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アスタチン元素特性と用途
アスタチンの紹介
アスタチンは記号At、原子番号85の元素で、地球上に天然に存在する最も希少な元素のひとつである。アスタチンは、ヨウ素や塩素と化学的に似ているハロゲン元素の一種であるが、放射性が高く、非常に希少である点が特徴である。同位体によって半減期が数時間から数日と異なるアスタチンは、自然界ではあまり長寿命ではないため、科学者にとっては研究が非常に難しい。アスタチンの最も典型的な用途は、がんに対する標的α粒子治療という、医学分野だけに限られている。
歴史と命名
アスタチンは1940年、カリフォルニア大学バークレー校のケネス・ロス・マッケンジー、エミリオ・セグレ、デイル・R・コルソンによって初めて合成された。彼らはビスマス209にアルファ粒子を衝突させて元素を生成し、アスタチン211を得た。
アスタチン」という名前は、その極めて放射性で短命な性質を評価し、「不安定」を意味するギリシャ語のアスタトスに由来する。アスタチンの発見は、周期表におけるハロゲン族の完成を意味するが、天然に存在する量はごくわずかである。
物理的性質
アスタチンの希少性と放射性のため、その物理的特性の一部は直接測定されるのではなく、計算されている。理論計算と他のハロゲンからの外挿による：
|
特性 |
値 |
単位 |
|
原子番号 |
85 |
- |
|
原子量 |
~210 |
g/mol |
|
電気陰性度 |
~2.2 |
- |
|
~300 |
K |
|
|
沸点 |
~610 |
K |
|
密度 |
~7.0 |
g/cm³ |
アスタチンは金属と非金属の性質を持つメタロイドであると予想される。その色は金属色で暗色、バルクの状態では黒色または暗紫色であると推測されるが、バルクのサンプルはこれまで観察されていない。
化学的性質
アスタチンは他のハロゲンに似ているが、その放射能は特異な挙動を示す。最も重要な化学的性質は以下の通り：
- 酸化状態：最も特徴的なのは-1だが、特定の化合物では+1、+3、+5、+7も存在する。
- 化合物の安定性：アスタチン化合物は一般的に不安定で、同位体の半減期が短いため、急速に崩壊する。
- 反応性：金属塩、例えばアスタチドを形成することがあるが、数分以上存続することは非常に稀である。
- 電気陰性度：2.2程度とヨウ素（2.66程度）より低く、ハロゲン化学の反応性はやや低い。
例えば、アスタチンは理論的には水素と反応させることができ、ヨウ化水素（HI）と同様にアスタチド水素（HAt）を生成するが、この化合物は放射性崩壊によりすぐに分解する。
調製方法
アスタチンは天然に存在する量が非常に少なく、半減期も短いため、天然の鉱床からは生成されない。アスタチンは原子炉やサイクロトロンで人工的に製造される。最も一般的な方法は
1.ビスマス-209ターゲットをアルファ粒子で照射する。
半減期7.2時間のアスタチン211は、医療や実験用途に適している。
2.化学精製と同位体分離：アスタチンは、実験室での実験や臨床応用のために、乾留や溶媒抽出の手順によってターゲットから迅速に分離される。
このような制約のため、研究や応用は一刻を争うものであり、高度に専門化された放射線安全性の高い研究所で実施されなければならない。
応用
その希少性にもかかわらず、アスタチンは医学および核物理学において有望な用途がある：
1.がんの 標的アルファ線治療（TAT）
アスタチン211は高エネルギーのアルファ粒子を放出し、周囲の正常組織の大部分を温存しながらがん細胞を殺傷する。臨床試験では甲状腺癌と脳腫瘍がテストされ、アスタチンで標識された薬剤が正確な標的線量を投与できることが発見された。
- ケーススタディワシントン大学で2015年に実施された試験で、再発卵巣がんがAt-211標識抗体で治療された。この治療法は腫瘍細胞に対して選択的に細胞毒性を示し、全身毒性も軽減された。
2.放射性医薬品研究
アスタチン同位体は、代謝経路を研究し、新しい薬物送達システムを開発するためのトレーサーとして核医学に応用されている。半減期が短いため少量で高い活性を示し、in vivoイメージングや治療における迅速な作用に理想的である。
3.核物理学実験
周期表におけるアスタチンの位置は、極限条件下での重元素化学、同位体崩壊連鎖、ハロゲン化学の研究にも適している。
結論
アスタチンは、その希少性、放射性、治療の可能性を特徴とする特別な元素である。天然には微量しか存在しないが、人工的に製造することで、がん治療や先端原子力研究に新たな期待が寄せられている。1940年の発見から今日の放射性医薬品への利用まで、アスタチンの記録は、自然界で最も揮発性の高い元素の一つであるアスタチンを扱うことの並外れた挑戦と利点を示している。
よくある質問
なぜアスタチンは希少なのですか？
アスタチンは非常に不安定で放射性であり、数時間から数日後に他の元素に崩壊するため、天然には常にごく少量しか存在しません。
アスタチンの実験室合成はどのように行われますか？
原子炉またはサイクロトロンからのアルファ粒子をビスマス-209ターゲットに照射して、アスタチン同位体、主にAt-211を生成します。
アスタチンの主な化学的性質は？
アスタチンはハロゲンに似た元素ですが、放射能的に不安定な化合物も生成します。その低い電気陰性度と短寿命の同位体は、反応性が高く一過性の化学種を生成します。
なぜアスタチンが癌治療に注目されるのか？
そのアルファ線により、健康な組織をほとんど破壊することなく、悪性細胞を特異的に標的にすることができる。
アスタチンは工業的に利用できますか？
工業的用途はほとんどありません。大量商業プロセスとは異なり、主に医学と核科学で使用されています。
Chin Trento
