李明洋

對于家中有嬰兒的人來說，雙酚A（Bisphenol A，BPA）這個名字一定不陌生。當你為嬰兒選購奶瓶，特別是塑料材質的奶瓶時，商家一定會特別強調“不含雙酚A”，以顯示其產(chǎn)品的安全性。而與此同時，雙酚A這個名字對大多數(shù)人而言又是陌生的。美國著名的塑料制品公司PlastiPure的產(chǎn)品研發(fā)部副總監(jiān)斯圖爾特·亞尼哥（Stuart Yaniger）認為：“如果你在大街上攔下10個人，問他們關于雙酚A的情況，所有人都會立刻說這是一種不好的物質。但如果你追問一句它為什么不好，卻幾乎沒人知道。”前些年各國政府對雙酚A的“封殺”，讓大眾記住了這個化學名詞，也給人們留下了“雙酚A有毒”的印象，仿佛塑料奶瓶中的雙酚A，就是奶粉中添加的三聚氰胺，必欲除之而后快。但實際上，極少有人真正知道雙酚A到底是什么，人類為何會使用這種材料，它對人體的健康究竟有何影響？要回答這些問題，我們就必須回溯人類與雙酚A之間上百年的歷史，看看人類對雙酚A的認識、研究和利用經(jīng)歷了怎樣的起伏跌宕。

雙酚A的發(fā)明與應用

120多年前，俄國化學家亞歷山大·巴甫洛維奇·季阿寧（Aleksandr Pavlovich Dianin， 1851—1918，圖1） 最早在實驗室合成出了雙酚A。季阿寧是一位有機化學家，當時是位于圣彼得堡的帝國醫(yī)學與外科學研究院 （Imperial Medical-Surgical Academy，即現(xiàn)在的基洛夫軍事醫(yī)學研究院：S. M. Kirov Military Medical Academy）化學部主任，主要從事苯酚的相關研究。1891年，他在實驗中將苯酚和丙酮按2：1的比例混合，以鹽酸或硫酸為催化劑，在室溫下進行縮合反應，幾個小時后就得到了一系列產(chǎn)物。其中最主要的物質是一種苯酚衍生物，按照IUPAC命名法命名為4，4-二羥基-2，2-聯(lián)苯基丙烷，一般也稱為2，2-二（4-羥苯基）丙烷，也就是今天俗稱的“雙酚A”（圖2）。1905年，德國馬爾堡大學（University of Marburg） 的西奧多·辛克（Ernst Carl Theodor Zincke，1843-1928，圖3） 在著名的 《李比?；瘜W年鑒》 （Justus Liebigs Annalen der Chemie）上發(fā)表了一篇論文，基于包括季阿寧在內的前人實驗以及他在馬爾堡大學進行的相關工作，詳細報告了雙酚A的合成途徑、相關化合物以及基本性質（圖4）。從此，雙酚A作為一種新的化學物質進入了科學家的視野。

1917年，華萊士·阿普爾頓·比蒂（Wallace Appleton Beatty）在美國獲得了第一項關于雙酚A的專利（見圖5），專利的內容是改進了雙酚A的合成方法，并將其用于生產(chǎn)人造膠。1923年，德國庫爾特·阿爾伯特博士的化工廠（Chemische Fabriken Dr. Kurt Albert GmbH）開始利用雙酚A生產(chǎn)合成蟲膠漆，商品名叫做“阿爾伯特油”（Albert l），這是雙酚A在化工合成領域的首次應用。20世紀30年代，酚醛樹脂（phenol formaldehyde resin，PF）開始得到廣泛應用，雙酚A也越來越受到化工界的重視，主要被用于脂溶性酚醛樹脂的表面修飾、橡膠和塑料的抗氧化劑等。到了50年代，聚碳酸酯（polycarbonate，PC） 和環(huán)氧樹脂 （epoxy resin）的合成技術相繼成熟，開始大規(guī)模生產(chǎn)，而雙酚A則是它們主要的合成單體。聚碳酸酯是無色透明的熱塑性材料，由雙酚A與碳酸二苯酯通過酯交換和縮聚反應合成。由于其優(yōu)良的透光性、耐高溫性和韌性，在生活中看到的透明塑料水杯絕大多數(shù)是聚碳酸酯的，同時在建筑材料、汽車零部件、LED照明、醫(yī)療設備、航空航天等領域，聚碳酸酯都能夠很好地替代玻璃制品。文章開頭提到的嬰兒塑料奶瓶，最早主要就是由聚碳酸酯材料制成。環(huán)氧樹脂則是一類熱固性材料，主要用作黏著劑和涂料。雙酚A型環(huán)氧樹脂是其中產(chǎn)量最大、應用最多的一個品種，約占總產(chǎn)量85%以上，通常由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在堿性環(huán)境下縮合而成。在生活中經(jīng)常見到的使用場景是將環(huán)氧樹脂涂料作為防腐蝕漆、金屬底漆、絕緣漆等涂覆于其他材料表面，比如易拉罐的內襯。聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂的合成構成了雙酚A的主要需求，目前約66%的雙酚A用于生產(chǎn)聚碳酸酯，30%用于生產(chǎn)環(huán)氧樹脂（見圖6）。

