現實生活上,有些人認真完成一件事情,往往沒有結果。但有些人,卻不知道是否是幸運之神眷顧,誤打誤撞,卻反而有了驚人的成果或重大新發現。正所謂「有心種花花不開,無心插柳柳成蔭」


而在科學史上,一些因偶然而起的重要發現,竟也是時有所聞的。這次,就讓我們來看看這些無心插柳柳成蔭的有趣故事……

花青素
花青素


著名的英國化學家,1957年諾貝爾化學獎得主的陶德爵士(Lord Alexander Todd),於1930~1933年間在牛津大學攻讀博士學位,研究花青素(anthocyanin)的合成時,不斷嘗試縮合2,4,6-三羥基苯甲醛與溴化乙醯葡萄糖,總是獲得膠狀產物。

在本世紀的前半葉,化學家沒有高靈敏度的儀器來測定化合物的結構及純度,只有依賴元素分析。如應為固體的化合物,卻得不到具有狹範熔點的晶體時,該物的純度便十分可疑了〔註一〕。

化學家必千方百計努力取得結晶,才算是完成化合物的鑑定。有一天,陶德手持裝有膠質產物的甲醇溶液的燒瓶,在水鍋中加熱濃縮。他做此事時,也一邊喝茶,更迷著填字遊戲。燒瓶的溫度升高,至燙手程度時,他便直覺地把手放開,燒瓶就掉進水鍋裡。這件令他懊惱的事既已發生,是沒法責怪別人的,只好把燒瓶撿出,放在清洗盆,待日後與其他用過的髒器皿一起清洗。

不料隔天他看到浸過水的燒瓶裡面,膠質成了結晶。自此他便很快把數種花青素合成了〔註二〕。這事真有點像弗來明(A. Fleming)發現青黴素(penicillin)的第一步呢〔註三〕!


阿斯巴甜
代糖物

因為重結晶一種二酯的過程中,有一名叫舒拉達(J. Schlatter)的研究員出了點差錯,幸運地發現了阿斯巴甜(aspartame)。在1965年的冬天,他在薛路公司的研究室受命製備一批胃泌素(gastrin)的二前驅體,在再結晶純化該物時,受熱不均勻的懸浮液突沸,有少許飛出燒瓶,濺到他的手上,那時他不以為意,又以二是胺基酸組成,不應有毒,故沒去洗手。隔了不久,結晶完成,並過濾,最後要稱重,他習慣地用食指觸舌,想從放結晶用的紙疊抽起一張時,發現甜味。待他的工作稍緩時,再想到那奇怪的甜覺,及前數小時的行動,認定甜味來源是他製得的二甲酯。這種化合物雖不是新品,但以前沒有人知道它是甜的,而且比蔗糖甜180倍。它簡直是沒有毒性,口感又比糖精(saccharin)優越,沒有金屬餘味。後來以商品推出時,甚受歡迎,尤以冷飲配用,銷路勝過其他代糖物。

世界上各種語文都會有同音字,聽者往往要從前後文或整句去辨別這些字的真實意義。標準英文(即牛津劍橋英文)中test與taste二字的發音有相當大的差異,但倫敦東區的方言發音a字有點近ai,故未習聽這種音調的人會有辨認困難,把test(試驗)聽作taste(品嚐)便不足為奇。這樣一個誤會,又使人類提早發現另一非天然的改造糖。

話說英國倫敦伊利沙白皇后學院有一來自中東的學生,對方言的發音尚不很熟悉,他加入了醣類化學研究室。當時他們正製備一些含氯的分子,教授叫這新學生去做正常的試驗只用了說慣的"testit",卻不再詳細解釋。該生並未知一貫作業程序,又誤以為教授叫他嚐嚐(taste it),便轉2,4,6-三羥基苯甲醛溴化乙醯葡萄糖回實驗室去進行了。至後來再作報告,說出某化合物甜得不得了,才知是一場誤會。這種化合物sucralose,是蔗糖分子中三個OH基各被氯原子取代而生成的。



乾洗溶劑

衣服織物的乾洗法,其發明亦是意外。1845年,巴黎的一個染布人祖里(J.B. Jolly)偶然把煤油(kerosene)濺灑在一塊髒桌布上,發現被濺處變得乾淨了,其後他開了乾洗店營生。安德林(L. Anthelin)在1897年改用四氯化碳,避免了很多不幸的火災。1930年左右,人們紛紛用採毒性較低的三氯乙烯、四氯乙烯為乾洗溶劑。



