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第5部分

阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第5部分

小说: 阿西莫夫最新科学指南-下 [美] 字数: 每页4000字

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氮的植物产物。少量的生物碱即能在生理上对人产生强烈的影
响,视剂量大小,它既可以治病,也可以致人于死命。苏格拉底 

被毒芹中所含的一种生物碱——毒芹碱——毒死,是历史上生物
碱中毒致死的最著名的例子。

某些生物碱的分子结构是极其复杂的,不过,这正好激发了人
们的好奇心。英国化学家鲁宾森对生物碱进行了系统的研究。他
于 
1925年研究出了吗啡的结构(仅有 
1个原子未完全确定),于 
1946年研究出了马钱子碱的结构。由于人们认识到了他工作的
价值,他获得了 
1947年的诺贝尔化学奖。

不过,鲁宾森只是研究出了这些生物碱的结构,而并没有将其
作为指南来合成这些物质。美国化学家 
R。 B。伍德沃德却考虑到
了这一点。R。 B。伍德沃德与他的美国同事多林于 
1944年共同完
成了奎宁的合成。珀金一直追求而未得到的这一特定化合物终于
获得了惊人的成果。如果你感兴趣的话,则奎宁的结构式如下: 


①古希腊三大哲人中的第一位。公元前 
399年他被指控为“腐蚀青年”和“藐视
城邦崇拜的神和从事新奇的宗教活动”而被判处死刑,随后便服毒芹汁液而死。
——译注


第十一章 分 子 

第十一章 分 子 

OH 


CH3 

CH CHN CH2 

O 

CH 


C 


CH2 

C 

C 


CH 

CH2 

CH 

C 


CH 


CH 

N 

CH2 CH CH CH CH2

难怪这个结构会使珀金陷入困境。 
R。 B。伍德沃德和多林之
所以解决了这个难题,并不仅仅是靠他们的聪明才智,而且还在于
他们熟练地掌握了泡令等人所建立的有关分子的结构和性状的新
电子理论。此后, 
R。 B。 伍德沃德又陆续合成了各种各样的复杂
分子,例如,他于 
1954年合成了马钱子碱。而在此之前,这被认为
是高不可攀的。

然而,早在这些生物碱的结构被发现以前,其中的一些生物碱
(特别是可卡因)业已引起了医生们的浓厚兴趣。人们发现,南美
洲的印第安人咀嚼古柯树叶,原来它能消除疲劳和引起欣快感。
苏格兰医生克里斯蒂森把这种植物引种到了欧洲。(在蒙昧社会
里的巫医和卖药草的妇女看来,这并不是献给医学的惟一礼物。
另外还有上面提到的奎宁和马钱子碱,以及鸦片、洋地黄、箭毒 
①、
颠茄碱、羊角拗定和利血平。另外,抽烟、喝酒、嚼槟榔果、吸大麻
和服皮约特 
②等,也都是从原始社会遗传下来的。)

可卡因并不仅仅是一种普通的能产生欣快感的药物。医生们
发现,它还能使人体的某一部位暂时失去痛觉。 
1884年,美国医
生科勒发现,可卡因可用作镇痛药,在对眼睛施行手术时将它涂在 


①南美印第安人从马钱子属植物中提取并用来涂箭头的毒物,现供药用。 
②一种从麦斯克尔仙人掌的钮形茎头提取出来的兴奋剂。——译注

阿西莫夫最新科学指南

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眼睛周围的黏膜上,病人就会没有痛感。可卡因还可用于牙科,使
病人在拔牙时没有痛苦。

这种效果使医生们十分着迷,要知道, 
19世纪医学上的伟大
胜利之一正是在镇痛方面所取得的成果。1799年,戴维研制出了
一氧化二氮(N2O)气体,并研究了它的疗效。他发现,这种气体被
吸入人体后,就会释放出抑制物质,使人狂笑、大叫或做出其他一
些愚蠢的举动。因此,它通常又被称为笑气。 


