カール・シップ・マーベル | |
|---|---|
| 生まれる | (1894年9月11日)1894年9月11日 |
| 死亡 | 1988年1月4日(1988年1月4日)(93歳) |
| 母校 | イリノイ・ウェスリアン大学、イリノイ大学 |
| 知られている | 高分子化学 |
| 受賞歴 | ウィラード・ギブス賞(1950年) プリーストリー賞(1956年)パーキン賞(1965年)アメリカ国家科学賞(1986年) |
| 科学者としてのキャリア | |
| フィールド | 有機化学 |
| 機関 | イリノイ大学、アリゾナ大学 |
| 論文 | 脂肪族ジアゾ化合物の非対称性に関する研究 (1920年) |
| 博士課程の指導教員 | ウィリアム・A・ノイズ |
| 博士課程の学生 | HE カータージョン・スティル |
カール・シップ・「スピード」・マーベル(1894年9月11日 - 1988年1月4日)は、高分子化学を専門とするアメリカの化学者でした。第二次世界大戦中、彼はアメリカの合成ゴム計画に重要な貢献をし、後にポリベンゾイミダゾールの開発に携わりました。ポリベンゾイミダゾールは、航空宇宙産業、消防設備、アスベストの代替品として使用される耐熱性ポリマーです。[ 1 ]彼は「世界でも最も優れた有機化学者の一人」と評され[ 2 ] 、1956年のプリーストリー賞や1986年のアメリカ国家科学賞(ロナルド・レーガン大統領から授与)など、数々の賞を受賞しています。
カール・シップ・マーベルは、1894年9月11日、アメリカ合衆国イリノイ州ウェインズビルで、農家のジョン・トーマス・マーベルとメアリー・ルーシー・ワッソン・マーベルの息子として生まれました。叔父の勧めで化学を学ぶことになりました。マーベルは1911年から1915年までイリノイ・ウェスリアン大学に通い、化学の学士号と修士号を取得しました。[ 3 ]指導教官のアルフレッド・W・ホムバーガーの推薦により、マーベルはイリノイ大学に250ドルの奨学金を得て入学しました。[ 1 ]
マーベルはイリノイ大学1年生の頃、「遅れを取り戻す」ために追加の授業を受けなければならなかった。化学者としてのキャリア初期には、徹夜で勉強した後、急いで朝食をとる癖から「スピード」というあだ名がつけられた。イリノイ大学在学中、マーベルは同級生のウォレス・カロザースと友人になった。[ 4 ] マーベルは1916年にイリノイ大学で化学の修士号を取得した。[ 3 ]
マーベルの研究は第一次世界大戦によって中断された。戦争によってそれまでの供給源が断たれたため、有機合成化学や関連産業プロセスで使われる多くの化学物質の入手が困難になった。クラレンス・デリックはイリノイに有機化学製品製造部門を設立し、それまでドイツから輸入していた化学物質の製造・販売を行った。1916年から1919年まで、マーベルはロジャー・アダムスの下で製造部門で働いた。有機化学製品製造部門での仕事によって、彼は化学物質の調合に関する広範な経験を積むことになった。[ 1 ] [ 5 ] 学生は各調合について、化学物質の費用、器具、所要時間などを含めて注意深くノートに記録することが求められた。マーベルは、不十分な手順をより効果的なものに修正したり、他の人も真似できるよう手順を記述したりする能力で知られていた。これらの実験手順の多くは、後にロジャー・アダムス、O・カム、C・S・マーベルによって「有機化学試薬」のパンフレットとして最初に出版され、後に「有機合成」誌に掲載された。[ 1 ] [ 6 ]
マーベルはタウ・カッパ・イプシロンのメンバーでした。[ 7 ]彼は1918年にイリノイ大学のゼータ支部でアルファ・カイ・シグマに入会しました。[ 8 ]
