文字のこの欠点を避けるためにアルファベットやハングルやアラビア語を用いる言語ではそれぞれの語句の間に僅かな空白を入れて挟み込んで区切り方の間違えを避けるようにしています。
表意文字と表音文字の特徴を比較するとき、表意文字は個々に音と意味をもっていますから限られた文字数で大量の情報を迅速に伝達できますが、表音文字は意味を含みませんから情報の伝達に要する文字数が多く、しかもギナタ読みを避けるために語句の間に空白を要しますから、限られた文字数で伝えられる情報量が少なくなります。言葉は 100 未
満の音の組合せですから表音文字は発音できる言葉であれば、その音に対応する表音文字を連ねることにより無限の数の言葉を記録することができますから、新しい概念を持つ言
葉でも外来語でも文字として支障なく表現することができます。さらに、ローマ字により仮名文字がアルファベットに変換できるように、ある表音文字がほかの表音文字に機械的に変換できます。これに対してが、表意文字は新しい言葉に新しい文字を用意しなければなりませんから、限られた数の言葉しか新たに記録できません。
古くから知られていた炭素と硫黄と金と銀などの元素にはそれぞれ名前がついていましたが、19 世紀までに新たに単離された多くの元素はそれぞれ単離に成功した研究者が独自に呼び名を付けていました。新しい元素の発見が競争になりましたから、別の研究者が同じ陽子数を持つ元素をほぼ同時に発見しそれぞれ異なる呼び名を付けることも起こりました。19 世紀になりますと欧州各地に錬金術の技術や知識が蓄積されて化学と呼ばれる学問が形成され、約 50 種の元素が単離され性質が明らかにされたばかりでなく、多くの物
質が単離されて化合物の概念が確立され性質が明らかにされました。Berzelius は金や炭素などの古くから生活に密着していた元素は名前を変更することが困難で各国の事情に即した名前を用いましたが、19 世紀になって新たに単離され性質の明らかになった多くの元素の情報を混乱なく共有できるように、欧州の各国語の基本となるラテン語で元素の性質を表した元素名とアルファベット１～2 文字の元素記号を提案しました。欧州の国々の言語や朝鮮半島のハングルや日本語は表音文字で元素名を記載できますからこの提案に沿って元素名が用いられるようになりました。表意文字だけを使う中国では表 2-3 に掲げたように約 100 種類の元素に対して大まかな性質を示す気構えや石偏や金偏などの漢字を新たに作り元素名に対応しました。
化学は錬金術から発展し、その過程で技術や知識が蓄積されてきましたが、特に万物の性質や機能の出現の基礎となる化合物の性質を分析し結果を集積してきましたので、原100

子の結び付きの違いにより異なる性質や機能を示す 5000 万種類以上の化合物が現在までに全世界で調べられています。これらの化合物を識別し、整理し、その情報を利用可能にするためには全世界で共通の化合物名を付けなければなりませんから、1919 年に設立された国際純正・応用化学連合（IUPAC）に世界中の化学者が集まり知恵を出し合って、国際的に統一された化合物の戸籍を作るこの大問題の解決に立ち向かいました。膨大な数の化合物の名前と元素組成と主だった性質を重複することなく整理するためには電子計算機などの助けを借りなければなりませんから、用いられる文字が広く用いられている表音文字のアルファベットと算用数字とカンマやハイフォンなどの記号に限られます。纏められた命名法の規則集は膨大なもので、その骨子は性質に大きな影響を与える原子や原子団（官能基）の種類と数を表音文字の英数字で表すもので、欧米語の語源と思われるギリシャ語の数詞をもとに数を示す表現を作り、性質に大きな影響を与える官能基を表す接尾語をつけて化合物名にしました。
アメリカの NIST が化学に関する知見や情報を収集する目的で、世界中の多くの刊行物に掲載されている化学に関係のある論文や特許や著書などの題名や著者名や所属や出典や概要やキーワードとともにその中に記載されている化合物の名前と元素組成と通し番号を収録した CA と呼ばれる資料集の作成を 1907 年に始めました。その後この業務はアメリカ
化学会に所属する CAS に移管され世界各国の協力のもとに約 10000 種の刊行物を対象とす
る国際的な唯一の化学に関する資料集に成長しました。現在では辞書に用いられる非常に薄い紙に細字の英語で記載された大判の刊行物の厚さが毎年数メートルに及ぶような膨大な資料集になっています。この資料集は非常に膨大ですが、著者名とキーワードと化合物の名前とその元素組成による索引が用意されており、近年は種々の電子機器で直接検索や閲覧も可能になっています。収録されている化合物がほぼ IUPAC の規則に則って命名されていますから、世界中の化学者はこの資料集を検索することにより化合物を重複することなく認識することができ、発見や発明の新規性なども調べることができます。
1840 年代に S.Morse は金属の電線を通して長時間電流を流す信号（－）と短時間電流を流す信号（・）の長短 2 種の信号を組み合わせて送信し、遠方でその電流を音や光に変えたり印字したりして 2 種の信号を受信し、表 3-3 に示すモールス信号の約束に従い翻訳解読する方法で文章を送受信しました。このモールス信号は長短 2 種だけの表音文字で表す言葉と考えることができます。モールス信号を用いる送受信は電線を通して電流を流す
方法の他に、地球の裏側まで届く無線電波を用いる方法や光で送信した信号を近距離の人が直接見て受信する方法などにまで拡張されて、20 世後半まで実際に利用されてきました。
モールス信号による情報伝達方法と同じように、電子計算機も電場の⊕と⊖あるいは
磁場の N と S のように 2 種だけの表音文字で表す言語と考えることのできる信号の組合せ
で種々の情報を伝達したり演算したり記憶したりしていますが、それぞれの信号の長さが一定時間のため信号の区切りが難しいので、1 つの情報に対して常に一定の個数の信号を割れ当てています。現在の簡易型の電子計算機やスマートフォンでも 1 つの情報に対して101

