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# 54《超乎想像的化學課》（下）：從生活中的東西下手，發掘有機與無機的世界

早期人們之所以不斷追求鍊金術，就是因為人們發現 A 物質加上 B 物質變成 C 物質的特性是那麼有趣又謎團重重，如果鍊出黃金就能一夜致富！同樣的脈絡引發了化學家們對原子、分子、基本元素的疑惑以外，對於原子結合的原理、結果感到好奇。

當然以現在人的角度來說，要靠純銅鍊成純金是不可能的，但在那個什麼都有可能的年代......有夢想又何嘗不是件好事？

早期的醫學沒有現在科學的數據研究成果，大多仰賴自然療法。而人們也試圖理解這些疾病的病徵、病因與治療的方法，並對其進行觀察與分類。我們以前說過，人類是喜歡分類、簡化的動物，這樣有助於我們理解我們所不熟悉的事物。

東方中醫發展出陰陽五行、六淫五邪等，西方的自然療法則是四體液論。人們從對白天黑夜的觀察，想像身體會有陰陽之分；人們也從四季的變化，推測人體應該有四種關鍵的元素。更多以形補形的說法，試圖透過超自然、宇宙去推測自己與世界。雖然「因為世界有...，所以人體就會有...」的推論實在是沒什麼關聯性，就像「你家旁邊有一棵樹，所以我家旁邊也應該會有一棵樹」明明就沒關係還硬要扯在一起，但當時也沒其他更好了理論了，就將就用著吧！

此外，醫學的發展還帶動了東方的中藥食療與西方的草藥醫學。人們「發明」了各種療法，利用植物、辛香料來治療疾病，例如備製水銀藥膏治療梅毒等，而這種備製法的研究也是現金化學素材備製的源頭。只是當時人們對於自己做出的東西不甚瞭解，反正最後只要做出某種東西，可以用來改善某個特定疾病就好，到底誰是關鍵因素不是太重要、會不會有其他副作用也都暫且放置一邊。

到了十八世紀，瘧疾席捲歐洲多年，而人們知道金雞納樹皮裡的奎寧能夠預防瘧疾便大量推廣飲用，最著名的就是現在調酒都還流行的經典琴通尼中的通寧水，就是以奎寧為主的軟性氣泡飲料。當時由於人們對奎寧這個物質並不清楚，單純認為金雞納樹皮的萃取物苦苦的，所以應該所有苦苦的東西都能夠預防瘧疾，於是有人宣稱富有苦味的咖啡渣也能夠預防瘧疾，當然這種良藥苦口以現代醫藥學的角度是無稽之談。

不過沒效還沒事，最怕的就是有人出事。當時商人以一樣具有苦味的 angostura 樹皮作為藥材，在市面上販賣，裡面不含奎寧，但也無害。由於賣得還不錯，供給量不足，便有人提議用馬錢樹皮混在裡面以增加產量，反正馬錢樹的味道更苦，可以跟消費者說這個更有效！直到 2021 年還是一堆人相信藥越苦越有效呢！不料，馬錢樹的種子含有劇毒番木虌鹼，在市面上混有馬錢樹皮的藥材造成歐洲不少人死亡。

於是人們開始注意到，有些東西吃了是會死人的，不能因為味道很像就混在一起。可是就當時的理論，味道很像的東西組成應該差不多，怎麼一個會死人、一個不會呢？

身為藥劑師的謝勒對物質研究相當有熱情，不僅比卜利士力更早發現氧氣、比巴斯德發現更早發現殺菌法，還有酸的合成與備製，像從酸奶分離出乳酸、從酒糟中分離酒石酸、從檸檬中分離檸檬酸、從尿液中分離尿酸、從牛膽汁分離出膽酸......幾乎把他生活中接觸到的酸都分光了，可惜死得早，沒什麼成名的機會。可是他的分離技術高超，留下的筆記對當代貢獻極大，進而發展出了生物鹼的分離技術。

巴黎的德洛內斯、西更與德國的塞特那想著鴉片是當時熱門的東西，想要分離鴉片中會讓人上癮的物質，於是在分離技術推展下，人類分離出了的第一個生物鹼—嗎啡。而第二個分離出來的生物鹼就是馬錢樹中能致人於死的番木虌鹼，這也解開了當時人們對於植材中某些成分的疑惑。甚至人們開始發現大自然中許多植物都含有生物鹼，包含我們所熟知的咖啡因或兒茶素，於是生物鹼的研究開始風行了起來。

