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《分子》作者：阿西莫夫【完结】 >
分子.txt
的变化。1939年，美国化学家泡令在一本题为《化学键的本质》的书
中提出了分子键的量子力学概念。特别值得一提的是，他的理论终于
解释了苯分子具有极大稳定性这种自相矛盾的现象。
泡令将构成价键的电子描述为它所联结的两个原子之间的共振。
他证明，在一定条件下，必须认为电子占据着许多位置中的任何一
个位置（但概率不同）。由于电子具有类似波的性质，所以最好是
把电子想象为被泼散开的一摊墨迹，以代表这些位置的单概率的加
权平均值。电子散开得越均匀，该化合物就越稳定。如果分子拥有
数个位于同一平面内的共轭键，并且所具有的对称性能够使电子（
视为1个粒子）拥有数个可供选择的位置，那么，这种共振稳定性
就最有可能发生。苯环是在一个平面上而且是对称的。泡令证明，
苯环的价键实际上并不是单、双键相间，而可以说是电子泼散开来，
形成一种均匀分布，从而使所有的价键都十分相像，并且全都比普
通的单键更牢固、更稳定。
共振结构虽然能圆满地解释化学键的性状，但却很难用画在纸
上的简单图形来表示。正因为如此，尽管用现代的观点来看，古老
的凯库勒结构只不过是对电子实际状况的近似描述，但它至今仍被
普遍应用，而且直到可预见到的将来，无疑还要被继续沿用下去。
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①“我找到了！”相传是阿基米得在澡盆里发现浮力定律时喊
过的一句话。这句话也是美国加利福尼亚州的一句名言，比喻在那
里发现了金矿。——译注
有机合成
在科尔贝制成醋酸之后，有一位化学家在19世纪50年代对有机物
质的实验室合成开始进行全面系统的、有条有理的研究。他就是法国
人贝特洛。贝特洛首先利用一些像一氧化碳这样的更为简单的无机物
制成了一系列简单的有机化合物，然后逐步增加后者的复杂性，最后
得到相当复杂的有机化合物，如乙醇。当然，这是合成乙醇，但它同
“真品”毫无区别，因为它就是真品。
乙醇是大家都很熟悉的一种有机化合物，而且倍受许多人的青睐。
化学家们不必用水果或粮食作为原料，而仅用煤、空气和水就能制造
出乙醇（煤提供碳，空气提供氧，水提供氢），这个想法的非常迷人，
从而使化学家们荣获了“奇迹创造者”这一新称号。总而言之，有机
合成被提上了重要议事日程。
然而，对于化学家们来说，贝特洛所做的甚至更有意义。他开始
合成自然界中并不存在的一些产物。他用甘油（舍勒于1778年发现的
一种化合物，可从分解活机体的脂肪制取）和某些酸（虽然知道它们
天然地存在于别的地方，但当时并不知道它们天然地存在于脂肪中）
化合，结果获得了若干种与活机体中的脂肪不尽相同的脂肪性物质。
于是，贝特洛为一种新的有机化学——自然界中所不存在的分子
的合成——奠定了基础。这意味着，人们不仅能制造一些也许在性能
上稍差一些的合成物质，来替代某些因数量不足而很难或不能满足需
求的天然化合物，而且还能制造出性能比天然物质还要好的合成物质。
自从贝特洛指明了道路之后，有机合成不仅能够弥补天然特质之
不足，而且还能以这种或那种方式使其性能得到改善，这种观点在化
学家们的心目中相当牢固地树立了起来。由这种新观点所产生的第一
批成果是在染料领域。
第一批合成物质
有机化学的研究始于德国。维勒和李比希都是德国人，继他们之
后，德国又出现了其他一些颇具才华的有机化学家。然而，在19世纪
中叶之前，英国甚至根本没有能同德国相提并论的有机化学家。事实
上，英国的学校当时对化学极不重视，只在午饭后的休息时间教授这
