[Grok対話]アルブミノイドとその尿素への変換に関する回顧録(Ann. de Chimie.1856)
ベシャンの最重要論文となる医学博士論文である、アルブミノイド物質 を過マンガン酸カリウムで酸化させると尿素が生じることを報告したもの。
本稿は前編後編となっている。前編である本稿はその全文訳に加え、要所要所にGrokにコメントをつけてもらった。当然「熱素 」…ラヴォアジエが提唱した「元素」としての熱、当然誤り…なぞが登場する文献なのでそのまま解釈できる文献ではないが、後編では最新物理化学で本気で考察してもらった。まずはそのままの貴重な文献を味わって頂きたい。
Béchamp, Antoine. “EXTRAIT- D’une These Sur Les Substances Albuminoïdes et Sur Leur Transformation En Urée.” Annales de Chimie et de Physique 48 (1856): 348–55. https://www.digitale-sammlungen.de/en/view/bsb10071822?page=352,353.
~翻訳~
1. 序論
呼吸とは本質的に「血液と大気中の空気の間で行われる気体成分の交換」であるとLehdans氏は述べている。この交換は肺で行われる。
[Grok]
1. 「呼吸は血液と大気中の空気との間でガス交換が行われるプロセスである」(M. Lehdans)
現代科学の解釈:
🔴これは正しい記述です。呼吸の主要な機能は、肺胞において酸素(O₂)が血液に取り込まれ、二酸化炭素(CO₂)が血液から大気中に放出されるガス交換です。このプロセスは拡散によって起こり、肺胞と毛細血管の間の濃度勾配が駆動力となります。
しかし、酸素はどこで、そして如何にして血液中で活性を獲得し、保持するのか?
[Grok]
2. 「酸素が血液中で持つ活性はどこで、どのように獲得されるのか?」
原文の問い:
酸素が血液中でどのようにしてその「活性」(機能や反応性)を発揮するのかが問題提起されています。
現代科学の解釈:
酸素の「活性」は、現代ではヘモグロビン(赤血球内に存在するタンパク質)による酸素運搬能力として理解されます。酸素は肺でヘモグロビンと結合し、全身の組織に運ばれ、そこで解離して細胞呼吸(酸化的リン酸化)に利用されます。この過程は化学的な結合と解離の平衡反応であり、当時はその詳細が不明だったため、抽象的な「活性」という言葉で表現されています。
この問題に対して、Dumas氏は解決策を提示していると私は考える。彼はPrévost氏と共同で血液研究を行い、動物の体温とその血液中の赤血球の豊富さには明確な関係があることを発見した。唯一の例外はカメであり、この動物の血液には大量の赤血球が含まれているにも関わらず、体温との相関が見られなかった。
[Grok]
3. 「動物の体温と血液中の赤血球数の関係」(M. DumasとM. Prévostの観察)
原文の主張:
動物の体温が高いほど赤血球(globules)の数が多いが、例外として亀(tortue)は体温が低いにもかかわらず赤血球が多い。
現代科学の解釈:
🔴正しい部分:
体温が高い恒温動物(鳥類や哺乳類)は確かに高い代謝率を持ち、それに伴って酸素需要が増加するため、赤血球数やヘモグロビン濃度が変温動物に比べて多い傾向があります。これは酸素運搬能力と代謝の相関を示唆しており、Dumasの観察はある程度現代の知識と一致します。
◉例外としての亀:
亀のような変温動物は環境温度に依存するため、代謝率が低く、通常は酸素需要も少ないはずです。しかし、赤血球数が多いという観察は、種による適応の違い(例: 低酸素環境への耐性や長時間の潜水能力)を反映している可能性があります。現代では、単なる赤血球数だけでなく、ヘモグロビンの種類や酸素親和性も考慮されます。
◉補足:
当時は赤血球の機能が酸素運搬にあると推測されていましたが、具体的なメカニズム(ヘモグロビンの構造や酸素結合の協同効果)は後年の研究で明らかになりました。
もし、動物の体温が血液中の赤血球の数に比例して高くなるのであれば、それはその動物において酸化現象がより活発に行われていることを意味する。一方で、血液中で酸素を保持する役割を担っているのは赤血球である。血清の溶解力は水とほとんど変わらず、同じ圧力下ではわずかに上回る程度にすぎない。
[Grok]
4. 「赤血球が酸素を保持し、血清(sérum)の溶解力は水とほぼ同じ」
原文の主張:
酸素は主に赤血球に保持され、血清(血漿)の酸素溶解力は水と大差ない。
現代科学の解釈:
🔴正しい部分:
これは現代でも正しい理解です。血液中の酸素の大部分(約98-99%)は赤血球内のヘモグロビンに結合して運ばれ、血漿に物理的に溶けている酸素はごくわずか(約1-2%)です。血漿の酸素溶解度は確かに水とほぼ同等で、圧力に依存します(ヘンリーの法則)。
🔵当時の限界:
Dumasは赤血球が酸素を「保持」すると述べていますが、それがヘモグロビンによる化学的結合であることは明確に理解されていませんでした。
さらに、Küss氏の説を採用し、赤血球が単なる袋状の構造ではなく、その全部位が固体の濃密な器官である(赤血球の水分含有量はわずか69%であり、最も水分が少ない器官である)と考えるなら、赤血球の役割を理解することに大きく近づくだろう。これを説明するために「赤血球が酸素と特別な親和性を持ち、酸素と結合することで酸素化された形態を取るといった仮説」を持ち出す必要はないのではないか。
[Grok]
5. 「赤血球はコンパクトで固形の器官であり、酸素を多孔質の物体のように凝縮する」(M. Küssの仮説)
原文の主張:
赤血球は袋状(utricules)ではなく固形の構造で、水分が少なく(69%)、酸素を多孔質の物体のように「凝縮」する。
現代科学の解釈:
構造について:
現代では、赤血球は膜に包まれた柔軟な細胞で、中央が凹んだ円盤状(両凹円盤形)であることが分かっています。内部にはヘモグロビンが高濃度で詰まっており、核や細胞小器官は成熟過程で失われます。Küssの「コンパクトで固形」という記述は、赤血球が核を持たない点を強調したものと考えられますが、「袋状でない」という主張は当時の顕微鏡観察の解釈に依存しています。
水分含量:
原文の「69%が水」という数値は現代のデータ(赤血球の水分含量は約60-70%)と概ね一致し、当時の測定精度としては驚くほど正確です。
酸素の凝縮:
🔵「多孔質の物体のように酸素を凝縮する」という表現は誤りです。酸素はヘモグロビンの鉄原子と可逆的に結合しており、物理的な吸着(多孔質材料のメカニズム)とは異なります。この比喩は、当時まだ化学結合の本質が不明だったことを示しています。
6. 「赤血球の酸素に対する親和性や酸素化合物を仮定する必要はない」
原文の主張:
赤血球が酸素を保持する仕組みに、特別な化学的親和性や化合物形成を想定しなくても説明できる。
現代科学の解釈:
🔵これは誤りです。現代では、ヘモグロビンが酸素と特異的に結合することが分かっており、その親和性はpH、CO₂濃度、温度などによって調整されます(ボーア効果)。Dumasが「親和性を仮定しない」と主張したのは、当時の化学的結合の理解が不足していたためで、物理的な吸着や凝縮で説明しようとしたのでしょう。
赤血球は多孔質体と同様に酸素を凝縮する。
[Grok]
総括
この文章は、19世紀の科学者が呼吸と血液の関係を解明しようとした試みを反映しています。現代科学の視点から見ると以下のポイントが浮かび上がります:
🔴正しかった点:
呼吸がガス交換であること、赤血球が酸素運搬の主役であること、体温と代謝の相関。
🔵不正確だった点:
酸素が赤血球に「凝縮」するという物理的モデルや、化学的親和性を否定する主張。
◎時代背景:
