人工合成尿素的首创者维勒

Friedrch Wohler 1800一1882


    弗里德里希·维勒1800年7月31日生于德国莱茵河岸上的埃施耳亥姆,这个地方在法兰克福市附近。他是德国著名的有机化学家。

    弗里德里希·维勒的父亲是当地有名气的医生,为人性格内向,性情沉着而稳重。他特别喜欢自己的儿子,非常关心他的成长,为了把他培育成才,父亲处处严格要求、细心指导孩子。少年时代的维勒喜欢诗歌、美术,还特别爱好收藏矿物标本。中学时代,在各门自然科学中,他最喜欢化学,尤其对化学实验感兴趣。在他居住的房间里,床下胡乱地堆放着许多木箱,里面盛满了各种各样的岩石。矿石和矿物标本。地上到处可见形形色色的矿物晶体,屋角里摆放着一堆堆的实验仪器,有玻璃瓶、量筒、烧瓶、烧杯,有打破的曲颈瓶以及钢质研体等等,他的宿舍简直成了一问实验室和贮藏室。这引起了父亲的极大不满,医生要求自己的儿子学好每一门功课,不得偏废。为此,父子俩常发生口角。有一次,被激怒了的父亲,竟没收了儿子的《实验化学》一书。维勒对此很伤心,他被迫跑去找父亲的好朋友布赫医生。布赫医生早年也曾对化学发生过极大兴趣,在他那里,一直存放着许多著名学者编著的化学教科书和一些专著。还有不少柏林、伦敦、斯德哥尔摩科学院的期刊杂志。维勒寻求到了布赫的支持,他不倦地阅读着这些珍贵的化学资料,还经常同布赫医生讨论一些他们感兴趣的化学,在他的头脑里,知识天天地积累起来了。维勒的这种旺盛的求知欲又重新激起了布赫对化学的浓厚兴趣。他们成了志同道合的忘年交,在各方面布赫都给了维勒以宝贵的支持和帮助。这位医生还很注意启发维勒的思想,经常对他说:“如果想要成为科学家,你就应当具备许多知识,要什么都知道……”因此,这段友好交往,对维勒中学阶段的学习起了良好作用,他更加勤奋地钻研各门功课。

    1820年,他以优异的成绩从中学毕业了。按照全家人的意见,维勒选择了学医。1820年秋天,20岁的维勒进入了马堡的医科大学。他喜欢上大学,在学校里他一心一意地攻读所有的功课。但他只要回到宿舍,就又专心地搞起化学实验来,天天如此。这好像成了他的一种痹好,不做做实验就不能安稳地入睡,晚上,维勒总是埋头于那些烧瓶和烧杯之间,似乎忘记了世上的一切。他的第一项科学研究,正是在那问简陋的大学生宿舍里成功的。他最早研究的是不溶于水的硫氰酸银和硫氰酸汞的性质问题。

    有一次,当他把硫氰酸按溶液与硝酸汞溶液混和时,得到了硫氰酸汞的白色沉淀。经过过滤,他把沉淀物放在一边,让它自然地干燥着、自己就躺下去睡觉。但他脑子里还总想着实验的事,无论如何也不能人睡。于是干脆爬起来,重新点燃蜡烛,接着做实验。他将一部分硫氰酸汞放在瓦片上,让它靠近壁炉里熊熊燃烧的炭火。不一会儿,瓦片被烧热了,上面的白色粉未开始嘛啪作响,并逐渐在瓦片上分散开来。维勒高兴极了,他兴致勃勃地注视着所发生的一切现象。响声停止后,他取了一点白色粉未,蘸上点水,用手把它揉搓成一根白色的长条。放在瓦片上干燥片刻,然后给瓦片的一端涌烈加热。于是,重新又听到僻僻啪啪的声音,白色的长条受热后开始剧烈地膨胀着,形成了一个大气泡。那气泡像球一样飞快地向另一端滚去。待反应停止后,剩下了一块不能流动的黄色物质。如此壮观与罕见的分解现象,使维勒非常兴奋。他激动得又度过了一个不眠之夜。

