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第6章 同分异构体的发现者

1786年8月31日,法国伟大的化学家米歇尔·欧仁·舍夫勒尔(Michel Eugene Chevreul)在曼思-卢瓦尔省昂热诞生了。他的母亲是个身高体壮的妇女,身体十分健康,所以舍夫勒尔生下来身体就很好。他智力发育早,勤学好问,因此大人们都很喜欢他。舍夫勒尔小时候在安热尔中心小学读书,上课时,他用心听教师讲课,是个成绩优秀的孩子;课余时就成了小朋友的“首领”,他带着朋友们发狂般地游戏、玩耍。17岁时,舍夫勒尔带着强烈的求知欲进入法兰西学院,从学于著名的化学家沃克兰(N.L.Vauquelin 1763—1829年),1806年毕业后即主持法兰西学院的实验室工作,又于1809年在富克鲁瓦(A.F.de Fourcroy,1755—1809年)创办的私人学院任助理教授。1813年当选为法国科学院院士,同年任历史悠久的查理大帝学校物理学教授。13年后成为英国皇家学会会员,1813—1830年任自然历史博物馆化学教授,1864年任馆长。当舍夫勒尔百岁寿辰之日又被推选为农业学会主席,并获美国哈佛大学博士学位。后终因经受不住独生儿子突然去世的沉重打击,在1889年4月9日与世长辞。

舍夫勒尔毕业后的第一个研究项目是靛蓝,他将天然靛蓝用水、酒精、盐酸等依次进行提纯而得到红色靛蓝和蓝色靛蓝,同时找出这两种靛蓝转变成无色物质(他称为靛白)的条件。后来知道这两种靛蓝互为同分异构体,因此,舍夫勒尔是第一位发现同分异构体的人。比贝采里乌斯(J.J.berzelius,1779—1848年)要早24年。

生活中需要颜色鲜艳、图案漂亮的布匹和纺织品,促使学者对于天然染料的研究发生浓厚的兴趣。舍夫勒尔发现从巴西木、美洲苏木中提取的染色物质和靛蓝不同,而是另一类染料。其一,用这类染料染色前必须将纺织品用媒染剂明矾水浸泡;其二,所染的颜色需经空气氧化后才显现出来。他把这类新的染料分别称作巴西红和苏木蓝(苏木精),又从榭树、摩岑、黄花木樨中提取一种纯净的黄色物质,此物质借助明矾可产生鲜明的黄色,若配以适量的靛蓝则出现美丽的绿色。

19世纪20年代末,舍夫勒尔已认识到掌握染色过程对生产出美观耐用的有色织品起着重要作用,将研究成果著成《染料应用化学讲义》一书,于1830年出版。为了把此项成果及时应用到实际生产中去,亲自给纺织工业的专家们授课。

对染料与染色过程的研究使舍夫勒尔想到各种颜色的相互影响问题:各种颜料应当怎样混合?怎样搭配方能和谐美观?以及如何进行反衬相对?他的这方面研究成就不但对于提高纺织产品的艺术价值和美术价值,而且对于人们心理上、审美上的作用也是不容忽视的。例如它提高了纺织品、纸张的彩色印花质量,也使地图业、镶嵌工艺的生产,甚至观赏园艺发生了改进与提高。进而使社会对产品的美术欣赏水平提高,这又反过来要求颜料应具备准确、固定的颜色和色调。而做到这一点,除了必须对颜料生产实行严格的检查和控制,还应建立一套适用的标准颜色。舍夫勒尔经过多年的艰苦探索,终于创立了一套标准色轮,这套色轮仍然是目前制定检验颜色方法的基础。舍夫勒尔选用红、黄、蓝三种颜色作为基色,并以等距离排布在同一圆周上,在每两种基色之间又都排布23级深浅不同的色调,共69种色调。此外,他还建立了8个色轮,作为对标准色轮的补充。米歇尔为了引起国家和社会的重视,强烈呼吁:“建立标准色轮,这绝非无聊的怪念头。它是适应实践的要求产生的……应当把色轮作为一项国家标准加以实施……也应当建立一套标准颜色的衡器……作为校准操作标准之用。”