1919年、マーベルはデュポン社の奨学金を得て大学院に復帰し、フルタイムで研究を続けました。[ 1 ] マーベルは1920年にイリノイ大学で化学の博士号を取得し、[ 3 ]学科長ウィリアム・アルバート・ノイズの指導の下、研究を行いました。[ 5 ]彼の学位論文は「脂肪族ジアゾ化合物の非対称性に関する研究」でした。[ 1 ]
マーベルは1920年にイリノイ大学化学科に講師として着任した。[ 3 ] 1921年に助手、1923年に助教授、1927年に准教授、1930年に有機化学教授に昇進した。[ 3 ] 1940年まで、入手困難な特殊化学物質を学生が合成する夏季プログラムとなった有機化学製造ユニットも指導した。[ 6 ] 1953年から1961年まで、マーベルは化学科の研究教授であった。[ 3 ]
マーベルの初期の研究は古典有機化学でした。彼は『有機合成学』に熱心に寄稿しました。[ 6 ]『有機合成学』第1巻収録の264の合成例のうち、約20%はマーベルによって執筆または校正されました。[ 1 ]
マーベルは、ジアルキル水銀、六置換エタン、ジエニン、アルキルリチウム、グリニャール試薬、第四級ホスホニウム、アンモニウム化合物など、多岐にわたる化合物を研究し、それらの合成と反応の研究を行いました。彼は、化合物の特性評価、同定、分析に用いられる有機化学試薬を開発しました。これらの研究の多くは、赤外分光法や質量分析法などの技術が開発される以前に行われました。例えば、マーベルによる分子間水素結合の研究は、溶解度と混合熱の研究に依存していました。[ 1 ] [ 9 ]
彼はすぐに高分子化学へと転向し、再び合成法と構造決定の研究に取り組みました。元素分析、平均分子量、末端基分析、生成物の分析といった手法を用いて、マーベルはポリマーの主要な構造的特徴を確立するための化学的方法論を実証しました。[ 1 ]即興的に新しい技術を考案し、改良する能力によって、彼は高分子科学分野に「主要な基礎的貢献」を果たしました。[ 1 ]この功績により、彼は合成高分子化学の「父」として認められています。[ 5 ]
1933年から、マーベルはオレフィン/二酸化硫黄ポリマーの研究を始め、その構造を決定し、過酸化物や紫外線などの開始剤が重合反応に及ぼす影響を調べました。[ 1 ] 1937年にビニルポリマーを調べたマーベルは、ポリ塩化ビニルから調製されたポリマーは、隣接する炭素原子に塩素原子が頭対頭構造ではなく、交互に炭素原子に塩素原子がある頭対尾構造を形成する傾向があることを実証しました。これは、ヘルマン・シュタウディンガーの構造的アイデアを確認するものでした。[ 5 ]この研究は、次に新しいモノマーの調製と重合につながりました。[ 10 ] SO2、α-オレフィン、ビニルポリマーの研究で、マーベルは1944年にアメリカ化学会からウィリアム・H・ニコルズ賞を受賞した。[ 11 ] 40年代初頭、彼は光学活性モノマーと光学活性開始剤を用いて立体規則性ポリマーの特性を調べた最初の科学者の一人でした。[ 1 ] [ 12 ]
1928年、マーベルはロジャー・アダムスからデュポン中央研究所のコンサルタントに推薦された。[ 1 ]約60年間で、マーベルは19,000件の個別コンサルティングを行った。[ 10 ]イギリスの化学者F・E・マシューズが二酸化硫黄とエチレンの反応でポリスルホンが生成するという 発見を検証するよう依頼されたとき、マーベルはエチレンではなくシクロヘキセンを使用してその発見を確認した。 [ 13 ]デュポンでナイロンとネオプレンの画期的な研究を行っていたウォレス・カロザースの親友であり、コンサルタントでもあった。 [ 14 ] マーベルはレイ・C・ハウツがポリアクリロニトリル製の合成繊維オーロンを開発していたときにもコンサルタントを務めた。[ 15 ]