19世纪 
40年代初期,美国科学家科顿发现,笑气能使人失去
痛觉;1844年,美国牙科医生 
H。 韦尔斯将这种气体用于牙科手
术。不过,当时已经有一种更好的药物进入了这一领域。

美国外科医生朗于 
1842年曾用乙醚使病人在拔牙时进入睡
眠状态。1846年,美国牙科医生莫顿在马萨诸塞州总医院实施了
一例乙醚麻醉手术。人们往往将这一发现归功于莫顿,因为在莫
顿进行公开表演之前,朗不曾在任何医学杂志上介绍过自己的技
术,至于 
H。 韦尔斯最早用笑气所做的公开表演,则仅获得了微不
足道的成功。

美国诗人兼医生霍姆斯建议将具有镇痛作用的化合物称为麻
醉剂(源于希腊语,意思是“无感觉”)。当时的一些人认为,是上帝
要使人类遭受痛苦,使用麻醉剂来逃避这种痛苦则是一种亵渎神
圣的行为。但是,后来人们之所以认为使用麻醉剂是高尚的,是因
为苏格兰医生辛普森在英国维多利亚女王分娩时用它来镇痛。

麻醉剂最终使外科手术不再像屠宰场一样使病人极端痛苦,
至少变得较为人道,如果手术在消毒条件下施行,甚至能挽救病人
的生命。因此,麻醉学的任何进展都引起了医生们的极大关注。
可卡因的特殊意义在于它是一种局部麻醉剂,就是说,它只使人体
的一定部位失去痛觉,而不是像全身麻醉剂乙醚那样,使人完全丧
失意识和感觉。


第十一章 分 子

第十一章 分 子

然而,可卡因也有一些不足之处。首先,它会产生一些不良的
副作用,甚至会使对它过敏的病人丧命。其次,它会使人成瘾,因
此必须少用、慎用。(可卡因是一种危险的毒品,它不仅能消除疼
痛,而且还能消除其他不愉快的感觉,从而给吸毒者以异常欣快的
幻觉。吸毒者会适应这种毒品并不断要求加大剂量。尽管毒品给
身体产生了严重影响,但由于吸毒者如此依赖这种毒品所产生的
幻觉,所以,如不忍受令人痛苦的戒毒症状,就不能戒掉。对可卡
因和其他这类毒品的毒品瘾已成为严重的社会问题。尽管全世界
都在努力禁止毒品的非法交易,但每年非法生产和贩卖的可卡因
高达 
20多吨。这给少数人带来了暴利,而使许多人陷入痛苦的深
渊。)第三,可卡因的分子很脆弱,在加热消毒时即能引起分子结构
的变化,而分子的变化则会影响它的麻醉效果。

可卡因分子的结构相当复杂: 


O 

C O CH3 
CH2 CH CH 

O 

N CH3 CH 


OC 
CH 
C 


CH

CH2CH CH2 

CH CH 
CH 
左边的双环是脆弱部位,也是难于合成部位。(直到 
1923年,
德国化学家威尔特才设法合成出可卡因。)然而,在化学家们看来,
他们能合成出类似的化合物,其中的双环不是闭合的,这样就能使
这种化合物既易于合成,又比较稳定。这种合成物质可能具有可
卡因的麻醉性能,而且也许没有令人讨厌的副作用。
对于这个问题,德国化学家们研究了约 
20年,制造出了几十


阿西莫夫最新科学指南

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种化合物,其中有些性能良好。最成功的改进是在 
1909年取得
的,当时合成出了一种具有下述分子式的化合物: 



CH2 


O

CH3

CH

N CH2OC

CH3 


C 


CH 


CH2 CH2 

CH 

C 
CH NH2 

将这个结构式与可卡因的结构式作一比较,你就可以看出它
们之间的相似之处以及一个重要事实,即双环已不复存在。这种
较简单的分子在自然界中是不存在的,它稳定,易于合成,麻醉效
果良好,而且几乎没有副作用。这是一种远远胜过可卡因的合成
代用品,称为普鲁卡因,而大家更为熟悉的则是它的商品名称“奴
弗卡因”。

