□曹 虎

化學(xué)合成的功與過

□曹 虎

沒有化學(xué)合成就沒有當(dāng)今的物質(zhì)文明，沒有現(xiàn)代化的舒適生活。人類在享受化學(xué)合成的累累碩果時(shí)，如何消除它造成的不利一面，將是擺在全人類面前的共同課題……

人類的衣食住行，有的靠大自然恩賜，但大多數(shù)都由化學(xué)合成而來。從太上老君的煉丹爐，到當(dāng)今的人造金剛石合成釜，化學(xué)反應(yīng)的神奇創(chuàng)造力帶來高度的物質(zhì)文明，豐富的生活享受。但化學(xué)合成也給人類制造了不少麻煩，給出了不少難題。

救命的復(fù)方蒿甲醚

2011年9月23日，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院研究員屠呦呦，獲得具有美國(guó)“諾貝爾獎(jiǎng)”之稱的拉斯克獎(jiǎng)。從此，只在醫(yī)療戰(zhàn)線出名的藥物青蒿素（蒿甲醚），為更多的中國(guó)人所知。早在2006年的“中非合作論壇北京峰會(huì)”上，胡錦濤主席就曾承諾：“3年內(nèi)中國(guó)向非洲提供3億元人民幣無償援款防治瘧疾，用于提供青蒿素類藥品及設(shè)立30個(gè)抗瘧疾中心?！贝撕?，新一代抗瘧藥物青蒿素，在挽救無數(shù)非洲人的生命中發(fā)揮了巨大的作用。

瘧疾是古老的世紀(jì)之病，它由瘧蚊傳播的瘧原蟲引起，輕者貧血，重者死亡。自1820年人類開始從金雞納樹皮中提取奎寧時(shí)起，科學(xué)家研制出以奎寧為中心結(jié)構(gòu)的多種抗瘧藥，瘧疾得到有效控制。但經(jīng)幾十年的臨床應(yīng)用，瘧原蟲對(duì)奎寧產(chǎn)生了抗藥性，致使瘧原卷土重來。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告，當(dāng)今世界每年有幾億人感染瘧疾，僅在亞非拉貧困地區(qū)，每年就約有100萬(wàn)人死于瘧疾，在非洲平均每30秒就有一名兒童因瘧疾死亡。

中國(guó)科學(xué)家從中草藥黃花蒿中提取的青蒿素，有抗瘧疾的奇效。在各國(guó)醫(yī)學(xué)家對(duì)瘧原蟲的進(jìn)攻束手無策時(shí)，青蒿素如同一夜春風(fēng)，吹綠了非洲大地，挽救了無數(shù)的生命。使用青蒿素治療瘧疾，在第一時(shí)間內(nèi)可殺死90%～99%的瘧原蟲，但總有一些頑固分子休克不死，幾天后又還魂，須連續(xù)服藥7天，才能根治。病人吃了幾天藥后，或認(rèn)為已好，或因經(jīng)濟(jì)原因停藥，會(huì)留下復(fù)發(fā)的隱患，也給抗藥性埋下禍根。

中國(guó)科學(xué)家們未雨綢繆，將青蒿素合成為必殺的復(fù)方藥。經(jīng)過對(duì)上千種化學(xué)物的篩選，科學(xué)家選中了本芴醇。它在血液里停留時(shí)間在3天以上，青蒿素威力雖大，但藥效只在血液中持續(xù)作用1天。如將兩種藥配伍成復(fù)方，蒿甲醚殺死大部分瘧原蟲后，沒有死亡的瘧原蟲醒來，又遭本芴醇?xì)?天就能根治瘧疾。1999年，南非某省發(fā)生瘧疾，當(dāng)?shù)匦l(wèi)生部門用復(fù)方蒿甲醚治療，病人3天就康復(fù)出院，瘧疾死亡率一舉下降了90%。世界衛(wèi)生組織的官員又驚又喜，立即發(fā)文指定，復(fù)方蒿甲醚是治療瘧疾的首選藥物。

