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阿西莫夫最新科学指南
车轮胎（仅用于国事活动的皇家汽车当然是个例外）。
后来，一些与
1953年齐格勒在制取聚乙烯时使用过的催化剂
类似的催化剂，终于使人们有可能将异戊二烯聚合成与天然橡胶
几乎完全相同的产品。不过当时已经研制出许多种具有实用价值
的、化学性质与天然橡胶极不相同的合成橡胶。
人们自然是首先用一些既与异戊二烯相似而又容易获得的化
合物来制造聚合物。例如，在第一次世界大战期间，迫于橡胶匮
乏，德国人采用了二甲基丁二烯：
CH2 CC CH2
CH3 CH3
二甲基丁二烯与异戊二烯的不同之处在于，前者的
4碳链的
中间两个碳原子各连接
1个甲基（
CH3），而后者只有
1个碳原子
与甲基相连。由二甲基丁二烯聚合而成的化合物称为甲基橡胶，
这种橡胶可以大量生产，而且价格低廉。在第一次世界大战期间，
德国大约生产了
2 500吨甲基橡胶。尽管这种橡胶的耐压性能不
理想，但它毕竟是第一种具有实用价值的合成橡胶。
大约在
1930年，德国和苏联都采取了新的方针，利用根本不
带甲基的丁二烯作为单体：
CH2 CH CH CH2
这两个国家以金属钠作为催化剂，合成了一种叫做丁钠橡胶
的聚合物。
作为一种合成橡胶，丁钠橡胶对于应付橡胶匾乏而言还算是
令人满意的。添加其他单体（它们在长链中与丁二烯相间地排列
起来）可以改善丁钠橡胶的性能。最成功的添加物是苯乙烯，这是
一种与乙烯相似的化合物，但其中的
1个碳原子连接着
1个苯环。
这种产品叫做丁苯橡胶，性质与天然橡胶极其相似。事实上，在第
第十一章 分 子
第十一章 分 子
二次世界大战期间，德国军队就是因为有丁苯橡胶，橡胶供应才没
有出现严重短缺现象。苏联也曾用同样的方法向自己的军队提供
橡胶。丁苯橡胶的原料可由煤或石油获得。
美国以商业规模来开发合成橡胶开始得较晚，因为在
1941年
之前，它从未感受到橡胶短缺的威协。但是，在珍珠港事件之后，
美国便开始全力以赴地发展合成橡胶事业。它首先生产的是丁钠
橡胶和氯丁橡胶。后者是由氯丁二烯聚合而成的：
CH2 C CH CH2
Cl
可以看出，这个分子很像异戊二烯，所不同的只是氯原子代替
了甲基。
连接在聚合物长链上的氯原子使氯丁橡胶具有天然橡胶所不
具备的一些抗腐蚀性能。例如，它对于汽油之类的有机溶剂具有
较高的抗腐蚀性能，远不像天然橡胶那样容易软化和膨胀。因此，
像导油软管这样的用场，氯丁橡胶实际上比天然橡胶更为适宜。
氯丁橡胶首次清楚地表明，正如在许多其他领域一样，在合成橡胶
领域，试管中的产物并不一定只能充当天然物质的代用品，它的性
能能够比天然物质更好。
现在，人们已在生产多种化学结构与天然橡胶迥然不同但弹
性与之相似的无定形聚合物，它们具有人们所需要的一系列优良
性能。由于这类聚合物实际上并不是橡胶，所以它们被称之为弹
料（弹性聚合物）。
第一种不像橡胶的弹料在
1918年制成，这就是聚硫橡胶。它
的分子是由碳原子对和四硫原子团相间排列而构成的长链。由于
在制备聚硫橡胶时会产生难闻的气味，所以它曾长期被搁置一旁，
但是，后来它还是被投入了商业性生产。
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弹料还可以由丙烯单体、氟化碳和硅酮来合成。在这个领域，
正如人们所接触的几乎所有领域一样，有机化学家们犹如艺术大
师，利用已有的材料创造出各种新型物质，并创造出比天然物质更
好的物质。
（程席法 译）
第十二章 蛋白质
第十二章 蛋白质
第十二章 蛋 白 质
氨 基 酸
在研究生命物质的初期，化学家们就发现了一类性质奇特的
物质。在加热时，这类物质由液态变为固态，而不是由固态变为液
态。蛋清、奶里面的酪蛋白和血液里的球蛋白，就是呈现这种特性
的物质。1777年，法国化学家麦夸尔把所有加热后凝固的物质归
为特殊的一类，称之为蛋白物质，罗马《博物志》编纂家普林尼曾把
蛋清叫做清蛋白。
当 19世纪的有机化学家们着手分析蛋白质的时候，发现这些
化合物比其他有机分子复杂得多。1839年，荷兰化学家穆尔德得
出了一个基本式子：C40H62O2N10，他认为这是蛋白物质共有的一
个通式，只要在这个基本式子中加入一些含硫或含磷的基团，就可
以形成各种蛋白化合物。穆尔德把这个基本式子命名为蛋白质
（这个词是由希腊语转化来的，意思是“头等重要的”）。当时使用
