為化學而激動是很酷的

　　高盤良，北京大學化學與分子工程學院教授(已退休)，中國科學院老科學家科普報告團成員。執(zhí)教53年，主要從事物理化學的教學和科研工作。
　　
　　經(jīng)常聽到中學生反映，在高考時被調劑到化學或化工類專業(yè)而感到無奈，也有的中學生問：21世紀是信息科學和生命科學的世紀，為什么我們還要學習化學?在電視廣告、報紙上經(jīng)常聽到或看到農民自曝毒菜、毒肉生產(chǎn)內幕，三聚氰胺有毒奶粉、蘇丹紅充當食品添加劑、瘦肉精豬飼料、二噁英污染事件等，由于私利的驅動，不法分子不正當?shù)厥褂没瘜W品，給人們造成了生活上的不安全感，誤把一切化學物質都當成有毒物了，于是在廣告詞中出現(xiàn)“我們的水是不含任何化學物質的!”“開學了，請不要給孩子買含有化學品的文具!”等誤導，造成公眾對化學的錯誤印象：化學品成了毒品的代名詞，化學成了罪惡之源，以致發(fā)出“遠離化學”的吶喊。因此正確地宣傳化學應是舉辦“國際化學年”的一個目的。到底化學品是否都是毒品，化學與人們的現(xiàn)代生活具有什么樣的關系，本文試圖舉例談談看法。
　　
　　功與罪——從三聚氰胺說起
　　
　　三聚氰胺(Melamine)，是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機化合物，是重要的氮雜環(huán)有機化工原料，為純白色晶體，無味，密度1.573g／cm³(16℃)；常壓熔點354℃(分解)；溶于熱水，微溶于冷水，極微溶于熱乙醇，不溶于醚、苯和四氯化碳，可溶于甲醇、甲醛、乙酸、熱乙二醇、甘油、吡啶等；低毒，在一般情況下較穩(wěn)定，但在高溫下可能會分解放出氰化物。最主要的用途是作為生產(chǎn)三聚氰胺甲醛樹脂的原料，從而制成防火、抗震、耐熱的裝飾面板；可制作金屬涂料和氨基樹脂裝飾漆；可制成潔白、耐摔打的日用器皿、衛(wèi)生潔具和仿瓷餐具，電器設備等高級絕緣材料；生產(chǎn)抗皺、抗縮、不腐爛的鈔票和軍用地圖等高級紙等?？梢哉f三聚氰胺是現(xiàn)代生活不可或缺的化工材料。這是三聚氰胺的功，也是化學家的功。
　　自2008年8月以來，中國的甘肅、江蘇、山東、陜西、江西、湖南、湖北等多家醫(yī)院披露：多名1歲左右的嬰兒患上雙腎多發(fā)性結石、輸尿管結石等嬰兒罕見病癥。孩子們都曾經(jīng)長期食用“三鹿”牌奶粉。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，“三鹿”嬰幼兒奶粉受三聚氰胺污染，這是生產(chǎn)者為了增加含氮量以掩蓋其奶粉蛋白質含量的低下，非法添加了三聚氰胺?！叭矍璋肥录辈粌H影響了國內兒童的健康，而且在國際上也產(chǎn)生了惡劣影響：2007年3月中旬以來，美國發(fā)生4000多起貓、狗等寵物中毒死亡事件，發(fā)現(xiàn)飼喂了含有三聚氰胺的寵物食品的16只動物都出現(xiàn)了尿毒癥，發(fā)現(xiàn)了結石。原因是進口自中國的寵物飼料中含有三聚氰胺。更不可容忍的是由于權力的不作為造成將查封的含三聚氰胺的乳制品二次作惡，流向市場。這是三聚氰胺的過，是私欲膨脹的不法分子犯下的罪。
　　功與罪，經(jīng)緯分明，化學家為社會文明創(chuàng)新研究，化學家不僅合成了有用的三聚氰胺造福人類，而且提出了區(qū)分乳制品的氮和三聚氰胺的氮，像照妖鏡一樣讓不法分子原形畢露，化學家是人類健康的功臣。不法分子不正當?shù)厥褂没瘜W品牟取私利，把化學品放錯了地方，成為毒物，造成危害甚至犯罪。我們絕不能有意無意地把罪惡加在化學品和化學家身上。
　　
　　藥與毒——“是藥三分毒”嗎?
