昭和11年東京生まれた白川英樹氏は小学3年から高校卒業までの10年間を飛騨高山で過ごしました。中学の卒業文集で「将来はプラスチックの改良をやりたい」と書いたことが、何分の1かの自分の出発点になっていると後にインタビューで語っています。この頃は他にもエレクトロニクスや昆虫採集、植物にも興味を持っていたそうですが、入学した東京工業大学で高分子化学の勉強をしているうちに合成の研究にのめり込んでいったそうです。


昭和36年東京工業大学理工学部化学工学科を卒業。昭和41年には同大学院理工学研究科博士課程を修了しています。東京工業大学資源化学研究所助手、米国ペンシルベニア大学研究員、筑波大学教授、同大学第三学群長などを務め、平成12年3月に退官されました。
退官された年の10月、「導電性ポリマーの発見と開発」によりノーベル化学賞を受賞し、日本中で大注目されました。

白川英樹氏の主な著書は以下の通りです。

一般に、プラスチックは電気を通さない性質（絶縁性）をもっていると言われます。ゴム、プラスチック、ガラスは絶縁性の材料だと思っている方も多いのではないでしょうか。

そもそもプラスチックというのは総称だというのは知ってますか？電線を覆っているのは塩化ビニル樹脂ですし、飲料ボトルや包装材に使われているのはポリエチレンです。他にも様々な種類がありますが、たいていのものは軽くて加工しやすく安価なのが特徴で、これらをまとめてプラスチックと呼んでいます。そして先ほどもお伝えした通り、そのほとんどが絶縁性です。

白川氏が研究をしていた時代はプラスチックは100％すべて電気を通さないのが常識でした。そのなかで常識を疑い、発見した新しいプラスチックに電気が通るかも？と試したことがまず、革命的だったのです。

白川氏の第一の発見はポリアセチレンの薄膜化です。チーグラー・ナッタ触媒によってアセチレンガスからポリアセチレンを合成できるようになりました。しかしポリアセチレンは黒色の粉末で、熱を加えても軟化せず溶媒にも溶けなかったため、性質を測定することはおろか加工することも難しかったのです。プラスチックとしての利点に乏しい高分子だと考えられていました。

白川氏に訪れたきっかけは、学生が「mmol」と「mol」を読み間違える勘違いをし1000倍も濃い触媒を使ってしまったことでした。触媒が濃いために反応速度が速くなり、溶液の表面で重合反応が起こり、結果偶然にも被膜のように固まってしまったのです。この失敗をきっかけに白川氏はフィルム状のポリアセチレンをつくることに成功しました。

できたポリアセチレン薄膜は、金属光沢をもっていました。アルミのような光沢だったと言われています。粉末状のポリアセチレンは有機高分子半導体であるという研究結果を知っていた白川氏は、ポリアセチレン薄膜に電気が流れるのではないか？とひらめき、実験を続けました。

残念ながらポリアセチレン薄膜自体は粉末と同じく半導体〜絶縁体程度でしかなかったのですが、招かれたペンシルバニア大学における共同研究で「求電子性のあるハロゲンを微量添加することで金属にも匹敵するほどの電気伝導度をもつ」ことを発見したのです。

白川氏の発見にはいくつかの偶然に支えられていますが、白川氏の経験と知識とひらめきがなければその偶然を成功に導けなかったでしょう。セレンディピティーとは、求めてはいなかったものを偶然や賢明さによって見つけ出す能力から作られた言葉です。白川氏がご自身の発見についてお話しするとき、セレンディピティーという表現をよく使われています。

先ほどご紹介したセレンディピティー以外にも白川氏は印象的な表現をいくつも残しています。白川氏の著書「私の歩んだ道〜自然に学ぶ〜」よりいくつかご紹介しましょう。

ポリエチレンでは電気を通さず、ポリアセチレンでは通る理由は想像できますか？この二つの高分子の違い、それは「二重結合」です。

高校の化学でも、単結合と二重結合では長さが違うことは習ったと思います。二重結合は単純に単結合が2本ではありません。単結合はσ結合が1本なのに対し、二重結合は単結合と同じ結合（σ結合。σ＝シグマと読む）が1本と、単結合とは異なる結合（π結合。π＝パイと読む）が1本なのです。ポリアセチレンの導電性を語る上でこのπ結合の存在は欠かせません。

結合とは隣同士の原子で電子を持ち合っているというイメージはお持ちでしょうか？σ結合とπ結合の違いを簡潔に表現すると、「どのように電子を持ち合っているか」。よく化学結合を「手を繋ぐ」と表現しますが、この表現でいくとσ結合では2つの電子を握手する手の中に収めているようなもので、π結合ではボレーのように常に電子を受け渡し合っているようなものです。前者は強固な結合で、後者は緩い結合というのが想像できるでしょうか。

結合が強ければそこから電子を奪うことは難しいですが、緩ければ結合の外から電子を奪うことができます。先ほどの球技の例えで言うと、パスし合っているボールを横取りするイメージですね。このイメージは大学レベルで化学反応を理解するのにとても役立ちますので、化学系に進みたい人は頭の片隅に置いておくと良いかもしれません。（受験に役立つかはまた別の話です）

さて、白川氏の功績で「ポリアセチレンに求電子性のあるハロゲンを微量添加することで金属にも匹敵するほどの電気伝導度を持つことを発見した」と紹介したのを覚えていますか？

求電子性とは、電子を奪う性質のことです。ハロゲンは電子が1つあればオクテットを満たせるため積極的に他所から電子を奪いたがります。アセチレンにハロゲンを加えると、π電子としてはアセチレンのπ結合のところにいるよりもハロゲンに引き抜かれた方が安定なので、電子の引き抜きが起こるのです。電子を失ったアセチレンには正孔（ホール）ができるので、その穴を埋めるために分子内でπ電子が次々移動します。これによって電気が流れるのです。緩やかな結合でしか繋がれていないπ電子が分子内にいるからこそ起こったのが分かりますね。

この仕組みはp型半導体と同じですが、ハロゲンを添加したアセチレンの場合、電子の移動速度が半導体レベルを超えて金属並みだと分かったのです。このハロゲンを添加した操作を一般に化学ドープと呼んでいます。

高分子材料（プラスチック）には大きな3つの特性があります。これらの特性から、高分子材料は、小型化・軽量化する上で欠かせない材料であることが分かるでしょうか？

身近な家電やスマート端末は、どんどん不必要な部分は小さくなっていき軽量化も進んでいますよね。こういった発展の中でも高分子材料の活躍は欠かせません。

電気を通したいから金属を使っているけど、重さ・値段・加工のしにくさがネック。そういったものが高分子材料に置き換わったらどうでしょう？軽くて安くて実用的な見た目のものに変わっていくのではないでしょうか？想像するだけでワクワクしますね。

既に実用化されている導電性高分子材料の用途と、これから使われること必須の技術についてその一部をご紹介します！これらは白川氏が発見したポリアセチレンからさらに研究が進んで開発された「ポリピロール」「ポリアニリン」「PEDOT」などです。最近では光る高分子も発明されました。

まだまだ研究が行われている導電性高分子。今から勉強を始めても開発チームのメンバー入りに間に合うかもしれませんよ。