    经过几个月的深入研究,他在自己的第一篇科学论文中,详细地描述了这个现象。由布赫医生推荐,这篇论文发表在《吉尔伯特年鉴》上。该文发表后,立即引起了瑞典化学家贝采里乌斯的重视。他在撰写《年度述评》中,以十分赞许的口吻对维勒的论文给予了肯定的评价。

    这一成果增强了这个青年学生的信心,为了继续深造,他决定到海德堡去。维勒要拜著名化学家列奥波德·格美林、生理学
家蒂德曼教授为师。1822年秋天,维勒到了海德堡,首先在蒂德曼教授指导下从事实验工作,准备将来当医生。同时,他还可以在格美林的实验室里工作。那里的实验条件较好,所需的物品应有尽有。维勒继续着手研究氰酸及其盐类,同时还得同帝德曼教授一道工作,头绪繁多的研究项目,使他的全部时间安排得满满的。然而,这个青年人,硬是坚持了下来,取得了丰硕的成果。

    维勒在化学方面取得的成果,表现出他卓越的研究才能和在化学上的较深造诣,深得格美林和蒂德曼教授欣赏,他们和他结下了深厚的友情。根据蒂德曼教授的建议,他又着手研究一个极为重要的生理学课题,即研究动物有机体尿液中排泄出来的各种物质。维勒用狗作实验,也对自己进行实验,他从尿中分离出了纯净的尿素。这是一种易溶于水的无色晶体。维勒对它进行了全面分析,查明了该物质的一些重要性质。经过实验,他还得知在人们的一日三餐中,哪些食物能够引起尿中尿素含量的增加。这些实验结果,使帝德曼教授感到十分满意。

    1823年9月2日,维勒通过〕毕业考试,他获得了外科医学博士学位。但他并没有为此而兴高彩烈,因为这将意味着他就要离开格美林的化学实验室,告别这位良师益友。格美林了解到这位年轻人的心情,于是就推荐他到瑞典著名学者贝采里乌斯那里去学习与工作。当年冬天维勒就到了斯德哥尔摩,在这位卓越化学家的私人实验里开始工作了。此时的贝采里乌斯正在研究氟、硅和硼的化合物。在这里,维勒熟练地掌握了分析和制取各种元素的不少新方法。同时,他还继续研究氰酸。一年的留学时间转眼就过去了,1824年9月订日告别了贝采里乌斯,维勒回到家乡法兰克福。回家后的第二天,他重又来到布赫医生家里,同过去一样,他们几乎每天都在一起热烈地讨论着有关化学问题。维勒重新把自己的住所变成了实验室。在继续研究氰酸的同时,他利用实验过程中的空闲时间,把贝采里乌斯主编的《年度述评》译成了德文。

    当时,维勒正埋头研究制取氰酸铵的最简便的方法。他首先让氰酸和氨气这两种无机物进行反应。结果使他感到意外,生成物不是氰酸铵,而是草酸。他多次重复这一实验,结果仍然一样。于是改用氰酸与氨水进行复分解反应,企图制得氰酸铵,结果他注意到“形成了草酸及一种肯定不是氰酸铵的自色结晶物”。他分析了这种白色物质,证明它确实不是氰酸铵。园为它与苛性钾反应,并不放出氨,它与酸反应,也不能产生氰酸。因此,维勒肯定,他发现了一种与氰酸铵不同的新物质。那么,这白色晶体究竟是什么呢?限于当时的实验条件,他自己还证明不了。他渴望有一个条件较好的实验室,为此,他毅然受聘到柏林工艺学校去任教。尽管那里的工资待遇不高,居住条件较差,但他满意那里有一个设备齐全的实验室。

