目前已知結(jié)構(gòu)的無機(jī)和有機(jī)化合物高達(dá)5000多萬種，在過去的100年中，人類合成或分離了高達(dá)2300多萬種物質(zhì)，反映出合成化學(xué)在創(chuàng)造新物質(zhì)方面的強(qiáng)大生命力和無限創(chuàng)造力，同時(shí)也極大地滿足了人類生存和社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)需求。
合成化學(xué)與人類健康
20世紀(jì)是人類社會(huì)發(fā)生深刻變化的世紀(jì)，在過去的100多年中，特別是20世紀(jì)50年代以后，人類的平均壽命和健康水平得到了空前的提高。這一巨大進(jìn)步很大程度上歸功于合成藥物的發(fā)展，其中最為重要的當(dāng)屬抗菌劑和抗生素的開發(fā)。
上世紀(jì)初，由病原微生物引起的炎癥和傳染病是人類健康的巨大威脅，當(dāng)時(shí)醫(yī)生對(duì)于流行腦膜炎、肺炎、敗血癥等這些現(xiàn)在已經(jīng)十分普通的癥狀束手無策，甚至人們可能僅僅因一次感染而死亡。19世紀(jì)后半葉，在珀金（W.H.Perkin）合成的苯胺類染料的基礎(chǔ)上，德國細(xì)菌學(xué)家郭霍（H.H.R.Koch）嘗試用這些染料對(duì)細(xì)菌進(jìn)行染色，成功創(chuàng)建了細(xì)菌染色法，大大促進(jìn)了微生物學(xué)的發(fā)展。同時(shí)，科學(xué)家在用染料對(duì)細(xì)菌進(jìn)行染色的試驗(yàn)過程中，觀察到某些合成染料有一定的殺菌作用，1932年，德國I.G.染料工業(yè)研究所病理學(xué)主任杜馬克（G.J.P.Domagk）在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，一種被稱為“百浪多息”（Prontosil）的紅色的偶氮類染料對(duì)于感染溶血性鏈球菌的小白鼠以及兔、狗等都具有很好的療效，并以此染料挽救了身患鏈球菌敗血病的女兒，一個(gè)人工合成抗感染疾病化學(xué)治療藥物的新紀(jì)元由此開啟?？茖W(xué)家通過對(duì)這一藥物作用機(jī)理的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，“百浪多息”的殺菌作用實(shí)際上是由于其在體內(nèi)發(fā)生降解所生成的產(chǎn)物4—氨基苯磺酰胺（也就是我們熟知的“磺胺”）產(chǎn)生的，從而誕生了磺胺類藥物，并挽救了無數(shù)人的生命，杜馬克也因此獲得了1939年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。在磺胺的啟發(fā)下，化學(xué)家們又合成了無數(shù)的磺胺類似物，并通過研究磺胺類藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和抑菌作用的關(guān)系，從中尋找更為強(qiáng)效、更為廣譜的抗菌劑，現(xiàn)在已經(jīng)有20多種磺胺類的藥物在市場上銷售。
合成化學(xué)與生命科學(xué)
人們對(duì)生命現(xiàn)象尚未認(rèn)清的時(shí)候，一度認(rèn)為有機(jī)物只有生命體才能產(chǎn)生，人工無法合成，這也是“有機(jī)物”這一名詞的早期含義。但自尿素這一有機(jī)物首次由無機(jī)物成功合成以來，徹底改變了人們的觀念。從起初人們只注重于合成化合物的數(shù)量和結(jié)構(gòu)以及創(chuàng)造新的合成方法，到現(xiàn)在更重視合成物質(zhì)的功能和合成方法的效率，合成化學(xué)取得的在分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和多樣性上的成就極大地推動(dòng)了生命科學(xué)領(lǐng)域突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
20世紀(jì)初，費(fèi)歇爾（H.E.Fischer）提出多肽是由氨基酸通過酰胺鍵連接而成，1903年，他首次報(bào)道了一種合成肽的方法。肽合成技術(shù)的不斷發(fā)展，使得人們在當(dāng)時(shí)就能夠合成人體內(nèi)的許多微量活性肽（如胰島素、催產(chǎn)素），促進(jìn)了生命科學(xué)在人體激素調(diào)控方面的研究。而肽合成技術(shù)的突破性進(jìn)展來自1963年美國人梅里菲爾德（R.B.Merrifield）提出的固相多肽合成技術(shù)（SPPS）（他因此獲得了1984年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）。梅里菲爾德的方法同樣也促進(jìn)了寡核苷酸等的化學(xué)合成的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而推動(dòng)了生物工程的蓬勃發(fā)展。
合成化學(xué)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)
