[化学,美好生活的催化剂] 化学与美好生活
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发布时间：2023-07-07 14:38
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时间：2024-11-24 09:16
“一个没有化学的世界将没有合成材料，这意味着没有电话、没有电脑、没有电影院、没有合成布料。那也将是一个没有阿司匹林、肥皂、洗发水、牙膏，没有化妆品、避孕药、纸张(因此也就没有报纸和书籍)，没有胶水和油漆的世界。”1987年诺贝尔化学奖得主莱恩这样说。
化学，通过其研究主题——分子和材料，显示了创造力，即产生新的、前所未有的分子和材料的能力。这些原创物质及其无限的变异形态，通过原子组合和结构的重新排列而被创造出来。石头、声音和文字并不是雕塑家、作曲家或作家打造的作品，而化学家用构成物质的元素创造了原创分子、新材料和未知物质。
难以忘怀的“的确良”
“的确良”，这个活跃在20世纪七八十年代的物品，如今说来让人依然怀旧。手感滑爽、耐穿易干、不用烫、颜色艳、不褪色，尤其是印染出的鲜亮，对熟悉了粗布粗衣或者是洋布洋衫的单一灰暗的中国人来说，不能不说是一次巨大的视觉冲击。
“的确良”的化学名称是聚酯，学名聚对苯二甲酸乙二酯，属于合成纤维。合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶(或可熔)性的线型聚合物，经纺丝成形和后处理而制得的化学纤维。通常将这类具有成纤性能的聚合物称为成纤聚合物。与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维的原料是由人工合成方法制成，生产不受自然条件的*。合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维还具有某些独特性能。
据统计，目前世界合成纤维年产量大约为1500万吨，已超过天然纤维产量。形象地说，这相当于30万亩棉田或250万头绵羊的产量。再如工业用的一种合成材料——芳纶，它具有5～6倍于钢丝的超高强度，但重量仅为钢丝的1／5。而且，它耐酸碱，在560度的高温下不分解、不融化。
当今最主要的3大合成材料——合成塑料、合成纤维和合成橡胶，它们均主要以石油、天然气或煤等为原料，全球年产量已达数亿吨。这些材料在工农业、国防以及人民生活等方面正发挥着巨大的作用。假如没有这些材料，我们今天的生活显然是无法想象的。事实上，这些合成材料的发明彻底改变了人类的生活方式。
青霉素的发现
相信很多人都有过做青霉素皮试的经历，感冒发烧或者扁桃体发炎就打青霉素，这恐怕是人类的集体记忆。因为疗效明显而且价格便宜，20世纪，青霉素曾被亲切地称为“一针灵”。然而，在20世纪40年代以前，当时若某人患了肺结核，那么就意味着此人不久就会离开人世。为了改变这种局面，科研人员进行了长期探索，然而在这方面所取得的突破性进展却源自一个意外发现。
1928年的一天，英国细菌学家弗莱明在一问简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。这是从楼上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来的。使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不见了。这个偶然的发现深深吸引了他，他设法培养这种霉菌进行多次试验，证明青霉素可以在几小时内将葡萄球菌全部杀死。弗莱明据此发现了葡萄球菌的克星——青霉素。
1929年，弗莱明发表学术论文，报告了他的发现，但当时未引起重视，而且青霉素的提纯问题也
1935年，英国牛津大学生物化学家钱恩和物理学家弗罗里对弗莱明的发现大感兴趣。钱恩负责青霉菌的培养和青霉素的分离、提纯和强化，使其抗菌力提高了几千倍，弗罗里负责对动物观察试验。至此，青霉素的功效得到了证明。
1942年，青霉素正式应用于临床，挽救了二战中12％～15％盟军士兵的生命。为了表彰这一造福人类的贡献，弗莱明、钱恩、弗罗里于1945年共同获得诺贝尔医学或生理学奖。
