弗里茨·哈伯的学术成就
获得编外讲师职位后,哈伯开始从事电化学研究。他的第一项成果,是硝基苯的还原作用。这项研究,使他声名鹊起。这时的哈伯,最擅长的仍是有机化学,但同时,他又将新学到的物理化学知识应用于有机化学中。盖特曼(L.Gattermann)及其他的化学家,对硝基化合物的电化学还原反应进行过研究,获得大量的不同还原态产物。当时的研究似乎表明,这些还原产物的性质和相对比例,取决于电解质的酸碱度、电流密度、通电时间和金属电极的性质。认为还原作用是由初生态氢引起的。但这种观点,无法解释初生态氢在活性上的巨大差异。1898年,哈伯确立了电极电势的重要性,澄清了电化学中的一些错误认识。
按照能斯特(H. W. Nernst)理论,气体的电极电势由电极上气体的有效浓度决定。哈伯认识到,电极电势由阴阳两极气体活度的比值所决定。在1898年发表的关于硝基苯的电化学还原反应的论文中,哈伯首次提出电极电势决定还原能力的观点,认为电极电势越高,还原剂的还原能力越强。早期的研究者通常用比较恒定的电流密度,逐渐增大阴极的电势。哈伯认为,这样相当于使用还原性逐渐增强的一系列化学还原剂,同时生成一系列主要还原产物。哈伯计划在电解过程中改变电流,在电流密度-电极电势曲线的转折点下,保持被极化阴极的电势恒定,这样,释放出的氢用来还原去极剂。为了从低的阴极电势开始,逐步分离主要的还原产物,哈伯用氢超电势低的铂(有时用镍)作电极。他认为,氢超电势高的电极如锌,会产生很强的还原反应。他采纳勒金的建议,使用辅助电极测定和控制阴极的电势,用薄壁毛细玻璃管将辅助电极和阴极相连,这样就消除了通过电解液的电势降。
他用铂作阴极,在低电势下电解硝基苯的碱溶液,出乎原先的预料,得到主要产物是氧化偶氮苯。根据巴姆贝格(Barmberger)一系列有关硝基苯、亚硝基苯和苯胲还原的研究,哈伯证明电化学还原反应和普通的化学还原反应遵循同样的步骤:RNO2(硝基苯)→RNO(亚硝基苯)→RNHOH(苯胲)→RNH2(苯胺),其它产物来源于副反应。氧化偶氮苯作为主要还原产物出现,是由于在碱性溶液中,中间产物亚硝基苯和苯胲发生了去水反应:
RNO+ RNHOH=RNONR+H2O…………………………
哈伯证明,无论是普通化学反应还是电化学反应,都存在亚硝基苯和苯胲,亚硝基苯是一种比硝基苯更强的去极化剂,因此只能存在于极稀的溶液中。然而,通过偶氮染料固色,能够检测到亚硝基苯和苯胲。他还成功地通过硝基苯的电化学还原反应,制备大量的苯胲,该反应在弱碱性缓冲溶液中进行,用适当高的电势,以能够瞬间还原亚硝基苯为苯胲,从而避免生成偶氮苯,但电势又不能过高,以免进一步还原。他还探讨了偶氮苯的生成,它也是硝基苯的一种电化学还原产物。氧化偶氮苯在强还原作用下只生成二苯肼。哈伯指出,硝基苯在碱性溶液中按下列反应快速生成偶氮苯:
2RNO2+3RNHNHR=RNONR+3RNNR+3H2O…………
哈伯认为,在碱性溶液中,用低氢超电势的阴极电解硝基苯,主要产物是氧化偶氮苯;使用高氢超电势的阴极电解硝基苯,还原作用更强,得到二苯肼,最终生成苯胺。
哈伯还研究了在酸性溶液中硝基苯的电解还原作用,发现反应(1)变得非常慢,但在强酸性溶液中,苯胲迅速转变成对氨基苯酚,二苯肼转变成联苯胺,主产物有对氨基苯酚、联苯胺和苯胺,比例由酸的浓度决定。
哈伯的成功,举世注目,成为他在电解还原和氧化领域研究的极大推动力。1898年,在进入卡尔斯鲁厄技术大学4年后,哈伯被提升为副教授,年仅30岁。同年,他的第一部著作《工业电化学的理论基础》问世,进一步提高了他的声誉。他已经建立了一个公认的电化学学派。这是他创造力最为旺盛的时期,但持续的超强度工作,损害了他的健康。他对工作的专注,达到忘我的境地。在早期的研究生涯中,他仅仅在他意气相投的朋友小圈子中,寻找短暂的放松。和他交往的多是些教师、作家和艺术家,哈伯喜欢和他们一起高谈阔论,但即使在这种场合,也不愿让自己的脑子休息。