门课程，并不指望（也许根本就不愿意）许多学生对化学产生兴趣。
因此，第一个轰动世界的合成工艺竟出自英国，实在令人惊奇。
事情的大致经过如下：1845年，伦敦皇家理科学院终于作出认真
开设化学课程的决定，并请来一位年轻的德国人执教。这个人就是当
时只有27岁的A．W．霍夫曼。建议聘用A．W．霍夫曼的是维多利亚女
王的丈夫阿尔贝特亲王（亲王本人也是德国血统）。
A．W．霍夫曼感兴趣的课题很多，煤焦油即是其中之一，他曾在
李比希指导下从事的第一个研究项目中接触过这种物质。煤焦油是在
煤与空气隔绝条件下高温加热而产生的一种黑色黏稠物质。它虽然不
讨人喜欢，但却是有机化学药品的一个重要来源。例如，在19世纪40
年代，它是大量制取相当纯净的苯和一种称之为苯胺的含氮化合物
（与苯有关）的原料，以上两种化合物都是A．W ．霍夫曼最先从煤
焦油中提取出来的。
A．W．霍夫曼来到英国10年之后，偶然遇到一位名叫珀金的17岁
少年，他当时正在皇家理科学院学习化学。A．W．霍夫曼慧眼识英才，
而且一旦发现人才，便热情扶持。他把这位少年提升为助教，让他从
事煤焦油化合物的研究工作。珀金对工作满腔热情，从不懈怠。他在
家里建立了一个实验室，从学校回来之后就在家里的实验室里继续工
作。
A．W．霍夫曼对化学在医学上的应用也很感兴趣。1856年的一天，
他在沉思中哺哺自语：能不能用化学方法合成奎宁（一种治疗疟疾的
天然物质）呢？这时结构式尚未盛行起来，人们只知道奎宁的原子组
成，至于它的结构有多么复杂，当时无人知晓。（直到1908年人们才
正确地推导出奎宁的结构式。）
年仅18岁的珀金，多亏他对奎宁的复杂结构一无所知，才敢于去
解决奎宁的合成问题。他开始用的原料是他从煤焦油中提取的一种化
合物烯丙基甲基苯胺。它的分子所含的各种原子的个数似乎均为奎宁
的一半。珀金猜想，如果使两个这样的分子合并在一起，再把所缺的
氧原子补足（比如说，混入一些重铬酸钾。它能使与它混合的化合物
增添氧原子，这在当时已为人所知），那么，或许就能得到奎宁分子。
这种做法当然不会给珀金带来任何结果。他所得到的只是一种肮
脏的棕红色黏液，后来他改用苯胺进行试验，结果得到一种黑色黏液。
可是在这种黑色黏液中，他隐约看到了一种紫色闪光。他加进一些酒
精，那些无色的酒精便变成了美丽的紫色。珀金立即意识到，他或许
发现了一种可用作染料的物质。
染料一向是深为人们喜爱但价格昂贵的物质。在古代，色泽鲜艳、
耐洗耐晒的优质染料寥寥无几。这些染料有取自靛蓝植物的靛蓝和与
之关系密切的菘蓝（罗马时代初期，不列颠曾因菘蓝而闻名于世）；
有取自蜗牛类动物的推罗紫（得名于古代的推罗城①，该城曾靠此业
致富。在罗马帝国后期，皇家的孩子都诞生在挂有推罗紫壁毯的房间
里，皇族“生于紫色之中”的说法即由此而来）；还有取自茜草科植
物的淡红色的茜素（茜素一词源于阿拉伯语，意为“汁液”）。除以
上几种从古代和中世纪传下来的染料之外，后来的染匠又增添了几种
热带染料和无机颜料（现在主要用于绘画）。
这就可以说明，当珀金意识到他的紫色物质有可能成为染料时，
他为什么会那么激动了。在一位朋友的建议下，他给苏格兰的一家对
染料感兴趣的公司寄去了一些样品，并很快得到回音：紫色化合物性
能良好。那么，能不能廉价供应呢？于是，珀金便着手申请专利（对
于一个18岁的年轻人能否获得专利一事，人们争论不已，但他还是终
于获得了专利），并退学转入了实业界。
要实现他的这个计划，可不是轻而易举的事。珀金必须白手起家，
用自行设计的设备从煤焦油中制取他自己的原料。然而，他在6个月
之内就制取了他称之为苯胺紫的物质，这是一种自然界中所没有的化
合物，其色度范围超过任何天然染料。