青霉素只是现在全世界正在使用中的成千上万种化学合成药物中的一员。2009年，全球前200个销售额最大的药物中，至少有140种是化学合成药物，这还不包括那些半合成的化学药物。但是，仅从青霉素的发展历程中便可以窥见化学所起的巨大作用。
农业生产的必需品
19世纪以前，农业上所需氮肥的来源主要是有机物的副产品，如粪类、种子饼及绿肥等，用现在的话说，这叫“有机肥”，天然、环保，但这并不能满足农业的需求，因为当时需要的是提高产量。由于大气中4／5都是氮气，如何将大气中极其稳定的氮气转化成可被植物利用的物质形式即所谓的“固氮”，一直是科学家关注的重大课题。
利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个挑战性课题，从第一次实验室研制到工业化投产，经历了150多年的时间。1909年，德国物理化学家哈勃在600℃、200个大气压下，用金属锇作催化剂，以6％的收率成功地在实验室中获得合成氨，开启了合成氨的新纪元。后来，化工专家博施进一步改进了这一技术(以铁为催化剂)，成为著名的“哈伯一博施法”合成氨过程。
今天，合成氨已经成为最为重要的化工产品之一，世界上每年合成氨产量超过2亿吨，以合成氨为原料的尿素产量达到1.5亿吨，在国民经济和社会发展中占有重要地位。合成氨的工业技术结束了人类完全依靠天然氮肥的历史，农业上使用的其他氮肥，例如*铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以合成氨为原料，大大促进了农业的发展。由于这项*性的合成技术，哈勃和博施分别获得1918年和1931年度的诺贝尔化学奖。
如果不施用农药，世界粮食产量将因受病、虫、草害的影响而损失1／3。举例来说，在美国，如果不使用农药，农作物和畜产品将减产30％，而农产品的价格将增长50％～70％。如果不用除草剂，人工除草不仅会大大增加农产品的生产成本，土壤流失的风险也将急剧增加；如果不用杀菌剂，不仅花生的产量将下降60％多，由病菌产生的天然毒素(毒性可能强于某些农药)的量也可能会急剧增加，对人类的健康产生威胁。
不可否认的是，农药的长期大量使用，对环境、生物安全和人体健康都可能产生较大的不利影响。上世纪曾一度广泛使用的农药DDT就是一个典型的例子，这给科学家们提出了一个不容回避的现实问题：在充分肯定农药的有利作用的同时，如何充分认识农药对生态环境和人体健康产生的危害以及如何防治农药对环境的污染危害。
人工合成结晶牛胰岛素的贡献
人和动物胰脏内有一种呈岛形分布的细胞，分泌出一种叫胰岛素的激素，具有降低血糖和调节体内糖代谢的功能。胰岛素是一种蛋白质，蛋白质是生物体的主要功能物质，生命活动主要通过蛋白质来体现。1889年，德国的敏柯夫斯基首次发现了胰脏和糖尿病的关联后，就不断有人研究胰脏的“神秘内分泌物质”。1921年，加拿大的弗雷德里克·班廷等因首次成功提取到了胰岛素，并成功地应用于临床治疗，获得了1923年诺贝尔医学奖；英国化学家弗雷德里克·桑首次阐明了胰岛素分子的氨基酸序列，获得了1958年诺贝尔化学奖。
作为一种蛋白质，胰岛素由A、B两条肽链，共17种51个氨基酸组成。A、B两条链间有两个硫硫键，A链上另有一个硫硫键。不同动物的胰岛素有种属差异性，其主要表现是A链第8、9、10位的氨基酸及B链氨端区与羧端区的氨基酸有所不同。我国人工合成结晶牛胰岛素是分三步完成的：第一步，先把天然胰岛素拆成两条链，再把它们重新合成为胰岛素，并于1959年突破了这一难题，重新合成的胰岛素是同原来活力相同、形状一样的结晶。第二步，在合成了胰岛素的两条链后，用人工合成的B链同天然的A链相连接。这种牛胰岛素的半合成在1964年获得成功。第三步，把经过考验的半合成的A链与B链相结合。经过严格鉴定，纯化结晶的人工合成牛胰岛素的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都和天然的牛胰岛素完全一样。
1965年9月17日，我国科学家在实验室中用人工方法成功地合成了结晶牛胰岛素。这是世界上首次人工合成蛋白质，也是人类认识生命现象历史上的义一次飞跃。它有力地推动了我国生命科学基础系列的研究；加快了国内外与胰岛素有关的激素的研究和应用；促成了生化试剂和药品的生产，为挽救人类生命作出了巨大贡献。