1902年,哈伯被德国本生学会作为代表派去参加美国电化学会年会,由此可以看出哈伯的声誉。他出众的才华和严谨的态度,给美国同行留下了深刻的印象。他在会所作的长篇报告,获得了欧洲和美国化学家的好评。该报告于1903年发表在《德国电化学学报》,被认为是电化学工业史上具有永久价值的杰出文献。 1904年,哈伯开始研究氨的平衡。当时,他担任维也纳马古里(Margulies)兄弟的科学顾问,兄弟俩对新的工业固氮方法很有兴趣。通过氮和氢的混合气体,在催化剂的作用下,可以连续合成氨。但是,最大产率总是受到氨平衡的制约。哈伯决定首先研究这个问题。曾有化学家作过氮化钙和氮化锰的还原和再生实验,但由于需要高的温度,表明钙和锰这些金属无法用做催化剂。1884年,拉姆塞(Ramsay)和 扬(Young)尝试氨的热合成法。他们发现,在800℃下,用铁作催化剂,氨绝不会完全分解。于是,他们试图利用其逆反应合成氨,可是根本得不到氨。通常认为,氮的化学性质极不活泼,只有在高温下才能与氢化合,而实际上,高温下氨的分解有非常彻底。
他的第一个探索实验,是在1020℃下,以铁作催化剂合成氨。虽然哈伯完全清楚高压对氨合成有利,他还是选择了一个大气压,因为需要的设备简单。出乎哈伯的预想,实验非常顺利,第一次就实现了氨的平衡。然而,氨的浓度很低,在0.005%~0.012%之间,难以选择一个最接近真实的数据。当时,他倾向于上限值,但后来的研究表明下限值才接近于真实值,高的产率可能是新制铁催化剂的特殊作用。确定氨平衡状态的最初目的达到了,他用这段话描述了他的实验结果:“将反应管加热到暗红热以上,在常压下,不用催化剂,顶多只有痕量的氨产生,即使极大地增大压力,平衡位置依然不理想。在常压下,使用催化剂,要获得实际成功,温度不能高于300℃。”看来直接合成氨作为工业固氮的基础,似乎没有多大的希望。哈伯放下这个问题,终止了和马古里兄弟的合作。1906年,能斯特在考察气体平衡的实验数据时,发现在氨的个案中,哈伯的数据和热定理计算值之间存在很大的差异。于是,能斯特在高压下(50个大气压),重新测定氨的平衡数据,使用高压的目的是为了提高氨的浓度,从而降低实验误差。能斯特首次通过加压合成了氨。他得到的氨比哈伯的数据少得多,和理论值比较接近,如在1000℃时,理论值0.0045%,能斯特0.0032%,哈伯0.012%。1906年秋,能斯特在给哈伯的信中谈到了这一情况。于是,哈伯和罗塞格尔(Le Rossignol)用原来的方法,在一个大气压下重新测定氨的平衡数据,实验非常精细,结果与先前的数值很吻合,如在1000℃时,新值为0.0048%,和原来测定的下限0.005%接近。同时证明如能斯特坚持的那样,哈伯最初的近真值0.012%的确过高。哈伯与能斯特实验数据的差异,大大缩小了,但没有完全消除。1907年德国本生学会的会议上,能斯特报告了他的压力实验。在讨论过程中,哈伯宣布撤回原先0.012%这一估值,并公布了新的数值。哈伯的数值依然比能斯特的高50%左右。能斯特拒绝承认哈伯新测定值的精确性,认为在一个大气压下,氨在平衡混合物体系中的浓度很低,建议哈伯应该在高压下进行研究,以消除误差来源。能斯特认为自己的数据才值得信赖,与热定理相吻合。
哈伯坚信自己数据的精确性,视能斯特的观点为自己的奇耻大辱,觉得自己的荣誉受到损害。哈伯和罗塞格尔立即对氨的平衡重新进行精确的测定。这次,是在30个大气压下进行实验。他们的设备非常简单,但能极好地满足实验目的。通过氨的热分解,得到氮和氢的混合物,将其通过装有铁或锰催化剂的厚壁石英管。然后,平衡混合物被迅速移走,进行冷却分析。哈伯根据新数据导出的自由能方程表明,氨的产率能够高到适用于工业目的,只是条件苛刻,不易达到。例如,在600℃,200个大气压下,氨的转化率达8%。但当时压缩机所能达到的最大压强也就是200个大气压,还没有大规模的化学操作使用过如此高的压力,而且最好的催化剂(铁、锰、镍)在700℃时活性大大降低。