Werner, Alfred

(b. Mulhouse, France, 1866, d. Zurich, Switzerland, 1919, November 15), chemistry.

Life and Work.の項参照。 調整化学の創始者であるヴェルナーは、鉄工職人ジャン=アダム・ヴェルナーとその第二夫人の4番目で最後の子供であった。 サロメ・ジャネット・テシェ。 1871年にアルザスがドイツ帝国に併合された後も、一家はミュルーズに残ることを決めたが、家ではフランス語を話し続け、彼らのシンパシーは完全にフランスに向けられたままであった。 ヴェルナーの子供時代の反骨精神と権威への抵抗が、彼の名を冠した理論の革命的で象徴的な性格に結びついたのだろう。 母親がプロテスタントからカトリックに改宗したこともあり、ヴェルナーは6歳でカトリックのエコール・リーブル・デ・フレールに入学し、そこで彼の性格の特徴である驚くべき自信と権威に盲従することができない頑固な独立性が明らかになったのである。 兄弟の宗教的な教えは、彼にほとんど影響を与えなかったようで、後年、彼の宗教に対する興味はほとんどなかった。 1878年から1885年まで、ヴェルナーは専門学校(École Professionelle (Höhere Gewerbeschule))に通い、化学を学んでいる。 この間、彼は自宅裏の納屋に自分の実験室を作った。

この初期の段階でも、ヴェルナーは分類、体系化、異性体関係に夢中になっていた。 1885年9月にミュルーズ化学学校長エミリオ・ノエルティングに提出したホログラム原稿「尿酸、テオブロミン、カフェイン、およびそれらの誘導体の貢献」は、ありふれたスタイルで、化学的思考も健全ではなかったが、その広い範囲と大胆な体系化の試みが、わずか数年後に到達したウェルナーの知的高みを予見している。 1885年から1886年にかけて、ヴェルナーはドイツ軍の義務兵としてカールスルーエに駐屯し、そこで工科大学の有機化学の講義を受けた。 その後チューリッヒの工科大学に入学し、アルトゥール・ハンツシュ、ゲオルク・ルンゲ、ハインリッヒ・ゴールドシュミット、エミール・コンスタムらに師事した

ウェルナーは典型的な非定量的天才であった。 ヴェルナーは典型的な非定量的天才で、ポリテクニクムでは数学の授業に失敗し、そのキャリアを通じて、彼の貢献は基本的に定性的なもので、アルトゥーロ・ミオラーティとの有名な伝導率の研究でさえ、半定量的に過ぎなかった。 しかし、彼の配位理論は、幾何学の化学への応用を示唆するものであり、彼の記述幾何学での失敗は驚くべきことである。 1889年から1890年にかけて、彼はルンゲの化学技術研究所で無給の助手を務め、ハンティッシュの下で研究を進め、1890年10月13日に博士号を授与された。 博士論文「Über räumliche Anordnung der Atome in stickstoffhaltigen Molekülen」は彼の最初の出版物で、有機化学における彼の最も有名で重要な仕事として残っています。 ルベルとファントホフの四面体炭素原子の概念 (1874) を窒素原子に拡張することによって、ウェルナーとハンティッシュは、幾何学的に異性化した3価の窒素誘導体(オキシム、アゾ化合物、ヒドロキサム酸)の多くの不可解な例を同時に説明し、窒素の立体化学を初めて確固たる理論的基盤に据えたのである。 ヴィクター・メイヤー、カール・フォン・オーワーズ、オイゲン・バンベルガーなどによる20世紀に入ってからの数十年にわたる攻撃にもかかわらず、ウェルナー・ハンツシュ理論は時の試練に耐えてきたのである。 その後2年間、ウェルナーは「アフィニティとヴァレンツに関する理論」(Beiträge zur Theorie der Affinität und Valenz)を執筆し、構造有機化学の最高学長であるアウグスト・ケクレを攻撃することになった。 この著作でヴェルナーは、ケクレが主張した硬直的な価数概念を、より柔軟な独自のアプローチで置き換えることを試みた。 ヴェルナーは、この新しい概念を用いて、有向価を仮定することなく、一般に受け入れられているファントホフ配位式を導き出すことができたのである。 この重要な論文には、後に配位理論の一次価(Hauptvalenz)と二次価(Nebenvalenz)に花開く種が含まれているが、この論文はもっぱら有機化合物を対象にしている。 1857>

