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化学的前世今生

来源:译言网
摘要:复活节岛上土壤中的一种微生物产生的化学物质在亿万年的演变中,本应与人类没有直接关系。但奇迹的是,正因为它强有力的抗免疫特性,医生们得以成功地为一位小女孩进行肝移植手术。在印度,一位喜笑颜开的新娘以一种独特的方式来庆祝她即将到来的大喜日——用姜黄将双手涂成淡黄色,这种东西千百年来都是作为厨房重要的材......

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复活节岛上土壤中的一种微生物产生的化学物质在亿万年的演变中,本应与人类没有直接关系。但奇迹的是,正因为它强有力的抗免疫特性,医生们得以成功地为一位小女孩进行肝移植手术



Figure  1:  A  plaque  on  Easter  Island  commemorating  the  discovery  of  a  bacterium  producing  rapamycin,  a  potent  immunosuppressant.  Since  its  discovery,  rapamycin  has  allowed  the  successful  transplantation  of  organs  into  millions  of  patients  (Image  credit:  Wikipedia)

图1:复活节岛上的铭牌,纪念一种能产生抗免疫物质——纳巴霉素的发现。自从发现它以来,纳巴霉素广泛应用于各种器官移植中。

In  India,  an  excited  young  bride  celebrates  her  upcoming  wedding  by  coloring  her  hands  bright  yellow  with  turmeric,  a  spice  that  has  been  used  for  centuries  as  a  key  culinary  ingredient.  In  France,  a  similar  hallowed  tradition  demands  a  copious  flow  of  red  wine  at  weddings.  In  China,  a  bride  and  groom  offer  ginseng  tea  to  their  parents  as  part  of  a  ritual.

在印度,一位喜笑颜开的新娘以一种独特的方式来庆祝她即将到来的大喜日——用姜黄将双手涂成淡黄色,这种东西千百年来都是作为厨房重要的材料。在法国,在婚礼上需要大量的红酒来举行一个类似的神圣传统。在中国,仪式的一个重要环节就是新郎新娘为自己父母献上人参茶。



Oblivious  of  all  these  events,  thousands  of  miles  away  in  the  United  States,  scientists  are  struck  by  the  remarkable  effect  that  the  active  ingredients  in  turmeric,  red  wine  and  ginseng  tea  seem  to  have  on  a  variety  of  disorders,  from  cancer  to  Alzheimer’s  disease.  Perhaps,  they  ardently  hope,  there’s  a  cure  in  there  somewhere.

抛开这些事不说,在几千英里外的美国,科学家们被姜黄、红酒中活性物质的超凡作用给震惊了,而人参茶似乎对治疗从癌症老年痴呆症的各种疾病都有效。



Chemistry  is  the  human  science.  What  the  general  public  refers  to  as  \"chemicals\"  have  a  profound  effect  on  our  way  of  life.  They  can  forge  a  bridge  between  the  metabolism  of  a  billion  year-old  sponge  and  the  fervent  hopes  of  a  mother  for  her  daughter’s  life,  between  the  joy  of  traditional  weddings  and  food  and  that  of  seeing  a  loved  one  being  cured  of  a  terrible  malady.  Physics  may  concern  itself  with  the  beginnings  of  deep  time  and  biology  turns  its  eye  on  the  origin  of  humanity  itself.  The  wonders  of  physics  and  biology  are  undoubtedly  spectacular,  but  chemistry  is  the  science  that  most  directly  engages  with  our  senses,  the  discipline  that  confronts  us  face-on  every  single  day  of  our  lives  and  demands  that  we  react.

化学是人文科学。大家通常讲的“化学物品”对我们的日常生活影响巨大。它们能搭起一座座桥梁:不论是沉睡亿万年的细菌中的物质与一位渴望挽救她女儿生命的母亲,还是传统婚礼上的喜悦与见证自己被爱之人逃脱病魔。物理也许关注地球之初的样子,生物把注意力放在人类的起源。物理和生物无疑是绚丽夺目的,但化学却是一门和我们日常生活息息相关的科学,一门反映我们生活和需求的学科。