64 個の信号を 1 組として割り当てるように改良されていますから、1 組には文字や色や音などを表す 264＝18446744073709551616 通りの中の 1 通りの情報を持つことができます。
トランジスターやダイオードや液晶ディプレイなどの発達により電流の点滅や電場の正負の切り替えが電流や電磁波の極めて微弱な変化で瞬時にできますから、2 種だけの表音文字で表す複雑な情報の処理が可能になり電子計算機が発達しました。現在では、簡易型電子計算機が多くの家庭に入ってきて、インターネットの通信やデジタルカメラの映像処理まで広く用いられるようになっています。さらに、スマートフォンが世界中の大多数の人の掌中に常にあり、知人友人との情報交換や広く流布しているニュースや噂の送受信ばかりでなく、身分証明や商取引の決済や新聞書籍の購読や音楽の聴取や各種の知識と情報の取得などにおいて日常生活に欠くことのできない情報の受信と発信を担っています。
厳しい天変地異と弱肉強食の環境の中で生命活動を維持し種の保存をするためには生物は非常に短時間に周囲の情報を集めて整理し、適切な対応を判断して即座に行動しなけ
ればなりませんが、膨大な情報の記憶と伝達をする DNA と RNA の機構は複雑で比較的に長い時間を要しますから間に合いません。人間の身体は筋肉細胞や脳細胞や神経細胞や内臓細胞など種々の機能を持つ細胞が集合して構成されていますが、それらの個々の細胞は約 1ng（10－9g）の極めて小さな物質で種々の化学物質を含んでいます。それらの化学物質の中で長い炭化水素の鎖を持つ脂肪酸とりん酸のグリセリンエステルはりん脂質と呼ばれ、界面活性剤の性質を示すために安定な 2 重膜を形成しますから、細胞が約 70％の水を含んでいるにもかかわらず化学物質を包み込む細胞膜として働きます。この細胞膜によりフラスコのような独立した閉鎖系の反応場が形作られますから、細胞の中では種々の化学反応が確実に速やかに進行し人間の生命活動を維持しています。このように細胞膜で隔絶され、かなり独立している膨大な数の細胞が集合していますから、細胞の間に相互に連携する情報網とエネルギー源などの物質輸送網が存在して 1 個の生物を構成しています。
この細胞膜を構成するりん脂質の 2 重膜の 2 枚の膜に挟まれた内部は脂肪酸の炭化水
素の長い鎖の部分が並んでいますから、水やイオンなどと親和性が小さく、水に溶けた
種々のイオンが膜の内外を自由に通り抜け難くなっています。そのため平常の状態の細胞は Na∔や K∔や Cl－などのイオンの濃度が細胞膜を境にして内外で異なっていますから、膜を挟んでその膜の間に電位差を生じます。実際、平常の状態にある細胞の内側に比べて外側の電位が正に高い約-70mV の静止膜電位差に保たれるように Na∔/K∔ATP アーゼに ATP が適宜作用して、膜の外で Na∔の濃度が高く K∔の濃度が低くなり平衡状態に達しています。
平常の状態の五感などの細胞が味や匂いや光や音などの刺激を受けますと、細胞膜に挟み込まれているナトリウムチャンネルと呼ばれる電位の変化に感応する酵素が興奮して外側に存在する Na∔を細胞内に取り込みます。この Na∔の流入により内外の電位は 0.01 秒以下の極めて短時間に逆転して膜電位差が約∔40mV に達しますとナトリウムチャンネルを通過する Na∔の流入は止まります。内部の電位が高い興奮した細胞の周囲には当然陰イオンが引き付けられますから、その外側に正の電荷をもつ陽イオンが取り残されて正電荷の帯が102