19世紀(jì)以前，農(nóng)業(yè)上所需氮肥的來源主要是有機(jī)物的副產(chǎn)品，如糞類、種子餅及綠肥等，這顯然不能滿足當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)的需求。利用氮、氫為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一個(gè)挑戰(zhàn)性課題，從第一次實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，經(jīng)歷了150多年的時(shí)間。1909年哈勃（F.Haber）在600℃、200個(gè)大氣壓下，用金屬鋨作催化劑，以6%的收率成功地在實(shí)驗(yàn)室中獲得合成氨，開啟了合成氨的新紀(jì)元。后來博施（C.Bosch）進(jìn)一步改進(jìn)了這一技術(shù)（以鐵為催化劑），成為著名的“哈伯-博施法”合成氨過程。合成氨的原料來自空氣、煤和水，是最經(jīng)濟(jì)的人工固氮方法。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(dá)到1.5億噸，在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有重要地位。由于這項(xiàng)革命性的合成技術(shù)，哈勃和博施分別獲得1918年和1931年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。合成氨技術(shù)作為20世紀(jì)最重要的發(fā)明，顯然是當(dāng)之無愧的。
合成氨和合成尿素的發(fā)展為農(nóng)作物的生長提供了充足的養(yǎng)料，而合成化學(xué)對(duì)農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)不止于此。大量事實(shí)表明，合成材料如農(nóng)用薄膜、滴灌管材、合成農(nóng)藥等同樣為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。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。
合成化學(xué)與材料科學(xué)
人類歷史上第一種完全人工合成的塑料是在1909年由貝克蘭（L.Baekeland）用苯酚和甲醛制造的酚醛樹脂，又稱貝克蘭塑料。1935年，以繭絲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，卡羅瑟斯（W.H.Carothers)首次成功地合成了尼龍66，這一發(fā)明，促進(jìn)了有機(jī)高分子合成化學(xué)的發(fā)展。20世紀(jì)40年代乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃等的工業(yè)化生產(chǎn)，這是合成高分子蓬勃發(fā)展的時(shí)期。在第一次世界大戰(zhàn)期間，迫于橡膠缺乏，德國人采用二甲基丁二烯聚合合成了甲基橡膠。1930年德國和前蘇聯(lián)以丁二烯作為單體，金屬鈉作為催化劑，合成了丁鈉橡膠。事實(shí)上，在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國軍隊(duì)就是因?yàn)橛卸”较鹉z，橡膠供應(yīng)才沒有出現(xiàn)嚴(yán)重短缺，蘇聯(lián)也用了同樣的方法。美國在戰(zhàn)后大力研究合成橡膠，首先合成了氯丁橡膠，氯原子使氯丁橡膠具有天然橡膠所不具備的一些抗腐蝕性能。進(jìn)入50年代，從石油裂解而得到的烯烴主要包括乙烯與丙烯，德國人齊格勒（K.Ziegler）與意大利人納塔（G.Natta）分別發(fā)明用金屬絡(luò)合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法，兩者分別于1952年和1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，這是高分子合成化學(xué)的歷史性突破，他們因此獲得1963年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
60年代，由于登月工程的需求驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致了可作為太空服原材料、航天飛機(jī)高溫粘合劑以及超音速飛機(jī)的復(fù)合材料等耐高溫合成材料的誕生。被杜邦公司上世紀(jì)40年代發(fā)明的特氟龍PTFE（聚四氟乙烯）是另一類性能優(yōu)異的合成材料，具有耐酸堿、耐高溫、極低的摩擦系數(shù)、良好的耐磨性以及極好的化學(xué)穩(wěn)定性，是原子能、國防、航天、電子、化工、紡織等領(lǐng)域不可取代的關(guān)鍵產(chǎn)品。
近幾十年來，一系列重量輕、強(qiáng)度高、耐熱性能好的無機(jī)纖維，如硼纖維、碳纖維等，以及氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等耐高溫材料的成功合成，為航空、航天技術(shù)的發(fā)展起到了重要推動(dòng)作用。例如在波音787夢幻飛機(jī)上，由于大面積使用了碳纖維復(fù)合材料而大大減輕了飛機(jī)重量，據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)身制造使用的碳纖維重量占波音787重量的61%，占全機(jī)80%體積的構(gòu)件均為碳纖維復(fù)合材料；同樣，在空客A380的制造中，也大量使用了合成材料，飛機(jī)約25%由高級(jí)減重材料制造，其中22%為碳纖維復(fù)合材料，使得A380每乘客百公里油耗不到3升，相當(dāng)于一輛經(jīng)濟(jì)型家用汽車的油耗。 資訊來自實(shí)驗(yàn)室高壓反應(yīng)釜整理 |
