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 排泄物不是廢物──尿
這些日子裡，尿很難得上新聞，總是得隔上好一陣子，我們才會偶爾聽到某某運動員，由於尿液檢驗發現曾非法使用類固醇，或是紐約市的某個醉鬼，在地鐵的軌道上撒尿結果遭電死的消息。近來能使我們擱下其他心思，暫時轉念到小便上的狀況大概只有兩個：第一是家裡的貓咪在地毯上撒了泡尿，留下的氣味著實難聞。第二是隔壁鄰居養的母狗，一泡尿引來方圓一公里內的所有公狗。不過在過去美好的日子裡，真的有好幾次，尿液很有可能成為頭條新聞。
譬如早在1669年的某一天，德國《漢堡日報》的頭條標題很可能是：「本地的煉金術士發明了冷火」。這標題裡面所說的煉金術士名叫布蘭德（Hennig
Brandt），布蘭德也跟那個時代的其他煉金術士一樣，滿腦袋只有兩件事情：製造黃金、發現生命的祕密。
而這兩件事情並非彼此不相關，怎麼說呢？黃金公認是永恆的金屬，它不會腐蝕或變色，性質永遠不變，如果我們能發現黃金永恆性質的祕密，也許我們可以把它應用到人體上，使人跟黃金一樣長生不老。
布蘭德想從尿液裡，尋覓這個雙料祕密，為什麼會選上尿呢？因為他注意到尿液多呈黃色，他想也許這黃顏色是由於含有黃金的關係。於是他尋找各種方法，要從尿液中提煉寶貴的黃金。其次他知道尿是從血液轉變來的，因而尿液中應該仍保存一些血液的成分，而血液對生命來說，是不可或缺的東西，所以他也期望能從尿液裡面，對血液賦予生命的性質，找出一些蛛絲馬跡。布蘭德蒐集了大量的尿液，他先把尿液煮沸濃縮再蒸餾，看看濃縮液的蒸氣冷凝後，會出現些什麼。
他在觀察蒸餾程序時，當然是一心祈禱黃金出現，當冷凝瓶上出現白色蠟狀物，而不是黃澄澄的黃金時，他不免大失所望，但是且慢，他很快就發現，冷凝瓶上聚集的白色物質，在黑暗中發出了奇異的光芒，頓時讓他轉嗔為喜，心想雖然沒有找到黃金，莫非是歪打正著，教他幸運的碰到了「長生不老藥」？由於布蘭德先生早已作古，可見他找到的顯然不是長生不老藥。但是我們從另一個角度來看，他取得的這種發放異光的物質，還的確給予這位好奇的煉金術士，某種形式上的永垂不朽，因為布蘭德從此以後，將永遠為人所記得，是磷（P）元素的發現者。
不久之後，布蘭德就發現這種新物質不僅能在黑暗中發光，它在含水時為糊狀，當其中水分蒸乾後，就會自燃。若不希望它起火自燃，可把它安全的儲存在水裡，有需要點火時，可把它從水中拿出來，吸乾水分暴露在空氣中，就會自動燃燒。這在當時的確是相當重要的發現，因為那時要起火只有一個方法，那就是用打火石。布蘭德一直沒有公開製造這種新物質的方法，只把方法賣給少數幾個人，來賺點錢。但是到了1737年，法國政府找人研究這件事，把來龍去脈弄清楚後公布了一份報告，布蘭德的祕密才曝了光。
以上的敘述似乎滿複雜，但實際上牽涉到的化學相當簡單。尿液是含有各種身體廢棄物的溶液，這些廢棄物中包括好幾種形式的磷酸鹽，磷酸鹽的共同點是它們都具有磷酸根，它是磷跟氧結合的無機化合物。當這些磷酸鹽在有碳元素相伴的情況下加熱，碳就會把磷酸根中的氧搶走，生成一氧化碳，剩下的則是磷元素。布蘭德並未特意加碳進去，那麼反應中所需要的碳元素是打哪來的呢？這是他在高溫加熱濃縮尿液時無意中得到的，因為高溫加熱使得尿液中的有機成分，脫水變成了木炭，而木炭本質上就是碳，這個變化跟把木材燒成木炭沒什麼兩樣。
