1906年、ヴィルシュテッターは1トン以上のホウレンソウを処理し、数ミリグラムのクロロフィルを精製することに成功した。その執念の結晶が、植物の「緑」の秘密を解き明かす鍵となった。
葉っぱが緑色に見えるのは当たり前のことのように感じるかもしれない。しかし「なぜ緑色なのか」「光合成を担うクロロフィルとはどんな分子なのか」という問いに初めて厳密な化学的答えを出したのが、リヒャルト・ヴィルシュテッターである。彼はクロロフィルの正確な分子構造の解明に人生の10年以上を費やし、1915年にノーベル化学賞を受賞した。
生涯と略歴
リヒャルト・マルティン・ヴィルシュテッター（Richard Martin Willstätter）は、1872年8月13日にドイツのカールスルーエに生まれた。幼少期から数学・科学に卓越した才能を示し、ミュンヘン大学でアドルフ・フォン・バイヤー（Adolf von Baeyer、有機化学者列伝 #06）のもとで化学を学んだ。
バイヤーの指導のもとでコカインの合成研究を皮切りに頭角を現したヴィルシュテッターは、28歳でミュンヘン大学の教授職を得た後、チューリヒ工科大学（ETH Zürich）を経て、1912年にはカイザー・ヴィルヘルム研究所に赴任。その後、恩師バイヤーの後任としてミュンヘン大学教授に就任した。
しかし1920年代に入ると、大学内での反ユダヤ主義の高まりに抗議してミュンヘン大学を辞職。ナチス政権下の1939年にはスイスへ亡命し、1942年8月3日にロカルノで死去した。
| 年 | 出来事 |
|---|---|
| 1872 | ドイツ・カールスルーエに生まれる |
| 1894 | ミュンヘン大学でバイヤーのもと博士号取得（コカインの合成研究） |
| 1902 | ミュンヘン大学の員外教授に就任 |
| 1905 | ETH Zürich（チューリヒ工科大学）の教授に就任、クロロフィル研究を本格開始 |
| 1912 | カイザー・ヴィルヘルム研究所に移籍 |
| 1913 | クロロフィルaとbの構造を解明、ポルフィリン骨格の確立 |
| 1915 | 「植物色素、特にクロロフィルの研究」によりノーベル化学賞受賞 |
| 1916 | バイヤーの後任としてミュンヘン大学教授に就任 |
| 1924 | 学内の反ユダヤ主義に抗議して教授職を辞職 |
| 1939 | ナチス政権の迫害からスイスへ亡命 |
| 1942 | スイス・ロカルノで死去（享年69歳） |
クロロフィルの構造決定
クロロフィル研究の背景
19世紀末、植物の緑色色素「クロロフィル」は既に存在が知られていたが、その正確な化学構造は謎に包まれていた。当時の分析技術は極めて限られており、微量の天然物から純粋な化合物を単離すること自体が難事業だった。クロロフィルは光・酸・塩基に敏感で、単離操作の途中で分解してしまう難物でもあった。
ヴィルシュテッターは1905年ごろからこの難題に挑んだ。彼は大量の植物材料（ホウレンソウ、イラクサ、藻類など）を用い、クロロフィルの精製法を確立。元素分析・分解反応・誘導体合成を組み合わせた精緻な研究で、クロロフィルの組成式と部分構造を明らかにしていった。
クロロフィルaとbの発見
ヴィルシュテッターの最大の発見は、植物中のクロロフィルが実は2種類の分子の混合物であることを突き止めたことである。彼はこれをクロロフィルa（C55H72MgN4O5）とクロロフィルb（C55H70MgN4O6）と命名した。
マグネシウムと巨大環状構造の解明
ヴィルシュテッターはさらに、クロロフィルの中心にマグネシウム原子（Mg）が配位していることを証明した。これは当時の化学界に衝撃を与えた。一般に金属を含む天然物はほとんど知られておらず、植物が積極的にMgを取り込んでいるという事実は新鮮だった。