法国染匠比保守的英国染区更快地采用了这种新染料，他们把这
种由锦葵属植物制取的颜色称之为锦葵紫，而将这种染料称之为锦葵
紫染料。不久，这种染料便风行于整个世界（这个时期有所谓“苯胺
紫十年”之称）。珀金因此而致富，23岁时就成了染料方面的世界权
威。
就这样，大坝被冲垮了。在珀金的惊人成就的鼓舞下，许多化学
家都转到了合成染料的研究上来，而且有不少人获得了成功。珀金的
老师A．W．霍夫曼也转向这一新领域，并在1858年合成了紫红色染料。
后来法国染匠（迄今仍是时髦式样的主宰）给它取名叫马真塔，这是
意大利一个城市的名字，法军曾于1859年在此大败奥军。
1865年，A．W．霍夫曼怀着对染料的新的兴趣返回德国。他发现
了一批至今仍被称之为霍夫曼紫的紫色染料。到了20世纪中叶，商用
合成染料的数目已不下3 500种。
另一方面，化学家们在实验室中还成功地合成了天然染料。珀金
和德国人格雷贝分别独立地于1869年合成了茜素（格雷贝先于珀金一
天申请专利）。德国化学家拜耳于1880年研制了靛蓝的合成方法（由
于在染料领域的成就，拜耳获得了1905年的诺贝尔化学奖）。
珀金在他35岁那一年，即1874年，退出实业界，重新回到他当初
所喜爱的研究工作上。1875年，他设法合成了香豆素（一种天然物质，
具有令人愉快的新收割的牧草的香味），这便是香料合成工业的开端。
面对德国有机化学的巨大发展，珀金一个人并不能使英国在这方
面保持优势；在上世纪末和本世纪初，“化学合成物质”几乎为德国
所垄断。继承珀金所开创的合成香料事业的，是一位名叫瓦拉赫的德
国化学家。1910年，瓦拉赫因其研究成果而获得了诺贝尔化学奖。在
瑞士执教的克罗地亚化学家卢齐卡首次合成了一种重要的香料——麝
香。他分享了1938年的诺贝尔化学奖。然而，在第一次世界大战期间，
英国和美国由于无法进口德国化学实验室的产品，被迫发展他们自己
的化学工业。
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①现在译为提尔（今改名为苏尔），黎巴嫩南部省沿海城镇。该
城在中文《圣经》中称为推罗。曾以丝制品和推罗紫染料而闻名。
——译注
生物碱和止痛药
如果化学家们真的只能像珀金那样靠碰运气行事，那么，要想在
有机化学领域取得成就那就只有靠摸索了。幸运的是，在珀金发现苯
胺紫后不过3年，就出现了凯库勒的结构式，从而使描绘有机分子的
蓝图成为可能。化学家们不再仅凭猜测和愿望来制备奎宁了，他们已
拥有能够一步步攀登上分子结构高峰的种种方法，而且能够预见前进
的方向和可望得到的结果。
化学家们已经知道如何把1个原子团替换成另1个原子团，如何把
原子环打开和如何把开放的链围成闭合的环，如何把一些原子团分成
两部分，以及如何把碳原子一个挨着一个地连接成链。完成有机分子
内某一特定结构的特殊方法，往往仍以首先描述这种方法的化学家的
姓氏来命名。例如，珀金发现，把某些物质与醋酸酐或醋酸钠一起加
热，能使这些物质增加1个含有2个碳原子的原子团。这种方法迄今仍
称之为珀金反应。珀金的老师A．W．霍夫曼发现，在有一种银化合物
存在的情况下，含氮的原子环在用一种被称为甲基碘的物质进行处理
时，这个环最终会断裂并释放出氮原子。这就是霍夫曼降解反应。
1877年，法国化学家弗里德与美国化学家克拉夫茨合作，发现使用氯
化铝并加热，可以给苯环添加1个短碳链。这种方法现在称之为弗里
德—克拉夫茨反应。
1900年，法国化学家格利雅发现，如果能够正确地使用金属镁，
就能够造成大量具有不同结合方式的碳链。他在他的博士论文中提出
了这个发现。由于对这些格利雅反应的研究，格利雅分享了
1912年的诺贝尔化学奖。与格利雅分享诺贝尔化学奖的是法国化学家