ヘモグロビンの構造や酸素結合の分子メカニズムが解明される前の議論であり、当時の観察と推論に基づいた仮説として理解すべきです。
現代では、酸素は肺でヘモグロビンに結合し、組織で解離してミトコンドリアでのATP産生に利用されるという明確なプロセスが確立されています。この文章は科学史的な資料として、当時の知識の限界と探求の姿勢を示す貴重な例と言えるでしょう。
2. 多孔質体
多孔質体の物質が、酸素をその孔に凝縮させることで酸化現象を著しく促進することはよく知られている。しかし、この現象がなぜ起こるのかについては、これまで説明されたことがない。ここで私は、その説明を試みようと思う。
[Grok]
1. 「多孔質物体が酸素を凝縮し、酸化現象を促進するが、その理由は未解明である」
原文の主張:
多孔質物体(例: スポンジや微細な孔を持つ物質)が酸素をその孔に凝縮することで酸化反応を促進するが、そのメカニズムは説明されていない。
現代科学の解釈:
現代では、多孔質材料が気体を吸着する現象は表面積の大きさと物理的吸着(ファンデルワールス力など)や化学的吸着(表面との結合)によって説明されます。例えば、活性炭や白金(プラチナ)の微粒子は表面で酸素を濃縮し、触媒として酸化反応を促進します。
当時は吸着や触媒作用の詳細なメカニズムが不明で、「凝縮」という曖昧な表現が使われています。著者が「未解明」と述べるのは、この現象が経験的に観察されていたものの、分子レベルでの理解が欠けていたためです。
ラヴォアジエ(1)は、全ての気体は単一元素と熱素 との化合物であると考えていた。つまり、我々が知る気体酸素とは、「単体酸素」と「熱素」との結合物である。
(1)「あらゆる種類の気体には、ある種の溶媒の役割を果たす熱素と、それと結合して基質を形成する物質とを区別すべきである。」(著作第1巻、17ページ)私たちは、この基質(酸素)と熱素が結びついたものを「気体酸素」 と呼ぶことにする。
[Grok]
2. 「ラヴォアジエの理論: 気体は単純物質と熱素(calorique)の結合である」
原文の主張:
ラヴォアジエによれば、気体は単純な物質(例: 酸素の本体)と熱素(calorique)の結合であり、酸素ガスは「酸素本体+熱素」で構成される。凝縮時に熱素が解放され、酸素本体が単離されると、より強い酸化力を持つ。
現代科学の解釈:
ラヴォアジエの熱素説:
18世紀末のラヴォアジエは、熱を「熱素」という物質的な流体とみなし、気体の状態変化や反応を説明しました。しかし、19世紀に熱が分子の運動エネルギーであると理解され(熱力学の発展)、熱素説は否定されました。
現代の視点: 酸素ガス(O₂)は単一の分子であり、「酸素本体+熱素」のような複合物ではありません。凝縮時に熱が解放されるのは、気体が液体や固体に相変化する際の潜熱(凝縮熱)であり、酸素の化学的性質が変化するわけではありません。著者の「酸素本体がよりエネルギッシュになる」という主張は、熱素説に基づく誤解です。
さて、多孔質体の物質に酸素が凝縮すると、熱が放出される。このとき、気体状の酸素が「熱素」と「単体酸素」とに分解され、熱素が放出される。この結果として、単体酸素は、気体酸素よりも遥かに強い反応性を示すようになることが理解できるだろう。さらに、この現象は、多孔質の物質が液体を吸収している場合でもほとんど妨げられないことが注目に値する。例えば、水酸化カリウム(苛性カリ)を含浸させたプラチナブラックは、乾燥した粉末状のプラチナよりも、特定の物質に対してより強力な酸化作用を示すことが知られている。
[Grok]
3. 「多孔質物体での凝縮で熱素が解放され、酸素が活性化する」
原文の主張:
多孔質物体が酸素を凝縮すると、熱素が遊離し、残った「単純酸素」が通常の酸素ガスより強い酸化力を発揮する。
現代科学の解釈:
🔵これは誤りです。酸素分子(O₂)の反応性は、その結合状態や周囲の条件(触媒、温度、圧力)に依存しますが、多孔質物体に吸着されただけで「単純酸素」(原子状酸素: O)に変化するわけではありません。原子状酸素は確かに反応性が高いですが、それはO₂が解離する特別な条件下(例: オゾン分解やプラズマ中)で生成されます。
現代では、触媒表面で酸素が活性化する場合、吸着によってO₂が部分的に解離したり、電子状態が変化したりすることが知られています。しかし、これは熱素とは無関係です。
4. 「液体があっても多孔質物体の効果は阻害されない」
原文の観察:
白金黒(noir de platine)に苛性カリ(potasse caustique)を染み込ませた場合、乾燥した白金よりも特定の物質に対して強い酸化力を示す。
現代科学の解釈:
🔴これは正しい観察です。白金は触媒として酸化反応を促進し、湿潤状態でもその効果が失われないことは現代でも認められます。苛性カリ(KOH)が加わることで、反応環境がアルカリ性になり、特定の酸化反応(例: 有機物の酸化)が促進される場合があります。
当時は触媒作用の概念が未熟で、この現象を「酸素の凝縮」の延長として解釈していますが、現代では白金の表面触媒効果と化学的環境の影響として説明されます。
したがって、私は、血液中の固体状の赤血球が、多孔質の物質と同様に酸素を凝縮し、少なくとも一部を単体状態に戻すと考える。この単体酸素は、気体酸素(すなわち熱素と結合した酸素)よりもはるかに高い活性を持つ。
[Grok]
5. 「赤血球が多孔質物体のよう に酸素を凝縮し、単純酸素に変換する」
原文の仮説:
赤血球は多孔質物体のように酸素を凝縮し、熱素を分離して「単純酸素」を生成し、これがガス酸素より高いエネルギーを持つ。
現代科学の解釈:
🔵誤り: 赤血球が酸素を「凝縮」するという考えは、前回の解説と同様、ヘモグロビンによる化学的結合を誤解したものです。酸素はヘモグロビンの鉄原子に可逆的に結合し、組織で解離します。「単純酸素」や「熱素の分離」は起こりません。
現代の理解:
ヘモグロビンは酸素を物理的に吸着するのではなく、化学的に結合します(Hb + O₂ ⇌ HbO₂)。この結合は酸素分圧やpHに依存し、熱素のような架空の物質は関与しません。
この赤血球の機能に関する理論は、次の事実をうまく説明する。すなわち、
・他の気体が結びついている酸素を置換することができること、
・赤血球が真空中では酸素を放出することだ。
6. 「他の気体が酸素を追い出し、真空で酸素が放出される現象を説明できる」
原文の主張:
赤血球が酸素を凝縮するモデルは、
(1) 他の気体(例: 一酸化炭素)が酸素を置換すること、
(2) 真空で酸素が放出されることを説明できる。
現代科学の解釈:
(1) 他の気体による置換: 一酸化炭素(CO)がヘモグロビンと強く結合し、酸素を追い出す現象(CO中毒)は事実です。しかし、これはヘモグロビンに対するCOの高い親和性によるもので、「凝縮」の結果ではありません。
(2) 真空での酸素放出: 真空にさらされると、ヘモグロビンから酸素が解離するのは酸素分圧が低下するためであり、拡散平衡の結果です。多孔質物体が気体を放出するのとはメカニズムが異なります。
評価:
著者のモデルは現象を記述できても、根本的なメカニズムを誤解しています。
同様に、多孔質の物質も、まったく同じ条件下で、凝縮した気体を放出することが知られている。
[Grok]
総括
この文章は、ラヴォアジエの熱素説と多孔質物体の性質を援用し、赤血球の酸素運搬機能を説明しようとした試みです。現代科学の視点から見ると:🔴正しかった点:
多孔質物体や触媒が酸化を促進すること、他の気体が酸素を置換すること、真空で酸素が放出されることは観察として正しい。
🔵誤っていた点:
熱素説に基づく「単純酸素」の生成や、赤血球が多孔質物体のように振る舞うという仮説は、現代の化学・生理学では否定されます。
◎時代背景:
