埃米尔·费歇尔：一代化学巨匠

埃米尔·费歇尔：一代化学巨匠张清建【作者简介】张清建，男，四川师范学院教师。四川师范学院化学系，南充637002【内容提要】费歇尔，19世纪的有机化学大师，对糖、酶、嘌呤、氨基酸和蛋白质进行了广泛、深入的研究。1902年获诺贝尔化学奖。在著名的威廉皇帝学会的创立中，费歇尔也起了重要的作用。本文对费歇尔的生平和科学贡献作了较详细的评述。【关键词】费歇尔/有机化学/威廉皇帝学会【正文】〔中图分类号〕K81〔文献标识码〕A〔文章编号〕1000-0763(2000)05-0077-08费歇尔(EmilFischer)，19世纪的化学巨匠，他对糖、酶、嘌呤、氨基酸和蛋白质进行了广泛、深入的研究，为生物化学奠定了化学基础。1902年，获诺贝尔化学奖，成为第一个获此殊荣的有机化学家。费歇尔也是卓越的科学组织家。曾数次任德国化学会的主席和副主席。他在著名的威廉皇帝学会及其研究所的创建中，起到了重要的作用，因此被誉为“威廉皇帝学会及其研究所之父”。一、费歇尔的生平1852年10月9日，埃米尔·费歇尔生于德国波恩附近的奥斯吉城(Euskirchen)镇。这个家族都是虔诚的新教徒，自17世纪末，一直居住在莱茵河畔。费歇尔的父亲LaurenzFischer虽没有受过多少教育，但是一位成功的企业家，年纪轻轻便发了家，成为当地的头面人物。母亲JuliePoensgen，出身于莱茵地区一个著名的工业世家。费歇尔童年幸福，极受父母喜爱。他是家中的独子，上有5个姐姐。5岁开始读书，先跟家庭教师学了三年，又到公立小学读四年。1865年，进入韦兹拉(Weltzlar)中学就读，两年后转到波恩中学。费歇尔聪明好学，1869年春，他以全班第一名的成绩毕业。他的父亲老费歇尔，希望自己的独生儿子学习商务，以便日后继承家业。然而，这位年轻人虽生在商人之家，却对商务一点儿也不感兴趣，他热爱自然科学和数学，尤其是物理学。为了不让父亲太伤心，他答应试学一段时间商务。然而，经过几个月实习后，他对商务愈加厌恶。父亲叹息道：“这孩子太笨，不是经商做买卖的料，还是继续读书吧。”只好答应他接受大学教育的要求。老费歇尔当时开了一家印染厂，由于缺乏化学知识，吃过不少苦头。随着当地水泥、钢铁等新兴工业相继出现，老费歇尔对神奇的化学更加崇拜。因此，力劝费歇尔学习化学。费歇尔后来回忆道：“父亲对我和堂弟奥托·费歇尔(OttoFischer)的职业选择起了决定性作用。”1871年春，费歇尔进入波恩大学。著名有机化学家凯库勒(F.A.Kekulé)任化学教授，其高超的授课水平，给他留下深刻印象。但波恩大学的化学实验教学，水平低下，缺乏吸引力，仪器设备陈旧落后，致使费歇尔对化学失去了兴趣，准备改学物理。然而，他的堂弟和学友奥托·费歇尔劝他不要放弃化学。1872年秋，二人转学到古老的斯特拉斯堡大学。这所大学师资设备精良，经费充裕。由著名的分析化学家罗斯(F.Rose)讲授分析化学，费歇尔受到严格的实验技能训练。最幸运的是，他遇上了良师益友拜耳(A.VonBaeyer)。他为这位有机化学权威的才华和人格魅力所倾倒，终于激起了他对化学的热爱。费歇尔受到拜耳的精心培养。拜耳对费歇尔的影响很大，费歇尔后来给他父亲讲过，他一生的成就主要应归功于这位恩师。1874年，费歇尔在拜耳的指导下，完成论文“有色物质的荧光和苔黑素”，获博士学位，成为该校有史以来最年轻的博士。毕业后，留校任助教。不久，发现苯肼，这一极为有用的化合物质后来成为费歇尔研究糖类的有力武器。1875年，拜耳受聘于慕尼黑大学，接替李比希(J.VonLiebig)的职位。费歇尔也到了慕尼黑。两人合作研究苯胺染料，证明品红染料是三苯甲烷的衍生物。在拜耳的举荐下，1878年费歇尔获“编外讲师”资格，次年升为分析化学副教授。他的讲课，深受学生欢迎，尽管起初他的莱茵口音使慕尼黑学生有些不适。这时，他的父亲为儿子的成功感到骄傲，并赠予大笔款项，使他能专心于学术而不用为金钱发愁。