在十八世紀結束之前，磷已經開始為人廣泛使用。甚至最早的火柴也已出現，它的設計相當簡單，不過是一小塊塗了磷的紙，密封在玻璃管裡，在玻璃管敲破後，磷得以接觸空氣著火燃燒。不久有人把它改良一番，成為一小塊紙與一小瓶磷，紙片的尖端塗上硫磺。要點火時把紙浸到小瓶內，磷先自燃，點燃紙上硫磺，再點燃紙片。
再沒過多久，最早的「隨處劃」火柴也開發出來了，這是用一根細小的木棒，一頭塗裹磷、硫磺、氯酸鉀的混合物，然後再浸過膠水。膠水的作用是形成膠膜，防止火柴頭上的塗料跟空氣接觸，不過一旦有人拿起這根火柴，在粗糙表面上劃它一下，擦掉火柴頭上的膠膜，磷就因暴露到空中而燃燒。這項燃燒反應會因為氯酸鉀(KClO3)遇熱放出氧氣而更熱烈，直到溫度高到能夠點燃混合物中的硫磺，硫磺一燃燒，溫度會迅速增高，小木棒就會點燃。
如果木棒都能由磷點燃，那麼把人點燃也應該沒問題才是。人的聰明才智向來沒有限制，特別是在研究發展新穎的戰爭利器或殺人方法上。
於是不久就人研發出，摻有磷的砲彈跟炸彈，這些砲彈跟炸彈爆炸後，無數小塊的磷像雨水般淋灑到敵人陣營裡，碰到衣服燒衣服，碰到肌膚燒肌膚，達到克敵制勝的效果。當磷燃燒時，它跟氧結合生成氧化磷，散發到空氣中形成濃稠的白煙，人們遂又利用磷的此一性質，發明了「煙幕」彈。
但是製造武器需要大量的磷，絕不可能只依靠布蘭德先生發明的煮尿方法。好在到了十九世紀初，化學家發現骨頭裡也含有磷酸鹽，於是大夥兒改用骨頭來提煉磷。起先人們只蒐集動物的骨頭，但是這個來源很快就變得供不應求，於是在不得已之下跑到各處古戰場去挖掘死人骨頭。這種物以稀為貴的情況持續了很長一段時間，直到世界各地陸續發現了多處磷酸鹽岩礦藏後，磷的供應問題才獲得解決，而價格也才便宜了下來。今天，工業上製磷的方法是把大量的磷酸鹽岩，跟碳放在一塊兒加熱，雖然如今的生產規模不知比以前大了多少倍，但基本原理跟程序可說仍然是抄襲布蘭德的原始煮尿法。
早期生產的「白磷」（P4，正四面體結構）有很嚴重的問題，首先是它有劇毒，工作上跟它接觸頻繁的人經常會中毒，當時有許多人死於所謂的「磷中毒性頜疽」。此病變是因為磷蒸氣由蛀齒處進入體，然後逐一破壞人身上的骨骼，而上下顎骨是最先受到破壞的骨頭。另一個問題則是白磷太容易起火燃燒。後來人們發現一個方法，可以把白磷轉換成較為安全的「紅磷」（Px，x的大小不定，因此紅磷的結構較複雜），且可以同時解決白磷的劇毒性跟易燃這兩個問題，這個轉換法相當簡單，只需要把白磷放在氮氣或氬氣中加熱即可。
有了紅磷之後，安全火柴隨即面世。早期的安全火柴是把硫磺跟氯酸鉀，用膠黏在火柴頭，而在火柴盒上準備了用來劃火柴的表面，這表面是一層碎玻璃渣跟紅磷，碎玻璃渣提供磨擦生熱的效應，紅磷則是用來點火。劃火柴時，磷上迸出的火花會點燃火柴棒上的硫磺，由於現場有氯酸鉀遇熱釋出的氧氣助燃，硫磺頓時劇烈燃燒，產生大量熱量點燃火柴木棒。
火柴製造的最後一項改進起源於另一項發現，那就是硫磺跟磷之間可以發生反應，產生化合物三硫化四磷（P4S3）。這項物質沒有毒性，且在空氣中非常穩定，但是在磨擦生熱時則會點燃。因而現代的「隨處劃」火柴頭裡，含有三硫化四磷作為點火劑、氯酸鉀當氧化劑，以及碎玻璃渣當熱量發生器，這些全都用膠黏在一起當火柴頭。