生じます。この正電荷による電位の変化により近傍の神経細胞のナトリウムチャンネルが刺激されて活動電位の状態になりますから、この膜電位の正と負の 2 種の表音文字による伝搬が繰り返されて非常に短時間に最初の刺激の情報は多くの神経細胞を経由して伝達されてゆきます。
このようにして多くの五感の細胞が受けた種々の刺激の情報が神経細胞を通して大脳皮質の脳細胞に伝達され、各五感からの情報がそれぞれ整理されます。大脳皮質で整理された情報は大脳基底核に集約され、演算されて、種々の判断がなされて脳細胞に記憶したり、再び神経細胞を通して末端の細胞に情報が伝達されます。この膜電位の正と負の 2 種の表音文字による極めて複雑な情報網を通して多くの情報が昼夜を問わず常時行き交い、
結果として末端細胞からの情報を演算し最も合理的な回答となる情報が神経細胞を通して末端細胞に戻されます。これらの合理的な回答が情報や命令として脳や脊髄から神経細胞を通して伝達されますと、末端にある筋肉細胞は電位の変化に感応して筋肉細胞が収縮しますから、筋肉が全体として運動を起こします。五感の細胞で発信した情報が神経細胞を通して脳に伝達され、脳で情報処理されて再び神経細胞を通して末端の筋肉まで送り返されて、筋肉細胞が行動を起こすまでの時間は約 0.1 秒程度ですから、光や電波などの電磁波や電流の伝搬速度には及びませんが、この電位差の変化による情報の伝達速度は極めて速いと思われます。この迅速な情報の伝達方法により、生物は非常に短時間に周囲の情報を集めて整理し、適切な対応を判断して即座に行動して、厳しい天変地異と弱肉強食の環境の中で生命活動を維持し種の保存をしています。
細胞の中にある DNA には細胞分裂の仕方やタンパク質の合成の仕方やブドウ糖を分解してエネルギーを産み出す反応の仕方など、生命活動の維持や種の保存などに必要な生体内のすべての反応を指令する情報が記憶されています。生物の進化の過程や生命活動に必要なすべての膨大な情報を収納する役割を果たしているこの DNA は急激な環境の変化や外的な障害からの記憶情報を安全に保存する沢山の配慮がなされており、情報を水素結合という確実な相互作用を利用して RNA を介して酵素まで適宜伝達するこの方法は、比較的に長い時間と多くの物質を要するものですが誤作動が少なく極めて確実な伝達方法です。
生物が誕生した約 38 億年前の地球上にはシアン化水素（HCN）が相当量存在しました
し、このシアン化水素の 5 分子は容易に重合してアデニンを形成しますから、原始地球の海にはかなりのアデニンが溶けていたと考えられています。さらに、このアデニンに水やアンモニアが作用しますとグアニンが容易に生成します。このアデニンとグアニンはベンゼンやナフタレンなどと類似の構造を持っていますから、熱や光などの影響を受け難いた
め急激な環境の変化にも比較的安定に存在します。その上、構成する原子の位置が 3 次元
的に固定されている堅牢な平面構造のアデニンとグアニンには水素結合の可能な複数の窒素原子や酸素原子が含まれていますから、チミンやシトシンやウラシルと複数の水素結合により排他的に分子間で相互作用します。これらのアデニンとグアニンとチミンとシトシ
ンとウラシルの 5 種の化合物は核酸塩基と呼ばれ、DNA はウラシルを除く 4 種の核酸塩基103