1891-1892年の冬学期、ヴェルナーはコレージュ・ド・フランスでマーセリン・ベルテローと熱化学の問題に取り組んだ。 カルシウムの塩基性硝酸塩に関する明らかにマイナーな研究が発表され、熱化学のデータが後のヴェルナーの講義録に取り入れられたことを除けば、このワンダーヤバールは彼にほとんど影響を与えなかった。 1892年初め、スイス当局がウェルナーのHabilitationsschrittを認めたことで、彼はPolytechnikumのPrivatdozentとしてチューリヒに戻ることができた。 1893年秋には、ヴィクトール・メルツの後任としてチューリッヒ大学の助教授となり、四半世紀にわたって同大学に留まった。 1894年にチューリッヒに住むエマ・ヴィルヘルミン・ギースカーと結婚し、スイス国籍を取得した。 翌年には、正教授に昇進した。 チューリッヒ大学への着任は、彼の最も重要な理論論文「Beitrag zur Konstitution anorganischer Verbindungen」(1893年)の発表により、一夜にして名声を得たことが大きな理由であった。

配位理論が生まれた経緯は、ケクレの炭素原子の自己連結の夢(1858)やベンゼン環(1865)に並ぶ「天才の閃き」の典型例である。 当時(1892年末から1893年初め)、ウェルナーは比較的無名の26歳のPrivatdozentで、有機化学に興味を持ち、無機化学の知識は極めて乏しかった。 しかし、ある朝、2時に目が覚めると、「分子化合物」という謎の解答が、稲妻のように閃いていた。 その後10年間、ワーナーの関心は有機化学と無機化学に二分されていた。 彼はもともと有機化学を教えるためにチューリッヒ大学に呼ばれていたが、1902年から1903年の冬学期になってようやく無機化学の主講義を担当することになり、その後はずっと有機化学と一緒に教え続けた。 彼は次第に配位化学に夢中になりましたが、彼の出版物の 4 分の 1 以上は、オキシム、ヒドロキサム酸およびヒドロキシ酸、フェナントレン、カルボニウム塩およびカルボチオニウム塩、ヒドロキシルアミン、アゾ、アゾキシ、ヒドラゾ、ニトロ化合物、染料、およびウォールデン反転などの有機トピックに対応しています

しかしながら、ウェルナーの評判は無機化学に確実に根ざしています。 彼は金属アミン、水和物、複塩の研究から始めたが、彼の考えはすぐに体系的な無機化学のほぼ全体を網羅し、有機化学にも応用されるようになった。 配位数、一次および二次原子価、付加およびインターカレーション化合物、八面体、正方形平面、四面体配置の概念を持つ配位理論は、既知の「分子化合物」を論理的に説明するだけでなく、一連の未知の化合物を予測し、最終的にはその発見がウェルナーの論争的な考えをさらに重くすることになりました。 ヴェルナーは、配位、重合、イオン化、水和物、塩、配位、価数異性などの無機異性体の種類を認識し、命名した。 また、多核錯体、水和金属イオン、加水分解、酸と塩基の説明も提唱した。

一般の化学者は、おそらく雑誌記事よりも著書を通じてウェルナーの見解に親しんだことだろう。 彼の最初の著書Lehrbuch der Stereochemie(1904)は、2番目の著書Neuere Anschauungen auf dem Gebiete der anorganischen Chemie(1905)ほどの人気にはならず、5版を重ねた。 ヴェルナーの名声が高まり、彼の見解の価値が認められるようになると、大陸の大学から多くのオファーが来たが、すべて辞退した。 また、ヨーロッパやアメリカの多くの大学や科学協会から名誉会員や学位の授与を受けた。 1913年、彼はスイス人として初めてノーベル化学賞を受賞した。「分子内の原子の結合に関する研究により、特に無機化学の分野で古い問題に新しい光を当て、新しい研究分野を開いたことが評価された」。 その後まもなく、彼は慢性的な変性疾患(脳の動脈硬化、過度の飲酒による悪化)の兆候を示し始め、次第に身体的、精神的な能力を失いつつあった。 1919年10月15日、彼は研究室と教授の職を辞することを余儀なくされた。 配位化合物の実用的、理論的意義が問われる今日、無機ケクレ