第二次世界大戦中、天然ゴムの供給が途絶えた際、マーベルは米国の合成ゴム計画に深く関わった。ゴムの入手は戦争遂行に不可欠だった。1940年9月から、マーベルは国防研究委員会B部会の合成問題課C-2で働いた。[ 1 ] 1941年と1942年には、国防研究委員会の合成、分析、無機問題課B-3の委員長を務めた。[ 11 ] 1942年から1945年の間、米国ゴム備蓄公社のために全米各地のさまざまな研究所から集まった100名近くの化学者からなるグループを率いた。[ 10 ] [ 16 ]イリノイ大学でのブタジエンとスチレンの低温共重合に関する研究は、合成ゴムの商業生産の成功に重要であった。[ 1 ]彼のグループは、チオールが重合プロセスの鍵となることを特定し、乳化剤として使用される石鹸に含まれる多価不飽和脂肪酸が重合反応を阻害する成分であることを確認した。[ 13 ]
1946年、マーベルは技術情報チームの一員としてドイツを訪れ、ドイツのゴム技術の現状について報告しました。彼らは、ドイツの科学者たちが5℃(41℉)という従来の方法よりもかなり低い温度で酸化還元重合法[ 17 ]を用いていることを発見しました。マーベルと彼のグループはこのアイデアをさらに発展させ、アメリカの産業向けに低温ゴム法を開発しました[ 1 ]。[ 18 ]この新しい方法により、重合はわずか7時間で完了しました[ 17 ] 。
戦時中の功績により、マーベルは第二次世界大戦の民間人に対する大統領功労賞を受賞した。[ 1 ] [ 19 ]
マーベルは、ロジャー・アダムス、レイノルド・C・フーソンと共に、イリノイ大学の有機化学プログラムを「米国で卓越した」ものにした功績があるとされている。[ 20 ] 講師として、マーベルは本質的な問題に取り組むことの重要性を認識していた。[ 21 ] また、彼は「学術研究の本質的な成果は学生である」と強調した。[ 21 ] マーベルは、そのキャリアの中で176人の博士課程の学生と少なくとも150人のポスドク学生を指導した。[ 10 ] 彼の学生には、H・E・カーター、ウォレス・カロザース、ジョージ・グレイブス、ウィリアム・J・スパークス、[ 1 ]サミュエル・M・マケルヴァン、[ 1 ]アーノルド・ベックマン、[ 22 ]そして将来のノーベル賞受賞者ヴァンサン・デュ・ヴィニョー[ 1 ]とエドウィン・G・クレブスがいた。[ 23 ]
1961年にマーベルは正式にイリノイ大学を「引退」したが、1961年から1988年まで名誉研究教授として留まった。1963年にはイリノイ大学から名誉理学博士号を授与された。[ 3 ]
1961年から1988年まで、マーベルはアリゾナ大学化学科の教授も務めた。[ 3 ] [ 4 ]アリゾナでは、マーベルはイリノイ大学で始めた高温ポリマーの研究を継続した。
マーベルは、重付加反応と環化重合の技術を用いて、ポリベンゾイミダゾールやラダーポリマーなどの高温ポリマーの開発において重要な進歩を遂げました。[ 13 ] [ 24 ]
1950年代にライト・パターソン空軍基地からマーベルに連絡があった。米空軍はドラッグパラシュートに適した材料を必要としていたからである。彼らは非常に高い温度にさらされても強度を保つ材料を必要としていた。高温安定性ポリマーを研究していたマーベルは、芳香族と複素芳香族の繰り返し単位を持つ縮合ポリマーであるポリベンゾイミダゾール(PBI)を合成した初の人物となった。彼はその後、最初はイリノイ大学で、後にアリゾナ大学でハーワード・フォーゲルと協力し、ポリマーの品質を改善し、ポリベンゾイミダゾール繊維を開発した。[ 1 ]彼らの最高のPBIは不燃性で、600℃までの温度でも安定していた。[ 13 ] 彼らは1960年代に高分子量縮合ポリマーの特許を登録した。[ 25 ] PBIはその熱的および酸化的安定性のため、1960年代にNASAによって航空宇宙および防衛用途での使用に採用された。[ 26 ] 1978年にPBIは米国の消防設備に使用され始めました。[ 27 ]
