目前已知結構的無機和有機化合物高達5000多萬種，在過去的100年中，人類合成或分離了高達2300多萬種物質(zhì)，反映出合成化學在創(chuàng)造新物質(zhì)方面的強大生命力和無限創(chuàng)造力，同時也極大地滿足了人類生存和社會進步的物質(zhì)需求。
合成化學與人類健康
20世紀是人類社會發(fā)生深刻變化的世紀，在過去的100多年中，特別是20世紀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，其中最為重要的當屬抗菌劑和抗生素的開發(fā)。
上世紀初，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，當時醫(yī)生對于流行腦膜炎、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世紀后半葉，在珀金（W.H.Perkin）合成的苯胺類染料的基礎上，德國細菌學家郭霍（H.H.R.Koch）嘗試用這些染料對細菌進行染色，成功創(chuàng)建了細菌染色法，大大促進了微生物學的發(fā)展。同時，科學家在用染料對細菌進行染色的試驗過程中，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)研究所病理學主任杜馬克（G.J.P.Domagk）在試驗過程中發(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，一個人工合成抗感染疾病化學治療藥物的新紀元由此開啟?？茖W家通過對這一藥物作用機理的進一步研究發(fā)現(xiàn)，“百浪多息”的殺菌作用實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年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。在磺胺的啟發(fā)下，化學家們又合成了無數(shù)的磺胺類似物，并通過研究磺胺類藥物的化學結構和抑菌作用的關系，從中尋找更為強效、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。
合成化學與生命科學
人們對生命現(xiàn)象尚未認清的時候，一度認為有機物只有生命體才能產(chǎn)生，人工無法合成，這也是“有機物”這一名詞的早期含義。但自尿素這一有機物首次由無機物成功合成以來，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)量和結構以及創(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，合成化學取得的在分子結構復雜性和多樣性上的成就極大地推動了生命科學領域突飛猛進的發(fā)展。
20世紀初，費歇爾（H.E.Fischer）提出多肽是由氨基酸通過酰胺鍵連接而成，1903年，他首次報道了一種合成肽的方法。肽合成技術的不斷發(fā)展，使得人們在當時就能夠合成人體內(nèi)的許多微量活性肽（如胰島素、催產(chǎn)素），促進了生命科學在人體激素調(diào)控方面的研究。而肽合成技術的突破性進展來自1963年美國人梅里菲爾德（R.B.Merrifield）提出的固相多肽合成技術（SPPS）（他因此獲得了1984年諾貝爾化學獎）。梅里菲爾德的方法同樣也促進了寡核苷酸等的化學合成的實現(xiàn)，進而推動了生物工程的蓬勃發(fā)展。
合成化學與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)
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，這顯然不能滿足當時農(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年哈勃（F.Haber）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。后來博施（C.Bosch）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。合成氨的原料來自空氣、煤和水，是最經(jīng)濟的人工固氮方法。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)量達到1.5億噸，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中占有重要地位。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年度諾貝爾化學獎。合成氨技術作為20世紀最重要的發(fā)明，顯然是當之無愧的。
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，而合成化學對農(nóng)業(yè)的貢獻遠不止于此。大量事實表明，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。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。
合成化學與材料科學
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，以繭絲結構為基礎，卡羅瑟斯（W.H.Carothers)首次成功地合成了尼龍66，這一發(fā)明，促進了有機高分子合成化學的發(fā)展。20世紀40年代乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合迅速發(fā)展，實現(xiàn)了包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機玻璃等的工業(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。事實上，在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國軍隊就是因為有丁苯橡膠，橡膠供應才沒有出現(xiàn)嚴重短缺，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年實現(xiàn)工業(yè)化，這是高分子合成化學的歷史性突破，他們因此獲得1963年度諾貝爾化學獎。
60年代，由于登月工程的需求驅動，導致了可作為太空服原材料、航天飛機高溫粘合劑以及超音速飛機的復合材料等耐高溫合成材料的誕生。被杜邦公司上世紀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穩(wěn)定性，是原子能、國防、航天、電子、化工、紡織等領域不可取代的關鍵產(chǎn)品。
近幾十年來，一系列重量輕、強度高、耐熱性能好的無機纖維，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、航天技術的發(fā)展起到了重要推動作用。例如在波音787夢幻飛機上，由于大面積使用了碳纖維復合材料而大大減輕了飛機重量，據(jù)統(tǒng)計，機身制造使用的碳纖維重量占波音787重量的61%，占全機80%體積的構件均為碳纖維復合材料；同樣，在空客A380的制造中，也大量使用了合成材料，飛機約25%由高級減重材料制造，其中22%為碳纖維復合材料，使得A380每乘客百公里油耗不到3升，相當于一輛經(jīng)濟型家用汽車的油耗。 資訊來自實驗室高壓反應釜整理 |