戰(zhàn)勝饑餓的合成氨

1902年，德國(guó)化學(xué)家哈伯讓氮?dú)夂蜌錃夂铣砂?，并研制出合成塔生產(chǎn)氨氣。申請(qǐng)專利后他繼續(xù)研究，將氨產(chǎn)品從合成反應(yīng)后的氣體中分離出來，未反應(yīng)氣和新鮮氫氮?dú)饣旌?，重新參與反應(yīng)，用“循環(huán)法”解決了氫氣和氮?dú)夂铣赊D(zhuǎn)化率低的問題。

化學(xué)知識(shí)告訴我們，合成氨反應(yīng)式是：N2+3H2=2NH3。這是一種可逆反應(yīng)，等號(hào)上反應(yīng)條件為“高溫高壓”，下是“催化劑”。經(jīng)過上百年的發(fā)展，合成氨技術(shù)日趨成熟，形成了一大批各有特色的工藝流程，但原料氣制備、凈化及氨合成三個(gè)基本過程沒有變。

氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料制造的?，F(xiàn)在，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，剩余20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。

在氮磷鉀這肥料三要素中，氮肥是肥料之首，種地要增產(chǎn)，肥料不可少。但是，土壤中的氮元素有限，莊稼年年種，土壤的肥力被吸光，糧食就會(huì)減產(chǎn)。大氣中的氮約占空氣成分的78%，農(nóng)作物生活在氮的包圍中，可分子氮（N2）的結(jié)構(gòu)十分牢固，農(nóng)作物不能直接利用。氮原子有5個(gè)外層電子，組成氮分子后的8個(gè)外層電子，有三對(duì)共用電子。它們就像三把鎖鏈，將兩個(gè)氮原子緊密地鏈接在一起，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，要打破它需要很大的能量，高等植物對(duì)它也無能為力。

從1913年第一個(gè)合成氨廠建成至今，人類每年生產(chǎn)的氮肥以萬(wàn)噸級(jí)計(jì)。我國(guó)有化肥廠1000多家，氮肥產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的31%，增產(chǎn)的糧食以億噸級(jí)計(jì)。中國(guó)以占世界不到12%的耕地，養(yǎng)活了占世界23%的人口，化學(xué)氮肥功不可沒。全世界如果沒有合成氮肥，就無法養(yǎng)活幾十億人，饑餓將永遠(yuǎn)籠罩全球。

化學(xué)合成造福全人類

上述兩例只是化學(xué)合成的一點(diǎn)小功勞，事實(shí)是人類一刻也離不開化學(xué)合成。人要衣裝，自從尼龍發(fā)明后，人類的衣裝開始千姿百態(tài)。嗶嘰、花呢以及羊絨系列等20多個(gè)系列8000多個(gè)品種面料，讓人目不暇接，它們大多是由合成纖維和毛、棉等材質(zhì)混合制成的。

綠色家居是所有人的追求，過去涂料是一大污染源，現(xiàn)在知名廠商均合成生產(chǎn)綠色環(huán)保涂料，沒有了苯和甲醛的污染。特別是新型的貝殼粉涂料，可以使居室亮麗如新、色彩斑斕起來，讓人們的生活更加舒適健康。

新型無機(jī)合成材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如耐高溫、耐高壓、耐低溫的光電、磁性、超導(dǎo)、儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換等材料。技術(shù)人員還把各類陶瓷與金屬、無機(jī)纖維等做成復(fù)合材料，用在空間技術(shù)、原子能工業(yè)、海洋資源開發(fā)方面。登月宇航員的太空服，是由新型合成材料制成的。我國(guó)“蛟龍”號(hào)深潛器使用了多種我國(guó)研制的合成材料。此外，制取濃縮鈾235的耐蝕含氟材料，也是合成的。

有機(jī)高分子合成材料，是化學(xué)合成的又一奇葩。塑料、橡膠、纖維、涂料、香料、黏結(jié)劑、離子交換樹脂等，都是合成的高分子材料產(chǎn)品。它們用于工農(nóng)業(yè)，生產(chǎn)效率大為提高；用于軍事和國(guó)防領(lǐng)域，可確保頂尖的戰(zhàn)機(jī)和導(dǎo)彈安全工作；用在民用產(chǎn)品上，可為人類生活添彩。