而最時髦的安全火柴的火柴頭，主要成分則是氯酸鉀，它必須在特定表面才劃得著，而這特定表面的主要成分則是紅磷跟硫化銻（Sb2S3或Sb2S5）。火柴頭上的氯酸鉀提供點燃磷所需的氧氣，燃燒的磷點燃硫化物，最後燃燒的硫化物點燃火柴棒。說到這兒順便一提，玩具槍所用的「紙彈」裡，用的也是與上述大致相同的化合物，亦即硫磺、紅磷以及氯酸鉀，這種混合物紙彈一經敲擊，就會造成類似槍聲的小型爆炸。
當年布蘭德一定做夢也想不到，他的煮尿實驗居然引發出這麼多名堂。而尿對科學的貢獻，也不僅於此。
化學可以分成兩個基本研究範圍：分析跟合成。分析化學家的工作，是要決定研究的物質中，有何基本化學成分跟結構，而合成化學家則是用分子建構單元，組合成所要的化合物。最早期的化學家就是煉金術士，他們工作的意圖相當含混，說得好聽些是雙管齊下，兼具分析跟合成，但是他們那些神祕兮兮、技術拙劣以及經常顛三倒四、亂七八糟的實驗，實在夠不上現代科學的最起碼標準。
不過這種情形後來有了改善，當時序進入十八世紀中葉之前，西方世界裡似乎突然湧現出一批新品種的科學家，其中包括了真正具有科學頭腦的波以耳（R.
Boyle, 1627-91）、普利斯特理（J. Priestley, 1733-1804）、拉瓦謝（A.
L. Lavoisier, 1743-94）、牛頓（I. Newton, 1642-1727）以及道耳吞（John
Dalton, 1766-1844）等人。他們對揭開種種自然之祕發生了興趣，更難得的是，他們的動機就是好奇，他們很想知道，這個世界究竟是些由什麼東西、用什麼方法建構的。
在那個時代，大多數人認為，物質可分為兩大類：有機物跟無機物。顯然沒有生命的岩石跟礦物質歸為無機物，而那些可以從活的系統裡分離出來的物質就稱為有機物。尤有進者，人們認為這些有機物，諸如從罌粟花中提煉出來的鴉片，或是金雞納樹中萃取得來的奎寧，都具有生命力量，而這種生命力量是人所永遠無法複製的。
許多世紀以來的經驗告訴人們，化學家能夠操縱利用無機物，諸如把金屬從礦石內提煉出來，然後打造成刀劍跟犁頭等工具。但是要把無機物轉變成有機物則是不可能的。換言之，如果有人想要香草調味料，他最好知道上哪兒去找香草豆。
這種早期的刻板印象到了1828年，突然有了戲劇性的改變，奇妙的是，造成這個歷史性觀念轉變的焦點又是小便。原來早在1773年，有一位名叫侯艾爾（Hilaire-Martin
Rouelle）的法國化學家，首先從尿液裡分離出一種白色結晶物，後來這玩意兒名正言順的命名為尿素。
由於尿素是人體製造的，所以它顯然是個「有機物」，既然屬有機物，當然就應該無法在實驗室裡製造出來，至少當時化學界的人是這麼想的。但是在1828年中某個不朽的日子，德國化學家維勒（Friedrich
Wohler, 1800-82）著手檢驗一種白色結晶，這個白色結晶是前些日子裡，他把一種叫做異氰酸銨（NH4NCO）的礦物質加熱後得到的。
當他用硝酸處理這個不知名物質時，它「馬上產生了魚鱗狀的閃亮沉澱」。這個反應現象維勒覺得非常眼熟，似乎在哪兒見過，抓了半天腦袋後他才終於記了起來不錯，他在很久以前曾經用天然的尿素做過同樣的試驗，於是他馬上跑去買一些尿素，並著手證明它跟那些從加熱「無機的」異氰酸銨得到的白色結晶完全相同。維勒非常興奮，即刻寫信給他的業師貝采利烏斯（Jacob
