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化学奠基里程碑有机化学 · 煤焦油染料约 17 分钟阅读

珀金一八五六年的苯胺紫:复活节失败的奎宁凑法与第一种商业合成染料

Perkin 1856: Mauveine from a Failed Quinine Attempt

珀金苯胺紫奎宁合成染料煤焦油

一八五六年复活节假期,伦敦东区凯布尔街,十八岁的威廉·亨利·珀金在自家顶层的家庭实验室里做氧化。他是牛津街皇家化学学院奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼的名誉助手。课题是用煤焦油里的芳香胺去凑奎宁。奎宁的组成式当时写成 C20H24N2O2\mathrm{C_{20}H_{24}N_{2}O_{2}},是金鸡纳树皮里那种能压疟疾寒热的碱。他先拿烯丙基甲苯胺按组成算术去加氧,得到的不是药。他又拿更简单的苯胺再试一次,得到黑渣。酒精里洗出的溶液,把丝绸染成洗不掉的紫。同年八月二十六日,英国专利第一九八四号登记的是一种可将丝、棉、毛染成淡紫或紫的着色物质。一八五七年,工厂在米德尔塞克斯的格林福德开工。本页停在这一次失败的药合成,以及第一种被卖出去的煤焦油合成染料。

它不是 合成染料工业 那一章从品红到茜素、从英国到德国的产业总览。总览管色谱怎样铺开、后来的公司怎样把偶然变成目录。本页只收一八五六到一八六三年实际申请、建厂、命名和上橱窗的那一种紫。它也不是 芳香性:休克尔规则和环电流是二十世纪的语言。更不是 凯库勒一八六五年的苯环。公报上的六元连通式要再等九年。人物列传在 奥古斯特·凯库勒。本页桌上没有环,只有组成式、一张专利和一桶能染布的紫。

破除误解:不是工业总览,不是苯环课,也不是一份可照做的氧化手册

第一个误解,是把本页读成合成染料工业的缩写。品红、偶氮、茜素、靛蓝,以及产业重心迁往德国,都是后到的篇章,写在总览里。茜素怎样被判成蒽而不是萘,见 格雷贝–利贝曼 1868。本页的对象更窄:一次复活节里失败的药合成,一张一八五六年的专利,一座一八五七年的厂,一种被时尚界买走的紫。把后续色谱提前写进凯布尔街的烧瓶,会把一种颜色读成整座工业史。工业史可以引用本页。本页不代替工业史。

第二个误解,是把苯胺紫读成芳香性总览,或读成凯库勒已经画好的六元环。一八五六年没有这张图。霍夫曼那一代用类型式给有机碱分类:苯胺被写成氨里一个氢被芳香基换掉。碳四价和闭合六元核是九年后的命题。把圆圈、共振和核磁共振提前塞进复活节的黑渣,等于把后到的电子图像当成当时的工作语言。珀金能卖的是颜色和牢度,不是一张正确的结构式。结构式后来才来。来了也不改一八五六年已经卖出去的那一批布。

第三个误解,是把本页读成可照做的氧化配方,或读成一份家庭实验室生产规程。专利说明书和后来的纪念演讲里,确有投料与处理的句子。那些句子属于当时的法律文本和事后自述,不是本页要复述的操作。本页只写当时公开主张了什么、登记了什么、卖出了什么。不写浓度,不写配比,不写加热、萃取和放大步骤,也不把工厂里如何从煤焦油切出苯胺写成可以跟着做的流程。把失败的药合成讲成一套能在厨房里重现的氧化,会把知识页做成工艺说明书。对象是历史判决,不是生产许可。

第四个误解,是把苯胺紫写成第一种人工有机分子,或写成人类第一次看见合成的颜色。氰酸铵重排成可鉴定的尿素晶体,早在一八二八年就已经打击过活力论,见 活力论的漫长死亡 与 维勒的尿素合成。苦味酸一类硝基酚,更早被用来给丝上黄。紫脲酸铵和地衣紫也曾在一八五〇年代的橱窗里充当半合成的时髦紫。本页不和这些物质抢「第一个有颜色的分子」。它抢的是另一句话:煤焦油里的苯胺,第一次被做成可以专利、可以建厂、可以按匹卖给染坊的合成染料。颜色工业的引信是商业闭环,不是烧瓶里出现过彩色。

