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艾米爾·費歇爾

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19世紀下半葉和20世紀之初,在有機化學領域中,德國的費歇爾是最知名的學者之一。他發現了苯肼,對糖類、嘌呤類有機化合物的研究取得了突出的成就,因而榮獲1902年的諾貝爾化學獎。他是第二個榮獲此項榮譽的化學家,可見科學界對他的推崇。對於大多數諾貝爾獎獲得者來說。獲獎的成果可以說是他一生中在科學上最主要的貢獻。

1 艾米爾·費歇爾 -個人簡介

艾米爾·費歇爾於1852年10月9日主於德國科隆市附近的奧伊爾斯金亨鎮。兩個哥哥早亡,餘下的是五個姐姐,所以他既是幼子又是獨子,在家裡受到大家的喜愛,他父親勞倫斯。費歇爾是個富有商人,除經營葡萄酒、啤酒外,還是一些啤酒廠、毛紡廠、鋼管廠、玻璃廠及礦山企業的董事。在艾米爾少年時代,他父親正傾注全力發展他的毛紡廠,親自動手建立了一個小染坊,把買來的染料反覆調和進行試驗。由於缺乏化學知識,實驗總不象作買賣那麼順心,為此他常嘮叨:「如果家裡有一個化學家,這些困難便好解決了。」後來相繼建立的鋼鐵廠、水

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泥廠也迫切需要化學知識,致使他父親對化學這門科學更加崇拜。父親的這一思想給費歇爾留下了深刻印象,他暗暗下定決心,將來一定要作一個化學家。

1869年艾米爾以第一名的成績從中學畢業,他沒有忘記父親過去的囑咐:「要把自己的一生獻給科學,你就應該選擇化學。」毅然決定投考大學化學系。當他將這一決定付諸行動時,他父親卻猶豫了,那麼大的家產和企業由誰來繼承?只有艾米爾。於是父親改變了主張,動員艾米爾從商:「你還不滿17歲,這麼小的歲數就入大學也沒什麼意思,是不是花一年半載時間學點商業事務。」父命難違,艾米爾只好到他姐夫經營的一個木材公司見習。

此時的艾米爾一心早已撲在了化學這門科學里了,所以他來到木材場后,很快自建了個簡易的化學實驗室。白天就關在實驗室里按照書本埋頭做實驗,什麼商業買賣,他根本沒去考慮。他姐夫不得不向他父親彙報:「艾米爾這孩子在商業上不會有出息。」面對這一狀況,他父親實在沒辦法,只好讓步,「既然他不願做買賣,就讓他上學吧!」就這樣,文米爾實現了自己的志願,進入波恩大學化學系。

在波恩大學,主要的化學教授是著名的凱庫勒。凱庫勒的講課水平很高,給學生們留下深刻的印象,但是該校的化學實驗室卻非常簡陋,連天平都是不準確的。對此費歇爾有自己的看法,他認為學習化學就必須做化學實驗,只有掌握了高超的實驗技術,才能成為一個有作為的化學家。他的這一觀點幾乎貫穿於他一生的治學活動。他對於創立一整套假說或某一學說絲毫不感興趣。而是致力於發現和闡明新的實驗事實,依靠堅韌不拔的毅力和出類拔萃的實驗技巧,開闢有機化學研究的新領域。為此,他在波恩大學學習了一年之後,就忍痛離開了他尊敬的老師凱庫勒,轉學到舒特拉斯堡大學:從學於實驗有機化學家拜爾。當時,正是德國以染料為中心的有機合成工業蓬勃發展的時候,許多化學家都把合成染料的研究選作自己的課題,拜爾當時的主要研究對象就是曙紅、靛藍等有機染料。費歇爾在拜爾指導下所做的許多實驗大多與染料有關,他的畢業論文就是關於酚染料的研究。在拜爾的指導下,費歇爾不僅全面掌握了化學的最基礎的知識,同時獲得了化學實驗技巧的嚴格訓練。1874年:他以優異的成績從大學畢業,隨後留校作拜爾的助手。

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1875年拜爾應聘去慕尼黑大學,接替剛去世的李比希留下的教職。留戀自己老師的費歇爾跟著來到慕尼黑大學,在這裡他開始研究鹼性品紅。由於成績突出,1878年他被任命為講師,第二年進而被提升為副教授。當時他還不滿27歲。

