有机合成的发展

有机合成的发展

有机合成早期的任务是仿造天然物质，第一批成果是染料。在古代，染料因其鲜艳的色泽而受到人们的喜爱，但是品种却很少。淡红色的茜素，从茜草中分离而得；深蓝色的靛蓝从菘蓝分离而得；名贵的紫色染料推罗紫则取自地中海附近的蜗牛类动物。1856年，有人研究煤焦油，将煤在与空气隔绝的条件下，加热到很高的温度时，得到黑色黏液，其中有紫色的闪光物。当用酒精进一步处理后得到美丽的紫色物质，法国染匠将其用于染色，把这种颜色称为锦葵紫。不久，便风行于世界。

1869年，德国人格莱贝合成出茜素；1880年，德国人拜尔（1835—1917年）合成出靛蓝，并因为在染料方面的研究成就而获得1905年度诺贝尔奖。中国的西周（公元前11世纪至前771年）、春秋（公元前770—前476年）时期，就已用茜草染色。16世纪在荷兰开始种植茜草，由于茜素的大量消耗，还为培植茜草占用了大片肥沃的土壤。从煤焦油中人工制取茜素，将是个非常重要的发现。1874年，欧洲茜草的年产量为50万吨（其中一半在法国），而1884年则只有几百吨。1892年，人工合成的茜素就达1．2万吨。中国在殷商时代（约公元前14世纪—前11世纪）就用靛蓝染丝织品。欧洲种植菘蓝开始于公元6世纪。拜尔的研究成果使靛蓝可以人工合成，1897年合成靛蓝投放市场，菘蓝的种植逐渐消失。

继合成染料之后，柏琴1875年又合成了香豆素。这是一种具有愉悦香气的天然物质。香料合成工业由此开始。到20世纪30年代，名贵的动物香料麝香，其有效成分也被合成出来了。克罗地亚化学家卢奇斯因此获得诺贝尔奖。

药物合成是人们的另一个重要任务。例如氯霉素，这是委内瑞拉链丝菌产生的。1947年从委内瑞拉的土壤中发现，1949年，就可以人工合成而不依赖于链丝菌。从喜树树根中可以提取抗癌药——喜树碱。但是，资源少，含量低，分离很麻烦。从25千克喜树根粉中仅可分离得到2克喜树碱。现在人们已经能够仿造这一天然物，用化学方法合成出来了。

在对有机物及其变化有了比较多的认识之后，人们并不满足于从自然界中分离、提纯出有机物，而是设法人工合成。人们对一些天然来源的有机物进行改造，改进它们的性质，克服它们在应用中的不足。而这种经过改造的物质，自然界并不存在。

前面提到的氯霉素，本身具有苦味。通常置于胶囊中服用，不宜用于儿童。现在人们把它改造成“无味的氯霉素”，即氯霉素棕榈酸盐，没有苦味，儿童服用很方便。在身体里无味氯霉素再转变成氯霉素，发挥它的抗菌作用。

天然维生素K₁，是从苜蓿中分离出来的凝血物质。在其分子中有一个20个碳原子的侧链。人们经过研究实验，1940年，合成出了结构大为简化的维生素K₃，它的凝血性能比维生素K₁强3倍。

胰岛素是人和动物胰腺分泌的一种激素，能促进肝脏和肌肉内动物淀粉的生成，加速组织中葡萄糖的氧化和利用，从而调节体内血糖的含量。

胰岛素是现在已知的蛋白质分子中最小的一个，是研究蛋白质的极好对象。

胰岛素作为药物，主要用于治疗以血糖增高为主要特征的糖尿病，其病因是胰腺中的胰岛素分泌不足，食物中的碳水化合物代谢不正常，变成葡萄糖从尿中排出体外。如果从猪的胰脏提取，每1千克新鲜的猪胰汁液，才可以得到1300单位胰岛素。人工合成这样有生理活性的天然高分子化合物，是有机合成的重大课题。

1955年胰岛素中51个氨基酸的顺序确定后，世界上一些国家的科学工作者就开始进行人工合成研究。

我国的科学工作者经过6年9个月的团结协作，艰苦工作，于1965年在世界上第一次人工合成了牛胰岛素晶体，结晶形状与天然胰岛素相同，生物活力与天然胰岛素相等（图1－1）。这也是世界上第一个人工合成的蛋白质。

人工合成胰岛素的成功，在人类认识生命、揭开生命奥秘的历程中，又迈进了一大步，为生命起源的辩证唯物主义学说提供了一个有力的新论据。马克思和恩格斯的挚友、近代有机化学的奠基人之一——卡尔·肖莱马（1834—1892年）早在19世纪末就向科学界提出了合成蛋白质的大胆设想。他说：“生命之谜只有靠蛋白质化合物的合成才能解决。”正如恩格斯所说：“如果化学有一天能够制造蛋白质，那么这种未来的蛋白质就一定表现出生命的迹象。”中国化学家第一次在世界上用人工的化学方法完成了对有生命活力的蛋白质的全合成，实现了肖莱马的预见。1981年，我国科学家又首次合成酵母丙氨酸转移核糖核酸，在人工合成生命物质的长途中迈出了新的一步。

图1－1　牛胰岛素结晶及其分子模型

古柯碱很早就引起医生们的兴趣。南美洲的印第安人用咀嚼古柯树叶的方法来消除疲劳和引起欣快感。它还能使身体的某一部位暂时失去痛觉，用作镇痛药、麻醉药。但是，古柯碱又是一种危险的毒品，使人上瘾，也有人对其过敏，甚至死亡。德国化学家用了大约20年的时间研究，希望得到具有古柯碱的麻醉性质，而又没有或很少有副作用的物质。他们制造出几十种这样的有机物，其中最好的一种在1909年获得，它结构简单、性质稳定、易于合成、麻醉效果良好、副作用很少，这就是普鲁卡因。

创造新的化合物，满足人类的需要是有机化学家们的又一个重要任务，他们除了少数具有生物活性的天然高分子化合物外，差不多可以合成出从自然界已经分离出来，并已知其结构的几乎所有有机物。而且在有机化学理论的指导下，运用各种技术手段，有计划地大量合成出自然界并不存在、具有预期特殊性质和用途的新化合物，包括药物、染料、香料、农药、炸药、合成树脂、合成纤维。现在人们合成出的有机物已近千万种。著名的有机化学家、诺贝尔奖获得者伍德沃德曾经说过：“化学家在老的自然界旁边又建立起一个新的自然界。”后面我们将向读者介绍多姿多彩、充满活力的有机世界。