对象:组成算术的失败、专利主张的着色物质,以及被买走的那一种紫

霍夫曼把人工奎宁当作值得做的学生课题,依据不是结构式,是组成式加减。奎宁当时被写成二十个碳、二十四个氢、两个氮、两个氧。若两分子烯丙基甲苯胺再接上氧,账面上可以凑出同一套原子,并剩下水。这是类型化学里常见的纸面算术:原子个数对上了,就被允许当成一条可能的路。路在复活节走不通。珀金后来在霍夫曼纪念演讲里把顺序说清楚:先做烯丙基甲苯胺那一次,得不到药;再选更简单的苯胺,看氧化究竟会留下什么。留下的是黑渣。黑渣里没有奎宁。酒精溶液却把丝绸染成紫,日晒和洗涤都拿不掉。对象从「这是不是药」转成「这摊渣能不能上布」。

商业判决先于结构判决。一八五六年六月十二日,苏格兰珀斯普拉尔染色厂的罗伯特·普拉尔回信:若成本不至于把货价抬死,这项发现就属于很久以来最有价值的那一档;这种颜色在丝绸上一直缺货,在棉纱上则贵得可怕。回信是染坊的市场判断,不是一张工艺流程图。珀金没有找到现成的授权厂家。父亲乔治·福勒·珀金是营造商,愿意拿积蓄去赌一桶还没有学名的紫。兄长托马斯·迪克斯·珀金一起进厂。霍夫曼更希望助手留在学院做纯化学。本页把这个分歧写成职业选择,不写成道德剧:学院要的是可以发表的碱,家庭赌的是可以卖的颜色。

专利主张的范围必须按文本读,不能按后来的产业神话放大。一八五六年八月二十六日的英国专利第一九八四号,题目按字面是:发明一种新的着色物质,用来把丝、棉、毛或其他材料染成淡紫或紫。它保护的是一种染色用途的物质,不是一种抗疟药,也不是后来才被解析出来的吩嗪鎓结构。本页只取这条主张。说明书里如何混合、如何处理,属于当时为满足专利充分公开而写下的句子,这里不转抄、不改写成步骤。一八五二年英国专利法修订之后,个人发明人申请专利的门槛已经下降。十八岁的学生能把一桶紫泥送进专利局,靠的是这套制度,不是靠已经存在的染料托拉斯。法国方面也有相应申请。跨国登记说明:对象一开始就被当成可转让的工业产权,而不是一篇只给学院看的笔记。

工厂是对象的另一半。一八五七年六月,珀金父子公司在格林福德靠近大联盟运河的地块开工。十二月,伦敦贝斯纳尔格林基思染坊的布匹上已经出现这种紫。运河解决的是煤焦油馏分和成品进出,不是本页要写的设备清单。早期商品名一度借用帝王紫,好让顾客听懂这是哪一档颜色;英语时尚界随即改口叫 mauve,借的是法语里锦葵花的名字。一八六三年,珀金给主要着色成分一个化学家用的词:mauveine,苯胺紫。命名晚于专利,晚于开工,晚于第一批被买走的丝绸。名字是事后贴上的标签。卖出去的东西在标签出现之前就已经在布上。

时尚把这种紫从染坊推进公共视觉。一八五九年前后,巴黎和伦敦的女装一度被写成紫色热;拿破仑三世的皇后欧仁妮把这种颜色带进宫廷场合,英国一侧的公开着装也跟着走。一八六二年伦敦国际博览会上,煤焦油新产品被当作展品陈列,这种紫已经不是实验室里的意外,而是可以拿给观众看的工业输出。时髦褪得很快。品红和更艳的苯胺色几年后就把它挤出橱窗。本页不把「紫色十年」写成产业的全部成果。产业总览去管后来的色谱。本页只需要承认:第一种被大规模买走的煤焦油合成染料,确实是这一种寿命不长的紫。寿命短,不取消它作为商业闭环的第一例。

