文/李 哲

化學不會自我炫耀，但沒有它，一些真正令人矚目的成就不可能達成。它在食品和藥品、衣服和住房、能源和材料、交通和通訊等方面為人類做出了極其重要的貢獻。在現(xiàn)代，化學品對生活的影響無處不在。盤點一天的生活，早起洗漱用的牙膏、香皂，出門乘車所需的汽油，單位上班必備的紙筆，下班聚餐吃的美味大餐……隨時隨地都離不開化學。如：利用化學生產(chǎn)化肥和農(nóng)藥，以增加糧食產(chǎn)量；利用化學合成藥物，以抑制細菌和病毒，保障人體健康；利用化學開發(fā)新能源、新材料，以改善人類的生存條件；利用化學綜合應用自然資源和保護環(huán)境以使人類生活得更加美好。

“一個沒有化學的世界將沒有合成材料，這意味著沒有電話、沒有電腦、沒有電影院、沒有合成布料。那也將是一個沒有阿司匹林、肥皂、洗發(fā)水、牙膏，沒有化妝品、避孕藥、紙張（因此也就沒有報紙和書籍），沒有膠水和油漆的世界?！?987年諾貝爾化學獎得主萊恩這樣說。

化學，通過其研究主題——分子和材料，顯示了創(chuàng)造力，即產(chǎn)生新的、前所未有的分子和材料的能力。這些原創(chuàng)物質及其無限的變異形態(tài)，通過原子組合和結構的重新排列而被創(chuàng)造出來。石頭、聲音和文字并不是雕塑家、作曲家或作家打造的作品，而化學家用構成物質的元素創(chuàng)造了原創(chuàng)分子、新材料和未知物質。

難以忘懷的“的確良”

“的確良”，這個活躍在20世紀七八十年代的物品，如今說來讓人依然懷舊。手感滑爽、耐穿易干、不用燙、顏色艷、不褪色，尤其是印染出的鮮亮，對熟悉了粗布粗衣或者是洋布洋衫的單一灰暗

曾風靡大江南北的“的確良”襯衫

的中國人來說，不能不說是一次巨大的視覺沖擊。

“的確良”的化學名稱是聚酯，學名聚對苯二甲酸乙二酯，屬于合成纖維。合成纖維是將人工合成的、具有適宜分子量并具有可溶（或可熔）性的線型聚合物，經(jīng)紡絲成形和后處理而制得的化學纖維。通常將這類具有成纖性能的聚合物稱為成纖聚合物。與天然纖維和人造纖維相比，合成纖維的原料是由人工合成方法制成，生產(chǎn)不受自然條件的限制。合成纖維除了具有化學纖維的一般優(yōu)越性能，如強度高、質輕、易洗快干、彈性好、不怕霉蛀等外，不同品種的合成纖維還具有某些獨特性能。

據(jù)統(tǒng)計，目前世界合成纖維年產(chǎn)量大約為1500萬噸，已超過天然纖維產(chǎn)量。形象地說，這相當于30萬畝棉田或250萬頭綿羊的產(chǎn)量。再如工業(yè)用的一種合成材料——芳綸，它具有5～6倍于鋼絲的超高強度，但重量僅為鋼絲的1/5。而且，它耐酸堿，在560度的高溫下不分解、不融化。

當今最主要的3大合成材料——合成塑料、合成纖維和合成橡膠，它們均主要以石油、天然氣或煤等為原料，全球年產(chǎn)量已達數(shù)億噸。這些材料在工農(nóng)業(yè)、國防以及人民生活等方面正發(fā)揮著巨大的作用。假如沒有這些材料，我們今天的生活顯然是無法想象的。事實上，這些合成材料的發(fā)明徹底改變了人類的生活方式。

青霉素的發(fā)現(xiàn)

相信很多人都有過做青霉素皮試的經(jīng)歷，感冒發(fā)燒或者扁桃體發(fā)炎就打青霉素，這恐怕是人類的集體記憶。因為療效明顯而且價格便宜，20世紀，青霉素曾被親切地稱為“一針靈”。然而，在20世紀40年代以前，當時若某人患了肺結核，那么就意味著此人不久就會離開人世。為了改變這種局面，科研人員進行了長期探索，然而在這方面所取得的突破性進展卻源自一個意外發(fā)現(xiàn)。

1928年的一天，英國細菌學家弗萊明在一間簡陋的實驗室里研究導致人體發(fā)熱的葡萄球菌。由于蓋子沒有蓋好，他發(fā)覺培養(yǎng)細菌用的瓊脂上附了一層青霉菌。這是從樓上的一位研究青霉菌的學者的窗口飄落進來的。使弗萊明感到驚訝的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不見了。這個偶然的發(fā)現(xiàn)深深吸引了他，他設法培養(yǎng)這種霉菌進行多次試驗，證明青霉素可以在幾小時內(nèi)將葡萄球菌全部殺死。弗萊明據(jù)此發(fā)現(xiàn)了葡萄球菌的克星——青霉素。

1929年，弗萊明發(fā)表學術論文，報告了他的發(fā)現(xiàn)，但當時未引起重視，而且青霉素的提純問題也

1935年，英國牛津大學生物化學家錢恩和物理學家弗羅里對弗萊明的發(fā)現(xiàn)大感興趣。錢恩負責青霉菌的培養(yǎng)和青霉素的分離、提純和強化，使其抗菌力提高了幾千倍，弗羅里負責對動物觀察試驗。至此，青霉素的功效得到了證明。

1942年，青霉素正式應用于臨床，挽救了二戰(zhàn)中12%～15% 盟軍士兵的生命。為了表彰這一造福人類的貢獻，弗萊明、錢恩、弗羅里于1945年共同獲得諾貝爾醫(yī)學或生理學獎。

