世間を狂乱の世界に陥れた、Nature誌への論文掲載から始まったSTAP細胞問題から早二年が過ぎました。未だに手記を出して一儲けしようというゲスの極みを苦々しく横目で見ている方も多いのではないかと思います。

件の問題点については数多くの論評が出揃ったと思いますので再度の言及は控えるとして、STAP細胞問題の本質は「データの捏造」による「誤った主張」を掲げる論文でした。ここで問題となったのは、主張、理論が誤っていたことではなく、不正なデータを用いていたということです。

一方、科学の歴史において「誤った主張」や「誤りのある論文」は数多く知られています。しかしそれら全てが誤りが原因で撤回されたわけではなく、むしろ科学の進歩に大きな貢献を果たしたものまであるのです。今回のポストでは、「誤りはであるが、非常に価値が高い」化学のストーリーとして、フェロセンの発見にまつわる話題についてご紹介します。

フェロセン

この化合物について初めて報告したのは、当時Duquesne大学のThomas KealyとPeter Pausonで、1951年8月7日にNature誌に’A New Type of Organo-Iron Compound’と題する論文[2]を投稿、1951年12月15日号に掲載されました。この論文ではシクロペンタジエニルマグネシウムブロミドと塩化鉄(II)を反応させることにより、融点が173–174 °Cのオレンジ色の針状結晶が得られ、その分子式がC₁₀H₁₀Feであったことから下図左上に示した構造(I)の化合物が得られたとしています。

図は文献[1]より引用

この構造は分子式以外全く何の実験データも無しに提案されたもので、分光学的データや、当時利用可能であったはずのX-線結晶構造解析もされていません。

この論文は多くの化学者の興味を引き、1952年4月20日のJournal of the American Chemical Society (JACS)誌には、ハーバード大学のGeoffrey Wilkinson, Myron Rosenblum, Mark C. Whiting, Robert Burns Woodwardの論文[3]が掲載され、彼らは正しい構造(上図右上のb)を提案しています。

そしてこの論文の直ぐ後に、Journal of the Chemical Society (JCS)誌にBritish Oxygen CompanyのSamuel Miller, John Tebboth, John Tremaineらによるシンプルに‘Dicyclopentadienyliron’ と題された論文[4]が掲載されました。彼らはKealy-Pausonとは全く異なる手法で同じ化合物を得ています。

Millerらのこの論文は三つの不幸に見舞われています。まず、MillerらもKealy-Pausonとほぼ同じ構造、すなわち誤った構造(上図の右下C)を提案しています。次に、実はこの論文はKealy-Pauson論文がNatureに届く27日前の1951年7月7日に投稿されていましたが、出版されたのは1952年の2月となってしまいました。Millerらの論文の方が先に投稿されているので、先取権はこちらにありそうですが、Kealy-Pauson論文の方が有名になってしまいます。事実、Kealy-Pauson論文の引用数が2015年の段階で950を超えているのに対し、Millerらの論文は430に過ぎないのです。これは少し不条理な気がします。さらにこの論文は、最初に出版されたKealy-Pauson論文と、正しい構造を提唱したWilkinson-Woodward論文の間に、「サンドイッチ」されてしまい、位置付けが微妙になってしまいました。実に惜しいことにMillerらの研究は1948年、まだKealy, Pausonらが研究を始めるより前にはすでに完成していたのです。

写真は文献[1]より引用

左からWoodward, Wilkinson婦人, Ephraim Katzir (第四代イスラエル大統領としても有名), Wilkinson

さて、このサンドイッチですが、現在ではフェロセンと呼ばれています。この名称は1952年のWoodwardらの第二報[5]で初めて提唱されています。実はこの時にはすでにWoodwardとWilkinsonは別の道を歩んでおり、Woodwardの第二報にWilkinsonの名前はありません。しかしその後もWilkinsonはこの化合物関する研究を展開しており、1973年に「サンドイッチ構造を持つ有機金属化合物の研究」にノーベル化学賞をErnst Otto Fischerと共に受賞しました。この賞にはWoodwardも貢献があると本人は考えていたようです。確かにフェロセンの正しい構造を提唱した論文、フェロセンの名前を出した論文は共にWoodwardの論文です。

このFischerはWilkinson-Woodward論文のほぼ3ヶ月後にW. Pfabと共にX線結晶構造解析によるフェロセンの構造決定について報告しています[6]。この論文ではKealy-Pauson、Millerの両論文が引用されていますが、彼らがどちらの手法でフェロセンを合成したのかは定かではありません。

いずれにしてもMillerらの論文が言葉は悪いですが蔑ろにされ、Wilkinson, Woodwardが有機金属化学に重要な貢献ありとされ、その後Wilkinsonがノーベル賞に輝くというのはいわゆるマタイ効果と呼ばれるものだと考えられます。科学においても、「富めるものは益々栄え、貧するものは益々貧する」のです。

このサンドイッチ化合物に関するキープレーヤーはまだまだ他にもいますが、紙面の都合上割愛させていただきまして、図をご参照下さい。

図は文献[1]より引用

多くの科学者がフェロセンに関わっている

ここでもう一度Kealy-Pauson論文またはMiller論文の価値について考えてみたいと思います。彼らは正しい分子式を導き出し、シャープな融点を示す結晶を得たことから純粋な化合物を得ていた考えられます。しかし、もし現代であったら、未知の化合物の構造決定に関しては何らかの構造を裏付けるデータが要求されるに違いありません。提唱構造は結果的に誤りだった訳ですし、未熟な論文を出したということには間違いないでしょう。現代であれば、これらの論文はrejectされるのではないかと思います。