19世紀初頭の科学は、分子構造や化学結合の概念が未発達であり、熱素のような古い理論がまだ影響を及ぼしていました。この仮説は、当時の知識の限界内で現象を合理化しようとした努力として理解できます。
現代では、赤血球の酸素運搬はヘモグロビンの分子構造と結合特性によって完全に説明されており、熱素や多孔質モデルは不要です。この文章は科学史的に興味深い資料として、理論の進化を垣間見る窓口と言えるでしょう。
3. 赤血球
この見解によれば、血液全体が多孔質の物質のように機能することになる。フィブリン分子を準溶解状態で保持する血漿は、酸化されやすい物質、例えば呼吸に関わる栄養素の酸化を担い、一方で赤血球はアルブミノイドの酸化の場となる。
[Grok]
1. 「血液全体が多孔質物体のように振る舞う」
原文の主張:
血液全体が多孔質物体のように機能し、血漿(liquor)がフィブリン(fibrine)を溶かした状態で容易に酸化される物質(例: 呼吸に必要な栄養素)を酸化し、赤血球はアルブミノイド(albuminoïdes、タンパク質様物質)の酸化の場である。
現代科学の解釈:
🔵誤り: 血液が「多孔質物体」として機能するというモデルは、前回と同様、現代では支持されません。血液は酸素を運搬し、組織に供給する役割を持ちますが、それはヘモグロビンによる化学的結合と拡散によるものです。
血漿の役割: 血漿はフィブリンを溶かしているわけではなく、フィブリノゲン(溶解性の前駆体)が存在し、凝固時にフィブリンに変換されます。また、血漿自体が酸化反応の場となることは少なく、主に酸素や栄養素の運搬媒体です。
赤血球の役割: 赤血球がアルブミノイド(タンパク質)の酸化に関与するという主張は誤りです。赤血球は酸素を運搬するだけで、酸化反応そのものは主に組織細胞のミトコンドリアで行われます。
2. 「血漿が呼吸に必要な栄養素を酸化し、赤血球がアルブミノイドを酸化する」
原文の主張:
血漿は「呼吸に必要な食物」(aliments respiratoires)を酸化し、赤血球はアルブミノイドの酸化を担う。
現代科学の解釈:
「呼吸に必要な食物」:
これはおそらくグルコースなどのエネルギー源を指していると考えられますが、血漿がこれを酸化するという記述は誤りです。グルコースの酸化(細胞呼吸)は細胞内で起こり、血漿はその運搬役にすぎません。
アルブミノイドの酸化:
アルブミノイドはタンパク質を指し、赤血球内で酸化されるという証拠はありません。タンパク質の代謝(酸化分解)は主に肝臓や細胞内で起こり、赤血球はそのプロセスに直接関与しません。
現代の理解:
酸素は赤血球のヘモグロビンによって運ばれ、組織に供給された後、ミトコンドリアでグルコースや脂肪酸、タンパク質由来のアミノ酸が酸化されます。血漿や赤血球が酸化の場であるという考えは、役割の誤解です。
この考えは、赤血球が一時的な器官であり、生まれ、活動し、死ぬという実験的事実によって裏付けられる。
[Grok]
3. 「赤血球は一時的な器官であり、生まれ、生き、死ぬ」
原文の観察:
赤血球は一時的な器官(organe transitoire)であり、生成され、活動し、やがて死ぬ。
現代科学の解釈:
🔴正しい部分:
これは正しい観察です。赤血球は骨髄で生成され(赤血球新生)、約120日間循環した後、脾臓や肝臓で分解されます(赤血球寿命)。このライフサイクルは当時もある程度認識されていたようです。
◎補足:
現代では、赤血球が核や細胞小器官を持たないため、自己修復能力がなく、一時的な運搬装置として機能することが分かっています。この点が「一時的」という記述と一致します。
したがって、私は、赤血球を、アルカリ性の液体の中で、凝縮酸素(すなわち「生じたばかりの単体酸素」)がアルブミノイドの酸化、部分的燃焼、分解を伴う燃焼を引き起こす器官と見なしている。
[Grok]
4. 「赤血球はアルカリ性の液体中で酸素を凝縮し、アルブミノイドを酸化する」
原文の仮説:
赤血球はアルカリ性の液体(liqueur alcaline)中で「凝縮された酸素」または「新生状態の酸素」(état naissant)を用いて、アルブミノイドの酸化、部分的燃焼、二重分解を引き起こす。
現代科学の解釈:
アルカリ性の液体: 血液は確かに弱アルカリ性(pH 7.35-7.45)ですが、これは酸塩基平衡の結果であり、赤血球内部の環境も同様です。しかし、これが酸化反応に直接関与するという証拠はありません。
「凝縮された酸素」「新生状態の酸素」: 「新生状態の酸素」(おそらく反応性の高い原子状酸素を意図)は、当時の化学で反応直後の活性種を指す用語でしたが、赤血球内で生成されることはありません。酸素はヘモグロビンに結合した分子状(O₂)のままです。
アルブミノイドの酸化: 赤血球がタンパク質を酸化するという主張は、前述の通り誤りです。赤血球の主機能は酸素運搬であり、代謝反応の場ではありません。
「燃焼」「二重分解」: 「燃焼」は酸化反応の比喩、「二重分解」は化学反応の一種を指しますが、赤血球内での具体的なプロセスを示しておらず、科学的根拠に欠けます。
総括
この文章は、赤血球と血漿の役割を酸化反応の場として分担させ、赤血球を多孔質物体になぞらえたモデルをさらに発展させたものです。現代科学の視点から見ると:
🔴正しかった点: 赤血球が一時的な存在であるという観察。
🔵誤っていた点: 血液全体や赤血球が酸化の場であるという主張、血漿が栄養素を酸化するという役割、「凝縮された酸素」や「新生状態の酸素」が赤血球内で働くという仮説。
◎時代背景: 19世紀の科学では、酸素の運搬と代謝の分離が不明確で、血液内で直接酸化が起こると考えられていました。また、「新生状態の酸素」のような概念は、当時の化学で反応性を説明する際に使われた仮説的なアイデアです。
現代では、赤血球は酸素を運搬する役割に特化し、酸化反応(細胞呼吸)は組織細胞のミトコンドリアで行われることが確立しています。この文章は、当時の生理学と化学の融合を試みた興味深い試みとして、科学史的な価値を持つと言えるでしょう
4. 仮説-アルブミノイドの酸化による尿素生成
この見解に基づき、アルブミノイドを酸化作用のもとで尿素へと変化させる実験を考案した。できるだけ生体内の条件に近い形で行うために、当初は過酸化水素と赤血球そのものを使用するつもりだった。しかし、時間的制約と材料不足のため、過酸化水素の代わりに過マンガン酸カリウムを用いることにした。
[Grok]
1. 「アルブミノイドの酸化による尿素生成の実験アイデア」
原文の主張:
赤血球の酸化機能を模倣し、アルカリ性条件下でアルブミノイドから尿素を生成する実験を計画。最初は過酸化水素と赤血球を使用するつもりだった。
現代科学の解釈:
アイデアの背景: 著者は、赤血球が「新生状態の酸素」でアルブミノイドを酸化するという仮説に基づき、生体内での尿素生成(尿素回路に似たプロセス)を人工的に再現しようとしました。過酸化水素(H₂O₂)は強力な酸化剤であり、酸素供給源として合理的な選択です。
現代の理解:
生体内では、尿素は肝臓の尿素回路でアミノ酸の分解産物(アンモニア)から生成されます。赤血球は直接関与せず、酸素運搬のみを担います。著者の仮説は、酸化によるタンパク質分解を尿素生成につなげる試みとして興味深いですが、実際の生理学的メカニズムとは異なります。
2. 「過マンガン酸カリウムへの変更とその反応」
原文の主張:
時間と材料不足から過酸化水素を過マンガン酸カリウム(KMnO₄)に変更。これは還元剤の存在下で分解し、過酸化マンガン(MnO₂)、酸素(O₂)、カリウム(KOH)を生成し、アルカリ性溶液中で「新生状態の酸素」を供給する。
現代科学の解釈:
化学反応: 過マンガン酸カリウムは強力な酸化剤であり、還元剤(例: 有機物)存在下で以下の反応が起こります:
2KMnO4+H2O+還元剤→2MnO2+2KOH+O2↑+酸化生成物