萨巴蒂埃，他（与桑德仑一起）发现，利用细镍粉能够使碳链在双键
处增加氢原子。这种方法就是萨巴蒂埃—桑德仑反应。
1928年，德国化学家狄尔斯和阿尔德发现了一种方法，能够使碳
链的两端与另一碳链的双键的两端相连，形成一个原子环。这就是狄
尔斯—阿尔德反应。由于这一发现，他们共同获得了1950年的诺贝尔
化学奖。
换句话说，通过记录物质的结构式在各种化学药品和不同条件的
影响下发生的变化，有机化学家们制定出一套日渐增多的程序，告诉
人们如何按自己的愿望把一种化合物转变为另一种化合物。这并非易
事，因为每一种化合物和每一个变化都有自己的特点和难点。不过，
主要道路已经畅通，而且熟练的有机化学家们还为自己找到了前进的
明显标志，而这原先似乎是一个难以穿越的迷宫。
有关某些特定原子团的行为方式方面的知识，还可用来探索未知
化合物的结构。例如，简单的乙醇与金属钠发生反应时会释放出氢。
但是，释放的仅仅是与氧原子相连的氢，而不是与碳原子相连的氢。
另外，有些有机化合物在适当的条件下会与氢原子结合，进而有些有
机化合物则不能。原来，凡能结合氢原子的化合物一般都具有双键或
三键，并以这些键来结合氢原子。由于有了这类知识，从而产生了一
套全新的有机化合物的化学分析方法；这些方法能够测定原子团的性
质，而不仅仅是各类原子的数目和类型。加入钠而释放出氢，这说明
该化合物中存在与氧结合的氢原子；接收氢则意味着存在双键或三键。
如果分子过于复杂，难以进行整体分析，就用各种不同的方法把它分
解成若干较简单的部分，这样就能分析出各部分的结构，由此再推导
出原分子的结构。
以结构式作为手段和指南，化学家们就能够研究出某些有用的天
然有机化合物的结构（分析），然后再在实验室中制造出同样的或类
似的产品（合成）。其中的一个结果是，人们能在实验室中大量而廉
价地制造出某些自然界中稀有的、昂贵的或难以获得的产品，或者制
造出某些比类似的天然产品能更好地满足需要的产品，如煤焦油染料。
有一个令人震惊的例子，即人们曾有意识地改变了可卡因的性质。
可卡因是在古柯树（一种原来生长在玻利维亚和秘鲁而现在主要生长
在爪哇的植物）叶子中发现的。同前面提到的马钱子碱、吗啡和奎宁
等化合物一样，可卡因也是一种生物碱，即一种含氮的植物产物。少
量的生物碱即能在生理上对人产生强烈的影响，视剂量大小，它既可
以治病，也可以致人于死命。苏格拉底①被毒芹中所含的一种生物碱
——毒芹碱——毒死，是历史上生物碱中毒致死的最著名的例子。
某些生物碱的分子结构是极其复杂的，不过，这正好激发了人们
的好奇心。英国化学家鲁宾森对生物碱进行了系统的研究。他于1925
年研究出了吗啡的结构（仅有1个原子未完全确定），于1946年研究
出了马钱子碱的结构。由于人们认识到了他工作的价值，他获得了
1947年的诺贝尔化学奖。
不过，鲁宾森只是研究出了这些生物碱的结构，而并没有将其作
为指南来合成这些物质。美国化学家R.B.伍德沃德却考虑到了这一点。
R.B.伍德沃德与他的美国同事多林于1944年共同完成了奎宁的合成。
珀金一直追求而未得到的这一特定化合物终于获得了惊人的成果。如
果你感兴趣的话，则奎宁的结构式如下：
难怪这个结构会使珀金陷入困境。R.B.伍德沃德和多林之所以解
决了这个难题，并不仅仅是靠他们的聪明才智，而且还在于他们熟练
地掌握了泡令等人所建立的有关分子的结构和性状的新电子理论。此
后，R.B.伍德沃德又陆续合成了各种各样的复杂分子，例如，他于
1954年合成了马钱子碱。而在此之前，这被认为是高不可攀的。
然而，早在这些生物碱的结构被发现以前，其中的一些生物碱
（特别是可卡因）业已引起了医生们的浓厚兴趣。人们发现，南美洲