Chemicals  delight,  enrage,  tease,  beguile,  provoke,  subdue,  reward,  bully,  soothe,  punish,  kill  and  save  as  directly  and  dramatically  as  human  beings.  Just  like  humans  they  have  personalities  that  manifest  themselves  under  the  right  circumstances.  Like  long-lost  friends  they  can  materialize  in  our  lives  in  the  form  of  a  life-saving  drug,  a  dab  of  color  on  a  dull  day  or  the  material  in  a  particularly  comfortable  new  mattress.  And  like  sworn  enemies  they  can  incapacitate  us  on  battlefields,  deform  our  children  and  provoke  us  to  endless  debate  and  politicking  about  the  effects  of  their  vanishingly  small  traces  in  the  environment.  Chemistry  is  the  middle  kingdom,  the  land  which  engages  us  with  its  familiarity  at  all  levels,  from  the  trite  to  the  life  altering.  Like  the  landscape  of  Middle  Earth,  it  is  full  of  fascinating  and  baffling  curiosities,  triumphs  and  tragedies,  foolishness  and  wisdom.

化学和人类一样有喜怒哀乐爱恨情仇。和人类一样,在特定的环境下它们会表现出它们特定的特点。像多年不见的朋友,它们会化身成救命良药,或者是无聊一天中的绚丽色彩,或者是一席舒适的枕头。也可像誓死不从的敌人,它们可以在战场上击败我们,使我们的小孩变形,激起我们对于它们对环境影响的永无止境的争论。



As  we  celebrate  the  International  Year  of  Chemistry  this  year,  it  is  worth  pondering  the  nature  of  this  \"central  science\"  [1].  What  makes  chemistry  unique  is  that  its  defining  constituents-  molecules-  can  have  a  startlingly  direct  relationship  on  an  individual  basis  with  world  events  and  the  rise  and  fall  of  nations.  No  other  science  can  claim  such  well-defined  and  powerful  connections  between  a  handful  of  its  building  blocks  and  key  aspects  of  history,  economics  culture.  Consider  just  two  facts.  Even  today,  the  strength  of  the  economy  of  a  country  can  be  judged  by  the  magnitude  of  its  production  of  a  single  chemical-  sulfuric  acid  [2].

借着今年国际化学年的声势,细细琢磨这门“核心科学”的本质是值得的。使化学鹤立鸡群的是它那些特定的分子能与一个国家的兴衰荣辱有直接的关联。再也没有哪门科学能将那些建筑材料和历史人文经济紧密的联系在一起。就考虑两个事实:即使今天,硫酸的产量仍可作为衡量一个国家的经济水平高低的标准。



Or  consider  that  it  was  cellulose-  in  the  form  of  cotton-  that  was  at  the  root  of  slavery  and  the  American  Civil  War.  During  the  early  days  of  imperialism,  it  was  avarice  for  a  select  few  materials  like  indigo  dyes  and  silk  that  led  expansion  and  trade  in  the  East  [3].  And  wars  have  been  fought  over  substances  like  saltpeter  in  South  America  [4]  and  opium  in  China  [5]  whose  properties  and  allure  were  defined  by  one  or  two  dominant  molecules;  sodium  nitrate  in  the  case  of  saltpeter  and  morphine  in  the  case  of  opium.  It  is  not  an  exaggeration  to  say  that  individual  molecules  have  held  remarkable  sway  over  entire  economies,  cultures  and  political  relationships.  Throughout  history,  chemistry  through  its  forging  of  precious  and  unique  arrangements  of  atoms  has  influenced  the  fortunes  of  humans  in  visceral  and  vivid  ways.

在看看以棉花形式出现的纤维,它可是奴隶制的根源和美国内战的起因。在帝国主义初期,就是因为对于靛类染料和丝绸的无限渴望才助长了远东地区的贸易昌盛。很多战事都是为了一些物质而拉开,例如南美洲的硝石和中国的鸦片,这些国家的所有财力和物力都被一种或两种分子控制着:如硝石中的硝酸钠和鸦片中的吗啡。如此说来,分子控制一个国家的政治经济文化毫不为过。纵观古今,化学以各种原子精妙而独特的组合结构,影响着人类命运的沉与浮。









Figure  2:  A  battle  scene  from  the  Opium  Wars  from  the  mid-nineteenth  century.  Opium  which  is  extracted  from  the  seeds  of  the  poppy  plant  owes  its  properties  to  one  dominant  molecule-  morphine.  (Image)  

