趣話化學史——有機化學的誕生(一)

同分異構現象無機物也有嗎

化學的分支——有機化學

上期我們說到，大化學家貝採裡烏斯首次提到了催化劑的概念，並且公佈於《物理學與化學年鑑》雜誌上。事實上，貝採裡烏斯首次提出的概念不只是催化劑，他還提出了“有機化學”的概念。

首次提出“有機化學”概念的貝採裡烏斯

1777年，自從著名的法國化學家拉瓦錫以定量分析的手段闡明氧化汞、氧氣和汞之間的反應前後質量沒有變化，氧氣是生成氧化汞的原料並且推翻了“燃素說”以後，定量分析的方法成為了化學的主要的研究方向。在此後的六四十年間裡，化學家們分別從不同的角度證實了“氧化說”的正確性。定量分析，不僅在礦物的分析中，也在諸如樹枝、動植物油脂等方面的分析也大顯身手。而在分析時，貝採裡烏斯發現，絕對多數的碳元素幾乎都是從與生命相關的物質中發現，天然存在的無生命的碳也就只有焦炭、煤炭（事實上，煤炭屬於化石能源，是幾百幾千萬年以前的生物沉積並緩慢地生成的產物，也屬於有機物）、二氧化碳、碳酸鹽那麼幾種。於是，就在1806年，貝採裡烏斯就宣稱，這些碳氫化合物都是有機體（生命體）特有的產物，並且把化學的研究方向直指生命體。貝採裡烏斯也許沒想到的是，他如此的概念一經提出，就不斷被後世深入地研究，最終形成了化學的一個龐大分支——有機化學。

然而，貝採裡烏斯提出“有機化學”概念的時候，他犯了一個錯誤，那就是他認為，有機物是生命體特有的物質，是區別於無生命的“無機物”的。而貝採裡烏斯當初如此的提法，主要是受到當時的科學哲學理論“活力論”的影響。不得不指出的是，“活力論”是當時社會上最流行的理論，它的主要觀點是，生命是有靈魂的，而這種靈魂是區別於無機體的。貝採裡烏斯透過分析大量的有機物以後，發現不論是有機物的原子量（當時沒有分子的概念）還是這種化合物的組成，和無機物相比，結構複雜，具有更深的奧秘。所以基於“活力論”的觀點和貝採裡烏斯本人的分析結果，他就把有機化學的概念如此的定義並公佈了出來。他這樣的公佈，自然受到當時社會的公認，大家一直認為，這些有機物就是生命體的專利，人在實驗室裡是不可能創造出有機物的。

否定了貝採裡烏斯“有機論”的維勒

然而，命運似乎非常喜歡開玩笑，就在貝採裡烏斯提出“有機化學”理論的二十年後，他的理論被他的弟子給輕描淡寫地否定了。這個極為“忤逆”的弟子，就是德國化學家弗里德里希·維勒。

維勒是德國人，他出生於1800年，就是在伏特發明了伏打電堆的那一年。維勒的父親是法蘭克福當地的一名著名的醫生，因此維勒的出身也算是書香門第。維勒從小就非常調皮，特別喜歡化學，以至於他讀大學的時候也是學的化學。1823年，在他大學畢業以後，由於成績優秀，被導師推薦到貝採裡烏斯的斯德哥爾摩實驗室裡工作，也就是在這一年，他和著名的大化學家貝採裡烏斯結了緣。維勒在貝採裡烏斯實驗室工作時間不長，只有一年，到了1825年他就回到德國，到大學裡當化學老師去了。