「新生状態の酸素」:
著者が言う「état naissant(新生状態)」は、当時、反応直後の活性な状態を指す用語で、現代では酸素分子(O₂)やラジカル(例: O・)として理解されます。過マンガン酸カリウムの分解で生成される酸素が、タンパク質の酸化を引き起こしたと考えられます。
妥当性:
過マンガン酸カリウムは過酸化水素の代替として機能し得ますが、生理的条件(赤血球の作用)とは大きく異なる人工的な酸化環境です。
過マンガン酸カリウムは還元剤の作用を受けると二酸化マンガン、酸素、カリウムに分解されるため、水の存在下ではアルカリ性溶液中で「生じたばかりの酸素」を利用するのと同じ条件になる。
この方法を用いて、血液や血清のアルブミン、フィブリン、グルテンを分解し、尿素、二酸化炭素、アンモニア、そして非常に強い酸を含む複数の副産物を得ることに成功した。
この実験の意義は非常に大きい。なぜなら、アルブミノイドがほぼ直接的に酸化されることで尿素が生成されたのは、これが初めてのことだからである。
[Grok]
3. 「実験結果: アルブミノイドから尿素などの生成」
原文の観察:
過マンガン酸カリウムを用いて、血中のアルブミン(albumine)、血清(sérum)、フィブリン(fibrine)、グルテン(gluten)を分解し、尿素(urée)、二酸化炭素(acide carbonique)、アンモニア(ammoniaque)、その他強力な酸を含む生成物を得た。
現代科学の解釈:
反応の可能性:
過マンガン酸カリウムは強酸化剤であり、タンパク質を酸化分解して窒素含有化合物(尿素、アンモニア)や二酸化炭素を生成することは化学的に可能です。例えば、タンパク質のアミノ酸が酸化されると、窒素がアンモニアや尿素に変換され、炭素骨格がCO₂になる反応が考えられます。
「強力な酸」:
「un acide très-puissant」は特定されていませんが、有機酸(例: 酢酸や乳酸)や部分酸化生成物である可能性があります。
現代の視点:
尿素は生体内では尿素回路で合成されますが、人工的にタンパク質を強力な酸化剤で処理すれば、窒素を含む分解産物として尿素が生成されることはあり得ます。ただし、これは生理的プロセスとは異なり、過マンガン酸カリウムの非特異的な酸化力による結果です。
4. 「尿素生成の重要性」
原文の主張:
アルブミノイドの「直接的な酸化」による尿素生成は初めてであり、重要な成果である。
現代科学の解釈:
歴史的意義:
19世紀当時、尿素の合成は化学史で注目されていました(1828年のヴェーラーによる尿素合成が無機物からの初の有機物合成として有名)。著者の実験は、タンパク質から直接尿素を生成する試みとして、独自の意義を持った可能性があります。
限界:
「直接的な酸化」という表現は曖昧で、生理的プロセス(酵素反応)を模倣したものではなく、強力な化学的酸化による分解にすぎません。現代では、タンパク質から尿素への変換は、アミノ酸の脱アミノ化と尿素回路による多段階反応として理解されています。
なお、本格的にアルブミノイドを尿素へ変換する前に、私はいくつかの予備実験を行い、尿素は過マンガン酸カリウムの酸化作用に耐えることを確認した。
5. 予備実験 - 過マンガン酸カリウムの尿素に対する作用
(a) 同量の尿素と過マンガン酸カリウムを、それらの約20倍の重量の水に溶解し、排気管付きの装置に入れて、夏の常温で放置した。48時間経っても反応の兆候は全く見られなかった。つまり、気体の発生もなく、溶液は元の色と透明度を保った。
→ 常温では、過マンガン酸カリウムは尿素に対して酸化剤として作用しないことがわかる。
[Grok]
5. 「予備実験: 尿素の酸化耐性」
原文の観察:
過マンガン酸カリウムの酸化作用に尿素が耐えることを予備実験で確認した。
現代科学の解釈:
正しい観察:
尿素(H₂N-CO-NH₂)は比較的安定な化合物であり、過マンガン酸カリウムのような酸化剤に対して容易に分解されません。これは尿素の化学的性質(強い共鳴構造による安定性)と一致します。
意義:
この結果は、実験で生成された尿素が反応条件下で副次的に分解されず、確かにアルブミノイド由来の生成物であることを裏付けます。
常温での実験 (a): 過マンガン酸カリウムと尿素の反応なし
原文の観察:
尿素と過マンガン酸カリウムを同量(等モル比)で20倍量の水に溶かし、夏の常温で48時間放置。ガス発生や溶液の色・透明度の変化は見られず、反応は起こらなかった。
現代科学の解釈:
🔴正しい観察:
過マンガン酸カリウム(KMnO₄)は強力な酸化剤ですが、中性または弱アルカリ性条件下で尿素(H₂N-CO-NH₂)と反応するには活性化エネルギーが不足しているため、常温では反応が進行しないのは妥当です。尿素は化学的に安定で、容易に酸化されません。
化学的背景:
KMnO₄の酸化力はpHや温度に依存します。中性条件下では反応速度が遅く、特に尿素のような安定分子に対しては顕著な変化が見られにくいです。
総括
この文章は、赤血球の酸化機能に着想を得た実験的アプローチで、タンパク質の酸化による尿素生成を試みたものです。現代科学の視点から見ると
🔴正しかった点:
過マンガン酸カリウムが酸化剤として酸素を供給し、タンパク質から尿素やアンモニアを生成できること。尿素が酸化に耐えること。
🔵誤っていた点:
赤血球の生理的役割を模倣したとする主張は誤りで、実験は非特異的な化学反応に依存。生体内での尿素生成とはメカニズムが異なる。
◎時代背景:
19世紀の化学と生理学の交差点にあり、タンパク質代謝の理解が未熟な時期に、酸化反応を通じて尿素生成を説明しようとした試みです。過マンガン酸カリウムの使用は、当時の実験化学で一般的だった手法を反映しています。
現代では、尿素生成は肝臓の尿素回路による酵素反応として解明されており、赤血球や「新生状態の酸素」は関与しません。この実験は科学史的に、タンパク質化学と代謝研究の初期段階を示す貴重な記録と言えるでしょう。
(b) 80〜100℃に加熱すると、わずかに窒素が発生したが、溶液内には大量のアンモニアが検出された。このことから、反応の初期段階で
過マンガン酸が還元される
二酸化炭素が生成される
溶液がアルカリ性になる
その結果、アルカリ性の環境下で尿素が作用を受け、過マンガン酸カリウムでは分解できない炭酸アンモニウムへと変化する
という結論が得られる。
[Grok]
2. 加熱条件下での実験 (b): 弱い窒素放出とアンモニア生成原文の観察:
80〜100℃に加熱すると、少量の窒素(azote)が放出され、溶液中に多くのアンモニア(ammoniaque)が検出された。過マンガン酸が還元され、二酸化炭素(acide carbonique)が生成し、溶液がアルカリ性になり、尿素が炭酸アンモニウム(carbonate d’ammoniaque)に変換された。
現代科学の解釈:
反応の概要:
加熱によりKMnO₄の酸化力が活性化し、尿素が部分的に分解したと考えられます。観察された生成物(N₂、NH₃、CO₂)は以下の反応を示唆します:
尿素の加水分解:
アルカリ性条件下で尿素は加水分解し、アンモニアと二酸化炭素を生成します:
H2N−CO−NH2+2H2O→2NH3+CO2H₂N-CO-NH₂ + 2H₂O → 2NH₃ + CO₂H₂N-CO-NH₂ + 2H₂O → 2NH₃ + CO₂
酸化反応:
KMnO₄が尿素を酸化し、窒素ガス(N₂)を少量生成した可能性がありますが、これは副次的な反応です。
🔵誤解:
著者は「過マンガン酸が還元され、溶液がアルカリ性になる」と述べていますが、KMnO₄自体がKOHを生成するため、反応初期からアルカリ性です。尿素の変換は酸化よりも加水分解が主因と考えられます。
現代の視点:
尿素の酸化によるN₂生成は可能ですが、通常は強酸性条件下で進行しやすく、アルカリ性では加水分解が優勢です。