と 5 炭糖の一種のデオキシリボースの結合したデオキシリボヌクレオシドがりん酸エステ
ルを介して長く鎖状に 102~1012 個ほど結合した物質です。この長い鎖状に連なったデオキ
シリボースりん酸エステルに結合している 4 種の核酸塩基の配列の仕方により、その細胞の進化の過程や生命活動に必要なすべての情報を記憶しています。
DNA のアデニンとグアニンは相手となる分子を厳しく選好みして極めて限られたチミ
ンとウラシルとシトシンしか選びませんが、選んだ相手とは確実に強く水素結合します。
リボースがウラシルとシトシンとグアニンとアデニンの 4 種の核酸塩基とグリコシド結合
したリボヌクレオシドが DNA に接近しますと、それらのリボヌクレオシドの核酸塩基がDNA の鎖上に配列したアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基とそれぞれ一義的に水素結合により相互作用しますから、DNA の核酸塩基の並び方に対応するように 4 種のリボヌクレオシドが並びます。さらに、このように並んだリボヌクレオシドがりん酸エステル結合により重合した長い鎖状の RNA は元になる DNA の情報を正確に読み出してきますから、種々の酵素はこの RNA から情報を受け取って種々の化学反応を進行させます。
DNA の鎖上に配列したアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基は
DNA の情報を記録する表音文字の働きをしていますが、それらの核酸塩基とそれぞれ一義的に水素結合するウラシルとシトシンとグアニンとアデニンの 4 種の核酸塩基にリボースの結合したリボヌクレオシドは DNA の情報を複写するための活字に相当します。ウラシルとシトシンとグアニンとアデニンの 4 種の核酸塩基の結合したリボヌクレオシドはそ
れぞれ DNA のアデニンとグアニンとシトシンとチミンの 4 種の核酸塩基の活字の役割を果たします。リボヌクレオシドが DNA に接近して DNA の情報を表記した 4 種の核酸塩基の配列を忠実に映し出すように並び、リボースの 3 位と 5 位の水酸基がりん酸と縮合して長く連なった鎖状のリボースりん酸エステルの骨格を持つ RNA は DNA の情報を写したリ
ボヌクレオチドの活字を拾って作り上げた組版に相当します。この組版を使って活版印刷
すれば DNA の情報が誤字も脱字もなく確実に複写印刷されます。
両性から生まれた単細胞が分裂して増殖する初期の段階には、生命活動の維持に必要な役割を分業化することなく、DNA は同じ核酸塩基の並び方を持つ DNA を常に転写して新しい細胞に用意しますから、1 つの生物個体の中では全ての細胞が全く同じ情報を持つ
DNA を 1 個ずつ持つことになりますが、成長に伴って次第に各細胞の分担する役割に分業化が進みます。Bianconi の見積もりによりますと人間の身体は構成している 3.72x1013 個の細胞はこのような細胞分裂により全て同じ配列を持つ DNA を持っていますから、本来全ての細胞は全く同じ性質や機能を示すと考えられます。しかし、DNA の配列を変化させることなく一部の核酸塩基のメチル化反応などの化学変化により DNA の必要な情報のみ
が RNA に読み出されるように細胞を変性し、各細胞がそれぞれ筋肉細胞や脳細胞や神経細胞や内臓細胞など種々の機能を持つように特化して、進化した生物は生命活動の維持に必要な役割を分業化した非常に複雑な組織形態を形作っています。生活環境の変化に対し
104

て極めて安定な性質を持つ DNA の持つ膨大な情報を水素結合という確実な相互作用を利用して RNA を介して酵素まで適宜伝達するこの方法は、比較的に長い時間と多くの物質を要するものですが誤作動が少なく極めて確実な伝達方法です。
人間が識別できる約 70 種類の音の組み合わせた言葉で情報を伝達していますが、その情報は伝達すると同時に消滅してしまいますから、貴重な情報の共有と蓄積のために言葉を絵や文字として書き残すようになりました。文字には象形文字と表意文字と表音文字がありそれぞれ長所と短所を持っていますが、現代の日本では漢字と仮名と絵文字の 3 種の文字を幸い併用して情報を交換しています。しかし、文明の進化とともに交流が激しく情報が複雑になり新しい概念を持つ言葉や外来語を表現するためには、表意文字では対応が難しく表音文字がより適しています。電子計算機や神経組織や DNA の機構はいずれも独自の表音文字を用いていますが、種々の表音文字は相互変換が容易ですから、近い将来には神経と脳の機構や DNA の情報の解析なども表音文字の相互翻訳により進展するものと思われます。本書では情報の伝達のための種々の文字を化学の観点から捉えてみましたが、これらの観方が何か一つでも化学の研究や教育の上で参考になれば良いと思っております。
また、情報の整理の仕方やその伝達の仕方などの特徴を比較することが幸せな人生を考える上で助けになり、多くの化学的な技術や知識の発展の助けにまでなれば、本書はさらなる意義を持つことになると思われます。本書が幸せな人生を考えるための基礎知識を深める上で貢献できればよいと思っています。