结构是后贴上的说明书,不是一八五六年的卖点。一八七九年,珀金在《化学会志》第三十五卷发表《苯胺紫及同类着色物质》,把市售物写成不止一种成分:结晶性较差的一份,和一种较不溶、可结晶、当时写成 C27H24N4\mathrm{C_{27}H_{24}N_{4}} 的盐。他已经指出,纯苯胺得到的是他称为假苯胺紫的东西;商业上那种更红的紫,来自苯胺与甲苯胺类混合碱。这句话是分析化学的发表,不是一份教人如何配原料的配方。本页只取他当时印出的判断:卖出去的颜色从一开始就是混合物。一九九四年,梅思-科恩与史密斯用博物馆样品说明,长期写进教科书的单一结构式对不上真实组分,主要成员是后来叫做苯胺紫 A、B 的吩嗪鎓盐。结构修正属于鉴定史。它解释一八五六年的对象是什么,并不把一八五六年改写成一次有目标产物的理性设计。理性设计要等连通式和 官能团 语言就位。一八五六年就位的是颜色、牢度和售价。

原来的药课题更晚才在别处完成。一九四四年,伍德沃德与多林发表奎宁全合成。那是结构理论、反应方法和 药物化学 已经换代之后的工作,不是珀金这条组成算术的延期完工。本页因此也不把苯胺紫写成「差一点点就做成了抗疟药」。差的不是步骤,是提问方式。组成式加减替代不了连接方式。失败是真的。卖出去的是另一种东西。

反事实:若倒掉黑渣,若只有论文没有厂,若把一八五六年读成已经有苯环

若复活节结束时黑渣被当作失败样品冲掉,霍夫曼的奎宁课题不会留下一种新染料,只会留下又一次组不成药的氧化。十九世纪中叶的煤焦油化学并不缺彩色沉淀。缺的是有人停下来问:这摊渣能不能上布、能不能卖、要不要登记成工业产权。对象成立的关键一步,不是氧化「成功了」,而是承认失败产物可能是另一种商品。没有这一步,苯胺仍是学院里的碱,帝王紫仍归海螺和禁奢法。

若只有一篇学院论文、没有专利和厂,优先权可以写进化学史,颜色却进不了橱窗。珀金找不到现成的授权厂家,这件事说明:当时的染坊制度并不自动把新色料接进生产。家庭出资、运河边建厂、把样品送进珀斯和伦敦染坊,才把「一种紫」变成「一种货」。货的标准是丝绸是否吃色、水洗和日晒是否掉色、价钱是否高过顾客愿意付的那一档。结构式不在这张验收表上。把本页写成「发现了一种分子」,会把一八七九年才发表的组成分析,倒填进一八五六年的专利页。

若普拉尔回信认为太贵或上色不牢,专利仍可存在,厂却很难开。商业合成染料的第一例,依赖染坊愿意拿真实织物做判决。实验室里的艳丽不等于匹布上的艳丽。本页把普拉尔的信留在对象里,正是为了挡住另一种英雄叙事:仿佛只要年轻人看见紫色,世界就会自动出现化工产业。看见是必要条件。染坊说「值得一试」才把看见变成投资。

若有人把一八五六年的紫读成凯库勒环上的取代演示,时间就被用错了。闭合六元核要到一八六五年才印成公报。本页的苯胺还只是类型式里的氨衍生物,氨基是后来才被叫做 官能团 的那只工作手。没有环,照样可以氧化、上色、卖货。先有可卖的颜色,后有可教的结构,这个顺序被后来的教科书写反的次数太多。总览页会把顺序再写直。本页只守住一八五六年:环不在桌上。

若把苦味酸或紫脲酸铵已经上过色的事实,说成「合成染料工业早已开始」,会抹掉本页真正新的那一环。那些颜色或来自早已知道的硝基酚,或来自动物排泄物和地衣加工,没有把煤气厂废液里的苯胺做成可专利的大宗货。苯胺紫的新意不在「人工分子可以有颜色」,而在「煤焦油碱可以被组织成一种工业产品」。组织包括专利、运河边的厂、染坊合同和橱窗。缺任何一环,对象就塌回一次彩色事故。