と呼ばれたヴェルナーによって、現代の構造無機化学の基礎が築かれたことは明らかである。 ヴェルナーは、1913年に配位化合物に関する記念碑的な業績でノーベル賞を受賞したが、彼の研究の意義と応用は、無機化学の枠をはるかに超えている。 実際、彼の研究は、生化学、分析化学、有機化学、物理化学、さらには鉱物学や結晶学などの関連科学においても、計り知れない価値を持つものであった。 ヴェルナーは、四半世紀を費やして「分子化合物」の実験的研究を開始する前から、化学の最も基本的な問題の一つである親和力と原子価の性質に強い関心を持っていた。 「分子化合物」は、この問題を探求するための挑戦的で刺激的な手段を彼に提供した。

有機化学では非常に柔軟で実り多いケクレ価数論が、無機化学に適用されると事実上窮屈になることが判明したのは驚きであろう。 しかし、ケクレの定価の概念は、彼自身が認めているように、「化学者を困らせる」ものであった。 しかし、彼はこの明らかに説得力のない信念を捨てる代わりに、それを維持するために「分子化合物」というさらに不満足な概念を持ち出し、誤りを重ねたのである

ケクレの「分子化合物」の概念を説明するには、1つか2つの例で十分である。 窒素とリンの原子価は必ず3であると考えたので、ケクレは塩化アンモニウムと五塩化リンを、式NH3 . HC1、PC13 . C12となる。 ケキューレは、化合物を「分子」化合物と「価数」化合物に、価数法則の適用可能・不可能という基準で人為的に区分したことは、形式的には一定の価値を持つが、「価数」化合物の組み合わせによる「分子化合物」の形成に関わる力の性質や働きを説明するものではなかった。「

ケクレが金属アミンを「分子化合物」の埒外に追いやってしまったのに対し、他の化学者はこの興味深い物質の構成と性質を説明するために非常に精巧な理論を開発した。 その中で最も成功し、広く受け入れられたのは、1869年にルンド大学の化学教授であったクリスチャン・ヴィルヘルム・ブロムストランドが提唱した理論であろう。 この「鎖の理論」は、その後、1880 年代から 1890 年代にかけて、ヴェルナーの科学上の主要な敵となる化学者、コペンハーゲン大学の化学教授ソフス・マッズ・ヨルゲンセン(Sophus Mads Jørgensen)によって修正された。 また、金属アミンに含まれるさまざまな原子や基の反応性の違いも考慮された。 例えば、硝酸銀ですぐに沈殿しないハロゲン原子は、金属原子に直接結合していると考え、沈殿するものはアンモニア鎖を介して結合していると考えた。

古典的な原子価や構造の理論とは一線を画した革新的な理論で、ウェルナーは一次イオン価(Hauptvalenz)と二次イオン価(Nebenvalenz)という2種類の価を提唱した。 この理論によれば、ある特定の酸化状態(一次価)にある金属は、一定の配位数、つまり満たさなければならない二次価数が決まっている。 一次バリューはアニオンのみで満たすことができるのに対して 二次価は、

によってのみ満たすことができるわけではありません。

テトラミン
MA4B2

.

– NH3

– NH3

モノアミン
MAB5

コバルト

4

TABLE I
化合物のクラス
ヘキサミン
MA6
4 (NO2)3 4
↓ – NH3 ↓ – NH3
ペンタミン
MA5B
3 (NO2)2 3
3
↓ – NH3 ↓ – NH3
2 NO2 2
↓ – NH3 ↓ – NH3
トリアンミン
MA3B3
2 0
Diammines
MA2B4
Unaccountable K 2
不明 (3)
– NH3
複塩
MB6
不可 K3

アニオンはもちろん、アンモニア等の中性分子でも使用可能です。 水、有機アミン、硫化物、ホスフィンなどです。 これらの二次的な原子価は、中央の金属イオンの周りの空間(配位数6の場合は八面体、配位数4の場合は四角い平面または四面体)に向けられ、集合体は「錯体」を形成し、溶液中で個別のユニットとして存在するはずである