105

索引

あ
RNA.... 63, 84, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98,
102, 103, 104うWilkins ...................................................... 86
Webster ....................................................... 6

Einstein ............................................... 18, 55

渦巻銀河..................................................... 79

アセチル補酵素 .............................. 58, 92, 93

宇田川榕菴 ........................................... 26, 27

圧力 ...................................................... 52, 61

宇宙線 ........................................................ 78

アデニン ... 54, 80, 81, 82, 84, 85, 86, 90, 91,

旨い ................................................ 54, 55, 63

93, 96, 98, 103, 104

旨味 ............................................................ 54

アドレナリン ........................................ 65, 66

ウラシル. 82, 83, 85, 90, 91, 93, 98, 103, 104

アニリン ......................................... 80, 84, 85

運動エネルギー .................. 43, 55, 61, 75, 76

Avogadro .................................................... 19

えアボガドロ数 .............................................. 62
アミノ酸 ..................................................... 54
アミン ......................................................... 38
アルカリ金属 ............................29, 30, 31, 41
アルカリ土金属 .......................................... 41
アルコール............................................ 38, 39
アルファベット .....13, 15, 16, 19, 21, 22, 37,
39, 49, 100, 101
アンモニア.................................................. 67

ATP ............................ 64, 65, 83, 92, 93, 102
ADP ......................................... 64, 83, 93, 94
液晶 ...................................................... 50, 51
エステル............................................... 38, 58
エタノール ........................................... 39, 73
エタン ............................................ 67, 68, 69
NADP .................................................. 92, 93
NADPH ......................................... 92, 93, 94
ｎ型半導体 ............................... 45, 46, 47, 48

いエネルギー障壁 .......................................... 34

イオン .................................20, 29, 31, 46, 63

エノール..................................................... 84

イオン化ポテンシャル ................... 29, 30, 31

FAD ..................................................... 92, 93

イオン結合...................................... 31, 72, 74

エミッタ..................................................... 48

イオン濃度.................................................. 64

絵文字 ................................................ 11, 105

異性化反応............................................ 34, 57

炎症反応..................................................... 21

異性体 ......................................................... 35

エンタルピー ............................................. 75

イノシン酸............................................ 54, 82

おイミダゾール .............................................. 80
陰イオン ...................................30, 31, 35, 72
インターネット .......................................... 51

黄銅 ...................................................... 17, 43
Ohm ........................................................... 44
オプシン......................................... 57, 58, 60

106

オレイン酸.................................................. 39

希ガス元素 ........................................... 30, 31

Oró ............................................................. 81

貴金属 .................................................. 42, 44

温度計 ......................................................... 54

気体定数..................................................... 64

温度係数 ............................................... 43, 44

基底状態................................... 31, 41, 56, 57

音読み ......................................................... 14

ギナタ読み ............................. 15, 25, 29, 100

か木偏 ...................................................... 11, 12
嗅覚 .......................................... 52, 61, 62, 63

外殻電子 ...................................18, 30, 41, 42
回転異性化................................34, 55, 57, 58
核酸塩基 ... 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90,
91, 94, 95, 97, 98, 103, 104
覚醒剤 ......................................................... 65
核融合反応............................................ 78, 79
化合物 . 21, 26, 33, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 56,
58, 59, 68, 70, 82, 89, 100, 101

吸収 .................................... 35, 56, 57, 58, 60
共鳴 ...................................................... 68, 69
共鳴安定............................................... 69, 70
共鳴エネルギー ............ 68, 69, 70, 80, 81, 82
共役 ................................................ 58, 68, 69
共有結合................. 32, 33, 35, 56, 71, 72, 74
金属結合................................... 41, 42, 45, 74
筋肉細胞................. 63, 65, 66, 102, 103, 104

可視光線 ............................................... 56, 61

く加水分解 ..................................................... 58
ガスクロマトグラフィー ............................ 63