图2:19世纪中期鸦片战争中的一场海战。从罂粟花中提取出来的鸦片主要是靠一种物质发挥功效——吗啡。



It  is  precisely  because  chemistry  is  the  human  science  that  people  have  a  decidedly  ambivalent  and  often  confused  relationship  with  it.  You  won’t  hear  many  heated  debates  on  television  about  the  fine  tuning  of  the  cosmological  constant  or  the  evolution  of  the  opposable  thumb,  but  the  media  is  rife  with  vociferous  controversies  about  the  side  effects  of  drugs  against  heart  disease,  the  apparent  proliferation  of  bisphenol  A  in  the  environment  [6]  or  the  rise  of  ‘designer’  narcotics  that  provide  ‘legal  highs’  [7].  Every  one  of  these  controversies  centers  directly  on  a  molecule  or  a  family  of  molecules,  and  each  one  affects  millions  of  people  personally  every  day.

确切地说,那是因为人们对于化学这门人文科学既爱又恨。关于宇宙常抑或可相对拇指的高谈阔论,你在电视上可能很少听到,但是媒体们却对各种药物(例如心脏病药物、影响环境的双酚A、日益猖獗的合法精神类麻醉药物)的副作用颇为津津乐道。这些争论的焦点都汇聚于一种或一类分子上,每天它们都影响着数以万计的人。



This  direct  connection  to  all  our  problems  and  promises  is  what  makes  chemistry  stand  out  and  elevates  it  from  its  reductionist  roots  in  physics.  Molecules  are  more  than  the  sum  of  their  constituent  atoms,  and  they  connect  with  our  senses  in  ways  that  are  much  more  tangible  and  diverse  than  abstract  notions  of  energy,  forces  and  fields.

正是这种与我们日常生活有着千丝万缕的联系才使得化学从物理中脱颖而出。分子不仅仅是一堆原子的集合,相比能量、力和场等抽象概念,它们以一种更加实体化更加多样化的形式出现在我们面前。



When  I  smell  freshly  cut  grass,  I  am  directly  smelling  a  simple  molecule  called  cis-3-hexenol;  when  I  first  smelt  this  compound  and  then  smelt  cut  grass,  it  etched  an  unforgettable  connection  in  my  mind.  Gravity  may  be  all  encompassing,  but  you  can’t  gift  a  small  piece  of  gravity  to  someone  on  his  or  her  birthday  in  a  box,  which  they  can  then  spray  on  their  clothing.  Quarks  may  be  the  ubiquitous  building  blocks  of  matter,  but  a  quark  does  not  allow  you  to  readily  distinguish  between  two  compounds  with  exactly  the  same  chemical  formula,  one  of  which  can  cure  your  diabetes  while  the  other  kills  you  by  paralyzing  your  nerves.

当我闻到刚割下的嫩草时,我首先闻到的是一种叫做己烯醇的分子;当我第一次闻到这种化合物,再闻那些割下的嫩草,我的脑子中就会留下不可磨灭的印象。重力无处不在,但是你不可能在某人的生日宴会上送给他一盒重力,然后它们自动扑到他们身上吧。夸克也许是世间万物的基石,但一个夸克分子不会使你轻而易举地就分辨出有相同化学分子式的两种化合物,一种能治愈你的糖尿病,而另一种却能使你神经瘫痪而死。



Such  diversity  cannot  be  captured  by  physics  alone.  And  for  all  the  profound  implications  of  the  second  law  of  thermodynamics  for  life,  liberty  and  the  pursuit  of  happiness,  it’s  hard  to  have  a  personal  relationship  with  entropy.  It’s  equally  hard  to  fathom  the  ages  of  geological  time  that  drive  evolution  or  to  directly  see  the  folding  and  unfolding  of  DNA  on  an  everyday  basis.  But  to  experience  the  very  soul  of  chemistry,  the  actual  molecules  without  which  the  science  would  not  exist,  one  only  has  to  reach  out  into  his  or  her  medicine  closet,  kitchen,  insecticide  drawer  and  laundry  room.  In  each  one  of  these  places  you  will  find  a  microcosm  of  molecules  which  directly  impact  the  look,  smell,  touch,  and  sound  of  everything  that  you  see.