跨域连接

  • 疟疾:霍夫曼把奎宁交给学生,是因为金鸡纳碱当时仍是帝国热带驻军和商路依赖的退热药。本页证明的是组成算术做不成这种药。苯胺紫不进入血液、不杀疟原虫、不改变树皮贸易。把复活节的紫泥写成抗疟成功,会把一种染料误认成公共卫生干预。药的课题失败了。失败产物改去上布。疟疾史继续走金鸡纳和后来的合成抗疟药,不走格林福德的染缸。
  • 知识产权:一八五六年的对象能离开顶层实验室,靠的是专利把「一种淡紫或紫的着色物质」写成可主张的边界。边界围的是染色用途,不是分子式,也不是抗疟适应症。十八岁发明人能进入这套程序,与一八五二年以后个人申请成本下降有关。本页不把专利写成创造了颜色。颜色在烧瓶里已经出现。专利把颜色变成可以建厂、可以排除仿制、可以卖给染坊的资产。没有这道边界,家庭积蓄很难变成运河边的厂。
  • 帝国主义:奎宁需求来自帝国在热带的驻扎与航运,金鸡纳树皮的种植和垄断是政治经济,不是有机化学作业。本页的氧化发生在伦敦东区,原料却来自照亮伦敦街道的煤气工业废液。帝国要的是士兵不发疟疾;工厂交出的是女装上的紫。两条物流只在「霍夫曼为什么出这道题」处相交。相交不等于染料成了殖民药物。把苯胺紫写成帝国权力的直接工具,会把时尚消费和树皮政治焊成同一根管子。
  • 纺织与纤维艺术:普拉尔的判决标准是丝绸和棉纱吃不吃色,不是光谱纯度。早期商品先在丝上站住,再进入棉布印花,说明纤维艺术的材料等级本身就是市场。宫廷和博览会把这种紫从染坊抬进公共视觉,衣料比论文更快地让城市看见「煤焦油可以是颜色」。本页不重写纺织作为艺术门类被降格为工艺的那部社会史。它只提供一件硬物:第一种按匹出售的煤焦油合成色,首先接受的法庭是织造物,不是结构式。
  • 色彩与光:时尚界叫它紫,是在日光下看织物,不是在分光计下看吸收峰。锦葵花的法语名字被借来当商品词,说明颜色先被当成文化样品,再被当成化学样品。本页不讲视网膜如何编码波长,也不把苯胺紫写成一种标准色度。光学总图管的是光如何变成知觉。本页管的是知觉一旦被染坊和宫廷确认,一种没有结构式的混合物就可以成为「那种紫」。先有被看见的商品,后有被测定的发色团。

参考文献

  1. Perkin, W. H. British Patent 1984 (26 August 1856). “Producing a New Colouring Matter for Dyeing with a Lilac or Purple Color Stuffs of Silk, Cotton, Wool, or other Materials.”
  2. Perkin, W. H. “On mauveine and allied colouring matters.” Journal of the Chemical Society, 35, 1879, 717–732. DOI: 10.1039/JS8793500717
  3. Perkin, W. H. “The Hofmann Memorial Lecture.” Journal of the Chemical Society, 69, 1896, 596–637.
  4. Meth-Cohn, O. & Smith, M. “What did W. H. Perkin actually make when he oxidised aniline to obtain mauveine?” Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1, 1994, 5–7. DOI: 10.1039/P19940000005
  5. Travis, A. S. The Rainbow Makers: The Origins of the Synthetic Dyestuffs Industry in Western Europe. Lehigh University Press, 1993.
  6. Travis, A. S. “Mauve and its anniversaries.” Bulletin for the History of Chemistry, 32, 2007, 35–44.

延伸阅读

  • Garfield, S. Mauve: How One Man Invented a Colour That Changed the World. Faber and Faber, 2000. 面向公众的人物与时尚叙事,不是本页的专利文本。
  • Woodward, R. B. & Doering, W. E. “The total synthesis of quinine.” Journal of the American Chemical Society, 66, 1944, 849. DOI: 10.1021/ja01233a516 原来的药课题在结构时代的完成,不是一八五六年那条组成算术的续篇。
  • 与 合成染料工业、芳香性、凯库勒一八六五年的苯环 对读:产业总览、电子判据、六元连通式,都不是复活节那一桶紫泥。