(c) (a)の実験において、尿素と過マンガン酸カリウムの比を1:1に保ったまま、さらに2当量の硫酸を加えると、すぐに微量の気体の発生が見られる。しかし、その量は非常に少なく、24時間で理論値の4分の1程度しか発生しなかった。
ただし、この装置を温水中に浸すと、反応はより活発になったが、激しい反応にはならなかった。
また、いくつかの実験で発生した気体を分析したところ、常に二酸化炭素2体積に対し窒素1体積の割合であった。さらに、反応後の脱色された残留物をろ過し、そこに含まれる還元された二酸化マンガンを除去すると、硫酸カリウムと硫酸アンモニウムの混合物が得られた。
→ つまり、遊離した過マンガン酸が尿素と反応することが確認され、その反応は次の化学式に従って進行する。
$${\mathrm{Mn_20_7KO ⇔ Mn_20_4 + O_3 + KO}}$$
結論: これらの実験結果から、過マンガン酸カリウムをアルブミノイドの酸化剤として用いる際、溶液が弱アルカリ性または中性である限り、尿素が分解される心配はないことが明らかになった。
[Grok]
3. 酸性条件下での実験 (c): ガス放出と反応生成物の分析原文の観察:
常温で硫酸(acide sulfurique)を加えると弱いガス放出が即座に起こるが、24時間で理論値の1/4しか得られない。
加熱すると反応が活発化し、放出ガスは二酸化炭素(acide carbonique)2体積と窒素(azote)1体積の組成。残渣は硫酸カリウム(sulfate de potasse)と硫酸アンモニウム(sulfate d’ammoniaque)の混合物。
現代科学の解釈:
酸性条件の効果:
硫酸を加えることでKMnO₄が強酸性条件下で「過マンガン酸(acide hypermanganique)」として高い酸化力を発揮します。この環境では尿素の酸化が進行しやすくなります。
ガス組成:
生成ガスがCO₂:N₂ = 2:1であることは、尿素の完全酸化を示唆します。反応式を現代化学で推定すると:
2H2N−CO−NH2+8MnO4−+16H+→4CO2+N2+8MnO2+12H2O2H₂N-CO-NH₂ + 8MnO₄⁻ + 16H⁺ → 4CO₂ + N₂ + 8MnO₂ + 12H₂O2H₂N-CO-NH₂ + 8MnO₄⁻ + 16H⁺ → 4CO₂ + N₂ + 8MnO₂ + 12H₂O
残渣:
MnO₂(二酸化マンガン)はKMnO₄の還元生成物、硫酸カリウム(K₂SO₄)と硫酸アンモニウム((NH₄)₂SO₄)は反応後の塩として合理的です。
反応速度:
常温での反応が遅いのは酸化の活性化エネルギーが高いためで、加熱により速度が上がるのは熱力学的予測通りです。
4. 結論と応用原文の主張:
これらの実験から、過マンガン酸カリウムをアルブミノイドの酸化に用いる際、中性または弱アルカリ性条件下では生成した尿素が分解されないことが分かった。
現代科学の解釈:
🔴正しい結論:
尿素がKMnO₄に対して比較的安定であることは、実験(a)の結果と一致し、タンパク質酸化実験で尿素を指標として利用する際に有用です。酸性条件下では分解が進むため、条件選択が重要です。
応用の意義:
著者はタンパク質から尿素を生成する実験で、KMnO₄の酸化力が尿素を破壊しない条件を見極めたかったのでしょう。これは実験設計における重要な洞察です。
総括
この予備実験は、過マンガン酸カリウムと尿素の反応性を条件別に検証したもので、現代科学の視点から見ると:
🔴正しかった点:
常温中性条件での尿素の安定性、酸性加熱条件下でのCO₂とN₂の生成、反応生成物の分析。
🔵誤っていた点:
アルカリ性条件下での反応が「酸化」ではなく加水分解による可能性を考慮していない点。反応式の詳細が記述されていないため、完全な化学的裏付けが不足。
◎時代背景:
19世紀の化学では、酸化剤の作用や反応生成物の定量分析が発展途上であり、著者の観察は当時の技術水準を反映しています。特にガス組成の2:1比や残渣の特定は、実験の精度を示す貴重なデータです。
現代では、尿素の酸化は酸性条件下でのKMnO₄反応として理解され、反応式も詳細に記述可能ですが、生理的プロセスとは無関係です。この実験は、タンパク質代謝の化学的模倣を試みた科学史的資料として価値があります。
6. 過マンガン酸カリウムの卵白アルブミン、血清アルブミン、血液フィブリン、およびグルテンに対する作用
最初、私はアルブミノイド物質に含まれる全ての窒素が尿素に変化すると仮定した。この仮説のもとでは、|リーベルキューン 《Lieberkühn》の比率を採用すると、
100gのアルブミンを完全に酸化させるには約152gの酸素(すなわち約1000gの過マンガン酸カリウム)が必要
その結果、35gの尿素が生成される
と計算された。
[Grok]
1. 実験の前提と計算原文の仮説:
アルブミノイドの全窒素が尿素に変換されると仮定し、100gのアルブミンに対して152gの酸素(約1,000gのKMnO₄)が必要で、35gの尿素が生成すると計算。
現代科学の解釈:
計算の妥当性:
Lieberkühnのデータに基づく窒素含有量(タンパク質の窒素は約16%)から、100gのアルブミンに約16gの窒素が含まれ、尿素(分子量60、窒素28)として全変換されれば約35gは合理的。ただし、タンパク質の酸化は尿素だけでなくアンモニアやその他の窒素化合物も生成するため、全変換は現実的ではありません。
酸素量:
KMnO₄から供給される酸素量(1分子で約3O原子分、48g)を考慮すると、1,000gは過剰に見えますが、反応効率や副反応を考慮した可能性があります。
実験方法
何度か試みて失敗した後、私は以下の方法に落ち着いた。
10gのアルブミンを、その30倍の重量の水に溶解する。
計算された過マンガン酸カリウムの3/4(つまり75g)を少しずつ加える。
最初は強い還元反応が起こるが、すぐに停止する。
水浴で40℃に加熱しながら、
溶液が常にわずかにアルカリ性を保つように、希硫酸で時々中和する。
この方法により、反応がスムーズに進行し、生成した尿素が破壊されるのを防ぐことができる。
溶液の脱色が完了したら、ろ過する。
希硫酸を正確に加えて中和する。
完全に透明な溶液を水浴で蒸発濃縮する。
濃縮溶液に過剰の濃アルコールを加えると、
硫酸カリウムと硫酸アンモニウムが沈殿する。
アルコール溶液をさらに蒸発し、ハチミツ状の濃縮物を得る。
これを熱アルコールで再溶解し、蒸発すると尿素の性質を示す残留物が得られる。
2. 実験手順の確立原文の方法:
10gのアルブミンを300gの水に溶かし、75gのKMnO₄(計算量の3/4)を徐々に添加。40℃で加熱し、希硫酸で弱アルカリ性を維持。脱色後、濾過、濃縮、アルコールで硫酸塩を沈殿させ、残渣から尿素を抽出。
現代科学の解釈:
弱アルカリ性の維持:
前回の結果(尿素が酸性で分解する)を踏まえ、pHを調整して尿素を保護。KMnO₄はアルカリ性で反応が進むが、過剰な酸性化を避けたのは合理的。
抽出プロセス:
アルコールによる硫酸カリウム(K₂SO₄)と硫酸アンモニウム((NH₄)₂SO₄)の分離、濃縮後の絶対アルコールでの尿素抽出は、当時の有機化学的手法として一般的。尿素の溶解性(水に可溶、アルコールに難溶)を活用しています。
反応条件:
40℃は穏やかな酸化を促し、タンパク質の分解を制御するのに適した温度。
尿素の同定試験
得られた残留物が尿素であることを以下の方法で確認した。
水酸化カリウム(苛性カリ)を加えて加熱すると、アンモニアが発生。
亜硝酸第一水銀(ニトロソ第一水銀)と反応すると、二酸化炭素 1体積 : 窒素 2体積の比率で気体が発生。
硝酸を加えると、尿素硝酸塩の特徴的な結晶が出現。
