化學發展史

阿斯匹靈的故事(History of aspirin)(II)

阿斯匹靈的故事(History of aspirin)(II)
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

Kolbe與他的學生Friedrich von Heyden最早提出使柳酸的製造過程工業化,即著名的Kolbe製程(process)。這個製程使柳酸的生產成本與由天然物萃取相較降低了10倍,也因而奠定今日製藥工業的基礎。

由於柳酸的可使用量增加,因此醫師也開始將其用於治療牙痛及偏頭痛。這也使在Heyden的工廠柳酸的產量每年增加6倍,到了1878年其產量達24000公斤。

在那時候,有一家以生產染料起家的新興公司Bayer,開始將其事業版圖擴展至農業化學品與藥物上。這些早期的藥物化學家試圖改變柳酸的結構,以尋求較沒有副作用的柳酸衍生物。

有許多類似藥物產生,並使用在病人身上。但直到1897年拜耳(Bayer)公司的有機化學家Felix  Hoffmann首先合成了乙醯柳酸(acetylsalicylic acid)(ASA),並藉由相當成熟的結晶技術,使其純度到達醫療用的水準。Hoffmann的ASA免除了以往其它藥物的副作用,也因此被譽為”神奇之藥”(miracle drug),並命名為阿斯匹靈(Aspirin),爾後阿斯匹靈也成為百年良藥。這對Hoffmann而言是無上的榮譽與成就,並且也使他的父親免於受因罹患嚴重風溼病而長期服用柳酸鹽類所導致的嘔吐與胃穿孔等症狀之苦。當然有些副作用仍然存在,如長期服用所產生的不適感,及對少數小孩會引發雷氏症候羣(Reye’s  syndrome),因此不再建議用在青少年及小孩的發燒症狀上。

阿斯匹靈的故事(History of aspirin)(I)

阿斯匹靈的故事(History of aspirin)(I)
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

阿斯匹靈是史上最成功的藥物,有著令人不可思議的故事。它是人類第一個藉由巧妙的化學操弄,將天然物的藥性最佳化的卓越範例。故事開始於3500年前,古代埃及的醫師就發現柳苷(salicin)可用於治療風濕病及背部疼痛。我們可從Ebers留下的紙抄本找到877種藥方,描述這個時期他們如何從桃金孃(myrtle)的樹皮中熬煮出柳苷。當然早期的人們沒有活化混合物成分的知識與能力,也不知道其功效可能是某種單一成分,這種情況直到19世紀化學時代來臨才有所改變。在這個最初文獻記載出現後大約過了一千年,醫學之父(希臘的名醫)希波克拉底(Hippocrates)在其藥方中使用柳樹皮的萃取物來治療疼痛、發燒及婦女生產等問題。

pH值(pH Value)的意義及發展歷史

pH值(pH Value)的意義及發展歷史
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系李俊毅責任編輯

酸的強度除了可以利用酸解離常數Ka的大小來決定外,也可以用氫離子濃度[H+]的高低來判斷。隨著1890年間,離子理論發展漸臻成熟,科學家也越來越確定氫離子濃度與酸度之間的關係:[H+]值越大,其酸度越高。延續19世紀末化學家在電解質研究領域中的熱情,德國生理學家漢斯•威廉•卡爾•弗蘭德泰爾(Hans Wilhelm Karl Friedenthal, 1870-1943)除量測多種有機弱酸的解離常數之外,他更製作氫離子濃度尺度,羅列出在加入植物染料(vegetable dye)作為指示劑(indicator)的情況下,溶液中不同氫離子濃度與顯現顏色之間的關係。這也是科學史上,第一個有系統性地表達「氫離子濃度」與酸度大小之間關係的記載。 將這個概念發揚光大的,是丹麥生化學家索倫•彼得•勞里茲•索倫森(Søren Peter Lauritz Sørensen, 1868-1939)。自1901年開始,索倫森一直致力於酵素催化反應(enzyme-catalyzed reaction)的研究。他認為以傳統酸鹼滴定的方法來研究酵素反應並不適宜,因為溶液的酸鹼度除了取決於電荷分離效應達平衡的結果,另外有些受質(substrate)也可能與酸或鹼性物質結合,導致誤差,故此他主張,決定酸的真正強度(原文:wirklichen sauregrad; 英譯:real degree of acidity)最佳方式應是測量溶液中氫離子的濃度。