雙酚A是非常重要的有機合成單體和添加劑，除了聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂，我們還能在多種高分子聚合物中看到雙酚A的身影，而這些物質又變成了形形色色的塑料制品。隨著塑料制品的需求日增，雙酚A的年產(chǎn)能和需求量也是逐年攀升。1993年，全球雙酚A產(chǎn)能為177萬t，到1999年達到238.9萬t，需求量從126.1萬t增長到202.5萬t。2008年全球雙酚A總產(chǎn)能為490萬t，2017年全球總產(chǎn)能為710萬t，其中我國國內的產(chǎn)能達到143萬t?？梢哉f，雙酚A已經(jīng)全方位地介入了我們的生活，這一度給我們帶來了便利，但緊隨其后的就是更多的煩惱。

對雙酚A“毒性”的認識

早在20世紀30年代，英國考陶爾德生物化學研究所（Courtauld Institute of Biochemistry） 的愛德華·查爾斯·多茲（Sir Edward Charles Dodds）和威爾弗里德·勞森（Wilfrid Lawson）等人在尋找天然雌激素的替代物時發(fā)現(xiàn)，雙酚A是一種能夠模仿天然雌激素的物質，這可能是人類歷史上首次發(fā)現(xiàn)具有如此特性的化學物質，一度引起了生物醫(yī)學領域的注意。不過這一注意力很快就被轉移了。根據(jù)多茲和勞森的研究，像雙酚A這樣有2個酚基、中間是分叉的脂肪族結構的化合物，通常會表現(xiàn)出較高的雌激素活性。在這一理論的引導下，1938年，利昂·戈爾貝格（Leon Golberg）合成出一種與雙酚A結構相似的分子——二乙基己烯雌酚，它具有比雌激素更強的活性，于是相關研究的重點就從雙酚A轉向了這一新物質，直到被遺忘了近60年后，人們才重新開始關注雙酚A的雌激素活性問題。1992年，斯坦福大學教授大衛(wèi)·費爾德曼 （David Feldman）在用塑料容器培養(yǎng)酵母菌時發(fā)現(xiàn)了雌激素分子，經(jīng)過實驗證明它居然是從塑料容器中析出的雙酚A。當時的許多食品包裝材料使用的是聚碳酸酯，這就意味著其中所含的雙酚A可以很容易地通過食物進入人體，而由于其與雌激素如此相似，是一種內分泌干擾素（endocrine disruptor），這對于人體無疑有著潛在的危險。

從20世紀八九十年代開始，越來越多的學者投入到對雙酚A生理毒性的研究當中，并且不斷刷新人類對雙酚A的認知。有研究表明，高濃度的雙酚A會對大鼠和小鼠產(chǎn)生母體毒性和胚胎毒性，直接表現(xiàn)有胎鼠體重降低、每胎成活數(shù)減少、成活率降低，還會導致精子活力下降、睪丸、附睪及貯精囊質量減少等。1997年，密蘇里大學哥倫比亞分校的弗雷德·馮·扎爾 （Fred vom Saal）首度發(fā)現(xiàn)，低劑量的雙酚A對前列腺依然有害。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)的“劑量越大毒性越大”的毒物學理念，從而引領了一波研究低暴露量下雙酚A的毒性問題的熱潮，一系列研究先后出爐，證明低劑量的雙酚A與乳腺損傷、前列腺損傷、提前發(fā)育、行為問題等負面效應的關聯(lián)。同年，美國食品和藥品管理局 （Food and Drug Administration ，F(xiàn)DA） 對罐裝嬰兒配方奶粉進行了檢查，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)都有雙酚A析出污染的情況。1999年，美國 《消費者報告》 （Consumer Reports） 雜志發(fā)現(xiàn)，塑料奶瓶加熱時會析出雙酚A。這些發(fā)現(xiàn)表明，最脆弱的人類嬰兒居然是接觸雙酚A最多的群體，這引起了人們對雙酚A安全性的熱議。1999年10月，《自然》雜志發(fā)表了一篇來自密蘇里大學研究團隊的論文，文章指出雙酚A能夠讓雌性幼鼠早熟，并表示擔心人類女嬰也會在雙酚A的影響下出現(xiàn)類似狀況。2002年，意大利科學家發(fā)現(xiàn)雙酚A會影響小鼠的腦部發(fā)育和行為遺傳。