また彼は、クロロフィルがピロール環4個が連結したポルフィリン骨格を持つことを推定した（完全な構造確定は後にハンス・フィッシャーによって完成される）。クロロフィルの分子骨格を模式的に示すと次のようになる。
ポルフィリン環（ヴィルシュテッターの推定構造）
ピロール I
/ \
ピロール IV — Mg — ピロール II
\ /
ピロール III
※ Mg は4つのピロール環の窒素に配位
※ 側鎖としてフィトール（長鎖アルコール）が結合
研究の意義
ヴィルシュテッターのクロロフィル研究は、現代の光合成研究の礎を築いた。光合成のしくみを分子レベルで理解するためには、まずクロロフィルの構造を正確に知ることが不可欠だったからだ。彼の研究があったからこそ、後の世代が光合成の電子伝達系・反応中心の解明へと進むことができた。
アントシアニンの研究
花の色の化学
クロロフィル研究と並行して、ヴィルシュテッターはバラ・ヤグルマギク・ムラサキキャベツなどの花や植物の赤・青・紫の色素「アントシアニン」の研究にも取り組んだ。
彼の分析によって、アントシアニンは糖と結合したフラボノイド系の化合物（アントシアニジン）であることが明らかになった。代表的なアントシアニジンには以下のものがある。
| 化合物名 | 色 | 主な含有植物 |
|---|---|---|
| シアニジン（Cyanidin） | 赤〜紫 | バラ、ムラサキキャベツ、ブルーベリー |
| デルフィニジン（Delphinidin） | 青〜紫 | デルフィニウム、ナス |
| ペラルゴニジン（Pelargonidin） | 橙〜赤 | ゼラニウム、イチゴ |
pHと色変化の謎
ヴィルシュテッターはアントシアニンがpH（酸・塩基）によって色が変化することも発見した。これは現代でも高校・大学化学の教材として広く使われる知識である。
アントシアニンの色とpH変化（例：シアニジン）
酸性（pH低） → 中性 → 塩基性（pH高）
赤色 → 紫色 → 青色〜緑色
酵素研究と晩年の業績
1920年代、ミュンヘン大学を辞職した後も、ヴィルシュテッターは酵素の化学的性質の研究を続けた。当時の通説では、酵素の活性はタンパク質に由来するとされていたが、ヴィルシュテッターは酵素活性の実体は小分子の補酵素にあり、タンパク質はそれを担体として保護するに過ぎないと主張した。
この見解は後にジェームズ・サムナーらによって酵素がタンパク質であることが証明されたため、ヴィルシュテッターの仮説は否定された。しかしこの論争が酵素化学の発展を大いに刺激したことも確かである。
人的影響と教育
ヴィルシュテッターは研究者としてだけでなく教育者としても多大な影響を与えた。彼の研究室からは多くの優秀な化学者が巣立ち、20世紀有機化学の発展に貢献した。また、クロマトグラフィー技術の発展にも寄与し、天然物の精製・分析手法を後の世代に受け継いだ。
彼の自伝『私の研究の回顧録（Aus meinem Leben）』（1949年、没後出版）は、ナチス時代のドイツ科学界の実態や亡命に至る経緯を生々しく伝える歴史的資料としても価値が高い。
現代への影響
ヴィルシュテッターのクロロフィル構造解明が、光合成の反応中心・電子伝達系・人工光合成研究への扉を開いた。現代の太陽電池設計にもポルフィリン骨格の知識が活かされている。
アントシアニンはポリフェノール系抗酸化物質として食品科学・栄養学分野で広く研究されている。ヴィルシュテッターの構造解析が現代の機能性食品研究の基礎となっている。
彼が確立した植物色素の精製・元素分析・誘導体化手法は、天然物化学・クロマトグラフィー技術の発展に貢献し、現代の有機化合物分析の原型を形成した。