化学从未像今天这样发展成为一门渗透一切的科学:无一重大问题可以没有化学参与。
七十年代几乎完全禁止使用甜味剂①、糖精、滴滴涕、聚氯联苯、食物着色剂和服装用防火涂料。Seveso事件与在越南使用的落叶剂的副作用有关。经化验,火腿中含有硝基化物,莱茵河中含有氯化物,而水俣病与汞化物有关。石榴酒与无色薄荷亦几乎完全禁用。出现了这样的商业广告和等式:《保证不含化学制品》、《化学=癌》、《化学=畸形儿》、《化学=危险》。而吸烟喝酒、汽车污染、大吃大喝或营养不良的危害,人们反却以为不足挂心。七十年代是世界化工工业和大学化工研究相应停滞的年代。开支紧缩了,人员冻结了。然而这一危机,可能终究也有其有利的一面;它迫使化学家们更好地确定他们的工作的动向和他们的理论或应用的研究课题,它迫使他们更好地解释为什么自己从事这项研究而不从事那项研究。杜邦公司那曾经不可一世的、以初升的太阳作为背景的广告《让化学使您生活得更美好》已不足以作为保护伞而所向披靡。然而,这对化学充满怀疑的年月却给我们带来了十分有益的成果。单靠几句话是难以作出令人满意的总结的。我宁可将那些我认为已经可以肯定的成绩作为本文的例子。
当然,像在所有的领域那样,信息处理也开始使化学领域中的一切事物的面目焕然一新。
计算机应用于化学
引进大容量的程序运算后,资料的处理问题获得了革命,而且同时也改革了生态污染质的鉴定、合成图解的构想及其结构的探索方面的问题。在仪器方面,利用微信息处理机和小型数字电子计算机作为大型机组的先导,探索其答案,改进其答案,并将这些答案与另一台仪器所获的答案联系起来,这便无限地提高了质谱仪、核磁共振仪(富里埃变换器)等仪器的效力。在化学的核心部分,大型电子计算机的影响决定了理论化学的进步,预见孤立分子的结构已达到了惊人的完善的水平。同时,我们也能计算在反应过程中能量的变化和决定反应的历程。有时候,化学家们对自己量子计算的有效性的信心已达到令人担心的地步。比如最近首次算得一种含四价平面结构而不是四面体结构的碳原子的物质。然而这仅仅是一种计算的结果,还有待于将它们切实合成出来。
在物理化学领域,一个经典的问题是研究固体表面的精细结构。这方面所获得的知识说明了固体的下述重要性质:粘稠性、耐腐蚀性、耐磨性和加工的性能;还有特别重要的催化的性能,它是化工重工业的根本基础。在行将结束的这十年,随着物理学的进展,物理学的第一流的方法相应引入对固体表面的精确的研究:形态分析学和以扫描电子显微镜和微型探头为工具的基元分析学、以X射线束打出表面原子层的电子的光谱分析学(ESCA),慢电子散射、分子束碰撞、Auger光谱学。这些研究的成果即将展现在我们面前。另一个有突出成就的物理学方法是光电子吸收光谱学,借助于它,我们首次“见到”分子中的电子能级。
在电化学方面,我注意到一个正在发展的特殊方面,这是人们曾经经常讲到的,然而现在已胜利在握的进步——初级有机电化学。怎样能够不通过转化为热能这一低级阶段就能将化学能直接以电能的形式释放出来?这当然不是十分简单的。
金属集团的意外的性质
在无机化学中,如果说有关硼、硅、硫或磷的化学继续产生着意想不到的新的物质,而有时这些反应又是十分有用的话,那么,七十年代真正富有成果的是过渡金属的化合物和“多种金属集团”——在这种集团里,不同的金属原子相互联系着。X光晶体照相学越来越以立体图像为其成功的代表,如果没有系统地利用这门学科,要了解这些金属集团的结构是不可能的。在过渡金属的络合物中,对将来最重要的无疑是这些络合物:它们能暂时固定并通过催化改变诸如氮(这样能使氨在低温下合成)、一氧化碳、二氧化碳之类的小分子。
这些年,对新的元素的研究也在极度的忙乱中进行。相继预言了《超重元素》的存在(如原子序数为126的元素)。人们要求用实验证实这些预言,终于因没有切实找到这些元素而否定了这些预言。而关于在杜布纳是否曾得到过104至107号《经典元素》所发生的有害无益的争论,却可能有助于在一个十分困难的领域中建立起此类发现的可靠的确定标准。
然而,无机化学如何能与从月球上带回的样品分析所获得的非凡的成就相竞争?进一步说,又怎能与在火星和金星上通过无线电遥控进行的自动分析所获得的非凡的成功相比拟?
昆虫、药物、化石与笼式结构
有机化学与我们日常生活的关系最直接。如:食物添加剂、药品、染色剂、纺织品和聚合物、农药、香料等等。在七十年代,人们开始在昆虫的化学语言及其与植物之间的语言的解码方面取得了不寻常的成功。对于某种癌的化学疗法,发明新的抗生素族等都获得初步成功。二十年来几乎不可想象的一些最复杂的合成,由于使用了那些经过改进的新的一般的方法均告成功:如维他命B12,红霉素、赤霉酸、前列腺素的合成。一个小小的基因就开辟了另一条道路,然而,它是否属于有机化学呢?最后,具有导电性的杂质聚合物为化学家们打开了研究半导体的大门。
新的结构物是众多的。其中某些是天然的新发现的物质,另一些则是仅为了满足化学家们的好奇心或是他们为回答某种挑战而发明的分子化合物。如果在七十年代的成就中不提到革新了的关于天然物质的化学这一领域是不对的。我们开始了那些无疑是由海洋有机物产生出来的品种繁多的物质的研究。从前对此研究得很少,而今已深入到这些物质的生物化学方面。
关系到所有生命的共同命运的另一方面是微生物的死亡与分解。完全没有意料到在细菌体的《分子化石》中发现了它们的标记。这些细菌体丰富地蕴藏在石油、煤炭、褐煤、板岩等矿物中,而上述矿物又可算是地球的复杂有机物中含量最丰富的物质。
作为本文的结束,我想提一下这十年中崭露头角的一门学科,这就是新发明的一门化学——由一个基质与受体构成的《超分子化学》。从一个分子的空穴的外围向里,内中有一个大小适宜于空穴尺寸的阳离子,再里面是复杂的、结构合理的阴离子。大环的受体像催化剂那样起作用,就像分子内的非生物酶那样。
“化学创立着它的研究对象”这句出自Berthelot的名言至今依然正确。然而,七十年代表明:为使化学能够继续追求其固有的对象,她从未像今天这样必须致力于证明这些对象的存在以及致力于其外围学科的进步。与此同时,我们一方面必须关心从所获结果中得到了些什么,另一方面也必须关心她能为其它科学以及社会作些什么贡献。真正的课题从来不单纯是个化学问题;然而,很少有真正的课题可以没有化学参与!
[La Recherche1979年5月10卷100期523 ~ 524页]
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* 斯特拉斯堡路易·巴斯德大学教授。
① 成分为环己烷氨基磺酸盐。