湖泊藍(lán)藻污染因何而成

誠(chéng)然，正如事物皆有兩面性一樣，化學(xué)合成在帶給人類美好、舒適的生活的同時(shí)，也在不經(jīng)意間鑄成大錯(cuò)，成為人們心頭揮之不去的陰影。

2007年5月30日，無錫市民發(fā)現(xiàn)自來水管里流出的水夾雜有一股腥臭味，不要說飲用，就連洗臉洗衣服都留有異味。后經(jīng)查明，初步原因是連續(xù)干旱少雨，太湖水位下降到歷史最低點(diǎn)，再加之氣溫偏高，太湖藍(lán)藻大爆發(fā)，死藻腐敗后散發(fā)出的臭味通過自來水流入千家萬(wàn)戶。

進(jìn)入5月以來，無錫馬山至竺山湖一帶，空氣里飄散著一股濃烈的腥臭味。太湖湖面一片碧綠，條條油綠的色帶延伸至湖中。每年的六七月是捕撈太湖魚蝦的旺季，現(xiàn)在近湖根本無法下網(wǎng)，漁船只得駛向外太湖捕撈，產(chǎn)量急速下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，環(huán)太湖的2000戶漁民，因藍(lán)藻爆發(fā)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過100多萬(wàn)元。

藍(lán)藻是淡水生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，水生食物鏈的基礎(chǔ)，為何會(huì)失去控制超常繁殖呢？看似是氣溫偏高造成的，但實(shí)質(zhì)是化學(xué)合成物排入水體，致使湖水富營(yíng)養(yǎng)化的結(jié)果。長(zhǎng)期以來，大量的工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水和生活污水，不經(jīng)處理達(dá)標(biāo)便排向水體，使太湖水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度持續(xù)升高。有相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，太湖地區(qū)每公頃土地的化肥施用量，已從過去的24.4千克，猛增到現(xiàn)在的70千克，農(nóng)作物和土壤吸收不了，就通過降水流入太湖水域。繁殖速度與細(xì)菌相當(dāng)?shù)乃{(lán)藻很快占據(jù)了水體空間，死亡的藻體經(jīng)細(xì)菌分解，發(fā)出陣陣惡臭。

自2005年松花江水質(zhì)污染事件發(fā)生以來，我國(guó)共發(fā)生大的水污染事故140多起，平均每3天便發(fā)生一起，都與合成化合物廢棄后排放有關(guān)。

化學(xué)合成給人類帶來物質(zhì)享受，但處置不當(dāng)會(huì)惡化環(huán)境，有礙國(guó)人健康。深刻的教訓(xùn)，警示人們要科學(xué)處置化合物，搞好環(huán)境治理，消除化學(xué)合成物污染之痛。

塑料的環(huán)境難題何時(shí)了

高分子合成的塑料制品，是人們生活中不可或缺的東西。塑料的價(jià)廉，還使它頂替了紙張，成為各種包裝的首選。

但是各種廢塑料的降解問題也是令人頭痛的事。塑料的麻煩，在于它的化學(xué)穩(wěn)定性，在自然界上百年也不分解。各種廢塑料袋隨垃圾一旦進(jìn)入農(nóng)田將會(huì)對(duì)動(dòng)植物造成傷害，甚至導(dǎo)致農(nóng)作物絕收。在海洋中，常有海豚等海洋動(dòng)物不明不白地死去，解剖的結(jié)果是誤食了塑料袋。焚燒廢塑料還會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)二惡英。同時(shí)，焚燒塑料產(chǎn)生的氣體還會(huì)致使男性的精子活力下降，引發(fā)不育癥。

鑒于此，專家們認(rèn)為：化學(xué)家發(fā)明塑料并無過錯(cuò)，而是錯(cuò)在人類過分相信科學(xué)的威力，忘記了科學(xué)技術(shù)是把雙刃劍，忽略了使用塑料引發(fā)的副作用。沒有化學(xué)合成就沒有當(dāng)今的物質(zhì)文明，沒有現(xiàn)代化的舒適生活。人類在享受化學(xué)合成的累累碩果時(shí)，如何消除它造成的不利一面，將是擺在全人類面前的共同課題。