因此,如果克服了催化剂和高压的障碍,无疑将开辟一条工业合成氨的光明之路,固氮的问题也就迎刃而解。哈伯接受了这个挑战,因为,他有亲密的理想合作伙伴罗塞格尔的鼎力相助。高压技术不久在卡尔斯鲁厄实验室推广使用,并得到罗塞格尔的改进。罗塞格尔心灵手巧,一流的实验技能,有口皆碑。研究工作开始于1908年,他们设计制造了一种转化器,它安装在钢制的高压弹中,在200个大气压下能正常运转。万事皆备,只欠找到一种活性更高的催化剂。经过长时间探索,发现在550℃以下,锇具有高的催化活性,可惜锇太稀少。后来证明铀有同样高的催化活性。从根本上讲,问题已经得到解决。使用新的装置,铀做催化剂,在550℃,150~200大气压下,氨的浓度已经很高了。在工作压力下,经适度冷却,氨被液化而分离,而气体混合物通过转化器、压缩器和循环泵的封闭系统进行循环利用,同时不断输入适量的新鲜气体混合物,最后安装一个热交换器,这套装置简直就是一个小型工厂,每小时生产数百毫升液氨,而且能耗极低。工业化合成氨的前景,似乎一片光明。但是,实验室的方法很少能直接用于工业生产,必须对实验装置进行改进。
合成氨是哈伯一生最大的成就,但是,并它没有马上得到工业界的青睐,他收获的是冷眼和怀疑。虽然BASF公司对固氮有浓厚的兴趣,认为哈伯在氮的电氧化方面的研究很重要,但对哈伯合成氨的前景表示疑虑。经哈伯的好友和同事、BASF公司的顾问恩格耳(Car Engler)的极力推荐,BASF公司的技术领导才开始关注哈伯的工作。1909年7月的一天,BASF公司的工程师波施(C. Bosh)博士和化学家米塔(A. Mittasch)博士,来到卡尔斯鲁厄观看合成氨的演示实验。米塔亲眼看见流动的液氨,完全相信哈伯法的价值。回到路德维希(Ludwigshafen),他们立即着手将哈伯的成果付诸大规模的工业试验。3年后,一座合成氨工厂正式投入运行。合成氨的大规模工业化的荣誉,一直属于波施。虽然,卡尔斯鲁厄实验室为工业化生产氨迈出了最重要的一步,但要实现工业化仍面临许多棘手的难题。在波施的领导下,对这些难题的成功解决,无疑是化学工程领域最卓越成就。哈伯于1919年获得1918年度诺贝尔化学奖,1931年波施和贝吉乌斯(F. Bergius)获得同样的殊荣。哈伯在获奖演说中谦逊地说道:“人们尚未充分认识到,卡尔斯鲁厄实验室其实并没有为合成氨法的工业化作出过什么贡献。”在承认波施和贝吉斯为工业上高压法的发展所做的杰出成就时,不能忘记高压法的先驱哈伯和罗塞格尔。早在1907年,哈伯的实验室就是著名的高压研究中心。贝吉斯提出高压下煤的氢化设想后,1908年到卡尔斯鲁厄做了最初的一批实验。
20世纪前10年,电弧作用下氮的氧化研究和工业应用获得迅速的发展。在这个领域,哈伯的实验室一直是重要的研究中心。在能斯特1904年对一氧化氮热平衡进行测定之后,电弧固氮的纯热学理论得到普遍接受,但不久又引发了许多的疑虑。在一次实验中,哈伯发现高产率与纯的热学理论不相符合,而电的因素在某种程度上发挥了作用。哈伯对这一课题产生了极大的兴趣,在1906~1910年,对低温电弧下固氮问题进行了深入细致的研究。由于反应物的电活性作用,在电平衡状态一氧化氮的含量,超过同温度下热平衡时的含量。撤掉电场后,过量的一氧化氮将会分解,直到热平衡完全建立。由于这个过程的速度随温度的下降而迅速降低,在足够低的电弧温度下,几乎不发生分解作用,在这样的条件下,一氧化氮的产率达到最大值。在达到最终的热平衡时,高温电弧必然导致低的产率。哈伯完全证实了这一理论。电平衡的建立也得到证明。让空气缓慢通过6cm长的交流电弧,在100mm汞柱压力下,在一个狭长的、冷的石英管中燃烧,这样得到的一氧化氮的产率远比2000℃电弧时高。电弧温度越高,产生的氧化物就多,同时分解作用也更利害。总的来说,哈伯的工作,具有巨大的理论和技术价值。 哈伯对火焰和燃烧问题的兴趣,与早期研究燃料技术密切相关。1905年出版的《工业气体反应热力学》,就涉及到火焰中气体反应的研究。