1880年，阿亨(Aachen)大学欲聘费歇尔任化学教授。费歇尔断然予以拒绝，因为他嫌该校的学术气氛和实验条件欠佳。两年后，费歇尔任爱尔兰根大学教授，并开始对嘌呤化学的研究。他在这一领域里获得了极为丰硕的成果。费歇尔卓越的科学才干，不仅使他在科学界崭露头角，而且受到工业界的极大关注。1883年，德国著名的“巴底希苯胺－碱公司”欲以每年10万马克的诱人高薪，聘请费歇尔接替卡诺(H.Caro)任研究部主任。费歇尔觉得这个职位不利于他的自由研究，谢绝了该公司的重金礼聘。5月28日，他写信给卡诺：“谢谢您的美意，对我自身和研究来说，自由是极为宝贵的，我不愿用它来换取财富、金钱和权力”。但费歇尔并非象牙塔型科学家，他坚持与德国化学工业界保持密切联系。他与许多著名的工业巨头建立起亲密的友谊；他的实验室不断培养和输送大批受德工厂信赖的年轻化学家；他的许多研究成果都具有实用的工业价值，甚至有人说：“从费歇尔的实验室里，随便拿出一个方案，就可开一座大工厂”。费歇尔一生对德国的化学工业产生了重大的影响。由于实验楼通风不良，使他遭受了苯肼中毒，他不得不休养一年。其间，苏黎士联邦工业大学再三聘请他任化学教授，他婉言谢绝。他认为自己的健康状况不能胜任该校繁重的教学任务。不久，他接受维茨堡(Würzburg)大学的聘请。维茨堡景色迷人，环境优美。学校当局翻修了旧的实验楼，安装了通风设施，并许诺修建新的实验大楼。他开始对糖类卓有成效的研究，为有机化学的发展作出了重要贡献。1888年，曾经抱定独身的费歇尔，与美丽善良的AgnesGerlach喜结良缘。他们生有三子。长子海曼·费歇尔(H.Fischer)继承父业，是著名的有机化学家。不幸的是，这桩美满的姻缘只持续了7年。1895年，费歇尔夫人因中耳炎并发脑炎去世。1892年，霍夫曼(A.VonHofmann)逝世，柏林大学化学教授职位空缺。学校向柏林教育部提议凯库勒、拜耳和费歇尔为继任候选人。拜耳声言不会离开慕尼黑。而教育部认为，凯库勒年事已高，不适合这个位置。因此决定聘费歇尔任柏林大学化学教授。但费歇尔留恋自己的工作环境，起初亦无意于离开维茨堡。柏林大学许诺为他修建新的化学实验大楼。（维茨堡大学并没有兑现修建实验楼的诺言）。他的父母、妻子也希望他接受德国最有声望的柏林大学的教授职位。他接受了聘请，这年他40岁。在柏林大学，费歇尔继续从事糖和嘌呤的研究，并开始转向新的研究领域——蛋白质和酶化学，奠定了现代蛋白质和酶化学的基础。1902年，费歇尔因研究嘌呤和糖的卓越成就，获诺贝尔化学奖。柏林大学的化学教授职务，给他带来许多责任和义务。他四次任德国化学会主席，八次任副主席之职。他是普鲁士科学院院士。日益繁重的教学任务，影响了他的研究工作，这促使他为创办富有活力、不受教学义务干扰的国立研究机构而积极奔走呼号。1910年，威廉皇帝科学促进会成立。1912年，威廉皇帝化学研究所和物理化学－电化学研究所落成。费歇尔多年的梦想变成了现实。费歇尔的研究领域是有机化学，但他决不轻视其它学科的重要性。他领导的柏林大学化学研究所从事的研究不仅限于有机化学，许多其它领域的化学家，如著名的无机化学家、硼氢化学的先驱斯托克(A.Stock)，即毕业于该研究所。他最早认识到放射性的重要性，他在自己的研究所内为哈恩(OttoHahn)和迈特纳(L.Meitner)提供实验室。1914年，第一次世界大战爆发。作为德国化学界的最高权威，费歇尔被政府任命为煤焦油产品生产委员会主席和氮肥增产委员会主席。他中断了大部分有机化学研究工作，积极参与解决战时的各种科学技术问题。他解决了用氨合成硝酸和硝石以代替因海上封锁中止进口的智利硝石的问题；用二甲基二苯脲和二乙基二苯肼代替战时供应不足的炸药稳定剂樟脑；用气提法生产制TNT所必需的苯和甘油；从萘制取重油，从焦炉的焦油中提取短缺的苯酚和甲酚；利用石膏(CaSO[,4]·2H[,2]O)和硫镁矾矿(MgSO[,4]·2H[,2]O)代替中断进口的黄铁矿；战争中毒气的使用，战争后期，食品缺短越来越来严重，费歇尔非常关心氮肥的生产问题；咖啡的替代品；麦秆、树叶、杂草转化为牛饲料的问题；谷物的生长发芽和蔬菜的保鲜等问题。