友情提示:如果本网页打开太慢或显示不完整,请尝试鼠标右键“刷新”本网页!阅读过程发现任何错误请告诉我们,谢谢!! 报告错误
小说一起看 返回本书目录 我的书架 我的书签 TXT全本下载 进入书吧 加入书签

阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第8章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页,按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页,按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
————未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!



CO CO 

OH OH 
由于这项成就,H。 费歇尔获得了 
1930年的诺贝尔化学奖。

新方法

在 
19世纪和 
20世纪前半叶,合成有机化学方面取得的全部
成就无疑是巨大的,但所使用的方法却与古代炼金术士所使用的
方法相同,即将几种物质加以混合并进行加热。加热是使分子增
加活力并发生相互反应的可靠方法,不过,就本质而言,这样的反
应通常是随机的,并会产生一些短暂存在的不稳定的中间产物,而
对于这些中间产物的性质则仅能进行猜测而已。

化学家们所需要的是一种更精细、更直接地使分子具有活力
的方法,即能够使一群分子全都以大致相同的速度、朝大致相同的


第十一章 分 子

第十一章 分 子
。 


1964年,德国血统的美国化学家沃尔夫冈借助一种可称为化
学加速器的装置来加速离子和分子,使之达到很高的能量。这种
装置所产生的离子速度若用加热方法来达到,则温度必须高达 
1 000℃~100 000℃。另外,这些离子还以相同的方向运动。

如果有电子存在的话,被加速的离子就会抓住这些电子并转
变为中性分子,而且仍以极高的速度行进。美国化学家华顿已于 
1969年获得了这样的中性分子束。

至于化学反应的短暂的中间阶段,电子计算机可以解决这个
问题。电子计算机可以解在不同原子组合中决定电子状态的量子
力学方程,还可以计算出在碰撞过程中将会发生的各种事件。例
如,1968年,在意大利血统的美国化学家克莱门蒂的指导下,曾利
用一台计算机使氨与盐酸在闭路电视监视下碰撞以生成氯化铵,
结果,所发生的事件正是计算机计算出来的事件。计算机计算的
结果表明,所形成的氯化铵是温度为 
700℃的高压气体。这种情
况以前并不知道,但在几个月后被实验所证实。

近 
10年来,化学家们在理论和实验方面都研究出了一些新型
工具。迄今尚未知晓的一些反应的细枝末节将会被弄个水落石
出,许多在过去无法获得的或至多只能少量获得的新产品将会被
合成出来。也许我们正站在一个意想不到的奇境的入口处。


阿西莫夫最新科学指南

阿西莫夫最新科学指南

聚合物与塑料

当我们考虑像血红素和奎宁这样的物质的分子时,其复杂程
度连现代化学家也必须费尽心机才能应付得了。要合成这类化合
物,需要那么多的步骤和方法,如不借助某种活机体,几乎不敢期
望将它们大量地生产出来(化学家除外)。然而,我们也不必因此
而妄自菲薄。就复杂程度而言,即使是活组织本身也已达到了极
限。在自然界,很少有比血红素和奎宁更为复杂的分子。

当然,自然界中存在有由几十万甚至几百万个原子组成的天
然物质,但它们并不是真正的单个分子,也就是说,并不是一个整
体。更确切地说,这些大分子是由许多单元构成的,就像是由一颗
颗珠子串成的项链。活组织往往是首先合成一些小的、相当简单
的化合物,然后仅仅是将这些单元串连成一条条长链。正如我们
将要看到的,这种事情化学家们也能做到。

缩合作用与葡萄糖

在活组织中,小分子的这种结合(缩合作用),通常要在每一个
接合点上完全失去 
2个氢原子和 
1个氧原子(结合在一起形成 
1
个水分子)。这种过程是可逆的(在身体中和在试管中都如此):加
水可以使链中的各单元脱钩并彼此分开。缩合作用的这种逆过程
称之为水解作用——源于希腊语,意为“通过水而松开”。在试管
中,这些长链的水解过程可用各种不同的方法来加速。最常见的
加速方法是在混合物中加进一定量的酸。

对大分子化学结构的首次研究可追溯到 
1812年,那一年,俄


第十一章 分 子

第十一章 分 子
。 
1819年,法国化学家布拉孔诺通
过煮沸各种植物产物如木屑、亚麻和树皮——它们都含有一种叫
做纤维素的化合物——也得到了葡萄糖。人们很容易猜想到,无
论是淀粉还是纤维素,都是由葡萄糖单元构成的,至于淀粉和纤维
素的分子结构的细节,则还有待于对葡萄糖的分子结构的进一步
认识。最初,由于结构式尚未出现,人们只知道葡萄糖的经验式是 
C6H12O6。这种比例关系表明,6个碳原子中的每一个都连接着 
1
个水分子 
H2O)。因此,葡萄糖以及结构与之相似的化合物被称为
碳水化合物。