シュウ酸を加えると白色沈殿が生じる。顕微鏡で観察すると、典型的なシュウ酸塩の結晶が確認できる。
中性第二水銀塩(中性第二水銀硝酸塩)と反応すると、リービッヒ(Liebig)が研究したC₂H₄N₂O₂・4HgOの化合物が形成される。
尿素の単離:
シュウ酸尿素沈殿を炭酸バリウムで中和し、乾燥後、アルコールで再溶解することで尿素を得られる。
または、マルセ(Marcet)の方法を用いる。
すなわち、真空乾燥後、絶対アルコールで処理し、溶液にエーテルを慎重に加える。
2つの液体の接触面で白い雲状の沈殿が生じ、翌日には尿素の結晶が容器の壁面に形成される。
[Grok]
3. 尿素の同定(6つの特性)
原文の観察:
生成物の特性を以下で確認:
・加熱した苛性カリ(KOH)でアンモニア(NH₃)を放出。
・亜硝酸硝酸水銀でN₂とCO₂を2:1で生成。
・硝酸で硝酸尿素の結晶。
・シュウ酸で特徴的な白色沈殿。
・中性硝酸水銀でLiebigの複合体(C₂H₄N₂O₂·4HgO)。
・バリウム炭酸塩やエーテルで結晶化。
現代科学の解釈:
特性の妥当性:
これらは尿素の古典的な化学的同定法であり、すべて現代でも正しい:
(1) 尿素の加水分解: H₂N-CO-NH₂ + 2KOH → 2NH₃ + K₂CO₃
(2) 亜硝酸との反応: H₂N-CO-NH₂ + HNO₂ → N₂ + CO₂ + 2H₂O(2:1比が一致)
(3) 硝酸尿素(H₂N-CO-NH₂·HNO₃)の結晶化。
(4) シュウ酸尿素の沈殿。
(5) 水銀錯体の形成。
(6) 結晶化法は尿素の純度を高める標準的手法。
結論:
生成物が尿素であることは確かで、実験の成功を示しています。
結論
この一連の試験結果は、得られた物質が尿素であることを明確に証明している。
7. 考察
アルブミノイド物質の酸化によって尿素が生成されることを証明するための方法を説明する際、混乱を避けるために反応の中間段階については触れなかった。しかし、実験の詳細を省略すべきではないと考え、ここで補足する。
アルブミンと過マンガン酸カリウムの混合物は、最初は急速に脱色し、ゲル状になる。
これは、アルブミンに水酸化カリウムを加えたときと同じ現象である。
その後、反応が進行すると混合物は再び液状化する。
過マンガン酸カリウムを少量ずつ加え、不十分な量しか加えなかった場合、
脱色した溶液をろ過し、希硫酸で中和すると、白くフロック状(綿状)の沈殿が生じる。
この沈殿はアルブミン様の外観を持つ物質であり、他のアルブミノイド物質でも同様に生成される。
さらに過マンガン酸カリウムを加え、同時に希硫酸で部分的に中和し続けると、
ある時点で、ろ過した溶液を希硫酸で中和しても、もはや沈殿は生じなくなる。
このタイミングで中和を適切に行い、濃縮溶液にアルコールを加えると、硫酸カリウムの沈殿が得られる。
この硫酸カリウムの沈殿には、硫酸アンモニウムがごくわずかしか含まれず、溶液には尿素が溶解している。
アルコール溶液を濃縮し、さらに絶対アルコールで再処理すると尿素が得られる。
残留物として残るカリウム塩は、この処理によって完全に硬化する。
このカリウム塩は加熱すると軟化し、さらに温度を上げると、焼けた角質のような臭いを放ちながら燃焼する。
この塩は非常に窒素を多く含む。
その水溶液は、硝酸鉛や二酸化水銀硝酸塩によって沈殿を生じる。
これらの沈殿を硫化水素で分解すると、酸性の液体が得られ、蒸発させると明確な酸味を持つシロップ状の残渣が残る。
この残渣は結晶化しにくいが、時間が経つと薄い結晶の板が形成されることがある。
他の酸化方法で生成されるような芳香成分は一切確認されなかった。
したがって、酢酸や吉草酸(バレリアン酸)は生成されない。
反応中に気体の発生はない。
希硫酸で中和した際に二酸化炭素が発生するが、窒素の放出は確認されない。
窒素は、アンモニア、尿素、および前述の生成物の形で存在する。
過マンガン酸カリウム単独で酸化を行う場合、温度を80℃まで上げる必要がある。
しかし、その場合、尿素はごく微量しか検出されない。
さらに、過マンガン酸カリウムを過剰に加えると、アルブミノイド物質の最終産物は尿素ではなくアンモニアになる。
血液フィブリンは、アルブミンやグルテンよりも容易に分解される。
フィブリンとグルテンはゲル化することなく溶解し、アルブミンと同様の反応を示す。
[Grok]
4. 反応の観察と中間生成物(7つの備考)
原文の観察:
・反応初期にゲル化、その後液化。
・KMnO₄不足でアルブミン様沈殿。
・十分なKMnO₄で沈殿消失、高窒素の酸性残渣。
・酢酸やバレリアン酸などの臭気物質なし。
・反応中はガスなし、硫酸添加でCO₂のみ。
・KMnO₄単独80℃では尿素微量、過剰でアンモニアのみ。
・フィブリンがアルブミンやグルテンより変換しやすい。
・フィブリンとグルテンはゲル化せず同様の結果。
現代科学の解釈:
(1) ゲル化と液化: アルブミンの変性(KOHによる)でゲル化し、酸化分解で可溶性に変化。タンパク質の構造破壊を示す。
(2) 中間生成物: KMnO₄不足で未分解のタンパク質残渣が沈殿。酸化が不完全な状態。
(3) 高窒素残渣: アミノ酸やペプチドの酸化生成物で、窒素を多く含む有機酸(例: グリシン残基由来)。「角の焼ける臭い」はタンパク質分解特有。
(4) 揮発性酸の不在: 酢酸などが生成しないのは、穏やかな酸化条件(40℃、弱アルカリ性)のため。高温酸性条件(例: 二クロム酸)とは異なる。
(5) ガスの組成: CO₂のみでN₂なしは、尿素やアンモニアへの変換が主で、完全酸化が抑えられた結果。
(6) 温度と過剰の影響: 80℃や過剰KMnO₄で尿素が分解し、アンモニアに変換。これは酸化力の増大による。
(7, 8) 物質の違い: フィブリンが変換しやすいのは、溶解性や構造の違い(アルブミンより線維状で反応性が高い)による可能性。
結論
これらの観察から明らかなように、
アルカリ性条件下でのアルブミノイド物質の酸化によって得られる生成物は、マンガン酸化物や重クロム酸カリウムと硫酸を用いた高温の酸化法とは全く異なる。
時間と状況の制約により、この研究を完了することはできなかったが、今後さらに変化を加えて再検討する必要がある。
特に、ゼラチン、コンドリン、およびアルブミノイド物質に類似した他の物質を用いた場合の生成物の特性を調べることは興味深いだろう。
[Grok]
5. 総括と今後の課題
原文の結論:
弱アルカリ性での酸化は高温酸性条件と異なり、尿素を生成。ゼラチンやコンドリンなどの検証が必要。
現代科学の解釈:
🔴正しかった点:
尿素生成とその同定、条件による生成物の違いの観察。
🔵誤っていた点:
赤血球の機能を模倣したとする前提は誤りで、非特異的酸化反応に依存。タンパク質から尿素への直接変換は生理的ではない。
◎時代背景:
19世紀の有機化学と生理学の融合を試みた実験。尿素合成の化学的探求(ヴェーラー以降)とタンパク質代謝の理解の進展期に位置。
◎今後の意義:
他のタンパク質(ゼラチンなど)の反応性比較は、タンパク質化学の基礎研究として価値ある提案。
現代では、タンパク質から尿素はアミノ酸分解と尿素回路で生成され、KMnO₄による酸化は人工的プロセスにすぎません。この実験は、科学史的にタンパク質の化学的変換を探る試みとして重要です。
…以上である。さて、「19世紀だから仕方ないね」感のあるコメントが並んだが、後編では一気に逆転させてもらおう。19世紀の天才に刮目せよ。
stay tuned…
原文
La respiration consiste essentiellement, dit M. Lehdans un échange d'éléments gazeux entre le sang et l'air atmosphérique, échange qui s'opère dans les poumann, mons.