織物保護劑

許多頻繁使用的現代家具如布料、地氈等,都有防污特性。最著名的牌子是Scotchgard,由美國明尼蘇達州的3M公司所製造。其開發經過,也有「踏破鐵鞋無覓處,得來全不費工夫」的意味。原來3M公司在1945年買得氟化有機物的製造法專利權,欲利用氟碳化物既不溶於水又不溶於油的特性生產一些市場大的消費商品。但是數年間的龐大投資有如石沉大海,他們沒法設計一種無色、無臭,又可適當塗在布料上的聚合物。當時另一小組從事創製防油的含氟彈性物,用作噴射機引擎內的填封劑。當一位名叫雪曼(P. Sherman)的女性技術員把一些樣品拿去測定分子量時,不小心打翻了一瓶,濺到她的網球鞋上。她甚疼惜新購的鞋子,立即用清潔精去洗,發現無效後又換各種有機溶劑,竟也不能除去漬點。過了一些日子,鞋面都髒了,只有從前濺漬處仍潔白如新。她打翻的那樣品,正是找尋織物保護劑的小組所求而未得的東西哩。



染料與醫藥

據說柏金(W.H. Perkin)企圖合成奎寧,卻無意中發現紫色染料之過程,是首先以過鉻酸鉀氧化烯丙基甲苯胺,得到一棕色的髒物,繼而同樣處理不純的苯胺硫酸鹽,又得一黑色沉澱。但此時一些產物滴到實驗桌面,他拿抹布去清理時,布被染成紫色。以後的事就是很多人都知道的歷史了。

靛藍是一種非常重要的染料。我們可以從二十年來牛仔褲風行全球的情況來估計它的消耗量。靛藍本來是從藍草類植物中的一種糖經過水解、氧化而取得的;但現在已完全在工廠製造了。這個發展使得十九世紀末年多處的農業經濟承受摧毀性的衝擊。首先在印度,然後在法國,大片的藍草種植區域都被荒置。依靠種植該草為生的農戶,都失去了生計。

製造靛藍的方法,先是德國大化學家拜耳(A. von Baeyer)教授把靛藍的化學結構定出,又與他的學生們研究出數條合成途徑。但真正實用的方法,是由BASF公司的海曼(K. Heumann)博士所提出。又這方法的可行性則是他的同儕之意外發現:有一位並非做染料方面工作的研究人員沙柏(A. Sapper),他要把從煤焦油煉出的作磺酸化(sulfonation)時,把燒瓶內的溫度計打破了。溫度計內的汞與硫酸反應,生成了硫酸汞。這種化合物可以促進環斷裂,以前沒有人知道,但因有它的存在,沙柏做壞了的實驗便製出酸酐(phthalic anhydride)。因此酸酐便容易取得,而海曼利用它來合成靛藍。

化療法(chemotherapy)的祖師是德國人埃力克(P. Ehrlich)。他與柯克(R. Koch)共同工作時,在顯微鏡下觀察結核桿菌很不容易,他想用染料幫助,沒有成功。但在繼續實驗時,他偶然把裝有細菌及苯胺染料的碟子放在一個火爐上。忽然有別的事使他沒有拿走碟子,便即離開。後來有人把爐子點火,又過了一些時候,埃力克才想起他的細菌,匆匆撿回時,卻見細菌內著色,就此發現了關鍵在於加熱。此後他更觀察到某些染料能殺死一些細菌,但不影響其他種類。他倡導「魔彈」(magic bullet)治病的構想〔註四〕,便由此而生。



螢光劑

美國紐約州立大學石溪分校化學系,柯索華(E.M. Kosower)教授實驗室發現了一類新型的螢光劑,純因巧合機緣。始作俑者是一位學生實驗操作大意,把一些產物溶液灑在實驗桌旁的地上,他當時用二氯代氫唑酮去製備炔酸(式二),並非有意合成bimanes。學生潑了的一點溶液,早已乾涸,但晚上柯索華教授巡視實驗室時,打開了門,還未及開燈,卻看到地上光點。次日問起學生,追尋所做實驗,才找出能在暗裡發亮的化合物,只是一極微量的副產品,只有萬分之三的產率。及知道結構後,用別的方法去合成,當然可得到很多的螢光劑了。