　　
　　俗話常說“是藥三分毒”。毒在何處呢?我們服用的無論是中藥還是合成的西藥，大部分都有兩種異構體(化學成分完全相同，分子結構不同)，他們的分子結構呈鏡面對稱(如圖1)，猶如人的兩只手一樣，故稱為手性化合物。圖2是藥物“孕停寧”的分子結構，為懷孕婦女克服孕期反應的鎮(zhèn)靜劑，是典型的手性化合物。研究表明，只有具有右手性結構的分子是藥物，而左手性結構的分子是毒物，是致畸劑。上千孕婦由于服用左右手性混合的孕停寧而生下了上肢短缺的海豚人，制藥廠因賠償而破產(chǎn)。然而，相當多的天然藥物及化學方法合成的藥物往往是左右手性混合物，如高效止痛藥R-異構體有效，而S-異構體有毒，是強畸胎劑。又如抗感染藥物S－異構體有效，而R－異構體對肝臟有毒。這就是“是藥三分毒”說法的緣故。
　　難道只能在吃藥治病的同時讓毒物一起來殘害人的健康嗎?化學家是最能接受挑戰(zhàn)的科學工作者，他們決不會容忍這種狀況繼續(xù)下去。近來傳來了喜訊，已經(jīng)發(fā)明了一種不對稱合成和提取藥物的方法，將手性混合物中的有效藥物提取或合成出來，不再讓毒物混雜在藥物中，這就能徹底改變“是藥三分毒”的現(xiàn)狀。我國化學家陳新滋采用不對稱催化合成方法合成抗感染藥物已達到S／R＝99.25／0.75，其中S型是藥物、R型是毒物，如此高的比例說明已把毒物降低到極低程度。據(jù)報道，最新研究已能合成完全不含毒物的藥物，這就離徹底改寫“是藥三分毒”的歷史不遠了。
　　
　　剪與接——改變血型
　　
　　“血庫告急!”時常在報紙和電視上見到這樣的呼喚。不僅有血量不足，更有需要的血型不匹配，要是能把血改造為“萬能供血者”O(jiān)型多好啊!化學家已找到了實現(xiàn)這種愿望的可能。為了了解其原理，我們首先來看一看不同血型的不同處在哪兒。
　　人的血型分為O、A、B、AB四種，不同的血型主要是由于紅細胞表面的糖分子鏈結構不同決定的。試看四種糖分子鏈結構：
　　O型：葡萄糖－半乳糖－N－乙酰半乳糖胺－半乳糖－巖藻糖
　　A型：葡萄糖－半乳糖－N－乙酰半乳糖胺－半乳糖－N－乙酰半乳糖胺
　　B型：葡萄糖－半乳糖－N－乙酰半乳糖胺－半乳糖－巖藻糖－半乳糖
　　AB型：為A型和B型兩種結構的結合。
　　由上可見四種糖分子鏈結構的主要部分是相同的，所不同的是端基有微小的差別。如果采用剪與接的辦法，剪去不同的部分(如B型的“半乳糖”)就成了O型血了；而把A型血的端基“－N－乙酰半乳糖胺”剪去，再按上端基“巖藻糖”就成了O型血了。反過來，也可以把O型血通過剪與接的方法改造為A型和B型。這種對分子進行改造或動手術的辦法是化學家的拿手好戲，從工程的角度來說，可稱為“分子工程”。據(jù)報道，科學家從海南咖啡豆里提取到一種酶——2半乳糖苷酶，它可以像剪子一樣把B型血的端基“半乳糖”剪去而成為O型血。但是量太少了，2.2公斤的海南咖啡豆提取物只能把200毫升B型血轉換為O型血。為此又尋找新辦法：把從咖啡豆中提取的酶轉移到另一種酵母里，就可大量繁殖，復制出來供血型轉換之用。當然，真正變?yōu)楝F(xiàn)實還有許多技術上的難關需要我們去攻克。
　　猶如用一段布料量體裁衣一樣，采用分子剪裁的方法，是作為化學家的分子工程師的新武器，可以按照需要設計和構建新分子，如為了把藥物輸送到病灶，就需要制作分子機器(如圖3)。傳統(tǒng)工藝主要是利用已存在的化學物質，而現(xiàn)在化學家的創(chuàng)新主要是創(chuàng)造新分子為人類服務。許多新藥的合成就是分子工程的成果。
　　
　　智與愚——少女之死
　　
　　一名女孩突然無緣無故七孔流血，一夜之間，就命喪黃泉，到底是自殺還是他殺?經(jīng)胃中物檢驗，發(fā)現(xiàn)有砒霜，暴斃之謎迅疾揭曉：死者并非自殺，亦不是他殺，而是死于無知。但砒霜是從何而來呢?
　　死者生前每天服用維生素C，這沒有問題，問題出在她晚餐吃了大量的蝦，吃蝦本身也沒有問題，但死者卻同時服用了維生素C和蝦，問題就出在這里!實驗研究發(fā)現(xiàn)，蝦等軟殼類食物含有大量濃度較高的砷化合物(AsO，砷酸酐)。這種物質食人體內，本身對身體并無毒害作用，但在服用維生素C之后，由于化學作用，使原來無毒的五氧化二砷，轉變?yōu)橛卸镜娜齼r砷(亞砷酸酐，三氧化二砷，AsO，俗稱砒霜)。砒霜是劇毒物質，能麻痹毛細血管，使肝臟壞死，心、肝、腎、腸充血，毛細血管擴張，中毒而七竅流血。這才真相大白!
　　無知猛于虎，無知首先是人們對食品化學的了解太膚淺，我們日常的食物含有哪些化學物質，它們之間能發(fā)生什么樣的反應，生成哪些產(chǎn)物，哪些是有益于健康的，哪些是有害甚至是危及生命的，這些都是要認真研究的，只有研究才能出智慧。無知還在于公眾缺乏化學的視角，結果以生命的代價獲取教訓：在服用維生素C期間，應忌食蝦類，因為化學反應會產(chǎn)生毒物。因此我們應努力提高化學素養(yǎng)，而不是遠離化學。
　　以上通過幾件事例，掛一漏萬地說明化學的昨天、今天與明天與我們的健康生活的關系。其實化學與現(xiàn)代生活息息相關。有人提出：化學是一門中心學科，這是非常符合實際狀況的。沒有化學理論在分子層次對物質的了解，生物學不可能演變成今日的分子生物學(生命科學)，說不定還停留在顯微鏡和解剖刀的階段。沒有化學提供信息工程所需要的先進材料為基礎，信息技術也不可能取得突飛猛進的發(fā)展?？梢哉f，化學是人類健康的衛(wèi)士，環(huán)境友好的朋友，生命科學、信息技術等堅實的臂膀。因此中國科學院《2004年科學發(fā)展報告》中提出“21世紀是生命科學、化學和信息科學共同繁榮的世紀”是符合實際的。何況化學學科正在進入創(chuàng)建新學科的高峰時代。拿一句時髦的話來說：為化學而激動是很酷