诸如此类的多样化不可能单靠物理的一己之力。当你在日常生活、自由和追寻幸福中,你很难和大名鼎鼎的热力学第二定律扯上关系。同样,在日常生活中,你是无法看透这个逐渐演化的地质年代或者是DNA的盘旋曲折。但是为了领悟到化学的真谛——无分子不科学,你只需随处到医药箱、厨房、杀虫剂的柜子或洗衣房走走看看即可。在每一个这样的地方,你都可以发现分子的微观世界,它们会直接影响你所见物质的外观、气味、触感和声音。



It  is  this  very  personal  impact  of  molecular  structures  on  our  senses  and  sensibilities  that  has  created  the  perceived  and  real  fear  of  everything  \"chemical\".  This  fear  often  causes  confusion,  leading  us  to  brand  anything  \"natural\"  (supposedly  including  snake  venom)  as  good  and  anything  \"artificial\"  (supposedly  including  a  synthetic  drug  for  heart  disease)  as  bad.  It  has  caused  the  lexicon  of  chemistry  to  collide  with  popular  culture  in  ways  that  leave  chemists  perplexed;  the  word  \"organic\"  for  instance,  especially  as  connected  to  the  organic  food  movement,  has  completely  transcended  its  original  meaning  in  the  chemist’s  dictionary.  For  a  chemist,  many  organic  compounds  like  dioxin  and  botulism  toxin  are  extremely  toxic,  while  inorganic  compounds  like  sodium  chloride  or  lithium  are  harmless  or  even  beneficial.

正是由于化学分子结构对于我们各感官的影响才使得我们害怕所有以“化学”开头的物质。这些恐惧经常引起混乱,导致我们天真地以为凡是自然的(包括蛇毒液)都是好的,凡是人造的(包括治疗心脏病的合成药物)都是坏的。那些令化学家们困惑的主流文化和化学的定义相抵触。例如,“有机”一词,特别是和有机食品运动联系在一起时,完全胜过了其在化学家心目中的地位。从一位化学家角度来看,许多有机化合物如二恶英和肉毒毒素都是有毒物质,而像氯化钠和锂等无机化合物则是无害甚至有益的。



The  fear  of  chemicals  is  often  unjustified  but  its  roots  reach  out  into  the  very  nature  of  chemical  substances  and  indeed  into  human  nature  itself.  There  is  a  deep-seated  reason  why  the  tale  of  Jekyll  and  Hyde  has  transcended  cultures  and  ages.  It  is  because  we  understand  that  there  is  a  Jekyll  and  Hyde  in  each  one  of  us,  waiting  for  the  right  moment  to  step  out  of  the  shadows.  This  ambiguity  in  human  behavior  translates  faithfully  to  chemical  behavior;  like  Jekyll  and  Hyde,  almost  every  arrangement  of  atoms  inherently  presents  two  faces  to  us  and  this  has  led  us  to  sustain  a  love-hate  relationship  with  chemicals.

对化学的恐惧是毫无根据的,但却深埋在各种化学物质和我们人类本性中。  杰柯尔与海德(化身博士)的故事能够盛传至今是有一个很深层次的原因。那是因为我们明白每个人心中都有一个杰柯尔与海德伺机而行。这种人类的双面性行为和化学如出一辙。就像杰柯尔与海德,几乎所有原子都会显示出两种面貌,从而导致我们对化学既爱又恨。



But  it  is  up  to  us  to  decide  which  face  we  want  to  see.  Do  we  want  to  see  the  murderous  face  of  nitrogen  mustard  gases  which  were  used  in  World  War  1  during  the  first  large-scale  waging  of  chemical  warfare?  Or  do  we  want  to  see  the  noble  face  of  nitrogen  mustard  analogs  which  peace-loving  men  and  women  harnessed  a  few  decades  later  into  the  first  anticancer  drugs  [8]?

但选择权在我们手中。我们是希望看到氮芥毒气在一战时期作为大规模化学武器横行肆虐呢?还是希望看到希望它数十年后被和平之士制作成抗癌药物。



Some  of  the  most  beneficial  compounds  in  anticancer  therapy  owe  their  origin  to  some  of  the  most  gruesome  agents  used  in  war.  The  adage  \"what  does  not  kill  you  makes  you  stronger\"  applies  more  to  chemistry  that  we  can  imagine.  Phosphate  fertilizers  pose  another  example  of  a  chemical  Jekyll  and  Hyde;  these  compounds  which  have  saved  literally  billions  from  starvation  are  also  responsible  for  algal  blooms  in  streams  and  rivers  which  can  kill  off  entire  ecosystems  by  choking  their  nutrient  and  oxygen  supply.