在一般的镇痛剂中,最有效、最有名的也许是吗啡。它的这个
名字源于希腊语,意为“睡觉”。吗啡是由鸦片或鸦片酊提纯出来
的,在若干世纪以来,原始人和文明人都用它来消除疼痛和尘世间
劳碌所造成的神经紧张。对于那些被疼痛折磨得死去活来的人
们,吗啡简直是灵丹妙药,但它也具有使人成瘾的致命危险。然
而,寻找代用品的努力却取得了适得其反的结果。 
1898年,人们
合成了衍生物二乙酞吗啡即广为人知的海洛因。人们原以为它比
较安全,后来才知道它是最危险的毒品。

危险性较小的镇静剂(安眠药)是水合氯醛和巴比妥,特别是
后者危险性更小。巴比妥类药物 
1902年首次使用,现在是安眠片
的最平常的成分。虽然适量服用这类药物无甚危害,但它也会使
人成瘾,过量服用则会引起死亡。实际上,由于死亡是作为逐渐沉
睡的最终结果平静地到来的,所以,过量服用巴比妥类药物就成了


第十一章 分 子

第十一章 分 子

自杀或企图自杀的一种相当常见的方法。

最普通而且也是用得最久的镇静剂,当然要首推酒精了。早
在史前时期,人们就已经知道使果汁和粮食发酵来酿酒的方法。
在中世纪,人们已采用蒸馏方法来酿制比天然生成的产品更加浓
烈的酒。尽管酒精像吗啡一样,肯定会使人成瘾,而且无节制地饮
酒会给身体带来更加严重的危害,但对于伤寒和霍乱病人,淡酒却
是补充水分的一种捷径,而且适量饮酒也为社会所接受,因此,很
难将酒作为毒品予以禁止。用法律来禁止出售酒类看来是行不通
的,美国于 
1920~1933年间曾试行过“禁酒法”,结果遭到彻底失
败。尽管如此,酒精中毒越来越被看成是一种疾病,而不仅仅是一
个道德问题。对于那些吃饭甚少但饮酒无度的人来说,酒精中毒
的明显症状(震颤性谵妄)多半不是由酒精本身而是由维生素缺乏
症引起的。

原卟啉

目前,人类已经制造出各种各样具有巨大潜在用途但也可能
被误用的合成制品,如炸药、毒气、灭虫剂、除草剂、防腐剂、去污
剂、医药等,真是不胜枚举。但是,合成技术不仅可以用来弥补消
费者所需物品之不足,而且还能为纯化学研究服务。

常常出现这种情况,即不论是由活组织产生的还是由有机化
学家用设备合成的复杂化合物,即使根据它所经历的化学反应的
性质作出种种推导,也只能得出一个假定的结构式。在这种情况
下,出路就是用所设计的一系列反应(旨在制造出像所推导出来的
结构式那样的分子结构)来合成出一种化合物。如果所产生的化
合物的性质与第一次研究的化合物的性质完全相同,那么,化学家
们就可以信赖原先推导出来的结构式。

在这方面,一个给人留下深刻印象的例子是血红蛋白,它是红


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血球的主要成分,是使血液呈现红色的色素。 
1831年,法国化学
家勒卡努将血红蛋白分解成两个部分,其中较小的部分称为血红
素,占血红蛋白质量的 
4%。现已发现,血红素的实验式为 
C34H32 
O4N4Fe。由于像血红素这样的化合物还存在于其他重要的物质
中,即存在于植物界和动物界中,因此,血红素的分子结构对于生
物化学家来说是极其重要的。然而,在勒卡努分离血红素之后的
将近一个世纪内,人们所能做到的只不过是把它分成更小的分子。
铁原子( 
Fe)很易分离出来,而剩余部分则分裂为大致相当于原分
子 
1/4大小的碎片。这些碎片原来是吡咯。吡咯的分子是由 
5个
原子(其中 
4个为碳原

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