科学理論の確かなテストは、既知の事実を説明する能力と新しい出来事を予測する能力です。 ウェルナーの配位理論がこの基準を満たすかどうかを検討するために、金属アミンについて、構成(構成原子や基がどのように結合しているか)と配置(これらの原子や基の空間的配置)の2つの側面を検討することにする。 配位数6の化合物に限定して考えるが、ウェルナーが配位数4の化合物の構成と配置を証明するために同様の議論を行ったことを念頭に置く必要がある。 この理論によれば、錯イオンの電荷は、中心金属イオンと配位基の電荷の代数和に等しいはずである。 したがって、金属-アンミン(MA6)中の中性分子アンモニア(A)を順次アニオン(B)で置換していくと、得られる化合物のイオン数は、非電解質になるまで徐々に減少し、その後錯体がアニオンになるにつれて増加するはずであった。

Friedrich Kohlrauschによる塩の等価導電率の加法性の原理(1879)は、

Werner and Miolatiに種々の錯体中のイオン数を決定する便利な方法を提供した。 さまざまな種類の塩について予想される伝導度の範囲を確立した後、彼らは実験的に測定した伝導度(図1)と配位理論に従って予測される伝導度の間の大きさ、変動、パターンが完全に一致していることを実証することができた。 その結果は、沈殿可能なハロゲン原子の数とも一致していた。 2つの理論によるイオンの構成と予測数を表1に対比する。

最初の3クラスの化合物については、2つの理論によって予測される電解特性は完全に一致し、導電率のデータからは2つの理論のどちらかを選択することはできない。 しかし、トリアンミンでは、イオン的性質が2つの理論によって根本的に異なり、これらの化合物の導電率は重要かつ激しく争われることになった。 ヨーゲンセンは直ちにこのような「不一致」を取り上げて、彼らの結果を信用しないようにした。 しかし、アニオン性錯体の説明と、金属アミン(MA6)と二重塩(MB6)の間の連続的な遷移系列(Übergangsreihe)の存在の証明において、ウェルナー理論はブロムストランド-ヨルゲンセン理論が対抗できない領域で成功を収めたのです。 八面体配置の考えと、予想される異性体の数に関するその幾何学的帰結は、1875年にはすでにvan’t Hoffによって考えられており、一般的な方法は、1874年の二置換および三置換ベンゼン誘導体に関するWilhelm Körnerの仕事を通じて最もよく知られていると思われます。 しかし、実際に調製された異性体の数と種類を、様々な配置について理論的に予測された数と種類と比較する技術は、おそらくウェルナーの仕事によって発展の頂点に達したと思われる。 彼はこの方法で、対抗するブロストランド・ヨルゲンセン鎖状説を完全に否定しただけでなく、3価のコバルトが六角平面状や三角柱状といった他の対称的配置ではなく、八面体配置を持つことを明確に証明することができたのである。 その方法を図2と表IIにまとめた。

ほとんどの場合、調製した異性体の数と種類は八面体配置の予想と一致したが、いくつかの例外があった。 異性体の数

化合物のタイプ 八面体 六角形平面 三角柱* *この配位構造を持つ配位化合物が最近合成された。 MA6 One One One MA5B One One MA4B2 2(1,2; 1,6) 3(1,2; 1,3; 1,4) 3(1,2; 1,3; 1,4) MA3B3 2(1,2,3; 1,2,6) 三つ (1,2,3; 1,2,4; 1,3,5) 三つ (1,2,3; 1,2,5; 1,2,6) Two Optical Isomers One Two Geometrical Isomers

years to accumulate a definitive proof for his structural idea. 例えば、幾何学的(シス-トランス)異性体の最もよく知られたケースは、(ヨルゲンセンによって)単純な四重極MA4B2ではなく、4つのアンモニア分子が二座(キレート)有機塩基のエチレンジアミン(エン)2分子に置き換えられた塩、つまり、式CoCl3 . 2enである。 ヨルゲンソンは、この色の違いを2つのエチレンジアミン分子が結合した構造異性によるものと考えたが、ウェルナーは、同じ原子と結合からなる化合物だが、空間における原子と結合の向きが異なる立体異性体であると考えた(図3)。