磚的歷史(The History of Brick)

磚的歷史(The History of Brick)
國立台灣師範大學化學研究所周煜翔/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

磚最早的形狀被發現於西元前7500年(需要引證)。他們在「Çayönü」,一個位於底格里斯河上游和安納托利亞東南方,靠近Diyarbakir(土耳其東南一座大城)的地方被發現。其它最近的研究結果顯示,發現日期約在西元前7000年到6395年之間,來自耶利哥和Catal Hüyük(位於今日的土耳其)。從考古學證據顯示,焙燒過的磚的發明 (與更早期以太陽烘乾的泥磚相對) 被認為約在西元前三千年形成於中東。由於磚能良好的抵抗寒冷和潮濕的天氣,在有惡劣氣候不能使用泥磚的地區,磚能建造永久的建築物。磚有在日間從太陽慢慢地存放熱能使其增溫的好處,且能在日落以後持續散熱數個小時。

酸鹼(Acid and Base)化學的發展史(二)

酸鹼(Acid and Base)化學的發展史(二)
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系李俊毅責任編輯

pH值的提出—化繁為簡西元1909年,丹麥生化學家索倫森(Søren Peder Lauritz Sørensen, 1868-1939)發表了pH值的概念,以簡單的數學方式來表達阿瑞尼士理論中,「氫離子濃度越高,酸性越高」的意涵。他所引進的表達方式中,p代表一切數值取對數後的負值,而H則代表氫離子的濃度,pH值即為-log[H+]。在其發表的論文中,也企圖以電極電位測量的方式來決定水溶液的pH值,雖然他所提出的方法繁瑣複雜、結果也未臻完善,但開啟了「pH值測定儀」發展研究之門。

三星輝映的1923
西元1923年,丹麥物理化學家布忍斯特(Johannes Nicolaus Brønsted, 1879-1947)與英國有機化學家洛瑞(Thomas Martin Lowry, 1874-1936)不約而同提出「酸鹼反應中,捐贈質子(proton donor)者,謂之酸;而接受質子(proton acceptor)者,謂之鹼」的理論,以補阿瑞尼士學說中,只侷限「酸鹼反應」在水溶液中進行的不足,是為如今為人熟知的「布洛學說」(Brønsted-Lowry Acid-Base Theory)。

酸鹼(Acid and Base)化學的發展史(一)

酸鹼(Acid and Base)化學的發展史(一)
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系李俊毅責任編輯

在好奇與探究天性的驅使下,早在西元前的希臘城邦時代,人們對於「揭開物質神秘面紗」,進而「剖析物質」就已產生濃厚的興趣。在知識萌芽的當時,人們經常用來認知「物質」的方法,是現在已不適合安全標準的「品嚐法」,「酸味」即是當時他們對如「醋」般物質,所給予的定義。

化學史(History)

化學史(History)
國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

  化學的起源可追溯到人類從燃燒反應所觀察到的許多現象,因而發展出冶金術(metallurgy),它是從礦石中提取金屬的一種科學方法。由於人類對黃金的貪念,因此發現了將其純化的方法。但人們對其原理並不瞭解,且他們希望獲得物質轉換法的慾望勝過將其純化。在那個時期的許多學者都深信在自然界中存在著可將較便宜的金屬轉變成黃金的方法。因而有煉金術(alchemy)的誕生,他們不斷尋找所謂的魔法石(philosopher’s stone),並且相信物質只要與魔法石接觸就能轉變。