火藥棉

臭氧的發現者是瑞士人尚班(C. Schönbein)教授,他也發明了無煙火藥的前身。火藥棉的發明,也是個很有趣的故事。尚班在巴素大學教書,但常常在家裡做些實驗。對此他的太太很不高興,尤其是實驗的地點是在她的廚房。尚班會待太太外出才去實驗,避免爭吵。怎知在1846年,他做實驗時,把蒸餾的硫酸及硝酸的瓶子打破,酸液流得滿地。他知道闖出大禍,妻子回來一定大發雷霆了,在匆忙收拾殘局時,用了太太的圍裙拭抹酸液。之後洗淨圍裙,並掛在火爐前烘乾,希望瞞過妻子,怎知圍裙乾時,立即起火,並且在一瞬間便消失了。尚班在不知不覺中進行了纖維的硝化反應,而硝化纖維在高溫會自燃。多元醇的硝酸酯,都是含高能的物質,易作爆炸性的分解、燃燒。硝化甘油屬於同一類。



安全玻璃

法國人皮羅茲(T. Pelouze)用硝酸處理紙。他的學生梅拉爾(L. Menard)又把這些紙拌以酒精或乙醚,得到糊狀透明液體,是為火棉膠(collodion)。因該物易得,一時許多人都弄點來做各類試驗。在1903年,另一法國人班尼迪(E.Benedictus)把一個空玻璃瓶推倒,奇怪的事發生了:碎了在地上的瓶子沒有散開。他撿起碎瓶察視,看到一層薄膜,黏住碎片,想起燒瓶原本裝有火棉膠,只不過溶液已蒸發了。

事情過後,他並未去多想這意外帶來的啟示。但再過了一些時日,報載有汽車意外撞破擋風玻璃,車上乘客因而受傷,班尼迪看到這樁新聞,忽然有了靈感,聯想到一種用火棉膠塗敷在玻璃上以保安全的方法。最早期的安全玻璃,就此誕生。



玻璃陶瓷


玻璃是相當易碎的物質,因為玻璃熔漿冷卻時固化迅速,原子間沒有很規則排列。但經特殊處理,有些玻璃的性質可被改變,增加其機械強度。這個發現,是因為失手而得。1955年,美國康寧玻璃工廠內,史督奇(S.D. Stookey)試圖製造光感玻璃,想藉著它們的感光性來簡化刻蝕複雜圖案。有一次,他在下班前忘了把一批玻璃從火爐拿出,次日他也許因而心緒不寧,鉗子沒緊夾上的一片經熱處理過夜的玻璃,滑落地上。奇怪的是那片玻璃非但沒被炸碎,反而彈了起來。這是前所未聞的事,引起他及一些同事的好奇心,同時也喚起更深入的研究,以了解這些含有特殊成分的玻璃受熱的影響。熔漿固化只產生常態玻璃,但再經兩步處理,便可把它變為陶瓷。首先在800℃,二氧化鈦(TiO2)有核化作用,第二步把溫度維持在1100℃~1200℃時,玻璃變成微晶體。這變化是鹼灰(soda lime)玻璃所不能為的,原因是沒有核化劑時,結晶在表面開始。有趣的史實,是在1895~1920年間,在法國曾用廢玻璃與玄武岩碎片(恰好含有TiO2)鍛燒得到的材料來鋪路。但沒有人知道這些成品的特性。

玻璃陶瓷有許多優點,因此用途廣泛。它們可以用處理普通玻璃的方法成形(如吹、拉、壓、自動機械)、可造透明或半透明器物、並具有非常低的膨脹係數、表面硬度可達硬化鋼之譜、高機械強度、抗磨損、耐高溫等諸項優點。又比最好的瓷有更佳的電絕緣性、化學穩定性及更緊密的結構。



鉑黑

 美國伊利諾大學的化學系,在上半世紀是美國首屈一指的研究與教學機構,聲譽還在哈佛、加州大學等之上。其原因是系主任亞當斯(R.Adams)延攬、領導一批幹練又充滿活力的教授,再加以他本人有出色的研究,又十分活躍於美國化學會,與工業界保持極良好之關係。他的學生包括發明尼龍的柯洛塞茲(W.Carothers),及已故台大校長,中央研究院院長錢思亮。但在學術上使亞當斯名垂化學史冊的一件事,是他發明了氫化用的二氧化鉑(PtO2)催化劑。