1882年,他接受了艾爾蘭很大學的聘書、出任化學教授。兩年後又轉到維爾茨堡大學任教。他之所以選擇這所大學,是因為這裡為他創造了一個較好的實驗研究條件;在他完成了教學任務后,可以專心致志地從事他所喜愛的研究。1883年,德國最著名的化工企業——巴登苯胺和純鹼製造公司曾以超過任何大學教授收入的10萬馬克高薪聘請他出任公司的研究室主任,儘管他對染料工業很感興趣,但是喜歡不受拘束地進行科學研究的費歇爾還是果斷地拒絕了。就在維爾茨堡大學的10年中,他在糖類和嘌呤類化合物的研究中取得了突破性的成就。

1892年,柏林大學化學教授霍夫曼去世。柏林大學是當時德國的最高學府,化學教授一職必是聘請德國化學界最有威望的教授出任,所以誰來接替霍夫曼留下的空缺是化學界所關注的。第一位候選人應是凱庫勒,第二位候選人是拜爾,但是他們兩位均因年高而不願離開原地。費歇爾是大家公認最合適的候選人。而費歇爾對自己在維爾茨堡的工作環境很滿意,無意離開。柏林大學和教育當局熱切邀請,費歇爾的父親和妻子也都鼓勵他去柏林應聘,尤其是柏林大學擁有更豐富的科學活動,更可觀的研究經費和一大批優秀的學生,這使他動心了。整整思索了10天,最後他決定去柏林接受聘任。年僅40歲的費歇爾成了德國化學界的最高權威,關於蛋白質和氨基酸的研究就是在這裡開始的。作為當時柏林大學的化學教授,除了完成本校教學任務外,還必須兼任軍醫學院的化學教授,還必須參加醫師、藥劑師、教師的資格審定以及醫療事件的裁定。他經常參加普魯士科學院的有關組織和活動,連續幾屆被選為德國化學會會長。這些繁忙的工作和事務花費了他不少精力,為了不中斷在科學中的繼續探索,他只好有意識地躲避各種社交活動,欣然地犧牲了業餘時間和個人享受。長期的勞累終於拖垮了他的健康。到第一次世界大戰爆發時,他已未老先衰,身患多種疾病。就是這樣,他所處的地位仍迫使他為解決戰時所需求的科學技術問題而奔忙。到1819年他的身體完全垮了,經搶救、療養都無濟幹事。7月15日不幸病逝,終年67歲。

2 艾米爾·費歇爾 -輝煌人生

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費歇爾最初的研究領域是染料,其中最主要的成績是對品紅的研究。1858年霍夫曼曾用四氯化碳處理粗的苯胺,得到一種紅色染料,他稱它為鹼性品紅。它可以直接染毛、絲及棉織品,還是鑒別酮和醛的較好試劑。但是鹼性品紅究竟是什麼?霍夫曼沒有解答。費歇爾仔細地研究了品紅的性質,為合成這一染料提供了實驗基礎。

就在研究各種染料的過程中,他發現了化合物苯肼,它是聯氨(NH2NH2)中氫原子被苯基所取代而生成的化合物(C6H5-NH·NH2)。通過進一步研究,費歇爾還發現它是鑒定醛和酮的更好試劑,為他以後的研究提供了一種重要的手段。

在染料研究中積累一定經驗后,費歇爾把研究對象轉封了碳水化合物,因為他覺得碳水化合物與人類生活關係更密切。碳水化合物最基本的物質是各類糖類,其次是澱粉和纖維素。費歇爾對糖類化合物開始研究時,科學家僅知道有四種單糖(葡萄糖、果糖、半乳糖、山梨糖),它們的分子式都為C6H12O6。雙糖有蔗糖、乳糖,其分子式為C12H22O11,還知道澱粉、纖維素水解的最終產物也是糖類。但是由於相當多的糖類在不純時不易取得結晶而妨礙了對糖類的鑒別和進一步的深入研究。費歇爾發現苯肼與糖反應產生腙,腙在過量的苯肼中進一步形成腙,不同的糖可以形成不同結晶狀態和熔點的腙,運用這一簡單的機理便可以鑒別各種糖。在費歇爾之前,德國化學家吉里安尼已發現葡萄糖與氫氰酸(HCN)的加成反應,其產物經水解和還原后得到了正庚酸,並以此推斷

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出葡萄糖是一種直鏈的五羥基醛;果糖是直鏈的五羥基酮,運用這一機理還可以將戊糖變成己糖、已糖變成庚糖。主要是運用上述兩機理,費歇爾從1884年起,斷斷續續地花費了10年時間,系統地研究了各種糖類。他還發現並總給出將糖類還原為多元醇、將醛糖氧化為碳酸等研究糖類的新方法,在此基礎上他得心應手地合成了50多種糖分子。通過研究,費歇爾確定了許多糖類的構型。例如己醛糖的16種旋光異構體中,有12種是他鑒定的,由於費歇爾的努力,終於探明了單糖類的本性及其相互間的關係。

