大约 1706 年,涂料制造商约翰·雅各布·迪斯巴赫(Johann Jacob Diesbach)在柏林用钾盐、硫酸铁和胭脂干合成红色颜料时,因为钾盐中染有动物血液,和硫酸铁反应生成一种称为亚铁氰化铁的化合物,得到了深蓝色颜料。它以普鲁士蓝(Preußisch blau)或柏林蓝(Berlinish blau)为名,推向市场。它是世界上第一种合成色素,彻底改变了一直以来缺乏稳定蓝色颜料的艺术行业。
柏林科学院创始院长莱布尼茨(Leibniz),在多封信中提到这种颜料,因为迪斯巴赫严守制作秘密,直到 1715 年,化学家们才分析出它的成分和合成方法。
在此之前,艺术家们所用的蓝色颜料——群青,是从阿富汗山区开采的青金石研磨而成的,价格高昂,通常被保留用于宗教图片,特别是圣母玛利亚的描绘。法国画家让 - 安东尼·华托(Jean-Antoine Watteau,1684—1721)作于1717 年的《西瑟拉朝圣记》(Pilgrary to Cythera)(西瑟拉是传说中的爱情和浪漫之岛)是已知最早使用普鲁士蓝的绘画作品之一。所以,这一颜料也被称为巴黎蓝。
后来发现,普鲁士蓝含有氰基(因此氢氰酸被称为“普鲁士酸”),但它却是无毒的,并且,口服普鲁士蓝被用作某些重金属中毒的解毒剂,例如铊和铯的解毒。这种疗法利用了其离子交换特性及其对某些“软”金属阳离子的高亲和力。
普鲁士蓝的价格实惠、稳定,它的使用迅速蔓延到整个欧洲。它不单单影响到了艺术,也影响到了纺织工业,普鲁士军队也很快用上了蓝色制服。近代工业革命是从纺织业开始的,纺织业的兴起带动了染料工业。普鲁士蓝是第一个现代的合成染料,染料工业的发展,又催生了制药业的出现。
工业革命在 18 世纪后期改变了商品生产模式,但把药品变成工业商品,形成制药业,则起源于 19 世纪后半叶。如果说现代新药发现伴随着生物碱的分离纯化而来,与此同时发展起来的染料工业,则与生物碱的合成有直接的联系。
德国化学家奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼(August Wilhelm von Hofmann,1818—1892)师从李比希(Liebig),于 1845—1865 年在英国伦敦担任皇家化学院(今天的伦敦帝国大学的一部分)首席教授,他开创性地合成了多种重要的工业有机化合物,他对苯胺的研究为苯胺染料工业奠定了基础。
奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼
他的一个学生查尔斯·布莱福德·曼斯菲尔德(Charles Blachford Mansfifield,1819—1855)从煤焦油中分离出了苯,另一个学生威廉·亨利·珀金(William Henry Perkin,1838—1907)则成为染料工业的先驱。
威廉·亨利·珀金
1853 年,15 岁的珀金来到皇家化学院学习,霍夫曼指导他进行奎宁的合成研究。1856 年复活节假期里,霍夫曼回到了德国度假。珀金自己在实验室用重铬酸钾氧化苯胺,得到了一些黑色的固体,他在用乙醇清洗实验室时,发现黑色物部分变红。
喜欢绘画的珀金对此很感兴趣,他找了几个朋友,瞒着霍夫曼偷偷在自己的花园小屋里做进一步实验。经过研究,他们发现原来合成了苯胺紫(mauveine),它可以作为一种很好的染料,并且原料是煤焦油中的蒽化合物,成本非常低。他们送出的几个染料样本也得到染坊的积极回应。
当时英国正值工业革命,纺织业发展,可是几乎所有的染料都是从天然植物中提取的,不但容易脱色,而且非常昂贵,尤其是紫色染料非常稀缺,这也是紫色成为贵族衣服颜色的一个原因。在珀金发现合成染料之前,英国每年进口染料就要达到 200 万英镑。珀金抓住商机,于 1856 年 8 月在英国申请了专利,而后珀金与家人成立了“珀金氏公司”(Perkin & Sons),开启染料工业的新天地。后来珀金又合成了其他的一些苯胺染料,如茜素(alizavin)。
德国巴斯夫公司也申请了茜素专利,甚至比珀金还早一天。1868 年,阿道夫·冯·贝耶尔(Adolf von Baeyer,1835—1917,1905 年诺贝尔化学奖获得者)的两个学生,卡尔·格雷贝(Carl Graebe,1841—1927,后到赫奇斯特公司工作)和卡尔·利伯曼(Carl Liebermann,1842—1914,后来在巴斯夫担任研究主管)发现了茜素这种天然染料的结构,并申报了专利。专利转让给了巴斯夫公司,公司的海因里希·卡罗(Heinrich Caro,1834—1910)又开发出一种合成工艺。
巴斯夫公司迅速大批量推出这一染料,成为当时欧洲首屈一指的化学公司。1874 年,珀金公司的染料年产量达到 435 吨,可巴斯夫与赫奇斯特两家公司的产量达到了 1000 吨。特别是赫奇斯特,喜欢采用倾销策略。面临激烈竞争,珀金出售了自己的公司。英国在染料工业领域的竞争中败给了德国。
染料工业的发展进一步促进了化学合成技术的进步。很多染料公司,特别是德国染料公司,开始进军医药行业,又推动了医药工业的发展。
约翰·察赫(Johann Zacherl,1814—1888)是奥地利制药工业家。他在慕尼黑完成了学业,并经常去第比利斯山区旅行。在那里,他发现当地居民把一种除虫菊属植物的花朵做成粉末,作为除虫剂,经过考察,他于 1842 年开始生产这一产品。1855 年,他与儿子在维也纳成立了企业,他们把除虫菊属植物的花朵和叶子晒干,用乙醚提取出有效成分,再加入五倍体积的精馏酒,就生产出除虫粉喷剂,商品名“察赫灵”(Zacherlin)。世界各地还有其他的除虫剂,但当时所有除虫剂的效果均有限,没能产生世界知名的品牌,直到后来的 DDT。
DDT,化学名为双对氯苯基三氯乙烷(dichlorodiphenyltrichloroethane)。于 1874 年首次被合成。保罗·赫尔曼·穆勒(Paul Hermann Müller,1899—1965)于 1939 年发现它是一种特效*虫剂。因这一发现,穆勒获得了 1948 年诺贝尔生理学或医学奖。但因DDT 造成环境污染和生物危害,其被多数国家禁用或控制使用。
在 19 世纪初期,作为商品的化学品不过几百种。有机化学家集中的地方是德国,以李比希学派为中心,大量的有机化学家分离、合成数以万计的新化合物,极大地开辟了化学界的研究范畴。
欧洲商人和化学家们积极地发现各个化合物的商业用途,争先恐后申请专利。很多化学品公司相继成立,为食品、印染、洗化、医药、纺织、制革、造纸等行业提供原料和试剂。其中李比希就学以致用,研究农业土壤中的化合物,开创了农业化学,发明了好几种农业化肥,提高了农业生产率。
文源:《新药史话:从万能药到生命科学前沿》
作者:彭雷
编辑:张润昕
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编辑:尼洛
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