在抗癌治疗上,一些极其有用的化合物最初都是用于战争中的恐惧杀手。古云“任何不能把你击倒的障碍,只能把你变得更坚强”之理深藏于化学之中。磷酸盐肥料就是化学上的“杰柯尔与海德的一个例子。这些化合物对于拯救饥饿确实功不可没,但同时对于湖泊河流的海藻污染又有不可推卸的责任,这些得以滋生海藻独霸营养和氧气,戕杀了整个生态系统。



Sometimes  it  takes  a  simple  change  in  the  orientation  of  certain  atoms  to  transform  a  cure  into  a  monster.  Thalidomide  infamously  caused  birth  defects  when  it  was  administered  to  pregnant  women  as  a  pill  for  morning  sickness.  In  this  case  the  culprit  was  not  a  different  molecule  but  simply  the  mirror  image  counterpart  of  the  compound  (created  by  metabolism  inside  the  body)  that  caused  such  grievous  harm.

有时候一些特定原子的细微变化可以导致良药变成毒药。镇定剂用于治疗孕妇晨吐的同时也会导致胎儿先天畸形,这都拜这个分子的镜像化合物所赐。



Alice  herself  could  not  have  imagined  the  nightmare  waiting  for  her  on  the  other  side  of  the  looking  glass.  But  ironically,  thalidomide  has  recently  seen  resurgence  on  a  limited  scale  as  a  therapy  for  multiple  myeloma,  a  deadly  disease.  Like  some  human  beings,  molecules  can  be  forgiven  and  resurrected  for  useful  purposes  after  being  cast  aside  as  pariahs.  We  all  deserve  a  second  chance.

Alice根本不能想象镜子另一边等待着她的噩梦(此句着实不懂其意,请高人指教)但有意思的是,最近镇定剂在一种致命疾病——多发性骨髓瘤的治疗上初现成效。就像人类一样,分子只要悔过自新也可重新做人。我们都有回头是岸的机会。









Figure  3:  The  tale  of  Jekyll  and  Hyde-  dramatized  here  in  a  movie  poster-  serves  as  an  accurate  metaphor  for  molecules,  many  of  which  can  demonstrate  strikingly  different  properties  depending  on  subtle  changes  in  shape,  concentration  or  arrangement  of  atoms.  (Image)

图3:杰柯尔与海德(化身博士)的故事(见电影海报上)是分子的最好隐喻。在原子形状、浓度或组合上失之毫厘的改变,将会显现出截然不同的特性。



We  may  not  have  witnessed  this  proliferation  of  beneficial  and  harmful  qualities  from  such  a  multitude  of  molecules  had  it  not  been  for  the  one  property  of  chemistry  that  makes  it  a  unique  science.  Chemistry  is  the  sole  human  activity  which  can  truly  create  that  which  never  existed  before  in  stunningly  diverse  quality  and  quantity  [1].

也许我们不曾目睹过这些分子所带来的利与弊。化学是一门唯一可以创造出质与量多样性的科学。



In  the  last  one  hundred  years  or  so,  chemists  and  especially  organic  chemists  have  transformed  the  science  of  creating  molecules  to  the  level  of  a  finely  honed  art.  Making  molecules  of  arbitrary  complexity  on  demand  is  an  ability  that  reinforces  humans’  position  as  the  dominant  species  on  our  planet  as  much  as  any  other.  It  exemplifies  the  highest  forms  of  creativity  of  the  kind  signified  by  Shakespeare,  Beethoven,  Michelangelo  and  Newton.  It  is  not  an  exaggeration  to  say  that  from  a  conceptual  standpoint,  chemical  synthesis  has  been  a  world-shattering  paradigm  underpinning  all  of  modern  civilization,  equal  in  importance  to  the  invention  of  the  calculus  and  the  discovery  of  electricity.

