カール・シップ・マーベル

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。第二次世界大戦中、米国の合成ゴム計画に重要な貢献を果たし、後にポリベンズイミダゾールの開発に携わった。ポリベンズイミダゾールは、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ある。^[1]彼は「世界でも傑出し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ロナルド・レーガン大統領から贈られた 1986年のアメリカ国家科学賞など、数々の賞を受賞した。

カール・シップ・マーベルは1894年9月11日、米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た。叔父が彼に化学を学ぶよう勧めた。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て卒業した。 ^[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ドルの奨学金を得た。^[1]

マーベルはイリノイ大学1年目に「遅れを取り戻す」ために追加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の早い段階で、徹夜で勉強した後、急いで朝食をとる癖から「スピード」というあだ名が付けられた。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する工業プロセスで使用される化学物質の多くを入手することが困難になった。クラレンス・デリックは、それまでドイツから輸入していた化学物質を製造・販売するために、イリノイに有機化学製造部門を設立した。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。有機化学製造部門での仕事を通じて、彼は化学薬品の調合に関する幅広い経験を積んだ。^{[1] [5]} 学生は、化学物質のコスト、装置、所要時間など、各調合について注意深くノートに記録することを求められた。マーベルは、不十分な手順を修正してより効果的なものにしたり、他の人が追随できるように手順を説明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、CS・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フルタイムで戻りました。^[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]学部長ウィリアム・アルバート・ノイズのもとで研究を行いました。^{[5]彼の論文は}「脂肪族ジアゾ化合物の可能な非対称性の研究」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加わった。^[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、彼は有機化学製造ユニットも監督した。これは学生が入手困難な特殊化学物質を合成する夏期プログラムとなった。^[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的な有機化学でした。彼は『有機合成』に熱心に寄稿しました。^[6] 『有機合成』第1巻に収録されている264の調製法のうち、約20%はマーベルによって執筆またはチェックされました。^[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、さまざまな化合物を研究し、それらの調製と反応の調査を行った。彼は、化合物の特性評価、識別、分析に使用する有機化学試薬を開発した。この研究の多くは、赤外分光法や質量分析法などの技術が開発される前に行われた。たとえば、マーベルの分子間水素結合の探究は、溶解度と混合熱の研究に依存していた。^{[1] [9]}

彼はすぐに高分子化学に移り、再び合成法と構造決定に取り組みました。元素分析、平均分子量、末端基分析、生成物の検査などの技術を使用して、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示しました。^[1]新しい技術を即興で改良する能力により、彼は高分子科学の分野に「大きな基礎的貢献」を果たしました。 ^[1]これにより、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] SO
₂、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使用し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FEマシューズによる、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テスト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]}

マーベルは、第二次世界大戦中に天然ゴムの供給が途絶えた際に、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部局C-2合成問題課で働いた。^[1] 1941年と1942年には、国防研究委員会B-3合成、分析、無機問題課の委員長を務めた。^[11] 1942年から1945年の間、米国ゴム備蓄公社のために全米のさまざまな機関から集まった100名近くの化学者グループを率いた。^{[10] [16]イリノイでの}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妨げる成分であると判断しました。^[13]

1946年、マーベルは技術情報チームの一員としてドイツに行き、ドイツのゴム技術の現状について報告した。彼らは、ドイツの科学者が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]を使用していることを発見した。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た。 ^{[1] [18]}彼らの新しい方法では、重合はわずか7時間で完了することができた。^[17]

マーベルは戦時中の功績により、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・アダムスやレイノルド・C・フーソンとともに、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理解していた。^[21] また、「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、在職中に176人の博士課程の学生と少なくとも150人のポスドクを指導した。^[10] 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・マケルバイン、^[1] アーノルド・ベックマン、^[22]および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・クレブスがいる。^[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活動を続けた。1963年、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、ポリベンズ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た。^{[13] [24]}

マーベルは1950年代にライト・パターソン空軍基地から連絡を受けた。米空軍がドラッグパラシュートに適した材料を必要としていたためである。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、芳香族および複素芳香族繰り返し単位を持つ縮合ポリマーであるポリベンズイミダゾール（PBI）を初めて合成した。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、ポリベンズイミダゾール繊維を開発した。^[1]彼らの最高のPBIは、600℃までの温度で不燃性と安定性の両方を備えていた。^[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は熱および酸化に対して安定しているため、1960年代にNASAに航空宇宙および防衛用途での使用のために採用された。^[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、ポリベンズ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「ラダー分子」（ラダーポリマー）の開発を提案した。 ^{[28] [29]}マーベルは、1938年にポリ（メチルビニルケトン）の環化を試み、ラダー型ポリマーを作成する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）を作成するための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年間開発されなかったソリューションの重要な要素、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。そのため、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」と見なされている。^[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功労賞（1966年）を、空軍システム司令部から優秀業績賞（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、ポスドク学生の助けを借りて1988年に亡くなるまで研究を続けた。^[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にある「カール・S・マーベル化学研究所」と名付けた。^[33] ワシントンDCのアメリカ化学会館にある会議室、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本の論文を発表し、「高分子有機化学入門」を含む4冊の本を出版しました。^{[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、例えば「ケープメイウグイスの珍しい摂食習慣」（1948年）や「西オンタリオのブルーグロズベック」（1950年）などがある。^[34]

• 1938年米国科学アカデミー会員に選出^[3]
• 1944年ウィリアム・H・ニコルズメダル、アメリカ化学会^[11]
• 1945年アメリカ化学会会長^[35]
• 1945年アメリカ哲学協会に選出^[36]
• 1950年ウィラード・ギブス賞、アメリカ化学会^[37]
• 1955年アメリカ化学協会金メダル^[38]
• 1956年プリーストリーメダル、アメリカ化学会^[39]
• 1960年アメリカ芸術科学アカデミー会員に選出^[40]
• 1964年ACS高分子化学賞初受賞^[41]
• 1964年 プラスチック技術者協会国際賞
• 1965年パーキン賞、アメリカ化学工業協会^{[42] [43]}
• 1966年 米空軍材料研究所功労賞^[1]
• 1966年 空軍システム司令部優秀功績賞^[1]
• 1967年アメリカ化学協会化学パイオニア賞^[44]
• 1986年アメリカ国家科学賞、ロナルド・レーガン大統領より授与^[45]
• 1988年アルファ・カイ・シグマの殿堂入り。^[8]

カール・マーベルは1933年12月26日にアルバータ・ヒューズと結婚しました。2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2人の子供がいました。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ました。2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3人の息子がいました。スコット・トーマス・マーベルはシェリー・コーン・フルシェと結婚しました。彼にはエステル・マーベルという1人の娘とゼインとカーソン・フルシェという2人の継子がいます。カール・ランドール・マーベルはジェニファー・プライスと結婚しました。2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

• Mangravite, Andrew (2002)。The Carl S. Marvel Papers 1960-1984。完全な検索補助を表示するには、「Carl S. Marvel Papers 検索補助」をクリックしてください。 {{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)
• オーラル ヒストリー センター。「カール S. マーベル」。科学史研究所。
• Gortler, Leon B.; Price, Charles C. (1983 年 7 月 13 日). Carl S. Marvel、1983 年 7 月 13 日にデラウェア州ウィルミントンで Leon Gortler と Charles Price が行ったインタビューの記録(PDF)。ペンシルベニア州フィラデルフィア:化学史センター。
• レナード、ネルソン J. (1994)。カール・シップ・マーベル 1894-1988 (PDF)。ワシントン D.C.: 米国科学アカデミー。2015年6 月 12 日閲覧。
• カール・シップ・マーベルとの音声インタビュー。