美好生活从合成开始

回顾人类社会的发展进程，可以看到人工合成的物质和材料在决定人类生活质量方面起着十分重要的作用。从我们的衣食住行到航空航天，无不需要合成化学所创造的物质与材料；从早期的染料、医药、农药到石油利用，以及近期的芯片制造、高性能材料等，无一不与合成化学有关。

合成化学的发展史可以追溯至古代的炼金术和炼丹术。1828年，德国化学家维勒用人工方法成功合成了尿素，标志着有机合成化学的诞生。中国科学院院士徐光宪曾列举了20世纪六大发明与技术，包括信息技术、生物技术、核科学与核武器技术、航空航天与导弹技术、激光技术、纳米技术，并指出这些领域的进步无一例外地需依靠化学手段来合成新的材料，如果没有化学合成技术，上述六大发明与技术根本无法实现。进入21世纪以后，诺贝尔化学奖4次授予了合成化学，反映了这个学科的创造力和活力，以及对人类社会的贡献。

生命源于合成

合成化学为探索生命科学规律提供了重要方法和物质基础。

蛋白质、核酸和碳水化合物，在这三大物质诞生生命的过程中，合成化学作出了巨大的贡献。生命诞生的过程需要基因对蛋白质进行调控，蛋白质担负着新陈代谢的作用，这里面合成化学依然会发挥作用。随着人类基因组草图的完成，蛋白质组的研究成为一个重要的方向。合成化学家可以通过有机小分子作为工具，解决生物学的问题，通过干扰和调节生物正常过程了解蛋白质的功能。比如有一个基因是致癌的，如果用有机小分子来替代这样的基因，就可以获得皮肤的干细胞，为治疗疾病提供一种新的可能。

而合成细胞的问世，使得人类在未来有可能通过这种合成的方法，产生人造生命。1965年，我国完全人工合成结晶牛胰岛素，标志着人工合成蛋白质时代的开始。到了1981年，我国科学家又首次人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸。所以说，人类生命的诞生是合成化学、分子生物学，以及其他一系列学科共同作用的结果。

守护人类健康

除了帮助诞生生命，合成化学在人类健康方面的影响也是巨大的。

20世纪，人类社会发展发生了很大的變化，特别是从20世纪50年代以后，人类的寿命和健康水平得到了空前的提高，这与医疗仪器的进步有很大的关系，但是跟药物的发展也是分不开的。

抗菌素就是一个很好的例子1932年，德国I.G.染料工业研究所病理学主任杜马克在试验过程中发现，一种被称为“百浪多息”的红色的偶氮类染料对于感染溶血性链球菌的小白鼠以及兔、狗等都具有很好的疗效，并以此染料挽救了身患链球菌败血病的女儿，一个人工合成抗感染疾病化学治疗药物的新纪元由此开启。科学家通过对这一药物作用机理的进一步研究发现，“百浪多息”的杀菌作用实际上是由于其在体内发生降解所生成的产物4-氨基苯磺酰胺（也就是我们熟知的磺胺）产生的，从而诞生了磺胺类药物，并挽救了无数人的生命。由此可见，如果没有合成化学，磺胺这样非常平常的药物是不可能被发现的，更不用说结构更加复杂的其他合成药物。

另一个典型例子是对青霉素的改造。青霉素作为自然界里发现的一类抗生素药物挽救了无数人的生命，但是随着微生物对抗生素耐药性的增加，抗生素使用的寿命越来越短。而且，由于细菌抗药性的发展，现在青霉素的给药剂量已经比60年前增加了数十万倍。然而，从天然来源发现新结构类型、效果更好的抗生素越来越困难。但合成化学家运用化学合成方法，在青霉素的基础上，通过结构修饰创造出了更多的、效果更好的抗生素系列，比如我们熟知的阿莫西林这样一类“西林”类的抗生素，有效地解决了这一问题。

此外，维生素B12、海葵毒素等药物的出现都是合成化学的功劳。2009年，全世界销售最高的200例药物里面，超过140种都是化学合成类药物。可以说，没有合成化学，人类的健康就不能达到现在的水平。而从药物的角度讲，虽然我们解决了一些问题，但是很多重大的疾病还没有解决，科学家需要朝着药物合成的方向继续努力，在相当长的时间里，化学合成的药物仍然是当代新药研发的主题。所以说，合成化学是药物制造工业技术进步的源头。