一篇又一篇學術論文仿佛是對雙酚A一次又一次的宣判，同時也敦促政府嚴肅對待雙酚A的毒性問題。1982年，美國國家毒理學規(guī)劃處 （National Toxicology Program， NTP） 給出了雙酚A的最小可見損害作用水平（lowest adverse effect level，LOAEL），對于實驗動物是1 000ppm，相當于人類每千克體重每天50mg。在此基礎上，美國環(huán)保局 （Environmental Protection Agency，EPA）于1988年制訂了雙酚A的安全標準。實際上，在發(fā)現(xiàn)低濃度雙酚A對人體的毒性之前，EPA的標準還是比較嚴格的，遠遠低于當時的實驗探究雙酚A對嚙齒動物影響時所使用的劑量。1996年，根據(jù)人體排出尿液中的雙酚A含量反推出的暴露量僅為成人每千克體重每天11mg，嬰兒每千克體重每天7mg，按照當時的認識，這么低的暴露量遠不足以引起生理上的負面作用，因此含有雙酚A塑料制品是可以安全使用的。然而就在一年過后，低劑量雙酚A的毒性被偶然發(fā)現(xiàn)，實驗表明每公斤體重每天攝入2mg就能夠產(chǎn)生作用，新制定的標準瞬間成為一紙空文。

2001年，NTP給出了一份關于低劑量雙酚A對生物體影響的報告，認為低劑量雙酚A的作用效果尚不能得到有效證明。美國塑料委員會（American Plastics Council）資助的2項研究報告也給出了類似的結論。顯然，科學認知的不充分，加上商業(yè)和政府的干預，使得安全性評估這件事變得復雜起來。雙酚A對人體到底是否有害，與其濃度到底是怎樣的關系？這原本是一個科學問題，但由于雙酚A在合成化工領域的重要性，相關利益群體均被卷入進來。地方政府、化工企業(yè)、科研機構、學術期刊、醫(yī)藥機構……從后來曝光的證據(jù)來看，當時有企業(yè)資助科學家，讓他們盡可能作出雙酚A無害的判斷；收買期刊雜志的編輯，讓他們盡量刊登支持雙酚A無害結論的文章。同一時期，不同結論不同立場的論文同時存在，而不同的機構又基于不同的研究給出了完全相反的標準和規(guī)定，各國政府在政策制定上也受到了一定的影響。經(jīng)過多年的博弈，最終對于雙酚A的安全性問題有了相對穩(wěn)定的共識。就成年人而言，現(xiàn)在的暴露量尚不足以引起負面效應。但考慮到嬰兒的特殊性，聚碳酸酯材料的塑料奶瓶被禁用，目前主要改用不含雙酚A的聚亞苯基砜樹脂（polyphenylene sulfone resin，PPSU）或者干脆改用玻璃來制作嬰兒奶瓶。不過，由于雙酚A在化工合成中的重要性，不可能完全禁用，因此化工界也在積極尋找雙酚A的替代品，如雙酚S（bisphenol S，BPS）等。但由于化學結構與雙酚A相似，雙酚S的安全性問題也有待評估，讓人不禁擔心那又會進入一個新的循環(huán)（見圖7）。

在過去的觀念里，一種新合成的物質如果沒有證據(jù)表明它是有毒的，那就默認其對人體無害，直到某一天發(fā)現(xiàn)其存在毒性的證據(jù)，才會將其視為有毒物質并制訂相應的管理規(guī)定。正是這種觀念將人類置身于危險之中。成千上萬的化學物質被人工合成出來，在我們尚未完全了解其性質時就被投入市場，然后滲透進我們的生活。從人類的技術發(fā)明史來看，我們不斷推出新技術，然后發(fā)現(xiàn)新技術可能帶來的社會風險，再去想辦法預防和解決。雙對氯苯基三氯乙烷 （Dichlorodiphenyltrichloro ethane，DDT）曾被作為殺蟲劑廣泛使用，后來發(fā)現(xiàn)其極難降解，會造成食物鏈頂端的食肉鳥類的滅絕；石棉曾是重要的防火和保溫材料，后來被證明是致癌物質，且其粉塵對人體損害極大。這種先破壞后治理的發(fā)展模式周而復始，反復上演。所以今天我們倡導“負責任的研究和創(chuàng)新”（responsible research and innovation）這樣一種科研倫理，把風險評估的環(huán)節(jié)提前，在研發(fā)過程中就要進行評估和干預，盡可能把潛在的危險消滅在萌芽狀態(tài)。這是雙酚A以及其他所有類似案例留給人類最重要的經(jīng)驗教訓。

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