的印第安人咀嚼古柯树叶，原来它能消除疲劳和引起欣快感。苏格兰
医生克里斯蒂森把这种植物引种到了欧洲。（在蒙昧社会里的巫医和
卖药草的妇女看来，这并不是献给医学的惟一礼物。另外还有上面提
到的奎宁和马钱子碱，以及鸦片、洋地黄、箭毒②。颠茄碱、羊角拗
定和利血平。另外，抽烟、喝酒、嚼槟榔果、吸大麻和服皮约特③等，
也都是从原始社会遗传下来的。）
可卡因并不仅仅是一种普通的能产生欣快感的药物。医生们发现，
它还能使人体的某一部位暂时失去痛觉。1884年，美国医生科勒发现，
可卡因可用作镇痛药，在对眼睛施行手术时将它涂在眼睛周围的黏膜
上，病人就会没有痛感。可卡因还可用于牙科，使病人在拔牙时没有
痛苦。
这种效果使医生们十分着迷，要知道，19世纪医学上的伟大胜利
之一正是在镇痛方面所取得的成果。1799年，戴维研制出了一氧化二
氮（N2O）气体，并研究了它的疗效。他发现，这种气体被吸入人体
后，就会释放出抑制物质，使人狂笑、大叫或做出其他一些愚蠢的举
动。因此，它通常又被称为笑气。
19世纪40年代初期，美国科学家科顿发现，笑气能使人失去痛觉；
1844年，美国牙科医生H．韦尔斯将这种气体用于牙科手术。不过，
当时已经有一种更好的药物进入了这一领域。
美国外科医生朗于1842年曾用乙醚使病人在拔牙时进入睡眠状态。
1846年，美国牙科医生莫顿在马萨诸塞州总医院实施了一例乙醚麻醉
手术。人们往往将这一发现归功于莫顿，因为在莫顿进行公开表演之
前，朗不曾在任何医学杂志上介绍过自己的技术，至于H．韦尔斯最
早用笑气所做的公开表演，则仅获得了微不足道的成功。
美国诗人兼医生霍姆斯建议将具有镇痛作用的化合物称为麻醉剂
（源于希腊语，意思是“无感觉”）。当时的一些人认为，是上帝要
使人类遭受痛苦，使用麻醉剂来逃避这种痛苦则是一种亵读神圣的行
为。但是，后来人们之所以认为使用麻醉剂是高尚的，是因为苏格兰
医生辛普森在英国维多利亚女王分娩时用它来镇痛。
麻醉剂最终使外科手术不再像屠宰场一样使病人极端痛苦，至少
变得较为人道，如果手术在消毒条件下施行，甚至能挽救病人的生命。
因此，麻醉学的任何进展都引起了医生们的极大关注。可卡因的特殊
意义在于它是一种局部麻醉剂，就是说，它只使人体的一定部位失去
痛觉，而不是像全身麻醉剂乙醚那样，使人完全丧失意识和感觉。
然而，可卡因也有一些不足之处。首先，它会产生一些不良的副
作用，甚至会使对它过敏的病人丧命。其次，它会使人成瘾，因此必
须少用、慎用。（可卡因是一种危险的毒品，它不仅能消除疼痛，而
且还能消除其他不愉快的感觉，从而给吸毒者以异常欣快的幻觉。吸
毒者会适应这种毒品并不断要求加大剂量。尽管毒品给身体产生了严
重影响，但由于吸毒者如此依赖这种毒品所产生的幻觉，所以，如不
忍受令人痛苦的戒毒症状，就不能戒掉。对可卡因和其他这类毒品的
毒品瘾已成为严重的社会问题。尽管全世界都在努力禁止毒品的非法
交易，但每年非法生产和贩卖的可卡因高达20多吨。这给少数人带来
了暴利，而使许多人陷入痛苦的深渊。）第三，可卡因的分子很脆弱，
在加热消毒时即能引起分子结构的变化，而分子的变化则会影响它的
麻醉效果。
可卡因分子的结构相当复杂：
左边的双环是脆弱部位，也是难于合成部位。（直到1923年，德
国化学家威尔特才设法合成出可卡因。）然而，在化学家们看来，他
们能合成出类似的化合物，其中的双环不是闭合的，这样就能使这种
化合物既易于合成，又比较稳定。这种合成物质可能具有可卡因的麻
醉性能，而且也许没有令人讨厌的副作用。
对于这个问题，德国化学家们研究了约20年，制造出了几十种化
合物，其中有些性能良好。最成功的改进是在1909年取得的，当时合