青霉素只是現(xiàn)在全世界正在使用中的成千上萬種化學合成藥物中的一員。2009年，全球前200個銷售額最大的藥物中，至少有140種是化學合成藥物，這還不包括那些半合成的化學藥物。但是，僅從青霉素的發(fā)展歷程中便可以窺見化學所起的巨大作用。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必需品

19世紀以前，農(nóng)業(yè)上所需氮肥的來源主要是有機物的副產(chǎn)品，如糞類、種子餅及綠肥等，用現(xiàn)在的話說，這叫“有機肥”，天然、環(huán)保，但這并不能滿足農(nóng)業(yè)的需求，因為當時需要的是提高產(chǎn)量。由于大氣中4/5都是氮氣，如何將大氣中極其穩(wěn)定的氮氣轉化成可被植物利用的物質形式即所謂的“固氮”，一直是科學家關注的重大課題。

利用氮、氫為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一個挑戰(zhàn)性課題，從第一次實驗室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，經(jīng)歷了150多年的時間。1909年，德國物理化學家哈勃在600℃、200個大氣壓下，用金屬鋨作催化劑，以6%的收率成功地在實驗室中獲得合成氨，開啟了合成氨的新紀元。后來，化工專家博施進一步改進了這一技術（以鐵為催化劑），成為著名的“哈伯-博施法”合成氨過程。

今天，合成氨已經(jīng)成為最為重要的化工產(chǎn)品之一，世界上每年合成氨產(chǎn)量超過2億噸，以合成氨為原料的尿素產(chǎn)量達到1.5億噸，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中占有重要地位。合成氨的工業(yè)技術結束了人類完全依靠天然氮肥的歷史，農(nóng)業(yè)上使用的其他氮肥，例如硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復合肥，都是以合成氨為原料，大大促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。由于這項革命性的合成技術，哈勃和博施分別獲得1918年和1931年度的諾貝爾化學獎。

如果不施用農(nóng)藥，世界糧食產(chǎn)量將因受病、蟲、草害的影響而損失1/3。舉例來說，在美國，如果不使用農(nóng)藥，農(nóng)作物和畜產(chǎn)品將減產(chǎn)30%，而農(nóng)產(chǎn)品的價格將增長50%～70%。如果不用除草劑，人工除草不僅會大大增加農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，土壤流失的風險也將急劇增加；如果不用殺菌劑，不僅花生的產(chǎn)量將下降60%多，由病菌產(chǎn)生的天然毒素（毒性可能強于某些農(nóng)藥）的量也可能會急劇增加，對人類的健康產(chǎn)生威脅。

不可否認的是，農(nóng)藥的長期大量使用，對環(huán)境、生物安全和人體健康都可能產(chǎn)生較大的不利影響。上世紀曾一度廣泛使用的農(nóng)藥DDT就是一個典型的例子, 這給科學家們提出了一個不容回避的現(xiàn)實問題：在充分肯定農(nóng)藥的有利作用的同時，如何充分認識農(nóng)藥對生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生的危害以及如何防治農(nóng)藥對環(huán)境的污染危害。

人工合成的牛胰島素結晶

人工合成結晶牛胰島素的貢獻

人和動物胰臟內(nèi)有一種呈島形分布的細胞，分泌出一種叫胰島素的激素，具有降低血糖和調節(jié)體內(nèi)糖代謝的功能。胰島素是一種蛋白質，蛋白質是生物體的主要功能物質，生命活動主要通過蛋白質來體現(xiàn)。1889年，德國的敏柯夫斯基首次發(fā)現(xiàn)了胰臟和糖尿病的關聯(lián)后，就不斷有人研究胰臟的“神秘內(nèi)分泌物質”。1921年，加拿大的弗雷德里克·班廷等因首次成功提取到了胰島素，并成功地應用于臨床治療，獲得了1923年諾貝爾醫(yī)學獎；英國化學家弗雷德里克·桑首次闡明了胰島素分子的氨基酸序列，獲得了1958年諾貝爾化學獎。

作為一種蛋白質，胰島素由A、B兩條肽鏈，共17種51個氨基酸組成。A、B 兩條鏈間有兩個硫硫鍵，A 鏈上另有一個硫硫鍵。不同動物的胰島素有種屬差異性，其主要表現(xiàn)是A 鏈第 8、9、10 位的氨基酸及B鏈氨端區(qū)與羧端區(qū)的氨基酸有所不同。我國人工合成結晶牛胰島素是分三步完成的：第一步，先把天然胰島素拆成兩條鏈，再把它們重新合成為胰島素，并于1959年突破了這一難題，重新合成的胰島素是同原來活力相同、形狀一樣的結晶。第二步，在合成了胰島素的兩條鏈后，用人工合成的B鏈同天然的A鏈相連接。這種牛胰島素的半合成在1964年獲得成功。第三步，把經(jīng)過考驗的半合成的A鏈與B鏈相結合。經(jīng)過嚴格鑒定，純化結晶的人工合成牛胰島素的結構、生物活力、物理化學性質、結晶形狀都和天然的牛胰島素完全一樣。

1965年9月17日，我國科學家在實驗室中用人工方法成功地合成了結晶牛胰島素。這是世界上首次人工合成蛋白質，也是人類認識生命現(xiàn)象歷史上的義一次飛躍。它有力地推動了我國生命科學基礎系列的研究；加快了國內(nèi)外與胰島素有關的激素的研究和應用；促成了生化試劑和藥品的生產(chǎn)，為挽救人類生命作出了巨大貢獻。