時間來到十九世紀初，李比希出生在德國的某個貧窮鎮上，他說父親是一名五金行的小攤販，希望有朝一日可以幫他爸把店變大，蓋一間製藥廠，所以想成為化學家。長大後的他，受到當時生物鹼研究興起的影響，也開始往這方面研究，早期師事給呂薩克學習實驗方法，後來在德國吉森開了自己的實驗室。

正巧棋逢他家附近另一名化學家烏勒，相比於李比希急躁又好大喜功的性格，烏勒自學不倦又冷靜。李比希在學生時代時曾做過關於雷酸根的研究，後來發現在貝吉里斯實驗室的烏勒做出的氫酸根跟自己的雷酸根居然有同樣的原子，就先責罵對方做錯。後來兩人見面做了彼此的實驗發現 — 兩人的實驗結果均正確，雷酸根與氫酸根均由同樣數量的 C、O、N 所組成，但是組成結果的性質大相徑庭，於是貝吉里斯發明了「異構化」來解釋這種現象。

因此學界也開始好奇，是什麼使得這種現象產生？這時道爾頓的原子論提供了很好的說法：承認原子存在後，因為原子間的排列組合不同，才會產生相同成分不同物質。那隨之而來的議題變成了原子之間為什麼能排列組合？是什麼讓他們排列在一起？

當代大化學家貝吉里斯相信了道爾頓的原子論。同時他也推崇自然哲學的二元論，認為所有的物質都是由帶正電的物質與帶負電的物質組成，而元素或原子團就會以電正性或電負性組成。然而這樣的理論風行當時，自然也就否決了氧分子 — 兩個氧原子相互存在結合的可能性。可惜這套說法用來解釋離子鍵還行，但要用來解釋有機化合物就定會失敗，而這樣的理論盤據在化學研究，也停滯不前了好一陣子。

時間走到十九世紀中期，上面討論過的那些化學都與生機論發生過衝突。那什麼是生機論呢？簡單說就是上面那些東西太難解，所以反正不管事情怎麼發生變化，都是生命力造成的，就是這樣的簡單結論。而生機論裡面更說，雖然人們可以冶金、讓氧氣與氫氣結合產生水，但那是因為它們都是「無機物」，而我們從生物體上分析出來的「有機物」無法靠人類製造，全要仰賴未知的生命力。

然而沃克蘭從尿液中分離出尿素、普勞特分析了尿素的成分、烏勒從氰酸銀與氯化銨的反應中得到的氫酸銨與尿素類似（同分異構物），暴露在空氣中幾天後，便會異構為尿素，這個結果讓烏勒宣稱自己不用生命力也能製造尿素，其實驗在科學史上的重要程度大概相當於牛頓的那顆蘋果，即便前面有人類似做過的實驗，但真正公開打臉生命力理論的人是他們。

同時，法拉第從液態瓦斯油中發現的雙碳化氫，也就是芳香族化合物的官能基—苯，也引發了李比希和烏勒的興趣。他們從苦杏仁油中分離出氫苯甲醯，並發現氧化後會變成安息香酸（苯甲酸），而苯的英文 benzene 就從安息香酸 benzoic acid 而來。

此外他們還針對氫苯甲醯進行一系列的取代反應，製作出苯甲醯氯、苯甲醯碘、苯甲醯胺。該論文更是首次以來，化學家針對高度相關的一群有機物進行研究，並清楚列出反應物、產物、實驗條件等等的典範論文，而非像早期的論文總要爭自己的理論是對的，別人的理論是錯的。

他們倆認為，其中的「苯甲醯基」是典型的化學根，然而柏林化學家密切里希將苯甲酸與熟石灰混合得到法拉第的「雙碳化氫（苯）」，認為這才是主要的化學根。雙方就為了誰才是第一個發現真的化學根的人而結下樑子。事實上兩個都是化學根，但是芳香族化合物中最重要的是密切里希所提出的苯。而苯最強大的特色除了可以組合出各種芳香族化合物外，本身的穩定性也相當高，甚至比已知的水、甲烷等化合物都還穩定，這是為什麼？