最初的实验是利用烃焰的均匀气相,研究水–汽平衡。斯米特(Smithells)已发明火焰分离器,分析了火焰内锥的主要燃烧产物。20年前勒夏特里(Le Chatelier)首次计算出二氧化碳的离解常数和从火焰气的组成推算出火焰温度。1865年得维里(Deville)通过一根冷管获得一氧化碳内焰的温度。哈伯使用一种高冷却效率的新式得维里管,获取火焰锥间区的气体。他证明,当气体混合物通过温度不低于1250℃的内锥时,平衡实际上瞬间就建立起来了。哈伯根据平衡常数和温度的关系,推导出一个改进的广泛适用的自由能方程。这样,提取火焰的任意一点的气体,进行分析,就能得到该点的温度。采用这种化学火焰温度计,哈伯分别测定了烃焰、一氧化碳焰、氢焰和乙炔焰的温度,并且与后来其他研究者用不同方法获得的数据非常的吻合。哈伯还研究了火焰中氮的氧化作用。众所周知,气体爆炸过程中会生成氮的氧化物,但鲜有人注意火焰中的这个过程。哈伯发现,在一氧化碳火焰中,在一个大气压下,固氮几乎没有发生,但在10个大气压下,氧化氮的产率大大增加。在相似的情况下,氢焰中氧化氮的产率仅只有一氧化碳火焰的一半。哈伯研究了火焰内锥的性质。据估计,内锥壁厚仅0.1毫米。哈伯证明它是火焰中最冷的部位,而非先前想象的最热的部位。同时,该区域的反应速率特别快,化学发光强而且电离度较高。哈伯认为这三者之间有相互密切的内在联系。
1906年,哈伯升任卡尔斯鲁厄技术大学教授。1911年,受邀担任柏林近郊达荷姆新建的威廉皇帝物理化学–电化学研究所首任所长。这个研究所于1912年正式落成。在德皇参加的落成庆典上,哈伯演示了他发明的瓦斯笛,这种装置能够检测煤矿中危险气体甲烷的存在,既耐用且效果良好,但并未投入使用。哈伯在达荷姆最初的工作,是完善有关合成氨的研究,尽可能精确地测定氨的平衡和相关的热力学数据,获得了最终的自由能方程式。同时,哈伯开始关注普朗克量子论在化学中的应用,是最早认识到普朗克理论在化学中重要意义的人。这成了他在达荷姆许多工作的基础。哈伯特别关注新物理学知识在化学中的应用。他和好友波恩(M. Born)频繁的讨论,对他的学术思想有极大的帮助。波恩刚提出离子晶格理论:离子的晶格能由离子间的距离和作用力决定,固体反应的反应热则等于其组分晶格能的代数和。波恩认为晶格能为气态原子去掉一个电子生成气态离子的能量和离子形成晶体的能量之和。哈伯清楚地说明了这种能量关系,因而被称为波恩–哈伯循环,即晶格能U为生成热Q、离解能D、升华热S、阴离子电离能I和阳离子电离能E的代数和。哈伯还大胆地将波恩的理论用于HCl气体,得到H++Cl-=HCl的反应热,比循环过程计算值小得多。为了解释这种偏差,1919年,他提出离子变形的观点,这一思想后来在法杨斯那里结出了丰硕的成果。
乙酰氨基酚不是提取物而是合成物。
硝基苯酚和冰醋酸的在锡催化下反应合成了对乙酰氨基酚。
发展史:
1886年科学家发明了退热冰(乙酰苯胺);
1887年又发明了非那西丁(乙酰对氨苯);
1873年,Harmon Northrop Morse首先通过对硝基苯酚和冰醋酸的在锡催化下反应合成了对乙酰氨基酚,但是在二十年之内对乙酰氨基酚并没有用于医学用途;
1893年,在某些服用了非那西丁的患者的尿液里发现了对乙酰氨基酚的存在,并浓缩成白色、稍有苦味的晶体;
1899年对乙酰氨基酚被发现是退热冰的代谢产物
早在1891年,德国的Lindmann用对苯二酚与环氧氯丙烷反应,缩聚成树脂并用酸酐使之固化。但是它的使用价值没有被揭示。1930年,瑞士的Pierre Castan和美国的S.O.Greenlee进一步进行研究,用有机多元胺使上述树脂固化,显示出很高粘接强度,这才引起了人们的重视。广泛地讲,环氧树脂可以从含有链烯基的母体化合物合成,也可以从含有活性氢原子的母体化合物合成。20世纪初首先报导了烯烃的环氧化,但直到20世纪40年代中期,Swern和他在美国农业部的合作伙伴开始研究聚不饱和天然油的环氧化时,此项技术也仅应用于高相对分子质量单环氧化合物的生产并引起广泛的工业化规模开发的兴趣。