成出了一种具有下述分子式的化合物：
将这个结构式与可卡因的结构式作一比较，你就可以看出它们之
间的相似之处以及一个重要事实，即双环已不复存在。这种较简单的
分子在自然界中是不存在的，它稳定，易于合成，麻醉效果良好，而
且几乎没有副作用。这是一种远远胜过可卡因的合成代用品，称为普
鲁卡因，而大家更为熟悉的则是它的商品名称“奴弗卡因”。
在一般的镇痛剂中，最有效、最有名的也许是吗啡。它的这个名
字源于希腊语，意为“睡觉”。吗啡是由鸦片或鸦片酊提纯出来的，
在若干世纪以来，原始人和文明人都用它来消除疼痛和尘世间劳碌所
造成的神经紧张。对于那些被疼痛折磨得死去活来的人们，吗啡简直
是灵丹妙药，但它也具有使人成瘾的致命危险。然而，寻找代用品的
努力却取得了适得其反的结果。1898年，人们合成了衍生物二乙酰吗
啡即广为人知的海洛因。人们原以为它比较安全，后来才知道它是最
危险的毒品。
危险性较小的镇静剂（安眠药）是水合氯醛和巴比妥，特别是后
者危险性更小。巴比妥类药物1902年首次使用，现在是安眠片的最平
常的成分。虽然适量服用这类药物无甚危害，但它也会使人成瘾，过
量服用则会引起死亡。实际上，由于死亡是作为逐渐沉睡的最终结果
平静地到来的，所以，过量服用巴比妥类药物就成了自杀或企图自杀
的一种相当常见的方法。
最普通而且也是用得最久的镇静剂，当然要首推酒精了。早在史
前时期，人们就已经知道使果汁和粮食发酵来酿酒的方法。在中世纪，
人们已采用蒸馏方法来酿制比天然生成的产品更加浓烈的酒。尽管酒
精像吗啡一样，肯定会使人成瘾，而且无节制地饮酒会给身体带来更
加严重的危害，但对于伤寒和霍乱病人，淡酒却是补充水分的一种捷
径，而且适量饮酒也为社会所接受，因此，很难将酒作为毒品予以禁
止。用法律来禁止出售酒类看来是行不通的，美国于1920—1933年间
曾试行过“禁酒法”，结果遭到彻底失败。尽管如此，酒精中毒越来
越被看成是一种疾病，而不仅仅是一个道德问题。对于那些吃饭甚少
但饮酒无度的人来说，酒精中毒的明显症状（震颤性谵妄）多半不是
由酒精本身而是由维生素缺乏症引起的。
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①古希腊三大哲人中的第一位。公元前399年他被指控为“腐蚀
青年”和“藐视城邦崇拜的神和从事新奇的宗教活动”而被判处死刑，
随后便服毒芹汁液而死。——译注
②南美印第安人从马钱子属植物中提取并用来涂箭头的毒物，现
供药用。
③一种从麦斯克尔仙人掌的钮形茎头提取出来的兴奋剂。——译注
原卟啉
目前，人类已经制造出各种各样具有潜在用途但也可能被误用的
合成制品，如炸药、毒气、灭虫剂、除草剂、防腐剂、去污剂、医药
等，真是不胜枚举。但是，合成技术不仅可以用来弥补消费者所需物
品之不足，而且还能为纯化学研究服务。
常常出现这种情况，即不论是由活组织产生的还是由有机化学家
用设备合成的复杂化合物，即使根据它所经历的化学反应的性质作出
种种推导，也只能得出一个假定的结构式。在这种情况下，出路就是
用所设计的一系列反应（旨在制造出像所推导出来的结构式那样的分
子结构）来合成出一种化合物。如果所产生的化合物的性质与第一次
研究的化合物的性质完全相同，那么，化学家们就可以信赖原先推导
出来的结构式。
在这方面，一个给人留下深刻印象的例子是血红蛋白，它是红血
球的主要成分，是使血液呈现红色的色素。1831年，法国化学家勒卡
努将血红蛋白分解成两个部分，其中较小的部分称为血红素，占血红
蛋白质量的4％。现已发现，血红素的实验式为C34H33O4N4Fe。由于
像血红素这样的化合物还存在于其他重要的物质中，即存在于植物界