費歇爾根據他所掌握有關糖類的豐富知識,還提出了一個有關發酵機理的著名假說。。他認為糖類物質由於酶的存在而發生分解,而不同的糖需要有不同的酶的作用才能分解,這可能因為糖和酶的分子結構有某些共同點,猶如鎖頭與鑰匙的關係。

對雙糖類的研究,費歇爾也取得了很大成績,但是對於澱粉、纖維素等多糖類化合物的研究,他卻沒有如願地進行下去。在實驗中常使用苯肼,這使他慢性中毒,不得不停止接觸這一試劑。

從1882年到1906年,嘌呤類化合物也是費歇爾的主要研究對象。這類化合物包括可可鹼;茶鹼、咖啡鹼等有生理活性的物質。因為它們分別是可可、茶、咖啡中起興奮作用的成分,因此費歇爾決定研究它們。

艾米爾·費歇爾科隆市
費歇爾的研究從尿酸入手,尿酸是人們最早認識的嘌呤化合物中的一種。通過深入研究,他逐個地確定了上述物質的組成和結構,還合成了上述物質的母體化合物——嘌呤及其許多衍生物。他製備了當時尚未被認識的天然的嘌呤衍生物,其中包括他發現的安眠藥:二乙基巴比妥酸。他還探索了嘌呤類化合物與糖類及磷酸的結合,指出由它們能夠得到構成細胞的主要成分——核酸,從而為生物化學的發展奠定了基礎。

1899年開始,費歇爾選擇了一個更難的課題,即對氨基酸、多肽及蛋白質的研究,蛋白質與人類的生活、生命關係更為密切。蛋白質的結構非常複雜,一個分子往往有幾千個原子。面對這一難題,費歇爾充滿信心他說:「關於有機合成的這項研究,由於先輩們留下了寶貴的經驗方法,在短短的63年內征服了尿素、脂肪、多種酸類。鹽基、染料等,並進而征服了尿酸和糖類。從而可以斷言,面對任何活著的有機體產物,我們都不必膽怯。」對蛋白質的研究,費歇爾決定從它的基本組成氨基酸開始。為了認識所有的氨基酸,他發展和改進了許多分析方法,將各種氨基酸分離出來進行鑒別。由於他的辛勤勞動,人們認識了19種氨基酸,自然界中有幾十萬種蛋白質,而它們都是由20種氨基酸以不同數量比例和不同排列方式結合而成的。在進一步探索蛋自質的組成和結構及合成方法時,他發現將氨基酸合成,首先得到的不是蛋白質,而是他命名為多肽的一類化合物。將蛋白質進行分解首先得到的也是多肽一類化合物。根據這一實驗事實,1902年他提出了蛋白質的多肽結構學說。指出:蛋白質分於是許多氨基酸以肽鍵結合而成的長鏈高分子化合物。兩個氨基酸分子結合成二肽,三個氨基酸分子結合成三肽,多個氨基酸分子結合成多肽。隨後他合成了100多種多肽化合物,由簡單到複雜,開始只採用同一氨基酸使其鏈逐步增長,發展到採用多種氨基酸使其氨基雙鏈伸長。1907年,他製取由18種氨基酸分子組成的多肽,成為當時的重要科學新聞。由於積勞成疾,身體狀況惡化,也由於第一次世界大戰爆發,費歇爾不得不中斷了這一重要的研究。

「生命是蛋白體的存在方式」。用現代的觀點來看,「蛋白體」實際上就是蛋白質和核酸的複合體。鑒於這一點,可見費歇爾研究工作的重要意義,他為現代蛋自質和核酸的研究奠定了一個重要的基礎。

3 艾米爾·費歇爾 -人物評價

艾米爾·費歇爾波恩大學
對費歇爾來說,他在科學征途上更令人敬仰的成就,卻是在他獲得諾貝爾獎之後完成的。他對科學發展的貢獻,歸納起來,主要有以下四個方面,一、對糖類的研究;二、對嘌呤類化合物的研究:三、對蛋白質;主要是氨基酸、多肽的研究;四、在化工生產和化學教育上的貢獻。由此可見,他的研究領域集中在對有機化學中那些與人類生活、生命有密切關係的有機物質的探索。可以說他是生物化學的創始人。費歇爾的精神十分可佳,費歇爾臨終前仍念念不忘化學的發展,在遺囑中他吩咐從他的遺產中拿出75萬馬克,獻給科學院,作為基金提供給年輕化學家使用,鼓勵他們為發展化學科學而努力。

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