芳香族性，あるいは「プベルル酸」の化学構造の美しさ

　最近，厚生労働省は，小林製薬の紅麹サプリによる腎障害の原因物質を「プベルル酸」と特定した．

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　化学を学んだ人の多くは，ベンゼンC₆H₆が特異な構造の物質であるとの印象をもっているであろう．ベンゼンにおいては，6つの炭素原子Cは環状に結合して正六角形を構成する．そして，その正六角形の外側では水素原子Hが各炭素原子に結合し，全体として正六角形のもつ対称性が保たれている．以下では，ベンゼンの化学構造の特異性を，簡略化して説明しよう．

　炭素の「結合手」の数（「原子価」）は4である．したがって炭素は，たとえば4個の水素（原子価1）と結合し，メタンCH₄を形成する．ベンゼンにおいては，炭素の結合手の1つは水素と結合している．また各炭素は，隣接する2つの炭素原子とは，それぞれ1つおよび2つの結合手で結ばれており，したがって環状をなす6個の炭素の間には，単結合および二重結合が交互に存在することになる．これは，提唱者（Friedrich August Kekulé von Stradonitz, 1829-1896）の名にちなんで，「ケクレ構造」と呼ばれている．

　さてここで，隣接する2つの炭素原子の一組に着目し，それぞれに結合する水素をメチル基CH₃で置き換えたとしよう．こういう化合物は「オルト-キシレン」という名で知られている．ケクレ構造によれば，メチル基の付いた炭素の原子間は，単結合と二重結合の2種があるはずである．すなわち，オルト-キシレンは2種存在するはずである．しかしながら，この2つは単離することができず，そこでオルト-キシレンは1種類しかない（「異性体」は存在しない）ことが結論された．しかし，これはケクレ構造と矛盾する．そこで提案されたのは，ケクレ構造では単結合と二重結合が入れ替わった構造どうしが，すばやく相互転換しているという考えであった．すなわち，ベンゼンにおける炭素-炭素結合はすべて等価であり，それらは単結合でも二重結合でもないということである．

　20世紀に入って展開された量子化学によれば，ベンゼンにおいては，炭素の結合手（4つ）のうちの3つは互いに混じり合い（「sp²混成」），平面状で互いに120°の角度をなす3つの結合手を構成する．このうちの1つは水素と結合し，また他の2つは隣接する炭素原子と結合する．残った1つの結合手は，他の3つの結合手が構成する平面に対し，垂直方向（の上下）に分布する．ベンゼンを構成する6つの炭素原子上に存在するこの垂直方向の結合手は互いに強く相互作用し（π結合），隣接原子間に局在することなく，全分子中に分布する．これが「ベンゼンにおける炭素-炭素結合はすべて等価であり，それらは単結合でも二重結合でもないということ」の量子化学的内容である．

　ベンゼンの環は非常に安定であり，化学反応を受けにくい．このような性質は「芳香族性」と呼ばれる．「芳香族」という名称は，芳香油の成分がベンゼンに由来することによる．芳香族化合物はベンゼン（およびその誘導体）以外にも存在する（「非ベンゼン系芳香族化合物」）．環を構成する原子数は6とは限らない．また，環に炭素以外の原子が入る場合もある．さらには，複数のベンゼン環がそれぞれベンゼンの構造を保って結合している「縮環構造」という化合物もある．私は学部時代，芳香族化合物の反応性，物理化学的性質，量子化学的扱いについて非常に興味を覚え，私の個人的探究テーマの一つとした（☆）．

☆唐木田『1968年には何があったのか』批評社（2004），60頁（「八　科学の革命」）．

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　最近，厚生労働省は，小林製薬の紅麹サプリによる腎障害の原因物質を「プベルル酸」と特定した．プベルル酸は以前からも疑われていた．私は「酸というけれどいかなる酸なのか」とその構造を検索し，その美しさにおどろいた．これは｢トロポノイド｣，すなわちトロポロン系化合物であった．トロポロンは，7つの炭素原子からなる環で構成される代表的な非ベンゼン系芳香族化合物である．環を構成する一つの炭素に酸素原子Oが結合し，その隣接する炭素には水酸基OHが結合しているという構造である．

　プベルル酸では，環の外の水素の1つがカルボキシル基COOHで置き換えられ，これが「酸」であることを示している．このカルボキシル基が結合した炭素に1という位置番号を与え，時計回りに順番に7までの番号を振ると，5の位置の炭素には酸素が，そして3，4，6の炭素には水酸基OHが結合している．これがプベルル酸の化学構造である．ズサンな企業が害をなしたとしても，プベルル酸が貶（おとし）められる必要はない．

　なお，ついでながら，すぐれた抗菌作用等で知られるヒノキチオールもトロポロン系化合物である．これは野副鐵男がタイワンヒノキの成分から発見したもの（1936年）である．野副はその母体物質（トロポロン）の構造を決定し，「非ベンゼン系芳香族化学」という新しい分野の誕生に貢献したのである．

唐木田健一