和动物界中，因此，血红素的分子结构对于生物化学家来说是极其重
要的。然而，在勒卡努分离血红素之后的将近一个世纪内，人们所能
做到的只不过是把它分成更小的分子。铁原子（Fe）很易分离出来，
而剩余部分则分裂为大致相当于原分子1／4大小的碎片。这些碎片原
来是吡咯。吡咯的分子是由5个原子（其中4个为碳原子，l个为氮原
子）构成的环组成的。吡咯本身的结构如下：
实际上由血红素获得的吡咯拥有若干个含1个或2个碳原子（连接
在环上以取代1个或多个氢原子）的小型原子团。
20世纪20年代，德国化学家H．费歇尔更深入地研究了这个问题。
既然吡咯的大小约为原血红素的1／4，于是他就决定设法将4个吡咯
结合在一起，看看最终会得到什么样的东西。他终于获得成功，得到
一种他称之为卟吩（源于希腊语，意为“紫色”，因为它是紫色的）
的四环化合物。卟吩的结构式是这样的：
然而，由血红素获得的吡咯原来含有一些与环连接的小侧链。当
吡咯组合成卟吩时，这些侧链仍停留在原来的位置。含有各种侧链的
卟吩组成了一族称之为卟啉的化合物。在血红素中发现的拥有特殊侧
链的那些化合物叫做原卟啉。H．费歇尔将血红素的性质与他所合成
的卟啉的性质加以比较之后发现，血红素（减去它的铁原子）就是一
种原卟啉。但究竟是哪一种呢？根据H．费歇尔的推论，由血红素获
得的各种不同的吡咯能结合成不下15种不同的原卟啉（每种都具有不
同的侧链排列），而其中任何一种都有可能是血红素。
将这15种化合物逐一合成出来，并分别检验它们的性质，便能够
得到答案。H．费歇尔将合成工作交给他的学生们去做，他仔细选用
了一些化学反应，每次只允许合成其中一种具有特定结构的原卟啉。
在这15种不同的原卟啉合成出来之后，他将它们的性质与血红素的天
然原卟啉的性质进行了对比。
他于1928年发现，这个系列中编号为IX的原卟啉正是他要寻找的
那一种。因此，那种天然原叶琳至今仍称为原卟啉IX。要使原卟啉IX
添加1个铁原子转变为血红素是很容易的。化学家们终于相信，他们
已经知道了这种重要化合物的结构。下面就是H．费歇尔研究出来的
血红素的结构式：
由于这项成就，H．费歇尔获得了1930年的诺贝尔化学奖。
新方法
在19世纪和20世纪前半叶，合成有机化学方面取得的全部成就无
疑是巨大的，但所使用的方法却与古代炼金术士所使用的方法相同，
即将几种物质加以混合并进行加热。加热是使分子增加活力并发生相
互反应的可靠方法，不过，就本质而言，这样的反应通常是随机的，
并会产生一些短暂存在的不稳定的中间产物，而对于这些中间产物的
性质则仅能进行猜测而已。
化学家们所需要的是一种更精细、更直接地使分子具有活力的方
法，即能够使一群分子全都以大致相同的速度、朝大致相同的方向运
动的方法。这种方法能够消除反应的随机性，因为这时一个分子如何
行动，其余的分子也都会照此办理。一种方法是在电场中加速离子，
犹如在回旋加速器中加速亚原子粒子。
1964年，德国血统的美国化学家沃尔夫冈借助一种可称为化学加
速器的装置来加速离子和分子，使之达到很高的能量。这种装置所产
生的离子速度若用加热方法来达到，则温度必须高达1000℃—
100 000℃。 另外，这些离子还以相同的方向运动。
如果有电子存在的话，被加速的离子就会抓住这些电子并转变为
中性分子，而且仍以极高的速度行进。美国化学家华顿已于1969年获
得了这样的中性分子束。
至于化学反应的短暂的中间阶段，电子计算机可以解决这个问题。
电子计算机可以解在不同原子组合中决定电子状态的量子力学方程，
还可以计算出在碰撞过程中将会发生的各种事件。例如，1968年，在
意大利血统的美国化学家克莱门蒂的指导下，曾利用一台计算机使氨
与盐酸在闭路电视监视下碰撞以生成氯化铵，结果，所发生的事件正
