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近代化学家弗里德里希·维勒(Friedrich Wöhler,1800—1882)
如果回到1828年之前,如果你问一位化学家:“我们能在实验室里用烧瓶和化学品造出尿素吗?”他很可能会摇头。因为当时几乎所有人都相信,有机物——那些组成生命体的物质——只能在神秘的“生命力”作用下,由活的生物体制造出来。这个延续了两千多年的信念,在1828年2月22日被一个28岁的德国年轻人改写了。
这一天,德国化学家弗里德里希·维勒(Friedrich Wöhler,1800—1882)给他在瑞典的老师贝采利乌斯写了一封信,兴奋地报告了一个重大发现:他在实验室里用无机物合成了尿素——一种典型的有机化合物。他用一种近乎得意却又克制的语气写道:“我能够制造尿素,而不需要肾脏,无论是动物的还是人的。”
这封信的内容随后被整理成论文《论尿素的人工合成》,发表在贝采利乌斯主编的《物理学和化学年鉴》上,如同一块巨石投入了当时化学界平静的湖面。
一个“不务正业”的医学生
维勒1800年7月31日出生在法兰克福附近的埃施尔海姆,父亲是一位医生。少年时期的维勒并不是传统意义上的好学生——他成绩平平,却有一个特别的爱好:化学实验。他把自己的书房变成了一个“小实验室”,在那里收集矿物、做各种化学实验,常常忙到深夜。正是这份少年时的痴迷,为他日后改写化学史埋下了最初的伏笔。
1820年,维勒进入马尔堡大学学医,两年后转学到海德堡大学。在完成外科医学博士学位的同时,他跟随著名化学家利奥波德·格麦林系统学习化学。格麦林很快发现这位年轻人的化学天赋远超他的医学兴趣,便建议他去瑞典,跟随当时欧洲最负盛名的化学家——永斯·雅各布·贝采利乌斯继续深造。
在斯德哥尔摩的一年里,维勒不仅接受了当时最顶尖的化学训练,还与贝采利乌斯结下了一生的师生情谊。有趣的是,“有机化学”和“无机化学”的区分,正是贝采利乌斯依据“是否需要生物参与”来定义的。贝采利乌斯坚信:有些化合物无法用人工合成,需要生物参与才能产生,这背后必有某种特殊的“生命力”在起作用。然而,他的学生维勒即将亲手推翻这一学说。
改变化学史的白色晶体
1824年,回到德国的维勒开始研究氰酸铵的合成。他将氰酸与氨水混合,在加热过程中,一种白色晶体从溶液中析出。起初,维勒以为这就是他想要的氰酸铵。但当他测试这种晶体的性质时,发现它既没有氰酸盐的典型反应,也没有铵盐应有的特征。
这一发现令他困惑不已。在随后长达四年的时间里,他反复合成、反复检验,最终确认:这种白色晶体,就是尿素——一种在此之前只能从动物尿液中提取的有机物。
今天的我们或许很难体会这个发现有多震撼。在19世纪早期,化学界普遍信奉“生命力学说”(Vitalism):有机物只能由生物体内的神秘“生命力”合成,无法在实验室中人工制造。这一学说最早可追溯到古希腊的亚里士多德,他认为生命区别于非生命的根本在于“灵魂”。到了19世纪初,贝采利乌斯将这一思想正式化为化学界的权威理论。
然而,维勒的实验结果却用铁一般的事实表明:有机物完全可以由无机物在实验室中合成,根本不需要什么“肾脏”或“生命力”的参与。维勒的论文发表后,“石破天惊,它打破了多年来占据有机化学领域的生命力学说,引起了化学界的一次震动”。恩格斯后来评价道,维勒合成尿素“扫除了所谓有机物的神秘性的残余”。
当学生挑战权威
维勒的发现来得并不容易。他面对的最大阻力,恰恰来自他最敬重的老师贝采利乌斯。
当维勒兴奋地写信报告这一发现时,老师并未像学生那样惊喜,而是幽默地反问了一句:“看能不能在实验室造出一个小孩子来?”这句话看似玩笑,背后却反映出贝采利乌斯对这一发现的审慎态度。在贝采利乌斯看来,合成了一个相对简单的尿素分子,距离证明整个生命体可被人工构建还差得很远。他甚至曾怀疑维勒的实验产物只是某种氰酸铵的变体,而非真正的尿素。