Berzelius, 1779-1848），裡面寫道：「我必須告訴你，我能夠不用任何動物的腎臟來製造尿素，不管是人的還是狗的……」
的確，他一傢伙把尿素做了出來，原先人們認為有機物具有生命力的迷思終於打破，而無機與有機化學之間，從此搭建起永恆的橋樑。並且陡然之間，化學的潛力似乎變得無邊無際。
如果尿素可以在實驗室裡製造，那麼奎寧或香草也許也一樣能用人工方法合成，推而廣之，甚至許多現在根本不存在的物質，也許也可以在實驗室裡面合成出來。
對於化學家來說，維勒的尿素合成的確徹底去除，以往認為自然跟合成物質之間有所差異的傳統觀念。因為無論你怎麼看、怎麼試驗，合成的尿素跟天然的尿素完全相同，沒有任何區別。它清楚的顯示出一項化學原則，就是：物質的性質，只是由該物質的組成決定，跟它的來源全然無關。維勒合成的尿素用來作肥料的效果，跟用天然尿素完全相同，因為兩者的化學性質是一樣的。但有趣的是，在維勒偉大發現的近200年後，那個錯誤的觀念在一般人的心目中，卻仍根深蒂固，許多人仍然相信天然的東西比合成的要勝上一籌。最顯然的例子之一，就是許多人天真的相信，天然維他命C含有某些捉摸不到的性質，使得它硬是比人工合成的抗壞血酸（也就是維他命C）要更好。
在維勒出乎意料外合成出尿素後不久，另外又上演一齣跟小便有關的重要化學發展戲碼。德國化學家萊勤巴哈（Karl
Ludwig Reichenbach）對山毛櫸的焦油（beechwood tar）中分離出的各種化學物品感到興趣。當時這種焦油到處都是，多得不得了，原因是開礦的人用山毛櫸（又叫青剛木）製造木炭，然後用這種木炭把礦砂中的金屬熔解出來。事實上，萊勤巴哈是第一位用蒸餾法得到雜酚油的化學家。由於雜酚油的氣味非常難聞，讓萊勤巴哈想到一個點子。原來他家房屋外圍有一圈木頭搭建的圍籬，該圍籬經常被左鄰右舍的公狗看上，喜歡過來翹腿方便一番，讓萊勤巴哈非常不爽。為了趕走來方便的狗狗，這位富創意的化學家刻意把木圍籬用雜酚油塗過一遍，哪裡曉得那些狗狗並不認同萊勤巴哈認為雜酚油難聞的想法，還是照常跑來他家圍籬上尿尿。
雖然以雜酚油防狗的措施沒有成功，但是卻促成了一項重要的科學發現，萊勤巴哈後來注意到，在雜酚油、木頭、狗尿三樣東西互相接觸的地方，漸漸變成漂亮的藍色。他很快就從變色的部分分離出一種藍色的染料來，並且把這種新的染料命名為「批它可」（pittacal），是他把意思為「焦油」跟「美麗的」兩個希臘字合併而成。
萊勤巴哈繼續進一步把它純化，且意圖在市場上銷售，可惜乏人問津。不過批它可在化學史上有其不可磨滅的重要地位：它是第一個人工合成染料，比起後來轟動一時的珀金（William
Henry Perkin, 1838-1907）發現苯胺紫染料事件，早了25年。
其實早在遠古時期，人們就注意到，小便在顏色生成上扮演重要角色。遠古時期的染工知道，某些物質能夠幫助天然染料附著到織物上，而這些物質後來稱為「媒染劑」（mordant），這個字的英文是從拉丁文的「咬」字演變來的。比方說，當棉或毛織品跟洋蔥皮放在水裡一起煮時，其間不會有什麼事情發生。但是這時如果在水裡加上一點明礬，織品馬上就會染上洋蔥皮的顏色。也就是明礬促使洋蔥皮內的天然色素「咬」進織品。