是计算机计算出来的事件。计算机计算的结果表明，所形成的氯化铵
是温度为700℃的高压气体。这种情况以前并不知道，但在几个月后
被实验所证实。
近10年来，化学家们在理论和实验方面都研究出了一些新型工具。
迄今尚未知晓的一些反应的细枝末节将会被弄个水落石出，许多在过
去无法获得的或至多只能少量获得的新产品将会被合成出来。也许我
们正站在一个意想不到的奇境的人口处。
新方法
在19世纪和20世纪前半叶，合成有机化学方面取得的全部成就无
疑是巨大的，但所使用的方法却与古代炼金术士所使用的方法相同，
即将几种物质加以混合并进行加热。加热是使分子增加活力并发生相
互反应的可靠方法，不过，就本质而言，这样的反应通常是随机的，
并会产生一些短暂存在的不稳定的中间产物，而对于这些中间产物的
性质则仅能进行猜测而已。
化学家们所需要的是一种更精细、更直接地使分子具有活力的方
法，即能够使一群分子全都以大致相同的速度、朝大致相同的方向运
动的方法。这种方法能够消除反应的随机性，因为这时一个分子如何
行动，其余的分子也都会照此办理。一种方法是在电场中加速离子，
犹如在回旋加速器中加速亚原子粒子。
1964年，德国血统的美国化学家沃尔夫冈借助一种可称为化学加
速器的装置来加速离子和分子，使之达到很高的能量。这种装置所产
生的离子速度若用加热方法来达到，则温度必须高达1000℃—
100 000℃。 另外，这些离子还以相同的方向运动。
如果有电子存在的话，被加速的离子就会抓住这些电子并转变为
中性分子，而且仍以极高的速度行进。美国化学家华顿已于1969年获
得了这样的中性分子束。
至于化学反应的短暂的中间阶段，电子计算机可以解决这个问题。
电子计算机可以解在不同原子组合中决定电子状态的量子力学方程，
还可以计算出在碰撞过程中将会发生的各种事件。例如，1968年，在
意大利血统的美国化学家克莱门蒂的指导下，曾利用一台计算机使氨
与盐酸在闭路电视监视下碰撞以生成氯化铵，结果，所发生的事件正
是计算机计算出来的事件。计算机计算的结果表明，所形成的氯化铵
是温度为700℃的高压气体。这种情况以前并不知道，但在几个月后
被实验所证实。
近10年来，化学家们在理论和实验方面都研究出了一些新型工具。
迄今尚未知晓的一些反应的细枝末节将会被弄个水落石出，许多在过
去无法获得的或至多只能少量获得的新产品将会被合成出来。也许我
们正站在一个意想不到的奇境的人口处。
缩合作用与葡萄糖
聚合物与塑料
当我们考虑像血红素和奎宁这样的物质的分子时，其复杂程度连
现代化学家也必须费尽心机才能应付得了。要合成这类化合物，需要
那么多的步骤和方法，如不借助某种活机体，几乎不敢期望将它们大
量地生产出来（化学家除外）。然而，我们也不必因此而妄自菲薄。
就复杂程度而言，即使是活组织本身也已达到了极限。在自然界，很
少有比血红素和奎宁更为复杂的分子。
当然，自然界中存在有由几十万甚至几百万个原子组成的天然物
质，但它们并不是真正的单个分子，也就是说，并不是一个整体。更
确切地说，这些大分子是由许多单元构成的，就像是由一颗颗珠子串
成的项链。活组织往往是首先合成一些小的、相当简单的化合物，然
后仅仅是将这些单元串连成一条条长链。正如我们将要看到的，这种
事情化学家们也能做到。
缩合作用与葡萄糖
在活组织中，小分子的这种结合（缩合作用），通常要在每一个
接合点上完全失去2个氢原子和1个氧原子（结合在一起形成1个水分
子）。这种过程是可逆的（在身体中和在试管中都如此）：加水可以
使链中的各单元脱钩并彼此分开。缩合作用的这种逆过程称之为水解
作用——源于希腊语，意为“通过水而松开”。在试管中，这些长链