しかし歴史は繰り返します。1985年、Nature誌にHarold Kroto, James Heath, Sean O’Brien, Robert Curl, Richard SmalleyのC₆₀の論文が掲載されました[7]。この論文もまた、質量スペクトルにC₆₀を表すピーク一本の観測をもって、そこから導ける構造としてサッカーボール型の分子構造、バックミンスターフラーレンを提案しています。論文に掲載されている図はChemDrawで描かれたC₆₀ではなく、実物のサッカーボールの写真です。C₆₀の構造が証明されるのはそれから5年後のことで、Walter Krätschmer, Donald HuffmanらのNature論文[8]になります。

図は文献[1]より引用

左の図以外は実際の論文にある画像

両方の化合物に共通するのは、その後ノーベル賞にまで発展するほどのインパクトのある化合物の発見であったことです。一方は結果的に誤り、もう一方は正しい構造を提唱していました。科学において「誤り」というものが全て悪なのかと問えば、必ずしもそうではないのではないかと考えざるをえません。不十分なデータや、誤ったデータの解釈によって、常識的には考えられないというものであっても、最初から決めつけてしまうのは危険です。学術論文は査読、ピアレビュー制度に支えられていることから、その査読を行う科学者には深い洞察力が求められるということを、これら２つの化合物に関するストーリーが教えてくれているように思えるのです。

写真は文献[1]から引用

Pausonの背後の窓に映るのはFischerか

もう一つの視点からフェロセンのストーリーを眺めてみると、科学は必然なのかという疑問が湧いてきます。ほぼ同時期に全く別のところで同じような研究が行われ、同じような結論を導き出すといったことはよく起こります(こちらのサイトに最近のケースが詳しいです)。これは時代の流れによる必然として説明できるケースもあるでしょうが、フェロセンのケースは違うような気がします。また、歴史に「もし」は禁物ですが、科学ではこの「もし」がよく出てきます。フェロセンにおいても、上述のような論文を出すタイミングや、Kealy-Pausonが彼らのC₁₀H₁₀FeをX線結晶構造解析するチャンスがあったのにしなかったこと、実はWilkinson-Woodward論文より先にC₁₀H₁₀Feの正しい構造についてアイディアを持っていたのに、論文にしなかったためにチャンスを逃した人物がいることなど、「もし」に関しては枚挙に暇がありません。フェロセンという名称ではなかった可能性だってあることでしょう。科学の女神の微笑を見逃してはならないのです。

ノーベル化学賞受賞者のDerek Bartonは、科学においてはなるべく広範囲に渡って熟慮することは価値が高いことであると述べています。人々は正しいことしか覚えてくれないからです。もし何かブレークスルーにつながるアイディアにたどり着いたならば、その発見に対して完璧な貢献者となれるデータが揃うまでは論文を書くのを見合わせるのも良い戦略かもしれないとも述べています。

フェロセンは科学とはどういうものかを学ばせてくれる偉大なストーリーを後世に伝えてくれる良い題材だと思います。Nature誌は科学の歴史に度々登場しますので、人目を惹く重要な研究とは何なのかという主眼においては群を抜いているのかもしれません。それがSTAP細胞問題に繋がったとも言えなくもないのでしょう。

今回のポストはNature Chemistry誌からリッチモンド大学のJeffrey I. Seeman博士とNature Chemistry誌のCheif EditorであるStuart Cantrill氏による論説からの抜粋を元に書かせていただきました。フェロセンをめぐるサイドストーリーなどが語られていますので、ご興味がありましたらぜひお読み下さい。フェロセンをめぐる詳細な物語についてはAngew.誌のエッセイでも語られています。

Wrong but seminal

Seeman, J. I.; Cantrill, S. Nature Chem. 8, 193–200 (2015). doi: 10.1038/nchem.2455

引用文献

1.  Seeman, J. I.; Cantrill, S. Nature Chem. 8, 193–200 (2015). doi: 10.1038/nchem.2455
2. Kealy, T. J. & Pauson, P. L. Nature 168, 1039–1040 (1951). doi: 10.1038/1681039b0
3. Wilkinson, G., Rosenblum, M., Whiting, M. C. & Woodward, R. B. J. Am. Chem. Soc. 74, 2125–2126 (1952). doi: 10.1021/ja01128a527
4. Miller, S. A., Tebboth, J. A. & Tremaine, J. F. J. Chem. Soc. 632–635 (1952). doi: 10.1039/JR9520000632
5. Woodward, R. B., Rosenblum, M. & Whiting, M. C. J. Am. Chem. Soc. 74, 3458–3459 (1952). doi: 10.1021/ja01133a543
6. Fischer, E. O. & Pfab, W. Z. Naturforsch. B 7, 377–379 (1952). doi: 10.1515/znb-1952-0701
7. Kroto, H., Heath, J. R., O’Brien, S. C., Curl, R. F. & Smalley, R. E. Nature 318, 162–163 (1985). doi: 10.1038/318162a0
8. Krätschmer, W., Lamb, L. D., Fostiropoulos, K. & Huffman, D. R. Nature 347, 354–358 (1990). doi: 10.1038/347354a0

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