マーベルはまた、「ラダー分子」(ラダーポリマー)の開発も提唱した。これはポリベンゾイミダゾールよりもさらに安定した次世代ポリマーである。[ 28 ] [ 29 ]マーベルは、1938年にポリメチルビニルケトンの環化反応を試み、ラダー型ポリマーの製造プロセスへの第一歩を踏み出していた。[ 30 ] 1950年代には、特に困難なプロセスであるポリパラフェニレン(PPP)の製造に向けた先駆的なアプローチを概説した。マーベルのアプローチには、その後30年もの間開発されることのなかった解決策の鍵となる要素、すなわちシクロヘキサジエンモノマーの連鎖成長重合とそれに続く芳香族化が含まれていた。したがって、彼の研究は「PPP合成の歴史における重要なマイルストーン」と考えられている。[ 31 ]
1960年代から1970年代にかけて、彼はアメリカ空軍の高温ポリマー合成プログラムの主要な貢献者として研究を続け、熱的に安定なラダー型または部分ラダー型のポリピロロンの合成も行いました。[ 32 ]この研究により、マーベルはアメリカ空軍材料研究所から殊勲賞(1966年)を、空軍システム司令部から傑出した業績賞(1966年)を授与されました。[ 1 ]
彼は1978年にアリゾナ大学の研究教授を正式に「引退」したが、1988年に亡くなるまで、ポスドク学生の助けを借りて研究を続けた。[ 13 ]アリゾナ大学は彼に敬意を表して、アリゾナ州ツーソンの1213 E South Campusに「カール・S・マーベル化学研究所」と名付けた。[ 33 ] ワシントンD.C.のアメリカ化学会館の会議室、マーベルホールも彼にちなんで名付けられている。
マーベル博士は、世界中の科学雑誌に約500本の論文と、「高分子の有機化学入門」を含む4冊の著書を発表しました。[ 34 ]彼は、 「Macromolecules」、「Journal of Organic Chemistry」、 「 Journal of the American Chemical Society」、「Journal of Polymer Science」などの雑誌の編集委員を務めました。[ 34 ] 彼はまた、52件の特許を保有していました。[ 10 ]
生涯を通じて熱心な野鳥観察者であったマーベルの出版物には、野鳥観察に関する論文[ 4 ]があり、その中には「ケープメイウグイスの珍しい摂食習慣」(1948年)や「オンタリオ州西部のブルーグロズベック」(1950年)などがあります。[ 34 ]
カール・マーベルは1933年12月26日にアルバータ・ヒューズと結婚した。二人の間にはメアリー・キャサリン(1935年 - 2017年)とジョン・トーマス・マーベル(1938年 - 2010年)の二人の子供がいた。カール・マーベルは1988年1月4日に亡くなり、ジョン・トーマス・マーベルはジョイス・ストランドと結婚した。二人の間にはスコット・トーマス、クリス・アンドリュー、カール・ランドール・マーベルの三人の息子がいた。スコット・トーマス・マーベルはシェリー・コーン・フルシェと結婚した。彼にはエステル・マーベルという一人の娘とゼインとカーソン・フルシェという二人の継子がいた。カール・ランドール・マーベルはジェニファー・プライスと結婚した。二人の間にはクリスチャン・リードとブルック・マリー・マーベルという二人の子供がいた。
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{{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ){{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)私見では、最も有望なアプローチはアリゾナ大学のCarl S. Marvel氏が提案したものです。彼は次世代のポリマーを「ラダー分子」から誘導することを提案しています。
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