过去100年至今,化学家尤其是有机化学家把创造分子转变成一项精细的艺术。根据需求来创造出分子是一种能力,一种能证明人类在此星球上占绝对统治地位的能力,正如同莎士比亚、贝多芬、米开朗琪罗和牛顿等人至高无上的创造力一样。毫不夸张地从理论上讲,化学合成是当今文明的顶梁柱,其重要性丝毫不亚于微积分的发明和电的发现。



Synthetic  chemical  substances  so  fully  permeate  our  environment  that  it  is  all  too  easy  to  forget  that  someone  had  to  discover  them.  Everything  from  the  chair  that  we  sit  in  to  the  clothes  that  we  wear  to  the  food  that  we  eat  to  the  drugs  that  we  are  prescribed  to  the  buildings  that  we  inhabit  to  the  modes  of  transportation  that  get  us  to  work  consist  in  large  part  of  synthetic  molecules  that  did  not  exist  before  in  nature.  The  ability  of  chemists  to  design  and  make  these  molecules  is  almost  fearsome  in  its  efficiency  and  versatility.  Part  of  the  fear  of  chemicals  stems  from  the  sheer  novelty  of  new  chemical  substances  and  their  all-pervasive  presence  in  our  lives.  Sometimes  we  tend  to  fear  the  most,  that  which  is  most  familiar.

合成的化学物质充满我们生活的每个角落,以至于我们太习以为常,忘记了发明它的人。我们平时做的椅子、穿的衣服、吃的药物、住的楼房、开的汽车,很大一部分都是由原本自然界不存在的合成分子组成。化学家们设计创造出分子的能力在其使用效率和多功能用途上让人不寒而栗。对于化学物质的恐惧一部分是源于对这些新化学物质的好奇和他们对于日常生活的无孔不入。有时,我们最害怕的往往是我们最熟悉的。









Figure  4:  This  sequence  of  steps  illustrates  the  complex  series  of  reactions-  involving  dozens  of  reagents  and  intermediate  compounds-  typically  required  for  synthesizing  a  useful  molecule.  In  this  case  the  molecule  is  merrilactone  A,  a  compound  isolated  from  the  Chinese  star  anise  spice  which  may  have  have  therapeutic  value  against  neurodegenerative  diseases.  (Image  credit:  Wikipedia)

图4:这一系列化学反应揭示了反应的复杂度——包含许多反应物和中间物,最终才能制成有用的合成分子。图中的分子是merrilactone  A,一种从中国大茴香中提取出来的化合物,在神经病变疾病中有药用价值。



One  thing  is  for  sure;  whether  we  love  or  despise  these  chemicals,  we  cannot  imagine  a  life  without  them.  Much  is  made  sometimes  of  the  evils  of  the  chemical  and  pharmaceutical  industries,  but  there  cannot  be  a  soul  who  would  deny  the  untold  number  of  lives  saved  by  antibiotics  and  antiviral  drugs  largely  developed  by  the  pharmaceutical  industry.  Oil  companies  may  be  everyone’s  favorite  villains,  but  it  is  prudent  to  consider  the  tremendous  net  impact  which  the  refining  of  crude  oil  by  chemical  means  has  had  on  transportation  and  power  generation  in  the  twentieth  century.  \"Plastic  is  fantastic\",  not  only  in  the  popular  song  but  in  all  aspects  of  real  life,  from  surgical  sutures  to  the  powdery  material  used  in  diapers.

有一事是值得肯定地,无论我们对于这些化学物质是爱是很,我们的生活都离不开它们。很多舆论认为有时候制药厂和化学是邪恶的,但没人敢否定制药厂制造的抗生素和抗病毒药物拯救了无数条生命。



The  organic  food  movement  eschews  the  use  of  artificial  fertilizers,  yet  we  can  never  forget  a  simple  fact;  nitrogen  fertilizers  were  made  possible  by  the  Haber-Bosch  process,  a  method  literally  of  turning  air  into  bread,  which  by  some  estimates  kept  a  fifth  of  the  world’s  population  alive  [4].  Whatever  our  feelings  are  about  the  humans  who  have  created  these  molecules,  the  life-saving  properties  of  the  molecules  themselves  stand  proudly  in  splendid  isolation.  More  than  any  other  science  chemistry  has  directly  fed  us,  clothed  us  and  kept  us  from  dying.  It  has  overwhelmingly  contributed  to  the  high  standard  of  living  which  we  aspire  to  and  take  for  granted.