葡萄糖的结构式是德国化学家基利阿尼于 
1886年研究出来
的。他证明,葡萄糖分子的 
6个碳原子构成一条直链,彼此分离的
氢原子和氢氧根就连接在这个链上。在葡萄糖分子中,任何地方
都没有完整的水分子组合。

在以后大约 
10年的时间里,德国化学家 
E。 费歇尔对葡萄糖
进行了详细研究,并研究出了碳原子周围的氢氧根的精确排列方
式,其中有 
4个氢氧根是不对称的。这些氢氧根有 
16种可能的排
列方式,因此有 
16种可能的性质不同的旋光异构体。的确,化学
家们已经研制出了所有这 
16种异构体,然而只有少数几种真正在
自然界中存在。

下面是葡萄糖和其他两种常见的果糖和半乳糖的结构式:


38H 
HO 
H 
H 
H 
O CH2 
C 
C 
C 
C 
CH2 
O 
HOH 
OHH 
OHH 
OH 
OH 
H 
HO 
HO 
H 
38H 
HO 
H 
H 
H 
O CH2 
C 
C 
C 
C 
CH2 
O 
HOH 
OHH 
OHH 
OH 
OH 
H 
HO 
HO 
H 
CH 
C 
C 
C 
C 
CH2 
OH 
H 
H 
OH 
OH 
O 

葡萄糖果糖半乳糖
这些是能够充分展示分子不对称性的最简单的结构。但实际
上,分子为非平面的环状,每个环由 
5个(有时是 
4个)碳原子和 
1
个氧原子组成。
正是由于对这些糖的旋光性的研究,E。 费歇尔才建议将旋光
化合物分为 
L系和 
D系两大类。由于为碳水化合物化学奠定了
坚实的基础,他获得了 
1902年的诺贝尔化学奖。
化学家们一旦知道了简单糖类的结构,要想知道简单糖类以
何种方式构成更为复杂的化合物就比较容易了。例如, 
1个葡萄
糖分子和 
1个果糖分子可以缩合成蔗糖——我们餐桌上的食糖。
葡萄糖与半乳糖相结合形成乳糖,在自然界中,乳糖仅存在于乳汁
中。
没有理由认为缩合不能无限制地进行下去。事实上,淀粉和
纤维素的情况就是如此。这两种物质都是由葡萄糖单元按一定图
式缩合而成的长链构成的。
缩合图式的细节是很重要的,因为尽管这两种化合物都由相
同的单元构成,但二者却有着深刻的差异。
这种或那种形态的淀粉构成了人类食物的主要成分,而纤维
素则全然不适于食用。由于化学家们的苦心钻研,终于弄清楚了 



第十一章 分 子

第十一章 分 子

缩合图式的差异,它与下面的情况有些类似:假设葡萄糖分子可
以正着看(用 
u表示)或倒着看(用 
n表示),那么,淀粉分子可以看
成是由葡萄糖分子按 
“……uuuuuuuuu……”的图式缩合而成的,而
纤维素则按“…… 
ununununun……”的图式构成。人体的消化液具
有使淀粉的 
uu键合进行水解的能力,使淀粉水解成我们可以吸收
而获得能量的葡萄糖。而同样的消化液却对纤维素的 
un键合无能
为力,因此,我们所食用的纤维素都是穿肠而过,最后排出体外。

尽管没有一种高等动物能够消化纤维素,但有些微生物,例如
寄生在反刍动物和白蚁肠道中的微生物,却能做到这一点。多亏
了这些不显眼的助手,使我们受益匪浅的牛才能靠吃草而生存,使
我们狼狈不堪的白蚁靠吃木头而活命。这类微生物能大量地将纤
维素转化为葡萄糖,它们消耗掉自己所需要的一份,而将多余的供
给寄主。这些微生物提供加工过的食物,而寄主则提供原料和住
所。两种生物之间这种互惠的合作方式称之为共生现象(源自希
腊语,意为“共同生活”)。

晶型和非晶型聚合物

哥伦布曾经发现,南美洲土著人所玩的一种球,是用硬化了的
植物汁液做成的。哥伦布以及以后两个世纪里到过南美洲的探险
家们,无不对这些有弹性的球(用巴西的一种树木的汁液做成)感
到惊讶不已。后来�
返回目录 上一页 下一页 回到顶部 赞(0) 踩(0)
未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!
温馨提示: 温看小说的同时发表评论,说出自己的看法和其它小伙伴们分享也不错哦!发表书评还可以获得积分和经验奖励,认真写原创书评 被采纳为精评可以获得大量金币、积分和经验奖励哦!