グアニン.. 82, 84, 85, 86, 90, 91, 96, 98, 103,

カタカナ ...................................14, 15, 25, 39

104

活字 ............................12, 13, 16, 91, 98, 104

Gutenberg ................................................. 16

活字印刷 ............................................... 12, 13

Coulomb .................................................... 18

活字合金 ..................................................... 16

クーロン力 ........................................... 29, 41

活性化自由エネルギー ............................... 19

くの字型..................................................... 74

活動電位 ............................................. 65, 103

組版 ........................................ 16, 92, 98, 104

活版印刷 .................................16, 92, 98, 104

組版印刷..................................................... 16

価電子帯 ..................................................... 41

Crick .......................................................... 86

仮名文字 ...........................15, 28, 29, 99, 100

訓読み .................................................. 14, 25カルボン酸............................................ 38, 39

けカロチン ............................................... 59, 60
カロチン類............................................ 59, 60
渇き ............................................................ 54
感度 ....................................54, 55, 61, 62, 63
官能基 ........................................... 37, 38, 101

けい素 ............................................ 43, 45, 50
Kekőle ....................................................... 69
結合エネルギー 32, 33, 41, 42, 56, 67, 69, 74
結合距離................................... 32, 57, 69, 74
結合性軌道 ................................................. 41

き

結合モーメント.................................... 73, 74

気化 ................................................ 61, 62, 75

ケトン .................................................. 38, 84

幾何異性体...................................... 35, 57, 58

CA ................................................ 39, 40, 101107

ゲラニオール .............................................. 58

味覚 ............................................................ 54

ゲラニルピロりん酸 ............................. 58, 59

σ結合 .......................... 33, 34, 56, 67, 69, 70

ゲルマニウム ........................................ 43, 45

脂質 ............................................................ 63

原子 ..............................29, 42, 44, 45, 46, 47

cis ............................................. 35, 57, 58, 60

原子核 .............. 18, 19, 29, 31, 32, 41, 70, 71

指数関数..................................................... 50

原子模型 ..................................................... 18

質量 .......................................... 18, 19, 29, 61

減数分裂 ............................................... 95, 97

質量数 ........................................................ 19

元素 ............................................................ 45

質量分析計 ................................................. 63

元素記号 ........ 19, 20, 21, 22, 26, 37, 78, 100

シトシン.... 82, 83, 84, 85, 86, 90, 91, 96, 98,
103, 104こ

脂肪 ............................................................ 54
康煕字典 .......................11, 12, 13, 23, 37, 99
香水 ............................................................ 63
五感 ...................................................... 52, 62
五行思想 ..................................................... 16
黒鉛 ............................................................ 70
胡椒 ............................................................ 61
古典力学 ..................................................... 18
コレクタ ..................................................... 48
コンスタンタン .................................... 43, 44

さ
最外殻電子.................................................. 31
細胞膜 .....................................64, 66, 96, 102

脂肪酸 .................................................. 37, 39
清水卯三郎 ................................................. 28
ジメチルアリルピロりん酸.................. 58, 59
Chargaff .................................................... 86
周期表 ................................ 19, 20, 26, 45, 48
自由電子............................................... 41, 42
主鎖 ........................ 86, 87, 88, 89, 94, 95, 97
種の保存....................................................... 4
主量子数................................... 18, 29, 30, 31
Schrödinger ............................................... 18
象形文字..................... 11, 12, 13, 28, 99, 105
情報伝達.... 5, 8, 9, 15, 21, 23, 49, 63, 66, 83,
96, 99, 101

酢酸 ...................................................... 37, 67
酸化 ............................................................ 73
三行思想 ............................................... 17, 20
3 重結合 ...................................................... 33
酸素原子 ............................................... 32, 74
3 態 ....................................................... 75, 76
酸味 ............................................................ 54

Jones.......................................................... 74
触媒 ............................................................ 68
食欲 ............................................................ 54
助詞 .............................................. 7, 8, 13, 25
触覚 .................................... 52, 53, 54, 61, 62
神経細胞.... 52, 53, 54, 62, 63, 65, 66, 83, 96,
102, 103, 104

しシアン化水素 ..........................79, 81, 82, 103

真鍮 ............................................................ 17
振動数 ........................................................ 55

四塩化炭素............................................ 73, 74

す紫外線 ................................................... 56, 57
視覚 ..........................................52, 55, 62, 63

水酸基 ........................................................ 39
水素化熱............................................... 68, 69108水素結合 ... 71, 74, 77, 78, 80, 82, 84, 85, 86,
87, 88, 90, 91, 93, 98, 103, 104, 105

高峰譲吉............................................... 65, 66
多田愈 .................................................. 25, 28