維勒期望的氰酸銨晶體

維勒第一次反應得到的草酸

維勒第二次反應得到的尿素

那麼就在維勒在貝採裡烏斯的實驗室裡工作的時候，他的主要方向是研究氰酸銨的製備。儘管當時有氰酸銨的製備方法，但維勒希望能夠用快捷方式製備出來，因此他選擇的是拿氰酸和氨氣直接反應。但是，結果讓他非常失望，他沒有得到氰酸銨，得到的那個物質經過鑑定居然是草酸（乙二酸）。維勒就改變反應條件，不斷調整氨氣和氰酸的比例以及反應溫度等，結果還是一樣，得到的產物都是那個草酸，沒有氰酸銨！看來直接化合的路走不通，那麼就試試在溶液中反應的結果吧？結果他倒是得到了一種白色晶體物質，但是這種白色晶體物質，維勒確信肯定不是氰酸銨，因為氰酸銨和強鹼反應是會放出刺鼻性氣味的氨氣，跟強酸反應會釋放出氰酸的，這個晶體不會。到底是什麼呢？很快，一年的時間過去，維勒回到德國，在一個大學裡任教。在工作期間，維勒始終對當時他在貝採裡烏斯實驗室所做的工作，那個總也反應不成的氰酸銨耿耿於懷，更讓他抓心撓肺的，就是那個當時他反應得到的晶體，到底是什麼？

四年之後，1828年，他利用了更加先進的分析方法，最後發現，他之前在斯德哥爾摩得到的晶體是尿素。而且，維勒還發現，如果拿一些銨鹽或者氨水與氰酸鹽反應，最後都變成了尿素！這個結果很意外，但也是個爆炸性的發現。維勒就把這個結果發表在了1828年的《物理學和化學年鑑》雜誌上，題目就叫《論尿素的人工合成》。

讓維勒沒想到的是，他的這篇論文馬上在科學界掀起了軒然大波，引起了最廣大科學家的關注！因為氰酸、氨水都是無機物，人們可以透過人工合成得到，但尿素可是有機物，從來沒聽說能在實驗室裡造出來的呀？如此，恐怕就要推翻“有機化學”的理論了，也就是說，有機物也能被無機物合成出來，這是明顯動搖了“活力論”的。那麼，自然也有反對的聲音，其中最強烈的就是貝採裡烏斯。貝採裡烏斯就反問一句：“你能在實驗室裡合成出一個嬰兒嗎？”

我們不知道貝採裡烏斯是否真正的放棄了“活力論”這一哲學觀點，但他很快就接受了尿素可以用無機物合成的這一事實。並且，貝採裡烏斯從維勒的論文中受到啟發，因為氰酸銨和尿素的化學式（分子式也是一樣）是完全相同的，因此，貝採裡烏斯突然想到，雷酸銀和氰酸銀的化學式也是相同的。於是，貝採裡烏斯就提出了一個新概念——同分異構現象。

在有機化學中，同分異構現象非常普遍，因此，貝採裡烏斯儘管有自己的錯誤理念，但不可置否的是，他是一個對真理極為追求的人。

儘管有機和無機的界限就這樣被打破了，但“有機化學”的概念自提出以來，就一直在發展，直到今天，人們在化學上的成就，絕大多數都是建立在有機化學之上的。

透過上述事實，我們基本可以發現，化學的研究，尤其是有機化學的研究，當我們想要設計一條路線去反應得到我們想要的物質的時候，有可能會失敗，得不到我們想要的產物，但卻會經常意外地得到其它物質。遇到這種情況，筆者想要告訴廣大從事化學研究的人們一句話，請不要懊惱！因為這種情況下，至少我們可以得到兩個結論：第一，我們之前的設計行不通（這也是一種發現）；第二，在這種反應體系下很容易獲得另外一種物質，那麼這種物質可以用在哪些領域呢？這是我們需要查詢文獻，並且說明，並且要做進一步驗證的，如果運氣好，我們完全可以從這條失敗的反應途徑中發現一個驚天的秘密！維勒的事蹟就是一個極好的證明！

關於有機化學，還有一位化學之父，也做出了非凡的貢獻。他就是著名的化學家李比希。那麼李比希又做出了什麼貢獻呢？敬請大家關注，筆者下期繼續推出趣話化學史——有機化學的誕生。