後來「苯的穩定性高」、「原子之間為什麼能排列組合」隨著鍵結理論才有了著落。

俄國化學家布特列洛夫在 1857 年上下獲得出境許可，原先預計去西歐玩個半年，他到德國拜訪當時的大化學家克古列後又在巴黎待了五個月，其他地方蜻蜓點水走過，要知道這兩處可是當時的化學重鎮，他肯定是對化學燃起了興趣。隨後 1861～1863 年間發表了十八篇論文，率先使用 chemical structure 來代替以前的 constitution，更說自己的化學式某種程度上表達了原子之間的地理位置。

但位於德國的化學大佬克古列不想輸給他，也發表了一篇論文，說自己是第一個發現原子結構的人。畢竟他在這幾年間也做了滿多化學結構的研究，雖然錯的不少，但畢竟人家資源豐富，經歷比較好看，再加上西歐國家情節...第一個發現化學結構的居然是俄國人不是德國或法國人？這種事情豈能接受？所以西歐科學家們默默的就把功勞歸給克古列了。

而且雖然他在當代的名聲雖然響亮，但在後面化學史的研究中，卻發現他常與別人接觸後，吸收別人的發現，趕快寫成論文發表，對於那個「別人」卻幾乎不怎麼提到。反正不管是不是自己親手做的實驗，德國許多學者都將功勞歸給他，大概也是知道他的為人、他的地位，現實中這種教授也是不少，有研究成果一定要分杯羹的！

尤其針對苯的結構問題，克古列在 1860 年代著名的柏林晚宴上提出了苯環結構，聲稱自己的某個奇幻夢境給了自己靈感，聯想到煉金術中的銜尾蛇！然而這件事情也讓後世的化學史學家好奇其真實性，畢竟他早期提的結構比較接近鏈狀結構，反而是羅杭等化學家提出的六角形結構還比較接近。但是1865 年人家確實有辦法加速審查論文，讓自己成為第一位發表苯環結構的人，從結果來看人家有人脈就是如此。

鍵結理論在克古列的推展之下，為化學界開啟了長足的進展，至少在當時平面結構漸漸廣為人知。再加上當時利用偏光鏡發現許多物質有不同的光學性質，像酒石酸經偏振光偏振後會往右旋，而葡萄酸雖然化學形式一樣，但卻不會讓偏振光偏振。巴斯德從放大鏡中看出，酒石酸鹽類的晶體全部都是右旋，而葡萄酸則是等量的左旋、右旋混合物，偏振光射入後會消旋，於是化學家們便將兩個偏振光方向不同、組成結構相同的物質稱為光學異構物。

事已至此，人們也不得不承認原子論，畢竟光學異構物和幾何異構物的存在一定會牽涉到原子間的排列組合與原子鍵結，而要承認它那就要先說原子存在才有可能。雖然當時仍測量不到原子的存在，但原子的應用體系愈發穩固，世人逐漸接受原子論。

隨著人類承認原子論的部分正確性與應用，研究小分子的布朗運動、Ｘ射線對準晶體繞射確定原子的微觀結構，進而提出了原子核、質子、中子、電子等等的模型，到這邊原子的發展也漸臻成熟。

可是為什麼我們要了解化學大家還記得嗎？人類最關心自己的事情，所以一開始專研於鍊金與草藥醫學上頭，這些事情隨著分析儀器與理論的進步也有了進展。只是至今為止，大自然中仍舊有許多我們所不了解的分子。但至少隨著我們分析出植物中的各種物質，從臨床研究中發現某些物質的功效後才加以使用，這樣的藥材製作確實也比以前安慰劑效應或者猜猜看湯藥有沒有效好得多了！

下一篇我們將把時間拉到現在，看看現代化學如何解決上面的那些議題！

難易度：★★☆☆☆
可讀價值：★★★☆☆
保存價值：★★☆☆☆
書名：《超乎想像的化學課》《Chasing the molecule》
副標題：《原來，拉瓦節、道爾頓、亞佛加厥，還有許多科學家，竟然和我們想的不一樣》 《 Discovering the Building Blocks of Life 》
作者：巴金漢 John Buchingham
出版社：天下文化