这个词，大概只是为了表明这个基本式子在决定蛋白质的结构方
面是头等重要的；但是后来事物发展的结果证明，用这个词来表示
这些物质本身也是非常贴切的。自从知道了蛋白质以后，人们很
快就发现蛋白质对于生命是极为重要的。
在穆尔德工作后 10年内，李比希证实，对于生命来说蛋白质
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的作用甚至比碳水化合物或脂肪更为重要：蛋白质不仅供给碳、
氢、氧，而且供给碳水化合物或脂肪中所没有的氮和硫，还经常供
给磷。
穆尔德等人企图找出蛋白质的完整实验式，这种企图在当时
是注定要失败的。蛋白质分子太复杂了，当时所用的方法是分析
不了的。但是，人们已经开始从另一个方面对蛋白质进行研究，最
后不仅揭示出了蛋白质的组成，而且揭示出了蛋白质的结构。化
学家们开始了解到了蛋白质结构单元的一些情况。
1820年，布拉孔诺把纤维素在酸中加热（见第十一章）成功地
分解成葡萄糖单元后，决定用同样的方法处理一下白明胶（一种蛋
白物质）。处理的结果得到了一种甜的结晶物质。虽然布拉孔诺
最初怀疑这种物质是糖，但是后来证明这种物质不是糖，而是一种
含氮的化合物，因为从这种物质中可以得到氨（
NH3）。现在人们
把布拉孔诺分离出来的这种化合物叫做甘氨酸（源自希腊语
“甜”）。
此后不久，布拉孔诺把肌肉组织在酸中加热，得到了一种白色
的结晶物质。他把这种物质命名为亮氨酸（源自希腊语“白”）。
后来，当甘氨酸和亮氨酸的结构式被确定以后，人们发现它们
基本上是相似的：
CH3 CH3
CH
CH2
O
NH2CH2 C NH2 CH C
OH OH
O
甘氨酸亮氨酸
可以看出，每种化合物在两端各有一个氨基和一个羧基。因
第十二章 蛋白质
第十二章 蛋白质
做
α…氨基酸。甘氨酸和亮氨酸都是
α…氨基酸。
随着时间的推移，化学家们又从蛋白质中分离出其他的
α…氨
基酸。例如，李比希从奶的蛋白质（酪蛋白）中得到一种他称之为
酪氨酸的
α…氨基酸：
OH
C
CH CH
CH CH
C
CH2
O
NH2CH C
OH
酪氨酸
各种
α…氨基酸之间的差异，完全取决于连接在氨基和羧基之
间那个单个碳原子上的原子团的性质。例如，最简单的氨基
酸——甘氨酸，其碳原子上只连接有一对氢原子。其他的氨基酸
都有一条含碳的侧链连接在那个碳原子上。
下面我只再介绍一种氨基酸的分子式，这对讨论本章后面的
一些问题会有所帮助。这种氨基酸就是德国化学家默尔内尔
1899年发现的胱氨酸。这是一个有两个头的分子，含有两个硫原
子：
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O
NH2CH C
OH
CH2
S
S
CH2
O
NH2CH C
OH
胱氨酸
实际上，英国化学家渥拉斯顿
1810年从膀胱结石中首次分离
出胱氨酸；因此才根据希腊语“膀胱”一词命名为胱氨酸。默尔内
尔所做的工作只是证明，这种有百年历史的化合物不仅是膀胱结
石里的一种物质，也是蛋白质的一种组分。
胱氨酸很容易还原，就是说，很容易在
S－S键的地方添加两
个氢原子。于是，分子分裂成两半，每一半含有一个巯基。这种被
还原的两半叫做半胱氨酸，半胱氨酸很容易被氧化成胱氨酸。
巯基的一般脆性对一些蛋白质分子的功能是重要的。对生命
最为重要的化学物质的特点，就是在轻微的刺激下能够保持微妙
的平衡，并能够以某种方式移动。巯基便是有助于形成这种能力
的原子组合的一部分。
目前已经鉴定出的重要氨基酸（即在大多数蛋白质中存在的）
共计
19种。其中最后一种是由美国化学家W。 C。罗斯于
1935年
发现的。今后不大可能再发现任何其他共同的氨基酸了。①
①现在通行的提法是组成蛋白质的基本氨基酸共
20种，称为标准氨基酸，除
78，
79页列出的
19种外还包括谷氨酰胺。——
ken777注
第十二章 蛋白质
第十二章 蛋白质
胶体
到
19世纪末，生物化学家已经确定，蛋白质是由氨基酸组成
的大分子，正如纤维素是由葡萄糖构成、橡胶是由异戊二烯构成的
一样。但是，这里有这样一个重要的差别：纤维素和橡胶是由一
种结构单元组成的，而一种蛋白质是由许多不同的氨基酸组成的。
因此，要想确定蛋白质的结构就要解决一些特殊而微妙的问题。
第一个问题就是要弄清楚在蛋白链分子中氨基酸到底是怎样
连接在一起的。
E。 费歇尔首先开始研究这个问题。他把一个氨
基酸的羧基总是与下一个氨基酸的氨基相连接，从而把一