水素原子 ................ 19, 32, 67, 71, 72, 73, 74

炭化水素 ........................................ 37, 38, 39

水素陽イオン .............................................. 72

単結合 .......................... 33, 56, 58, 60, 68, 69

スカトール............................................ 62, 63

炭水化物............................................... 54, 63

スクワレン.................................................. 59

炭素＝炭素 2 重結合 ............................ 67, 69

スチルベン............................................ 35, 57

タンパク質 ................................................. 63

ステアリン酸 .............................................. 39

蛋白質 ........................................ 8, 54, 57, 61

ステンレス............................................ 43, 44

せち
チミン 82, 83, 84, 85, 86, 90, 91, 96, 98, 103,

正孔 ................................................ 46, 47, 48

104

正 4 面体構造 .............................................. 73

中性子 ................................ 17, 19, 20, 29, 41

静電的斥力.................................................. 19

聴覚 .......................................... 52, 55, 62, 63

静電的な引力 ... 18, 31, 32, 35, 71, 74, 77, 78

調香師 ........................................................ 63

青銅 ............................................................ 43

つ

舎密開宗 ......................................... 26, 27, 28
整流作用 ..................................................... 47

旁. ............................................ 11, 12, 23, 99てセスキテルペン類 ....................................... 59
セリン ......................................................... 39

DNA .... 63, 67, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89,

遷移金属 ............................................... 19, 41

90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 102,

染色体 ...........................88, 89, 92, 94, 95, 97

そ双極子モーメント ........................... 72, 73, 74

103, 104, 105
DNA メチル基転移酵素 ................. 96, 97, 98
デオキシリボース . 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88,
89, 90, 94, 104

相互作用 ..................................................... 46
層状 ............................................................ 18
遭難信号 ..................................................... 49

デオキシリボ核酸 ...................................... 67
デオキシリボヌクレオシド..... 82, 84, 87, 88,
90, 96, 104

増幅 ............................................................ 48
測定機器 ..................................................... 63
速度 ............................................................ 62

デジタルカメラ .......................................... 51
テルペン類 ..................................... 58, 59, 60
電荷 .................................... 31, 70, 71, 72, 74

た

電荷の偏り ......................... 70, 71, 72, 74, 76

ターピネオール .......................................... 58

電気陰性度 ................................................. 74

ダイオード..................46, 47, 48, 50, 51, 102

電気抵抗............................................... 42, 43

大脳皮質 .. 52, 53, 54, 55, 57, 61, 62, 65, 103

電気抵抗率 ........................................... 42, 43

ダイヤモンド .............................................. 45

電子 ..... 17, 19, 20, 29, 31, 32, 34, 35, 41, 69,

109

ね

70, 71, 72, 74
電子計算機...................................... 50, 51, 67
電子親和力............................................ 30, 31

熱量 ............................................................ 44
Nernst ....................................................... 64

電子線 ......................................................... 54の電子の偏り...................................... 71, 72, 73
電磁波 .......... 50, 51, 55, 66, 78, 79, 102, 103

脳細胞 .................................. 63, 65, 102, 104

電導性 .......................................42, 45, 48, 70

狼煙 ............................................................ 48

伝導帯 ......................................................... 41

はでんぷん ..................................................... 54
配位結合............................. 32, 35, 36, 77, 78とπ結合 .............. 33, 34, 56, 57, 58, 67, 69, 70

同位元素 ..................................................... 19配座異性体 ........................................... 84, 87

毒性 ............................................................ 54

π電子 ............................................ 34, 69, 70

トランジスター ................47, 48, 50, 51, 102

ハロゲン元素 ....................................... 30, 31

trans .........................................35, 57, 58, 60

ハングル.... 13, 15, 22, 23, 24, 25, 28, 39, 99,

トリテルペン類 .......................................... 59

な100
反結合性軌道 ............................................. 41
半減期 .................................................. 19, 22

Na∔/K∔ATP アーゼ........................ 64, 65, 102
ナトリウムチャンネル ................. 64, 65, 102

バンド ........................................................ 41
反応熱 ........................................................ 68に苦味 ............................................................ 54
ニクロム ............................................... 43, 44
二酸化炭素....... 54, 58, 61, 73, 74, 83, 92, 93
西山千 ........................................................... 92 重結合 33, 34, 35, 56, 57, 58, 60, 67, 68, 69
2 重螺旋 ........................85, 86, 87, 88, 89, 92
2 進法 .................................................... 50, 67
ニホニウム............................................ 19, 22
Newton ................................................. 18, 55
2 量体 .......................................................... 77