もしウェルナーが主張したように、この種の異性体が単に八面体構造の幾何学的帰結であるならば、エチレンジアミンを含まない単純な四面体MA4B2にも観察されるはずであった。 しかし、化合物Xについては、たった1つの系列(プラセオ)しか知られていなかった。 経験主義のヨルゲンセンは、ウェルナーの理論が未知の化合物の存在を示唆しているという理由で、極めて正しく批判したのである。 1907年になって、ウェルナーは不安定で非常に重要なビオレオテトラミン(cis- X)を合成することに成功した。これは、彼の理論には必要な結果であったが、ヨルゲンセンの理論には必要な結果ではなかった(図4)。 しかし、MA4B2型とMA3B3型の2つの異性体の合成に成功しても、彼の八面体配置の決定的な証明にはならない。 このような「否定的」な証拠にもかかわらず、第3の異性体の単離に失敗しても、必ずしもその非存在を証明することにはならないと論理的に主張することができた。

1899年の時点で、ウェルナーはシス位しかとれないキレート基を含むある種の配位化合物を光学異性体に分離すれば、彼が必要としていた「後天的」証明が得られると気づいていた。 何度も失敗を繰り返した後、1911年に彼は成功した。 アメリカ人の弟子ビクター・キング(1886-1958)と共に、シス-クロロアミンビス(エチレンジアミン)コバルト(III)塩を、d-α-ブロモカンファー-π-スルホン酸銀という分解剤で分解し、コバルト(III)の八面体配置を決定的に証明するのに十分である(図5)。 しかし、光学活性はほとんど常に炭素原子と関係しているという考え方が一般的であったため、同時代の多くの人が、これらの対称配位子はすべて光学的に不活性であるにもかかわらず、これらやその後彼が解決した他の多くの単核および多核配位化合物の光学活性は、存在する有機キレート基によるものであると主張したのであった。 1914 年にウェルナーが完全に炭素を含まない配位化合物、トリスコバルト(III)塩を解決したことで、疑問の念はついに払拭された

これらの塩は、無機二座配位子であるタイプの化合物で

キャリア当初、ウェルナーは炭素原子が幾何異性体を独占することを破壊しました。 博士論文の中で、彼はオキシムの異性化を窒素原子の四面体配置によるものと説明した。 そして今、絶頂期にある彼は、四面体の光学異性体の独占権を放棄するよう迫った。 彼のライフワークの大きな目標の1つであった、立体化学は炭素化合物に限らない一般的な現象であり、有機化合物と無機化合物の間に基本的な違いは存在しないことを証明したのである。 しかし、より直接的な現代技術の出現にもかかわらず、単純な間接的方法による彼の古典的な構成決定は、彼の直観的なビジョン、実験スキル、そして柔軟な粘り強さの記念碑として残っている。 ヴェルナーの著作には、”Über räumliche Anordnung der Atome in stickstoffhaltigen Molekülen”, Berichte der Deutschen chemesellschaft, 23 (1890), 11-30, English trans, G. B. Kauffman, “Foundation of Nitrogen Stereochemistry”: アルフレッド・ウェルナーの就任論文」Jorunal of Chemical Education, 43 (1966), 155 – 165; “Beiträge zur Theorie der Affinität und Valenz,” in Vierteljahrsschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich, 36 (1891). 129-169、G. B. Kauffman, “Alfred Werner’s Habilitationsschrift,” in Chymia.で論じた。 12 (1967), 183-187、英文訳は G. B. Kauffman. “Contributions to the Theory of Affinity and Valence,” ibid., 189-216; “Sur un nitrate basique de calcium,” in Annales de chimie et de physique, 27 (1892). 6 ser, 570-574, also in Comptes rendus…de I’Académie des sciences, 115 (1892), 169-171; “BEitrag zur Konstitution anorganischer Verbindungen,” in zeitschrifit für anorganische Chemie, 3 (1893), 267-330. Ostwald’s Klassiker der Exakten Wissenschaften no.212 (Leipzig, 1924), translated in G. B. Kauffman, Classics in Coordination Chemistry, Part I.参照。 The selected Papers of Alfred Werner (New York, 1968)。 5-88: “Beiträge zur Konstitution anorganischer Verbindungen. I.” in Journal of Physical Chemistry, 12 (1893), 35-55. また,”Contributions…II”, 同上,14 (1894), 506-521, および “Contributions…III”, 同上,21 (1896), 225-238- イタリア語訳は Gazzetta chimica italiana, 2nd ser.に掲載されている. 23 (1893), 140-165, 24 (1894), 408-427, and 27 (1896), 299-316, and English trans, of the first two papers in G. B. Kauffman, Classics in Coordination Chemistry, Part I (New York, 1968), 89-139; “Beitag zur Konstitution anorganischer Verbindungen. XVII, Über Oxalatodiäthy lendiaminkobaltisalze (Coc2O4en2)x,” in Zeitschrift für anorganische Chemie, 21 (1899), 145- 158; Lehrbuch der Stereochemid (Jena, 1904)- Wernerの構造有機化学に関する見解は、非常に珍しいモノグラフとして、E.M.S. (1890)にも見出すことができます。 Bloch, Alfred Werner’s theory of carbon atom and stereochemistry of carbocyclic compounds (Vienna- Leipzig, 1903); Neuer Anschauungen auf dem Gebiet der anorganischen Chemie (Brunswick. 1905. 1909. 1913. 1920, 1923), 2nd edition. また、「Uber 1.2-Dichloro-tetrammin-kobaltisalze (Ammoniakvioleosalze),” in Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft, 40 (1907), 4817-4825」(E. P. Hedley による New Ideas on Inorganic Chemistry (London, 1911), 英語訳)などがあります。 G. B. Kauffman, Classics in Coordination Chemistryに掲載された英文トランス。 Part I (New York, 1968), 141-154; “On knowledge of the asymmetric cobalt atom. I” in Berichte der Deutschen chemischen Gesekkschaft, 44 (1911), 1887-1898, English trans. in G. B. Kauffman, Classics in Coordination Chemistry, Part I (New York, 1968), 155-173; “Zur Kenntnis des asymmetrischen Kobaltatoms. XII. 聯想(Über optische AktivitÄt bei kohlenstofffreien Verbindungener)」、『ドイツ化学協会紀要』47 (1914). 3087-3094, G. B. Kauffman, Classics in Coordination Chemistry, Part I (New York, 1968), 175-184; and Über die Konstitution und Konfiguration von Verbiundungen höherer Ordnung, Les prix Nobel en 1913 (Stockholm, 1914), trans. as “On the Constitution and Configuration of Compounds of Higher Order,” in Nobel Lectures in Chemistry, 1901-121 (Amsterdam, 1966), 256-269.