贝采利乌斯并非固执保守的教条主义者——他深刻理解了这一发现的化学意义,并由此敏锐地提出“同分异构”概念:氰酸铵与尿素分子式相同,化学性质却截然不同。但他也同样敏锐地预见到,一个实验的突破尚不足以根本推翻整个“生命力”学说。生命力的命题过于宏大,需要不止一代化学家的持续努力才能最终瓦解。事实证明,贝采利乌斯是对的:生命力学说并未在1828年“一夜暴毙”,而是在之后几十年中,随着乙酸、酒石酸、油脂等一系列有机物相继被人工合成,才逐渐被科学界彻底抛弃。
正是这种师生之间既有尊重又有分歧的互动,构成了19世纪科学史上一段精彩的思想对话。维勒用实验敲开了有机化学新世界的大门,而贝采利乌斯的审慎则提醒我们:科学的进步往往不是一次性的“敲钟”,而是一个不断积累、不断修正的漫长过程。
不只尿素:维勒的化学足迹
尽管尿素合成是维勒最著名的成就,但他的贡献远不止于此。1827年,维勒通过金属钾还原氯化铝的方法,首次制备出纯的铝单质。要知道,当时的铝比黄金还要昂贵,维勒的方法为铝的工业化生产打开了大门。
1828年,他发现了铍元素。他还从硅铍钇矿石中分离出了钇单质,他研究了硼、钛、硅的化合物,发现了硅的氢化物(硅烷),还从植物中分离出了氢醌、尿酸和可卡因等物质。
这些成就使维勒成为19世纪最高产的化学家之一,他一生发表的化学论文多达270余篇。1836年起,他担任哥廷根大学化学教授,在此执教长达46年,培养了一代又一代化学人才。他与小他三岁的尤斯图斯·冯·李比希结下了终生的友谊与科研合作关系,两人一同开创了有机化学的系统化研究。虽然李比希的光芒更为耀眼,维勒却甘之如饴,正如一位传记作者所评价的:他们是科学史上难得一见、真诚无私的搭檔。
从传奇到历史:一个被过度简化的故事
然而,科学史学家告诉我们,关于维勒“一锤定音地终结活力论”的说法,其实是一个被过度简化的传奇。
1944年,科学史家道格拉斯·麦基在《自然》杂志上撰文指出,维勒尿素合成“敲响了有机化学中活力论的丧钟”这一论断,与伽利略从比萨斜塔上扔下两个不等重重物的传说一样,是一个牢固确立但事实并不完全吻合的“科学传奇”。事实上,在维勒的实验之后,许多化学家仍然继续断言生命力的存在,并描述其在有机物形成中的作用。
真正的革命不是一场孤立的实验,而是一场持续数十年的科学积累。维勒的发现只是一个重要的开始,它打开了一扇门,但门后的道路——从人工合成乙酸、酒石酸、油脂,到现代有机合成化学的全面繁荣——需要整整几代科学家共同走完。
维勒于1882年9月23日在哥廷根逝世,享年82岁。由于他杰出的化学贡献,一生获得的荣誉纪念物多达317种。他的墓碑上或许没有刻下太多华丽辞藻,但他的工作为整个有机化学奠定了基础,也彻底改变了人类对生命本质的理解。
被改写的历史
如今,当我们服用阿司匹林时,当医生用抗生素对抗感染时,当化学工程师将石油转化为合成纤维时,很少有人会想起维勒的名字。但这些现代奇迹,无一不是建立在他那一个看似简单的发现之上。
维勒的工作像一颗投入思想深湖的石子——初看只激起一小圈涟漪,但它扩散的波纹最终冲刷了整个化学乃至生命科学的海岸线。如果说有机化学是一座大厦,维勒就是那个在地基上刻下第一道刻痕的人。
更有趣的是,维勒从来没有刻意去“推翻”什么。他只是对实验现象感到好奇,在四年间反复追问“这种白色晶体究竟是什么”,最终用事实回答了自己的困惑。他点燃的不是挑战权威的战火,而是人类对自然奥秘永不停息的求知之心。正如他自己所体验的那样——一个意外的发现,往往比精心设计的实验更能推动科学的边界。
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