ひBianconi ............................................ 63, 104
ｐ型半導体 ..................................... 46, 47, 48

pKa ............................................................ 77
ビール ........................................................ 54
光異性化反応 ....................................... 57, 58
光通信 ........................................................ 49
ヒストン............................................... 89, 92
ヒストンアセチル基転移酵素 .................... 92
ビタミン A ........................................... 60, 61
表意文字.... 11, 12, 13, 14, 15, 16, 23, 25, 28,

ぬヌクレオシド .. 81, 82, 84, 86, 87, 88, 91, 92,

37, 39, 51, 99, 100, 105
表音文字.... 13, 14, 15, 16, 22, 25, 28, 37, 39,
40, 41, 51, 52, 65, 66, 67, 83, 85, 90, 91,

98, 104

98, 99, 100, 101, 103, 104, 105

ヌクレオチド ............................81, 82, 83, 98

ひらがな................................... 14, 15, 25, 29

110ピリジン ..................................................... 80

芳香族複素環化合物 ............................ 80, 81

ピリミジン................................80, 83, 85, 89

Volta .......................................................... 49

ピロール ..................................................... 80

ボルタの電池 ............................................. 49

ふまファラデー定数 .......................................... 64

マイクロ波 ................................................. 79

ファルネシルピロりん酸 ...................... 58, 59

膜電位 ............................ 64, 66, 96, 102, 103

van der Waals 力 ....................................... 74

万葉仮名............................................... 14, 25

フェノール...................................... 73, 82, 85

みフォトン ..................................................... 55
付加反応 ..................................................... 67
副鎖 ....................... 86, 87, 88, 89, 94, 95, 97

味覚 .................................... 52, 54, 55, 62, 63
密度 ............................................................ 52

む

副腎髄質 ..................................................... 65
沸点 ....................................35, 75, 76, 77, 78

無線通信..................................................... 49

ブドウ糖 ............................................... 54, 58

め

腐敗 ............................................................ 54
Plank .................................................... 18, 55

命名法 ............................................ 38, 39, 40

プリン .. 17, 54, 78, 80, 81, 82, 84, 85, 89, 90

メタン ........................................................ 73

分子 ................................................ 29, 54, 61

メチルシトシン .......................................... 96

分子間力 ............................................... 43, 74

メバロン酸 ................................................. 58

分子双極子モーメント ......................... 73, 74

Менделе́ев ..................... 19, 20, 26

分子の数 ............................................... 72, 73

も分子量 .................... 36, 42, 45, 62, 75, 76, 77
網膜 .......................................... 55, 57, 60, 61

へ

P.M.Morse ................................................. 32

平面構造 .....................80, 81, 82, 84, 85, 103

S.Morse ............................................. 49, 101

ベース ......................................................... 48

モールス信号 ......................... 49, 50, 51, 101

Hepburn ..................................................... 16

モノテルペン類 .......................................... 58

Berzelius ..........................21, 22, 26, 28, 100

ゆHertz .......................................................... 49
偏. .....................................11, 12, 23, 99, 100
ベンゼン .. 35, 57, 67, 68, 69, 70, 79, 80, 103

有線電信..................................................... 49
誘電率 ........................................................ 18
IUPAC ............................. 22, 38, 39, 40, 101

ほよBohr ........................................................... 18
芳香族化合物 ........................................ 70, 80
芳香族性 .............................70, 80, 82, 84, 85

陽イオン............................. 29, 31, 35, 71, 72
陽子 ........................ 17, 19, 20, 29, 30, 41, 70
四行思想............................................... 17, 20

111

れ

四大元素説.................................................. 17

ら
酪酸 ............................................................ 37

励起状態................................... 31, 56, 57, 58
レチナール ........................................... 58, 60
Lenard ....................................................... 74

り
理想気体定数 .............................................. 62

錬金術 .................. 17, 20, 21, 26, 35, 40, 100
連鎖反応............................................... 78, 79

理想気体の状態方程式 ............................... 62

ろリトマス試験紙 .......................................... 55
リボース ... 82, 83, 84, 85, 86, 87, 90, 91, 92,
93, 94, 98, 104
リボヌクレオシド ...............82, 84, 91, 96, 98

ローマ字............................................. 16, 100
Rothschild ................................................. 49
ロドプシン ..................................... 55, 58, 60

わ量子力学 ......................................... 18, 31, 41
りん酸 ................................................... 58, 59

Watson ...................................................... 86

りん脂質 ..................................................... 64112