    到1828年为止,他一直在这里工作,使用了当时最先进的实验分析方法,证实了他早在四年前在家乡发现过的白色晶状物质正是尿素,他还发现,用氯化铵与氰酸银或以氨水与氰酸铅反应,都能得到比较纯净的尿素,维勒感到无比兴奋,经过自己三凹年的艰苦工作,他终于实现了由无机物来人工合成尿素的设想。他把这一成果写成论文,题为“论尿素的人工制成”9发表在1828年《物理学和化学年鉴》第12卷上。这篇论文引起了化学界的一次震动。日为在18世纪至19世纪初,生物学和有机化学领域中普遍流行着一种生命力论。它认为有机物只能依靠一种生命力在动植物有机体内产生:在生产上和实验室里,人们只能合成无机物质,不能合成有机物质,尤其是由无机物合成有机物更不可能。贝采里乌斯曾认为,许多化学定律对有机物不起作用。因此,维勒的成就在公诸于世后,立即产生了巨大反响,不少人为之欢呼。纷纷祝贺。但同时也遭到了许多人的反对。贝采里乌斯最初听到这个消息时,幽默地讽刺说:“能不能在实验室造出一个孩子来”。

    人工合成尿素,不仅为维勒本人赢得了荣誉,这一发现在化学史上也具有重大意义。首先,人工合成尿素又一次提供了同分异构现象的早期事例,成为有机结构理论的实验证明;其次,这一发现强烈地冲击了形而上学的生命力论,为辩证唯物主义自然观的诞生提供了科学依据。它填补了生命力论制造的无机物同有机物之间的鸿沟。恩格斯曾指出,维勒合成尿素,扫除了所谓有机物的神秘性的残余;第三,人工合成尿素在化学史上开创了一个新兴的研究领域。尽管这一发现最初仅限于孤立的个别事例,而且在生命力论者看来尿素不是真正的有机物,只是动物机体的排泄物并易于分解成氨和二氧化碳,只是一种联系有机吻和无机物的过渡产物,真正的有机物决不能人工合成。但维勒提出的有机合成的新概念,促使了以后关于乙酸、脂肪、糖类物质等一系列有机合成的成功。因此可以说,维勒开创了一个有机合成的新时代。

    维勒是一位化学教育家。忆为人类培育了许多化学良才,他的学生中有不少人后来成了著名的教授、工程师和化学工艺师。弗里德里希·维勒,最终成为世界上赫赫有名的伟大化学家,他一生中取得了科学研究的累累硕果,但同时,他也有过重大失误。他曾因一时疏漏而失去了发现化学元素钒的机会。当时维勒正在斯德哥尔摩随贝采里乌斯从事研究工作,教授曾指定他分析墨西哥出产的黄铅矿石。在分析化验过程中,维勒曾发现过J种特殊的沉淀物,当对他认为这可能是铬的化合物、来去深究其真实面目,过后这一现象又被他的同学瑟夫斯特姆发现。后者却抓住这个现象不放,经过反复实验研究,终于发现那沉淀物是一种含有新元素的物质,这种元素就是钒。维勒得知后,在感到震惊的同时,思想上也很苦闷、内疚和失望。为此,他受到了恩师贝采翌乌斯及时的鼓励和教导,重新振作了起来,但这件事仍然令他终生难忘,他还常常以此为训去教育他的学生及子女。

    维勒的这一经历,成为后辈科学工作者的一面镜子。他的实践表明、在科学面前,不能有半点疏忽和粗心大意。对任何新现象、新问题,都不能单凭经验去作主观的猜测。要善于进行全面的客观的观察与实验古思维要敏捷,注意捕捉科学实践中的一切机遇。

    1882年9月23日,弗里德里希·维勒因病医治无效,逝世于哥廷根。这无疑是化学事业发展中的一大损失。至今,每当人们提到尿素的人工合成时,都会很自然地想起维勒的名字。