10年之后才应用于环氧树脂合成技术之中。大约在20世纪20年代中期已经报导了双酚A与环氧氯丙烷反应产物,15年后首创了不稳定的环氧化脂肪胺中间产物的生产技术。1933年德国的Schlack[1]研究现代双酚A环氧树脂同双酚A的分离技术。尽管一年之后Schlack报导了双环氧化合物同有机酸、无机酸、胺和硫醇的反应,但确定双酚A环氧树脂的工业价值的还是瑞士De Trey Freres公司的Castan和美国Devoe&Rayno1ds公司的Greenlee。1936年,Castan生产了琥珀色环氧氯丙烷一双酚A树脂,并同邻苯二甲酸酐反应生产出用于浇铸和模塑制品的具有工业意义的热固性制品。1939年年初Greenlee也独自生产出了高分子质量双酚A环氧氯丙烷树脂并用于高级热固性涂料。1937年到1939年欧洲曾尝试用环氧树脂补牙,但没有成功。除此之外,在第二次世界大战前,没有全面开发环氧树脂技术。战后不久Devoe&Rayno1ds开始试生产涂料树脂,而CIBA公司得到De Trey Freres许可,开始进一步发展液体涂料、层压材料和粘接剂用液体环氧树脂。1943年Castan的基本专利授权。然而环氧树脂第一次具有工业价值的制造是在1947年由美国的Devoe—Raynolds公司完成的,它开辟了环氧氯丙烷一双酚A树脂的技术历史,环氧树脂开始了工业化开发,且被认为是优于老的酚醛树脂和聚酯树脂的一种技术进步。这种树脂几乎能与大多数其他热固性塑料的性能相媲美,在一些特种应用领域其性能优于酚醛和聚酪。不久瑞士的CIBA(汽巴)公司、美国的Shell(壳脾)和Dow(道)公司开始了环氧树脂的工业化生产和应用开发工作。20世纪50年代后期,美国的两个主要公司,汽巴和Devoe—Raynolds继续研究缩水甘油醚型环氧树脂,壳牌化学公司只提供环氧氯丙烷,联合碳化物塑料司首先制造酚醛树脂和双酚A,欧洲汽巴和壳牌集中开发了环氧树脂。
1955年夏季,四种基本环氧树脂在美国获得生产制造许可证,Dow Chemi—cal co.和Reichho1d化合物公司建立了环氧树脂生产线。在普通双酚A环氧树脂生产应用的同时,一些新型的环氧树脂相继问世。如1956年美国联合碳化物公司开始出售脂环族环氧树脂,1959年Dow化学公司生产酚醛环氧树脂。大约在1960年,Koppers,co.生产了邻甲酚醛环氧,1965年初,汽巴开始生产和经销该种树脂。在1955~1965年期间,环氧树脂质量明显提高,双酚A环氧树脂已有所有的平均相对分子质量等级的牌号。酚醛环氧确立了明显的耐高温应用的优级性能。壳牌化学品公司和联碳塑料生产多官团能酚缩水甘油醚等特种耐温树脂,制造商还提供了脂肪族多元醇一环氧氯丙烷树脂。Unio Carbide开发了对氨基苯酚三缩水甘油醚树脂。1957年有关环氧树脂的合成工艺的专利问世,是Shell Developmet co.申请的,该专利研究了固化剂和填加剂的应用工艺方法,揭示了环氧树脂固化物的应用。
过醋酸法合成的环氧树脂最初是1956年由美国联合碳化物公司推出,1964年转卖给联碳塑料。在欧洲,工业化脂环族环氧树脂于20世纪60年代初问世,1963年通过汽巴公司引入美国,1965年汽巴引进联碳塑料的许多多官能团环氧的品种,大约1960年FMC CORP.开始经销环氧化聚丁二烯。70年代中期,美国、加拿大、英国、瑞士、西德、比利时、阿根廷、墨西哥、波兰、捷克斯洛伐克和苏联都开始制造双酚A环氧树脂和一些新型环氧树脂。70年代开始了低氯含量的电子级应用,相继五元环海因环氧、氢化双酚A环氧等耐老化树脂和四溴双酚A环氧、含溴环氧化合物等阻燃型环氧树脂得到发展。80年代开发了复合胺、酚醛结构的新型多官能团环氧树脂以满足复合材料工业需要。最近又开发了水性环氧树脂和稠环耐温耐湿环氧树脂。由于环氧树脂品种的增加和应用技术的开发,环氧树脂在电气绝缘、防腐涂料、金属结构粘接等领域的应用有了突破:于是环氧树脂作为一个行业蓬勃地发展起来;目前它的品种、应用开发仍很活跃,从1960年以来,已有数百种环氧树脂完成工业化开发,已有40~50种不同结构的环氧可商品化制造或由中间试验厂提供,同时与之相适用的100多种工业化固化剂和许许多多的改性剂和稀释剂与之配套,正谓方兴未艾。