II. 二次文献 G. B. Kauffmanによる長編伝記、Alfred Werner-Founder of Coordination Chemistry (Berlin-Heidelberg-New York, 1966)は、主にWernerの人生とキャリアについて扱っているが、彼の研究についての簡潔な議論も含まれている。 G. B. Kauffman, Classics in Coordination Chemistry, Part I. The Selected Papers of Alfred Werner (New York, 1968)は、ヴェルナーの6つの重要な論文を英訳し、批評と伝記の詳細とともに紹介しています。 その他、ウェルナーとその仕事に関する様々な側面に関する論文として、G. B. Kauffman, Journal of Chemical Education, 36 (1959), 521-527, and 43 (1966), 155-165, 677-679; Chemistry, 39 (1966), no 12, 14-18: Education in Chemistry, 4 (1967), 11-18: Chymia, 12 (1967), 183-187, 189-216, 217-219, 221-232; Naturwissenschaften, 54 (1967), 573-576; and Werner centennial, Advances in Chemistry series, no.62 (Washington, D.C….), 1967), 41-69. また、P. Karrer が Helvetica chimica acta, 3 (1920), 196-224 でヴェルナーの出版物の書誌を紹介し、G. T. Morgan が Journal of the Chemical Society (London), 177 (1920), 1639- 1648 で、 P. Pfeiffer が Zeitschrift für angewandte Chemie und Zentralblatt für technische Chemie, 33 (1920), 37-39、および Journal of Chemical Education, 5 (1928), 1090-1098 で、 J. がその追悼記事で、ヴェルナーの研究者であることを明らかにしています。 Lifschitz, in Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie,26 (1920), 514-529.

この記事の図と表は、許可を得て G. B. Kauffman, “Alfred Werner’s Coordination Theory-A Brief Historical Introduction” in Education in Chemistry,4 (1967), 11-18.

ジョージ B. カウフマン

から転載したものである。

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