Mais où et comment cet oxygène acquiert-il l'activité qu'il possède dans le sang?
M. Dumas a donné, à mon avis, la solution de ce problème. Dans son travail sur le sang, en commun avec M. Prévost, il avait remarqué qu'il existe un rapport manifeste entre la température d'un animal et la richesse de son sang en globules. La seule exception qu'il ait observée est relative à la tortue, dont la température n'est pas en rapport avec la quantité considérable de globules que son sang contient.
Si la température d'un animal est d'autant plus élevée que son sang contient un plus grand nombre de globules, c'est que, dans cet animal, les phénomènes d'oxydation sont plus énergiques. D'un autre côté, ce sont les globules qui, dans le sang, sont chargés de retenir l'oxygène ; le pouvoir dissolvant du sérum n'est guère supérieur à celui de l'eau, à pression égale. Si, de plus, on admet, avec M. Küss, que les globules sanguins ne sont pas des utricules, mais des organes compactes, solides dans toutes leurs parties (les globules ne contiennent que 69 pour 100 d'eau; ce sont les organes les moins aqueux), je crois que l'on sera bien près de comprendre leur rôle, sans faire intervenir leur affinité pour l'oxygène, une sorte de combinaison oxygénée de globules.
Les globules sanguins condensent l'oxygène à la manière des corps poreux.
2. On sait que les corps poreux, en condensant l'oxygène dans leurs pores, favorisent singulièrement les phénomènes d'oxydation : ce fait n'a jamais été expliqué; je vais essayer de le faire.
Lavoisier (1) admettait que tout gaz est une combinaison d'un corps simple et de calorique : l'oxygène gazeux, tel que nous le connaissons, une combinaison du corps simple oxygène avec de la chaleur. Or, dans la condensation des les corps poreux, de la chaleur devient libre; le gaz oxygène se décompose en calorique qui se dégage et en oxygène simple dès lors, celui-ci, on le comprend, doit agir plus énergiquement que le gaz oxygène.
(1) Dans toute espèce de gaz on doit distinguer le calorique, qui fait en quelque façon l'office de dissolvant, et la substance qui est combinée avec lui et qui forme sa base (tome Ier, page 17). Nous appellerons gaz oxygène la réunion de cette base (l'oxygène) avec le calorique.
On peut encore remarquer que le phénomène n'est guère entravé par la présence d'un liquide qui imbiberait le corps poreux; car du noir de platine imprégné de potasse caustique est un oxydant plus énergique à l'égard de certaines substances que le même métal divisé et sec.
J'admets donc que les globules concrets du sang, à la manière des corps poreux, condensent l'oxygène et le ramènent en partie du moins à son état simple, état sous lequel il a plus d'énergie que le gaz oxygène, ou l'oxygène combiné au calorique.
Cette théorie de la fonction des globules rend très-bien compte de ces faits : qu'un autre gaz peut chasser l'oxygène qui y est uni, et que ces globules laissent dégager leur oxygène dans le vide.
Les corps poreux laissent, dans des circonstances toutes pareilles, dégager les gaz qu'ils ont condensés.
3. D'après cette manière de voir, toute la masse du sang agirait comme corps poreux; le liquor, qui tient les molécules de fibrine en quasi-dissolution, serait chargé d'oxyder les produits facilement oxydables qui s'y trouvent, les aliments respiratoires par exemple, tandis que les globules seraient le siége de l'oxydation des albuminoïdes.
Cette dernière opinion est appuyée par ce fait d'expérience que le globule est un organe transitoire, qui naît, vit et meurt.
Je considère donc le globule sanguin comme un organe dans lequel, au milieu d'une liqueur alcaline, l'oxygène condensé, l'oxygène qui a pris les propriétés de l'état naissant, détermine l'oxydation, la combustion partielle, la combustion avec dédoublement, des matières albuminoïdes.
4. Cette manière de voir m'a suggéré l'idée de déterminer la formation de l'urée à l'aide des matières albuminoïdes sous l'influence oxydante d'un mélange alcalin, autant que possible dans les mêmes conditions que les conditions organiques. Ma première pensée était de me servir de l'eau oxygénée et des globules sanguins eux-mêmes. Le temps et le manque de matériaux m'ont décidé à remplacer l'eau oxygénée par l'hypermanganate de potasse, combinaison qui, sous l'influence des agents réducteurs, se décompose en peroxyde de manganèse, oxygène et potasse :
de sorte que, en présence de l'eau, cela revient à employer l'oxygène naissant dans une liqueur alcaline. Je suis parvenu, en effet, à dédoubler par ce moyen l'albumine du sang et du sérum, la fibrine et le gluten: j'ai obtenu de l'urée, de l'acide carbonique, de l'ammoniaque, et plusieurs autres produits au nombre desquels un acide très-puissant.
Cette expérience est importante, car c'est la première fois que l'urée a pu être produite par l'oxydation en quelque sorte directe des matières albuminoïdes.
Avant d'opérer la transformation des matières albuminoïdes en urée, j'ai fait quelques expériences préliminaires, desquelles il résulte que l'urée peut résister à l'action oxydante de l'hypermanganate de potasse.
5. Expériences préliminaires. -Action de l'hypermanganate de potasse sur l'urée.
(a) J'ai mis en contact des équivalents égaux d'urée et d'hypermanganate de potasse, dissous dans environ vingt fois leur poids d'eau. Le tout a été abandonné à la température ordinaire de l'été, dans un appareil muni d'un tube de dégagement. Au bout de quarante-huit heures, aucun indice de réaction ne s'est manifesté, c'est-à-dire qu'il ne se dégagea pas de gaz et que la liqueur conserva sa couleur primitive et sa transparence. A la température ordinaire, l'hypermanganate de potasse n'agit donc pas comme oxydant sur l'urée.
(b) Ce n'est qu'en chauffant jusqu'à 80 ou 100 degrés qu'il se produit un faible dégagement d'azote; mais on trouve beaucoup d'ammoniaque dans la liqueur : d'où l'on peut conclure que, dès le premier moment de cette action, l'acide hypermanganique est réduit, qu'il se forme de l'acide carbonique, que la liqueur devient alcaline, et que celle-ci, agissant alors sur l'urée, la transforme en carbonate d'ammoniaque inattaquable par l'hypermanganate.
(c) Si dans l'expérience (a) on ajoute 2 équivalents d'acide sulfurique pour 1 équivalent d'hypermanganate, on remarque aussitôt un faible dégagement de gaz, si faible, que dans vingt-quatre heures on n'obtient pas le quart du gaz qui devrait se dégager. Mais, si l'on plonge l'appareil dans l'eau chaude, la réaction devient plus vive, sans être tumultueuse.
Dans plusieurs expériences j'ai analysé le gaz qui s'était dégagé; il était constamment formé de 2 volumes d'acide carbonique et de 1 volume d'azote. Le résidu décoloré, séparé par le filtre du bioxyde de manganèse réduit, était un mélange de sulfate de potasse et de sulfate d'ammoniaque; de là résulte que l'acide hypermanganique libre peut réagir sur l'urée, et que cette réaction a lieu d'après l'équation suivante :
Ces expériences montraient clairement que dans l'emploi de l'hypermanganate de potasse, comme oxydant des albuminoïdes, on n'aurait pas à craindre l'altération de l'urée, dans le cas où il s'en produirait, tant que la dissolution serait légèrement alcaline ou neutre.