有机食品运动回避掉了有机化肥的好处,但我们不能忘记一个简单的事实:氮类化肥是从哈伯-博施法(合成氨)而来,这是一种方法正如同把空气变成面包一样,养活了世界五分之一的人口。无论我们对创造了这些分子的人吃何种成见,这些救人性命的分子仍可傲然于世。比起其它科学,化学供我们吃穿,为我们关闭死亡之门。它赐予我们高质量的生活水平,而我们只是理所当然地享用着。





一个没有化学的世界将会是地狱,人类无法保护自己免遭自然的戕害,会因缺乏燃料而无法长途旅,会在微生物面前束手就擒,会因小小的伤口而丧命,会因饥荒而饿死。简单地说,一个没有化学的世界将会是一个连最极端的环保主义者和无用药主义者都不想生存的世界。



As  we  advance  into  the  twenty-first  century,  this  most  human  of  all  sciences  will  continue  to  amaze  and  thwart  us  with  its  complexity,  utility  and  ambiguity.  Chemistry  will  continue  to  be  at  the  center  of  our  efforts  to  solve  the  energy  crisis,  develop  personalized  drugs  and  transform  agriculture.  There  will  no  doubt  be  tension  between  humans  and  the  molecules  they  create.  Under  such  circumstances  public  education  will  go  a  long  way  in  dispelling  unrealistic  fears  about  molecules  and  their  impact  on  human  health  and  the  environment,  and  this  is  one  goal  which  the  International  Year  of  Chemistry  is  vigorously  trying  to  promote.  While  these  practical  problems  are  being  solved,  chemists  will  continue  to  quietly  enjoy  what  they  have  enjoyed  doing  for  hundreds  of  years.  They  will  gaze  at  colorful  crystals,  unravel  the  structures  of  alkaloids  from  frog  skin,  simulate  the  complex  motion  of  enzymes  on  computers  and  study  the  cellular  reactions  that  fuel  life.

当我们进入21世纪时,这个可叹、可爱而又可恨的人文学科将会继续伴我们前行。化学将是我们解决能源危机的关键,为我们发展药物以及农业。毫无疑问人类及其创造出来的分子也会有一段紧张的关系。在此种环境下,公共教育在打消人们那些不切合实际的恐惧和分子在健康与环境上仍有很长一段路要走,这也是今年国际化学年努力的方向之一。在这些实际问题得以解决的同时,化学家们会静静享受着百年来他们一直热衷做的事情。他们注视着五彩缤纷的结晶,试图揭开青蛙皮肤上生物碱的结构,在电脑上模拟酶的产生,探索维持生命的细胞反应。



Ultimately  the  truth  about  this  human  science  goes  deeper.  We  need  to  realize  that  the  power  of  molecules  to  shock  and  awe  resides  in  their  creators.  The  physicist  Richard  Feynman  once  quoted  an  old  Japanese  proverb:  \"To  every  man  is  given  the  key  to  heaven.  The  same  key  opens  the  gates  of  hell\".  Interestingly,  the  dominant  model  for  the  mechanism  by  which  a  small  molecule  like  a  drug  fits  into  the  active  site  of  a  disease-promoting  enzyme  and  modulates  its  activity  is  that  of  a  \"lock  and  key\".  Many  drugs  act  by  being  the  ideal  key  in  a  particular  lock,  but  they  can  also  fit  into  other  unwanted  locks  and  cause  toxic  side  effects;  the  same  key  that  cures  a  disease  may  open  the  gates  of  hell  by  causing  overwhelming  side  effects.  Chemists  who  design  drugs  keep  on  trying  to  make  the  key  fit  only  one  lock.

最终这门人文科学越走越远。须知分子的能力全拜它们的创造者所赐。物理学家Richard  Feynman曾引用过一句古老的日本谚语:“人人生而平等,拥有一把可以打开天堂和地狱大门的钥匙。许多药物是一把特别锁的钥匙,但他们同时也能打开其它无用的锁,导致致命的副作用;治疗一种疾病的钥匙也许能打开通往地狱的大门,因为它会产生不可估计的副作用。设计药物的化学家就必须不停地确保这些钥匙只能开一把锁。



The  metaphor  extends  to  all  of  chemistry.  Every  chemical  substance  is  a  key  to  the  gates  of  heaven  and  hell.  Ultimately  we  are  the  ones  who  decide  what  gate  it  will  open.  We  hope  to  choose  wisely.

这个隐喻扩展到化学的所有领域。每一种化学物质都是一把开启天堂和地狱的钥匙。最终决定哪扇门被打开的人是我们。希望我们做出明智的选择。
作者: 2011-8-20
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