中国研制环氧树脂始于1956年,在沈阳、上海两地首先获得了成功。1958年上海、无锡开始了工业化生产。20世纪60年代中期开始研究一些新型的脂环族环氧:酚醛环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂等,到70年代末期中国已形成了从单体、树脂、辅助材料,从科研、生产到应用的完整的工业体系。
环氧树脂具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐药品性能和粘结性能,可以作为涂料、浇铸料、模压料、胶粘剂、层压材料以直接或间接使用的形式渗透到从日常生活用品到高新技术领域的国民经济的各个方面。例如:飞机、航天器中的复合材料、大规模集成电路的封装材料、发电机的绝缘材料、钢铁和木材的涂料、机械土木建筑用的胶粘剂、乃至食品罐头内壁涂层和金属抗蚀电泳涂装等都大量使用环氧树脂。它已成为国民经济发展中不可缺少的材料。它的产量和应用水平也可以从一个侧面反映一个国家的工业技术的发达程度。
以前只能从植物里找。找来找去,发现吃柳树皮退烧最有效,吃了以后往往烧很快就退了,真是立竿见影,用不着等第二天。这是西方人发现的。公元前5世纪,古希腊医生希波克拉底记载从柳树皮提取的苦味粉末可用来镇痛、退烧。此后柳树提取物一直被收入西方药典。到了19世纪,随着有机化学的建立,科学家们试图从植物药物中纯化出有效成分。1827年,柳树皮中的活性成分水杨苷被分离、纯化了出来。10年后,意大利化学家发现,水杨苷水解、氧化变成水杨酸,药效要比水杨苷强很多。1859年,德国化学家发明合成水杨酸的廉价方法。此后,水杨酸开始被广泛使用。
但水杨酸是一种中强酸,会使口腔感到灼痛。而且口服水杨酸会导致胃痛,当时也以为这是酸性引起的。因此就想到要如何避免水杨酸的酸性。为此,德国拜尔公司的研究人员通过酯化反应,把水杨酸变成乙酰水杨酸。拜尔公司是建于1863年的一家化工公司,原来主要是生产染料。在19世纪80年代后期,染料业开始衰落,拜尔公司转而研究化学制药。它将乙酰水杨酸命名为阿司匹林,于1899年上市。虽然阿司匹林仍然有导致胃痛的副作用,但是退烧、镇痛、消炎的效果非常好,很快风靡全世界,成了最著名的化学药物。拜尔公司因此成功转型,现在成为德国第一、世界第三大制药公司。
阿司匹林在体内是怎么起作用的呢?这个问题一直到上个世纪70年代才有了比较明确的答案。原来,病原体进入体内后,遇到血液中的巨噬细胞(一种白细胞),会刺激它释放白细胞介素之类的细胞因子。这些细胞因子又进而引发一系列反应,其中一个反应是环氧合酶(简称cox)催化细胞膜中的花生四烯酸生成各种前列腺素,其中一种是前列素E2,它能影响大脑中体温调控中心(位于一个叫视丘下部的区域),把“正常体温”的设定值给调高了,这样我们就发烧了。其他前列素能传递疼痛和引起炎症。阿司匹林能抑制环氧合酶的活性,阻止前列腺素的生成,相应地就起到了退烧、镇痛和消炎的作用了。领导这项研究的英国人约翰·维恩在1982年获得诺贝尔奖。
后来发现环氧合酶至少有两种,分别称为cox1和cox2。cox1平时在各种细胞中就很活跃,它催化合成的是“好”前列腺素,促进胃黏膜保护层的形成。阿司匹林阻止了这些“好”前列腺素的合成,破坏了胃黏膜保护层,导致胃出血,所以才会造成胃痛。这样阿司匹林副作用的真实原因也找到了。只有cox2才在病原的刺激下合成那些与发烧、疼痛和发炎有关的“坏”前列腺素。于是人们就想,如果能找到一种药物,它只抑制cox2的活性,但不影响cox1的活性,这样不就是一种不会有胃痛副作用的理想的退烧、镇痛、消炎药吗?