舍夫勒尔的这一系列成就不仅对物理学中的“色度学”起了重大的推动作用,而且对色彩心理学,甚至对印象派绘画都产生强烈的影响。

虽然人类从古代就开始食用、制备油脂了,但对其组成和性质则知之甚少。由于高卢人和日耳曼人用油脂(兽脂)和含碳酸钾的灰汁制肥皂,致使科学家一直认为油脂是酸。并且得出:油脂+碱=肥皂。

早在1741年,茹夫鲁阿(C.J.Jouvlois,1685—1752年)曾指出,如用肥皂和酸作用,似应发生:酸+肥皂=盐+油脂的反应,但所得到的并不是油脂而是另一类物质,因为此物质可溶于酒精而油脂则不溶。1783年,舍勒为自用制造软膏,将脂肪和密陀僧(氧化铅)一起加热,制得的软膏具有甜味。后又重做一遍并更长时间加热,冷却后发现容器底部有一层浅黄色液体,虽然具有甜味但一点也不像糖,他称之为甜油,即甘油。

1809年舍夫勒尔开始研究油脂。他首先用盐酸处理猪油制成的钾肥皂,得到了一种类似珍珠母的酸性结晶体,称为珠脂酸(即十六烷酸,C17H34O2),从母液中提取出油酸。1817年他和布拉孔诺(H.Braconnot,1781—1855年)合作把硬脂酸(硬脂酸甘油酯)和软脂酸(软脂酸甘油酯)区别开,并且制备了硬脂酸。1818—1823的5年间,他从牛乳脂中取得丁酸、山羊脂中得己酸和癸酸、海豚脂中提取异戊酸。

通过大量的研究工作,舍夫勒尔证明了油脂的皂化过程产生肥皂和甘油,而肥皂用矿物酸处理则得一种不溶于水的酸性物质——脂肪酸(因由脂肪中制得而得名),即肥皂是脂肪酸盐(钾盐或钠盐),由此证明脂肪是由脂肪酸和甘油组成的。

那么脂肪是脂肪酸和甘油的混合物还是化合物呢?经过对皂化反应的定量研究发现脂肪酸和甘油这两种皂化产物的总重量比原来油脂的重量大,说明油脂分子在皂化过程中发生水解所致,这正是酯类水解的特性。因此,舍夫勒尔指出:油脂是一种化合物——脂肪酸甘油酯。若能用脂肪酸和甘油合成出脂肪则更有说服力。差不多花了两年时间,他制得了三戊酸甘油酯和三丁酸甘油酯。化学家们迅速接受了这种观点。

舍夫勒尔开创了油脂化学,他关于脂肪的组成和性质的研究具有以下几点重要意义:1.强调指出无机化合物和有机化合物的反应都服从相同的化学定律。如在皂化过程中,有机物甘油被无机的钾或钠所置换,即“皂化不过是置换脱水甘油的可以成盐的碱使脂肪盐发生分解的过程。”

2.当时大多数化学家都信仰“生命力”学说,认为有机物只能从有机生命的机体中产生,在实验室里制取有机物是根本不可能的。而舍夫勒尔则独树一帜,不随波逐流,声明:“这种把有机物单独分化出来的做法,是和化学的精神背道而驰的。如果说我们今天知道的东西还太少,那么将来肯定有希望开拓出新的途径,引导我们去掌握合成有机物的奥秘。”这一向“生命力”论进攻的光辉思想要比韦勒发表彻底推翻“生命力”说的《论尿素的人工合成》早四年。虽然舍夫勒尔未能发现真理,但他已接近真理。

3.搞清了一大批天然有机物的基本结构,这是形成生物化学体系的道路迈出的最初步伐。

舍夫勒尔把他10年来关于脂肪的科研成果编撰成六卷书《论油脂》于1823年出版。第一卷提出油脂的化学分类法,取代了按油脂熔点的高低进行分类的方法;第二卷主要介绍了各种类型脂肪酸的性质,以及它们与强碱的反应;第三、四、五卷则详细地讨论了各种不同来源的脂肪和油类的皂化过程,还谈到了他从生命机体的脑子里提取的胆甾醇,并证明是胆石的基本成分;第六卷是对前五卷的简洁扼要的总结。

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