随着战争的继续，德国的失败终成定局，费歇尔越来越悲观失望。战争给他带来了沉重的打击，不仅研究工作被迫停止，还失去了两个儿子。次子WalterFischer1916年11月因精神失常自杀身亡；三子军医AlfredFisher1917年3月在罗马尼亚前线死于斑疹伤寒。费歇尔自己的健康也每况愈下，多年与苯肼的接触，严重损害了他的身体，肺炎、消化不良、支气管炎、失眠、喉炎等病魔不断折磨着他。1918年，战争结束，研究工作逐步恢复。然而，他的身体愈来愈衰弱。1919年7月初，他被确诊为肠癌，手术和药物已无回天之力。费歇尔深知自己将不久于人世。1919年7月15日，一代科学伟人在柏林自己的寓所里服下氢氰酸自杀身亡，终年66岁。为了纪念他，柏林大学在费歇尔工作了26年的化学研究所门前树立了一座雕像。二战中，雕像毁于战火。战后，经费歇尔的学生、普朗克细胞生理学研究所所长奥托·瓦堡(OttoWarburg)的努力，在细胞生理学研究所的花园里，又重新树起了一尊费歇尔青铜铸像。然而，费歇尔的另一位高足克诺尔(L.Knorr)精辟地评论道：“在他一生的工作中，费歇尔自己铸就了一座丰碑，它无疑将与地球文明共存”。二、科学成就1.苯肼和苯胺染料笨肼是鉴别、提纯醛、酮尤其是糖的优良试剂，也是合成染料、药物和其它有机中间体的重要原料。费歇尔偶然发现的苯肼，对他整个科学生涯具有重要影响。1874年，费歇尔获博士学位后，留在斯特拉斯堡从事有机制备工作。他安排实习生用二氨基联苯(H[,2]NCC[,6]H[,4])[,2]NH[,2])，通过重氮化反应，制备联苯酚（4,4′－二羟基联苯）。但得到的却是一种混合产物。费歇尔重复并核实了这位学生的实验。他和拜耳都无法解释这一意外的结果。他错误地推测，或许是由于氧化才导致失败。于是，他在反应物中加入还原剂亚硫酸钾，再次进行实验。然而，得到的是一种沉淀，依然不是预想的联苯。费歇尔认为，沉淀的出现，可能与溶液的PH值有关。于是，他用更简单的硝酸重氮苯代替二氨基联苯，用酸化的亚硫酸氢钾代替中性的亚硫酸钾，进行探索实验。他得到一种盐（即苯肼磺酸钾），用苯甲酰氯进行处理，生成二苯甲酰基苯肼(C[,6]H[,5]NHNHCCOC[,6]H[,5])[,2])。然后在盐酸溶液中水解，形成苯肼盐酸盐沉淀(C[,6]H[,5]NHNH[,2]·HCI)，与KOH作用，就得到了他一生中第一个重大发现——游离碱苯肼(C[,6]H[,5]NHNH[,2])。实际上，在费歇尔之前，R.Schmitt和L.Glutz（1869年），A.Strecker和P.Romer（1871年）通过与费歇尔类似的反应，已经制备出苯肼的衍生物。遗憾的是，他们缺乏费歇尔那样敏锐的洞察力，对自己的发现毫无所知，因而与苯肼这一重要化合物的发现矢之交臂。1875年，费歇尔在他第一篇关于苯肼的论文中，给当时尚未知的母体化合物H[,2]NNH[,2]，取名为Hydrazine（肼）。12年后，T.Curtius制备出这一化合物，命名为diamide（联氨）。1875年秋，费歇尔随拜耳到慕尼黑大学，继续研究他新发现的肼的衍生物。他弄清了苯肼的构造；在克诺尔的帮助下，用苯肼与乙酰醋酸乙酯作用，制得是第一种合成退热剂安替比林，刺激了合成药物工业的发展；他将苯肼与酮和酮酸缩合，合成了吲哚。1884年，费歇尔发现苯肼与醛、酮反应生成结晶状的固体化合物苯腙，苯腙有固定的熔点。随后，又发现苯肼与糖发生反应，不仅能生成腙，腙还能再与苯肼反应，生成脎。脎和腙一样，是结晶状化合物，有固定熔点。因此，苯肼在糖的鉴定中具有重要价值。后来，费歇尔还将苯肼用于确定糖的构型。染料也是费歇尔的早期研究课题。他的博士论文即是研究颜色化学和染料化学。不久，他将自己的兴趣扩展到新的合成染料。1876年春，费歇尔和堂弟奥托·费歇尔合作研究