其实这种药物早就有了,那就是在1953年上市的对乙酰氨基酚(又叫扑热息痛),它只抑制cox2的活性而不影响cox1的活性,所以没有胃痛的副作用,由于有这个优势,它逐渐取代了阿司匹林成为最常用的解热镇痛药。但是对乙酰氨基酚有一个缺点,在周围有过氧化物时会失效,而在发炎的组织恰恰有很多过氧化物,所以对乙酰氨基酚只能用来退烧镇痛,不能用来消炎。在1969年面世的另一种著名镇痛解热药布洛芬和阿司匹林一样可以消炎,也同时抑制cox1和cox2,只不过它抑制cox2的能力比抑制cox1强得多,所以在小剂量时没有腹痛副作用,但剂量大了就不行了。
人们还是希望能找到只对cox2起作用的药物,也陆续找到了一些。但是它们没有胃痛的副作用,却可能有别的副作用,甚至是更严重的副作用,例如由于会增加心脏病发作的风险而退市的罗非昔布,以及由于有肝毒性最近在国内引起风波的尼美舒利。要找到一种有效而副作用小的完美药物,是一项艰难的使命。
对氨基苯酚纯品为无色结晶体、工业品为米白色或米黄色结晶。比重1.517<4度>熔点186-189度、溶化于热水、难溶于冷水及酒精、不溶于苯和氯仿,可溶于碱、加热后升华,部分分解。对氨基苯酚在弱酸中稳定,碱性溶液中或成品含水易氧化变色,本品有毒,触及皮肤引起湿痒症。对氨基苯酚经乙酰化可制得扑热息痛,并可作塑料单体的阻聚剂、橡胶防老剂及硫化、偶氮毛皮染料中间体及显影剂等
胺类药物盐酸普鲁卡因的化学性质:
⑴芳伯胺基特性,可显重氮化-偶合反应,与芳醛缩合反应,易氧化变色等。
⑵酯键易水解特性。水解产物主要为对氨基苯甲酸(PABA)。
⑶游离碱难溶于水且碱性弱。
对乙酰氨基酚的化学性质:
⑴水解产物呈芳伯氨基特性。药物结构中有酰胺基,在酸性溶液中易水解得具有芳伯氨基的产物。因此药物的水解产物可具有芳伯氨基特性反应。
⑵水解产物易酯化。对乙酰氨基酚水解后产生醋酸,可在硫酸介质中与乙醇反应,发出醋酸乙酯的香味。
⑶与三氯化铁发生呈色反应。对乙酰氨基酚具酚羟基,可与三氯化铁发生呈色反应。
盐酸普鲁卡因的鉴别:重氮化-偶合反应。颜色:橙红色到猩红色。
水解产物的反应。盐酸普鲁卡因具对氨基苯甲酸酯的结构,遇氢氧化钠试液即析出白色沉淀,加热变为油状物(普鲁卡因),继续加热可水解,产生挥发性二乙氨基乙醇,能使湿润的红色石蕊试纸变为蓝色,同时可生成可溶于水的对氨基苯甲酸钠,放冷,加盐酸酸化,即生成对氨基苯甲酸的白色沉淀。
红外吸收光谱。
对乙酰氨基酚鉴别:重氮化-偶合反应。水解后反应,颜色:红色。
三氯化铁反应。对乙酰氨基酚的水溶液加三氯化铁试液,即显蓝紫色。
对乙酰氨基酚的杂质检查:除了检查酸度、氯化物、硫酸盐、重金属、水分和炽灼残渣外,还需检查以下项目:
1. 乙醇溶液的澄清度与颜色。
2. 有关物质。薄层色谱检查对氯乙酰苯胺。
3. 对氨基酚。为芳香第一胺,能与亚硝基铁氰化钠在碱性条件下生成蓝色配位化合物,而药物对乙酰氨基酚无此呈色反。
(对氨基酚对照溶液不稳定,应临用前新鲜配制)
盐酸普鲁卡因注射液中对氨基苯甲酸的检查采用硅胶H-CMC薄层色谱法检查。对氨基苯甲酸的最低检出量为0.01μg.除主斑点盐酸普鲁卡因和分解产物对氨基苯甲酸外,还有一个杂质斑点,确证为苯胺,最低检出量为0.01μg.含量测定方法:亚硝酸钠滴定法。具有芳伯氨基的药物(如盐酸普鲁卡因及其片剂)乙基水解后又芳伯氨基的药物(如对乙酰氨基酚)均可用亚硝酸钠滴定法测定含量。
1. 原理:芳伯氨基药物在酸性溶液中与亚硝酸钠定量反应,生成重氮盐。永停法指示终点。
2. 主要测定条件:
加入适量溴化钾加速反应(加快重氮化反应速度)。
加入强酸加速反应(使重氮化反应速度加快;重氮盐在酸性溶液中稳定;防止偶氮氨基化合物的生成)。一般加入盐酸的量按芳胺与酸的摩尔比1:2.5~6.室温(10~30℃)条件下滴定。