6. Action de l'hypermanganate de potasse sur l'albumine des œufs, sur l'albumine du sérum, sur la fibrine du sang et sur le gluten. - J'ai supposé d'abord que tout l'azote de la matière albuminoïde se transformerait en urée. Dans cette hypothèse, le calcul indique qu'il faut environ 152 grammes d'oxygène, c'est-à-dire près de 1,000 grammes d'hypermanganate de potasse pour 100 grammes d'albumine, en adoptant les rapports de M. Lieberkühn. Ces 100 grammes de matière albuminoïde devaient engendrer 35 grammes d'urée.
Après plusieurs tentatives infructueuses, je me suis arrêté au procédé suivant. Je dissous 10 grammes d'albumine dans trente fois son poids d'eau, et j'y ajoute peu à peu les trois quarts de l'hypermanganate calculé, c'est-à-dire 75 grammes. La réduction, très-vive au commencement, s'arrête bientôt; on chauffe alors à 40 degrés au bain-marie, et, de temps en temps, on sature la liqueur par l'acide sulfurique très-étendu, de manière à la maintenir constamment un peu alcaline. Par ce moyen, l'opération marche assez vite, et l'on n'est pas exposé à détruire l'urée qui prend naissance. Lorsque la décoloration est achevée, on filtre, on sature exactement la liqueur par l'acide sulfurique étendu. La dissolution, parfaitement limpide, est évaporée au bain-marie; lorsqu'elle est réduite à un petit volume, on y ajoute un excès d'alcool concentré : il se dépose du sulfate de potasse et du sulfate d'ammoniaque. La dissolution alcoolique est à son tour évaporée en consistance de miel et reprise à chaud par l'alcool absolu. Par l'évaporation, on obtient un résidu sur lequel on peut constater les propriétés et les caractères de l'urée.
Après plusieurs tentatives infructueuses, je me suis arrêté au procédé suivant. Je dissous 10 grammes d'albumine dans trente fois son poids d'eau, et j'y ajoute peu à peu les trois quarts de l'hypermanganate calculé, c'est-à-dire 75 grammes. La réduction, très-vive au commencement, s'arrête bientôt; on chauffe alors à 40 degrés au bain-marie, et, de temps en temps, on sature la liqueur par l'acide sulfurique très-étendu, de manière à la maintenir constamment un peu alcaline. Par ce moyen, l'opération marche assez vite, et l'on n'est pas exposé à détruire l'urée qui prend naissance. Lorsque la décoloration est achevée, on filtre, on sature exactement la liqueur par l'acide sulfurique étendu. La dissolution, parfaitement limpide, est évaporée au bain-marie; lorsqu'elle est réduite à un petit volume, on y ajoute un excès d'alcool concentré : il se dépose du sulfate de potasse et du sulfate d'ammoniaque. La dissolution alcoolique est à son tour évaporée en consistance de miel et reprise à chaud par l'alcool absolu. Par l'évaporation, on obtient un résidu sur lequel on peut constater les propriétés et les caractères de l'urée.
1º. Traité par la potasse caustique, à chaud, il dégage de l'ammoniaque.
2º. Traité par le nitrate nitreux de protoxyde de mercure, il produit un dégagement d'azote et d'acide carbonique dans le rapport de 1 volume d'acide carbonique pour 2 volumes d'azote.
3º. L'acide nitrique y fait apparaître les cristaux caractéristiques de nitrate d'urée.
4°. L'acide oxalique y occasionne un précipité blanc qui, examiné au microscope, se résout en cristaux trèscaractéristiques.
5º. Traité par le nitrate neutre de bioxyde de mercure, avec ou sans addition de potasse, on obtient la combinaison C2H4Az²O² 4HgO étudiée par M. Liebig.
6º. Enfin, on peut en isoler l'urée. Il suffit de saturer le précipité d'oxalate d'urée par le carbonate de baryte, de dessécher et de reprendre par l'alcool. On peut aussi l'obtenir cristallisée en employant l'artifice indiqué par M. Marcet; pour cela on dessèche le résidu dans le vide, on l'épuise par l'alcool absolu à la liqueur obtenue, il suffit alors d'ajouter de l'éther en évitant le mélange; on aperçoit un précipité nuageux au point de contact des deux liquides, et du jour au lendemain on obtient des cristaux d'urée qui tapissent la paroi du vase.
Cet ensemble de caractères démontre que le produit obtenu est bien de l'urée.
7. Remarques. Pour ne pas introduire de confusion dans la description du procédé qui m'a permis de démontrer la formation de l'urée par l'oxydation des matières albuminoïdes, je n'ai rien dit des phases intermédiaires de la réaction; je crois, cependant, ne pas devoir omettre ces détails de l'expérience.
1º. Le mélange d'albumine et d'hypermanganate se décolore d'abord très-rapidement, et se prend en gelée, comme il arrive quand on ajoute de la potasse à l'albumine. Peu après, par les progrès de la réaction, le mélange se liquéfie.
2º. Si l'hypermanganate a été ajouté peu à peu et en quantité insuffisante, on trouve, en filtrant la liqueur décolorée, et en saturant par l'acide sulfurique étendu, qu'il se forme un précipité blanc, floconneux, de matière d'apparence albumineuse. Ce produit prend aussi naissance avec les autres matières albuminoïdes.
3º. En continuant l'addition de l'hypermanganate et la saturation partielle par l'acide sulfurique étendu, il arrive un moment où la liqueur filtrée, saturée par l'acide sulfurique, ne donne plus lieu à ce précipité. Si en ce moment on sature à point, on obtient, en ajoutant de l'alcool à la liqueur concentrée, un précipité de sulfate de potasse qui ne contient que très-peu de sulfate d'ammoniaque et une dissolution alcoolique. Celle-ci, évaporée en consistance d'extrait, et reprise par l'alcool absolu, cède de l'urée, et il reste pour résidu un sel de potasse qui devient complétement dur par ce traitement. Ce sel se ramollit quand on le chauffe, et si l'on élève la température, il brûle en répandant l'odeur de corne brûlée. Il est très-azoté. Sa dissolution précipite par l'azotate de plomb et par l'azotate de bioxyde de mercure. Ces précipités, décomposés par l'hydrogène sulfuré, fournissent un liquide acide qui, évaporé, laisse un résidu sirupeux de saveur franchement acide et agréable. Ce produit ne cristallise point, cependant à la longue on y voit apparaître les lamelles cristallines.
4º. Je n'ai pu constater la formation d'aucun des principes odorants que produisent les autres procédés d'oxydation. Il ne se forme donc ni acide acétique ni acide valérianique.
5º. Il ne se dégage pas de gaz pendant la réaction. Lorsqu'on sature par l'acide sulfurique, il ne se dégage que de l'acide carbonique, sans aucune trace d'azote. Ce gaz se retrouve à l'état d'ammoniaque, d'urée, et du produit ou des produits indiqués (3º).
6º. Si l'oxydation est opérée par l'hypermanganate scul, il faut chauffer jusqu'à 80 degrés; mais alors on ne trouve que des traces d'urée. Si, de plus, on ajoute un léger excès d'hypermanganate, on ne trouve que de l'ammoniaque pour résidu de la matière albuminoïde.
7°. La fibrine du sang m'a paru plus facilement transformable que l'albumine et le gluten.
8°. La fibrine et le gluten se dissolvent sans former de gelée, en donnant lieu aux mêmes résultats que l'albumine.
De ces remarques il ressort clairement que l'oxydation des matières albuminoïdes sous une influence alcaline donne des produits très-différents de ceux que l'on obtient à une température plus élevée au moyen des mélanges oxydants de peroxyde de manganèse ou de bichromate de potasse et d'acide sulfurique.
Je regrette que le temps et les circonstances ne m'aient pas permis d'achever cette étude. Il faudra la reprendre en la variant; il sera intéressant de voir les produits que fourniront la gélatine, la chondrine et, en général, les substances les plus voisines des matières albuminoïdes.
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