《科学画报》
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紫色染料，一个划时代的意外发现
2022-08-15 21:17:00煤焦油的产物
1856年，18岁的英国青年威廉·珀金在他家中简陋的实验室里试图通过煤焦油合成奎宁。在那个时代，奎宁是治疗疟疾的唯一药物，而且制备工艺很特别，要靠研磨热带地区的金鸡纳树的树皮得来（所以奎宁也叫金鸡纳霜），因此价格高得离谱。 但是煤焦油很便宜。煤焦油是煤燃烧的副产物，那时，人们大多将煤燃烧剩下的煤焦油倒入附近河流。伦敦皇家化学院的德国化学家冯·霍夫曼对煤焦油研究颇深，他知道煤焦油中含有碳、氢、氮等元素，在氨基化合物的合成领域有很大潜力。而奎宁正是一种碱性胺，其中含有氨基，因此冯·霍夫曼推测奎宁可以由煤焦油制备而成。
作为冯·霍夫曼的助手，珀金希望能让老师对自己刮目相看，他就想试试自己能不能人工合成奎宁。他失败了。
在尝试合成奎宁的实验中，珀金用重铬酸钾氧化煤焦油中提取的苯胺，结果烧瓶里留下了一层黑色黏稠物质。而奎宁应该是无色的。珀金拿酒精清洗，结果发现烧瓶里出现了漂亮的紫色溶液，他意识到这一定是发生了某种化学反应，但他的目标是奎宁，对这个目标之外的化学反应不感兴趣。后来的实验发现，这种紫色溶液很容易染在衣服布料上，而且不容易清洗，珀金这才重视起这种紫色物质，他记录其“能抵抗大气、光线和肥皂的作用”。 实际上，珀金得到的紫色溶液的关键成分是苯胺紫，他的实验结果意味着世界上第一种合成染料诞生了。这完全是一次意外的发现，不仅结果与预期南辕北辙，而且他后来发现，反应原料中的苯胺其实已经被甲苯胺污染了，两种物质一起被氧化后才会产生紫色物质。 珀金很快申请了专利，并且马上让父亲出资，与兄弟一起开办工厂进行紫色染料的商业化生产。伴随着紫色染料的大规模生产，紫色衣服在19世纪50年代风靡一时，爱美的女士痴迷于这种漂亮的颜色。而这一时尚风潮的来临，正得益于苯胺紫的一大特点——廉价。
但珀金的工作有着更重要的意义。苯胺紫的发现为有机化学工业奠定了基础。虽然后来紫色不再流行，但纺织染色技术由此取得了长足的进步，也进而带动了有机化学工业的发展。为了纪念珀金的贡献，美国化学工业学会从1906年（发现苯胺紫50周年）开始颁发珀金奖章，表彰“在应用化学领域有所创新，使商业发展有所突破”的科学家。这至今仍是化工领域的最高荣誉。
紫色，天生高贵
这里需要提一下，为什么紫色会与高贵、富足联系在一起。
无论中外，紫色均是帝王、皇室的御用颜色。比如：北京故宫又称紫禁城，我国古代也有“紫台”（帝王居所）、“紫诏”（帝王诏令）的说法；在西方，拜占庭帝国的统治者用紫色作为皇家颜色，英国王室至今仍将紫色作为特殊场合的礼仪颜色。
究其原因，是紫色的染料过于稀少。地球上很难找到天然呈紫色的染料。最早使用紫色的场合可能是壁画，科学家在新石器时代的洞穴中发现了人类用含锰矿物作画留下的紫色印迹。公元前1500—公元前1200年，腓尼基人首先找到了天然的紫红色染料，其被称为泰尔紫或腓尼基紫，是从骨螺这种软体动物中提取并加工而成的。 古罗马自然哲学家、博物学家老普林尼在他的《自然史》中记载了腓尼基紫的制作工艺，过程十分烦琐，还会发出恶臭。而且，腓尼基紫显然不能大规模生产——有学者统计，12000只骨螺才能生产1.4克染料，只够给衣服点缀个边儿。“物以稀为贵”，紫色也因此成为高贵身份的象征。
现代学者分析得出，腓尼基人采用的骨螺有好几种，都来自地中海地区，如染料骨螺、环带骨螺，它们属于海洋腹足类动物。紫色的秘密源于骨螺的黏性分泌物经氧化后能产生6,6’-二溴靛蓝，这是显示紫色的成分。
鸟粪曾改变世界
随着时间的推移，世界各地的人们找到了不同的紫色天然原料，比如地衣、胭脂虫、苔藓、黑莓等，并且发展出了一些合成染料技术。到了19世纪50年代初，尽管不再那么稀有，紫色仍然是一种时尚、高贵的颜色。
在当时的英国，紫色染料的来源是紫尿酸铵，其英文为murexide，以纪念骨螺（英文名称为murex）——在疯狂的杀戮过后，染料骨螺和环带骨螺在西方几近灭绝。英国人使用的紫尿酸铵是从鸟粪中提取出来的，而且还是进口的鸟粪。
19世纪初，德国科学家、探险家亚历山大·冯·洪堡在秘鲁考察时发现了海鸟粪富含氮、磷、钾等元素，具有很高的肥料价值。干燥的自然环境让那里的鸟粪成了最好的天然肥料。他把这一发现带回了欧洲，很快，欧洲人都知道了这种宝藏原料。再后来，科学家又发现鸟粪中可以提取出染料。
当海鸟粪源源不断进口到欧洲，农业、纺织、时尚等行业的局势就发生了变化。法国生产商率先通过海鸟粪制备出紫色染料，随后英国、德国也开始大量使用紫尿酸铵染色。不过，这种染料在伦敦的推广效果并不好，因为伦敦的大气污染十分严重，空气中有大量含硫污染物，而紫尿酸铵与硫反应后很容易褪色。相较而言，珀金发明的苯胺紫效果更好，也更便宜，因而迅速打破了垄断。之后，在染料方面的探索让人们用上了苯胺红、苯胺蓝等，冯·霍夫曼也研究出了霍夫曼紫罗兰色……它们的出现共同推动着有机化学工业的发展，也因此改变了世界的方方面面。
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