滴定管尖端插入液面下滴定。为了避免滴定过程中亚硝酸挥发和分解,滴定时将滴定管尖端插入液面下约2/3处,一次将大部分亚硝酸钠滴定液在搅拌下迅速加入,使其尽快反应,任何将滴定管尖端提出液面,用少量水淋洗尖端,再缓缓滴定。在最后一滴加入后,搅拌1~5min,再确定终点是否真正到达。这样可以缩短滴定时间,也不影响结果。
3. 终点指示方法:永停法。
对乙酰氨基酚和片剂溶出度的测定可用:紫外分光光度法
年轻人追求时尚,喜欢潮流,喜欢把头发染得亮亮的。也有越来越多的老年人爱上染发,大多是为了掩盖时间的痕迹。但是染过的头发真的健康吗?下面我们一起来看看吧。
一直以来,染发剂是否有致癌风险存在争议。近日,美国哈佛大学公共卫生学院、印第安纳大学公共卫生学院和奥地利维也纳医科大学等机构的联合研究证实,使用永久染发剂与皮肤癌、乳腺癌、卵巢癌、淋巴瘤发病风险增加有关。
长达36年的染发剂调研为了探讨染发对癌症的影响,哈佛医学院布莱根妇女医院和达纳法伯癌症研究所联合分析和讨论了健康研究的数据,并将结果发表在著名期刊《英国医学杂志》上。
该数据涵盖了大约12万名年龄在30岁至55岁之间的女性受试者。研究人员分析了受试者的身高和体重、种族、吸烟和饮酒状况、自然发色、癌症家族史、更年期状况等,并收集了他们使用永久性染发剂和癌症发病率和死亡率的信息。
研究人员每两年或四年对受试者进行一次跟踪,及时更新相关信息。经过36年的跟踪调查,研究人员得出以下结论:
结论1:在调整了其他因素后,他们发现,与从未使用过永久性染发剂的女性相比,使用过永久性染发剂的女性患大多数癌症(包括肾癌、脑癌、某些乳腺癌等)的风险并不会增加。在癌症相关的死亡中没有发现显著的关联。
结论2:然而,在少数癌症中,使用永久性染发剂与某些乳腺癌和卵巢癌的风险增加有关,而且使用次数越多,风险就越高。
结论3:在12万名受试者中,有3.8万人使用过永久性染发剂,他们更有可能吸烟和喝酒。
然而,研究人员也强调,虽然这项研究有一些发现,但它最终是一项观察性研究,其因果关系无法确定。这项研究也有局限性。例如,研究对象多为白人女性,缺乏种族多样性,还有一些不可预测的因素可能会导致研究结果存在偏差。
可有人会说:染发剂不是被列为了致癌物吗?怎么就又不致癌了?
这确实是事实,但是健康风险仍然存在:虽然染发剂和癌症之间没有很强的联系,但染发剂可能导致的五个主要问题仍然值得我们关注。
1、不是染发剂本身,而是“染发剂职业暴露”,意思是说长期直接接触染发剂的从业者才有患癌风险。
特别是部分染发剂会把非那西汀作为安定剂添加,长期接触这一成分会损害肾脏,甚至诱发癌症,因此美发从业者要尤其注意。
而我们普通人如果是自行购买染发剂的话,建议大家对这一成分也是能避则避;如果是在理发店染发,也尽量要看到染发剂的包装确认下成分,实在看不了就降低染发频率,尽可能减少接触成分不明的染发剂。
2、过敏
使用染发剂容易出现过敏问题,特别是劣质染发剂,表现为发红、发痒、脱落等,甚至头皮和面部水肿。此外,染发剂在沐浴时也可能引起过敏反应。
如果过敏是严重的或持续的,去看皮肤科医生。
3、肝损伤
染发剂中的某些化学成分已被证实会引起药物性肝损伤。染发剂的使用频率和产品质量也是导致肝损伤的因素。特别是,长期使用低质量的染发剂可能会对肝脏造成更大的损害。
4、肾脏损害
常见的抗炎镇痛药、部分中草药、民间方剂均有肾毒性,长期或大量服用会损害肾脏健康。此外,女性常用的美白产品和年轻人常用的低质量染发剂可能会影响肾脏健康。
5、重金属
正规渠道和厂家生产的染发剂允许含有一定数量的铅、汞和砷,但含量很低,对人体健康没有影响。劣质染发剂大多存在铅含量过高的问题。长期使用可能导致慢性铅中毒。