解决人类口粮

合成化学在现代农业中发挥着非常重要的作用，合成氨就是一个例子。

19世纪以前，农业上所需氮肥的来源主要是有机物的副产品，如粪类、种子饼及绿肥等，这显然不能满足当时农业的需求。德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。1909年，他改进了合成方法，氨的转化率得到提升。合成氨技术被评为20世纪最重要的发明，因为没有合成氨，全人类的粮食就会出现很大问题。

大量事实表明，农用薄膜、滴灌管材、合成农药等同样为现代农业作出了巨大贡献。如果不施用农药，世界粮食产量将因受病、虫、草害的影响而损失1/3。如果不用除草剂，人工除草不仅会大大增加农产品的生产成本，土壤流失的风险也将急剧增加。如果不用杀菌剂，不仅花生的产量将下降60%多，由病菌产生的天然毒素（毒性可能强于某些农药）的量也可能会急剧增加，对人类的健康产生威胁。而随着世界越来越开放，外来生物的入侵愈演愈烈，如果一个外来生物入侵，不用化学农药应急处理，而使用生物方法则很难在短期内实现完全控制。

当然，农药、化肥的不合理使用，会带来一些环境问题，DDT发生在上世纪的例子就是一个很大的教训。但是出现这样的问题，合成化学家没有选择回避，而是勇于迎接挑战，用技术来实现农资产品的环保安全。从所谓的第一代农药到第五代农药，特别是第三代的昆虫生长控制剂、第四代的昆虫行为控制剂和第五代的昆虫心理控制剂，由过去的杀生、高毒、广谱到现在的控制、低毒、选择性农药，这是合成化学与其他科学共同相互协作、相互促进的结果。 同时我们也应该看到，近些年来提倡的“回归天然”“有机食品”等概念已经深入人心，使得农药似乎成了一个公众敏感的词汇，尤其是在当今食品安全堪忧的语境下，兼以不断涌现在公众面前的晦涩的化学名词，更是将化学推向了“妖魔化”的境地。于是有人建议：人们不要食用任何一种连它的化学名字都读不出来的东西。若真的遵循这样的规则，恐怕没有一个人能存活下去，因为就连我们平日食用的白砂糖都不是所有人能读得出它的化学名称。将一些化学物质用于食品领域并不是化学学科的错误，这不仅需要执法机关的严格筛查，也需要化学家的科普宣传，以减少公众对化学的误解和负面印象。

改变生活方式

合成化学与材料科学的交叉融合，则彻底改变了人类的生活方式。我们在厨房中几乎找不到什么和合成化学材料没有关系的东西。从塑料到纤维，再到合成橡胶，这些都属于合成材料。

人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由贝克兰用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克兰塑料。1935年，以茧丝结构为基础，卡罗瑟斯首次成功地合成了尼龙66。这一发明促进了有机高分子合成化学的发展。20世纪40年代，乙烯类单体的自由基引发聚合迅速发展，实现了包括氯乙烯、聚苯乙烯和有机玻璃等的工业化生产。在第一次世界大战期间，迫于橡胶缺乏，德国人采用二甲基丁二烯聚合合成了甲基橡胶。进入20世纪50年代，从石油裂解而得到的烯烃主要包括乙烯与丙烯，德国人齐格勒与意大利人纳塔分别发明用金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法，并分别于1952年和1957年实现工业化，这是高分子合成化学的历史性突破，他们因此获得1963年度诺贝尔化学奖。20世纪60年代，由于登月工程的需求驱动，导致了可作为太空服原材料、航天飞机高温黏合剂以及超音速飞机的复合材料等耐高温合成材料的诞生。科学家还合成了很多其他有机高分子材料，如涂料、离子交换树脂等，并制成了很多新的产品。

近几十年来，一系列重量轻、强度高、耐热性能好的无机纤维，如硼纤维、碳纤维等，以及氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等耐高温材料的成功合成，为航空、航天技术的发展起到了重要推动作用。例如在波音787梦幻飞机上，由于大面积使用了碳纤维复合材料而大大减轻了飞机重量。据统计，机身制造使用的碳纤维重量占波音787重量的61%，占全机80%体积的构件均为碳纤维复合材料。同样，在空客A380的制造中，也大量使用了合成材料，飞机约25%由高级减重材料制造，其中22%为碳纤维复合材料，使得A380每乘客百千米油耗不到3升，相当于一辆经济型家用汽车的油耗。

（摘自《中国化工报》）

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