氫化在化學工業上很重要,植物油的固化便是利用這反應。自從法國人薛巴提(P. Sebatier)創用粉末狀鎳促進不飽和有機物的氫化後,很多人試探其他金屬的性能。鈀、鉑等貴金屬證明有效,但這些催化劑不易複製〔註五〕。1922 年,亞當斯與學生們費了一年多時間,終於把鉑黑(platinum black)製法標準化。亦即按照一定的實驗程序就可以取得有高效能的催化劑,不像從前,只碰運氣,到最後才知道結果的好壞。他們用甲醛在鹼液中把氯鉑酸(H2PtCl6)還原的方法,既已屢試不爽,就取一盎司的氯鉑酸來大量製造。這次偏偏在緊要關頭出了意外:沉澱後的鉑黑,正待收取時,瓷皿破裂,內物流失在木桌上。一盎司的氯鉑酸,所值不菲,當然是不能棄而不顧。補救之道,是把木桌表面刮下,再行將該一雜物處理。不過他們用盡了正常的方法,得回的鉑仍含雜質。於是亞當斯決定把它與硝酸鈉(NaNO3)共熔,以除去有機物,結果得到一種棕色的二氧化鉑(式三)。

 這二氧化鉑可被氫化,生成性能極佳的鉑催化劑。此後,共熔法便成正宗了。



橡膠加工

生橡膠加硫並以火處理,才使橡膠成為有用的物品。古德伊爾(C. Goodyear)掙扎了多年,最後發現的方法,也是因他無意潑了橡膠及硫的混合物在火爐上,煎煮一陣才完成。



消炎藥

市上流行的退燒止痛藥之一,是Tylenol。其結構是對羥乙醯苯胺。較早時,乙醯苯胺也是廣用的消炎藥。

其藥效是顧名可思的:antifibrine。發現此藥的人,可算是混蛋。緣在1886年,古士茂(A.Kussmaul)在史特拉斯堡工作,叫助理找尋殺人體寄生蟲的藥。名叫克安(A. Cahn)及赫普(P.Hepp)的兩位助理,異想天開,想試試用(naphthalene)去給病人吃。他們在化學藥品儲藏室看到一瓶標籤模糊的固體,不管如何就餵給一病人。這病人恰好在發高燒,吃了「」,燒卻退了,但大便沒有排出寄生蟲。這些愚昧的助理也算盡責,把病情報告了。因為不能
退燒,病人吃的一定是別樣的化合物。最後分析,所謂「」的東西原來是乙醯苯胺。



冷凍精子


生物細胞與組織,可以在液態空氣下作長久保存。加入甘油的要項,是一件錯誤的喜劇。原來在1949年,英國倫敦北郊的國家醫學研究所,有一組人找尋禽類的精子保存法。他們正在嘗試加入各種濃度的果糖溶液在精液內,然後冷卻。這些研究員與另一組共同使用一些空間,故藥品也放在附近。原先一組的人,試完果糖液後,繼又拿了旁邊沒有標籤的液體〔註六〕,混在精液內,便得到優異的效果。經查證,所用的液體含有甘油,才使冷凍的精子不破損。







註一:早年的高分子化學發展受阻,而且為正統有機化學家所懷疑,其原因之一便是沒有得到晶體。

註二:某種化合物一旦結晶成功了,留下晶種,日後要取得一批同樣的化合物之晶體就不會太困難了。有人言之鑿鑿,謂結晶在一房間分離後,小晶種便飄浮在該處空氣中,久久不失。以後要結晶同一化合物,再不需晶種。更有人說,長了一大把鬍子的人,附有各類晶種,洗之不去,通常他們是結晶能手。信不信由你!

註三:弗來明把一棄置於清洗槽的培養皿拿起,才看出菌群溶化的怪現象。

註四:病原在身體裡面組織時,不能直接施藥在該部位。如果藥沒有選擇性,則通過的器官會使有效療量減少,這樣的情況更有損害這些其他器官的危險。「魔彈」是理想中有高度選擇性的藥物,作用集中於病灶。

註五:催化劑的表面構造非常重要,往往要依照一定的處理才能得到所需構造。所謂表面,不單是外表,有些催化劑是以洞穴內促進反應的,這樣的情況下,有效作用在洞穴內發生。酵素的催化反應也是依此。

註六:可能是紙標籤貼在瓶上過久,脫掉了。

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