當初會發現媒染劑的作用，無疑是個意外，也許是早期人們注意到，當石松意外掉進染液時，染出來的顏色竟然變得好看很多。如今我們知道，石松是很好的天然明礬來源。這種觀察結果，當然會讓人想順便試驗其他方便取用的東西，而說起取用方便，什麼東西會比大小便更容易取得呢？妙的是這兩樣東西都有媒染劑的效果。
古代羅馬的女士真的把毛蕊花的葉子浸在尿液中，去染黃頭髮。而在印度，即使至今天，人們仍使用牛糞當媒染劑漂染棉織品。在人工合成的靛藍發明之前，利用天然靛藍萃取物染色的方法中，就有一步是把紡織品浸在熱尿液中。在十九世紀，化學知識跟實驗室的技術都比較精良後，自然就有人對小便會增強色彩作用的機制，起了研究的意念，而紡織廠商由於利益與共，顯然對此非常關心。
施里柏（Adolf Schlieper）是一位德國紡織業老闆，他曾經一度在李比希（Justus
von Liebig, 1803-1873）的實驗室工作過，所以有些化學方面的實際經驗，李比希是當時首屈一指的大化學家。施里柏在實驗室工作的對象是尿酸（C5H4N4O3），這是一種白色結晶，差不多一百年前，由瑞典化學家謝勒（Karl
Scheele, 1742-1786）首先從尿結石裡分離出來。在所有食肉類動物的尿液中，都只含有少量的尿酸，但是在鳥類、帶鱗甲的爬蟲類、毛毛蟲以及──大麥町犬（這也許是由於某種生物演化上的急轉彎吧）的排泄物裡，尿酸則是主要成分。若是尿酸聚積在關節內，會造成關節疼痛，即一般所謂的痛風。
施里柏研究尿酸並未搞出什麼名堂，他對科學的主要貢獻只是把他研究的化學物品，轉手給另一位年輕的德國化學家拜爾（Aldolf
von Baeyer, 1835-1917），拜爾由於這個機緣而對尿酸發生興趣，開始研究尿酸跟它的衍生物，後來就是其中的一個衍生物，讓拜爾的名字永垂青史。
這個衍生物是他由尿酸當作原料，製備出的一種全新白色的結晶，他把它命名為「巴比妥酸」（C4H4N2O3）。至於為何他會取這麼個名稱，有好幾個不同說法，有些人相信此名稱源自慕尼黑一位餐廳女侍，因為她經常送他研究原料，另一些人則說他發現這個新化合物的那天正好是聖巴巴拉日。而拜爾自己則在演講時暗示，他當時正跟一位「巴巴拉小姐」談戀愛（當然這個說法跟餐廳女侍的故事比較相符）。
雖然巴比妥酸名稱的出處仍有爭議，但是由於拜爾發現了巴比妥酸而奠定其後各種巴比妥酸鹽的開發基礎，則是無庸質疑的。巴比妥酸鹽是最重要的藥劑之一，這些化合物之所以重要，是因為它們都是中樞神經系統的抑制劑，具有讓情緒鎮定，到使人沉睡等各種藥效。如今各種巴比妥酸鹽使用在許多鎮靜安眠的藥方裡，更廣泛用在外科麻醉上。
有趣的是，拜爾本人一輩子從未發覺巴比妥酸有任何鎮靜劑的效應，但是事實上這並不奇怪，原因是巴比妥酸本身的確不具催眠性質。把這兩件事搭到一塊得歸功於拜爾手下最著名的學生費雪（Emil
Fischer, 1852-1919），費雪發現巴比妥酸的一個叫做巴比妥（C8H12N2O3）的衍生物，能夠引發睡眠，不過他的發現比起拜爾第一次合成巴比妥酸，時間上已經晚了將近50年。費雪跟一位名叫封麥林（Joseph
von Mering）的醫生合作，在公開示範下，替一隻狗注射了一針巴比妥，狗狗就乖乖的倒頭睡著。由於效果非常好，費雪替巴比妥另外改取了一個名稱，叫它「佛羅拉」（Veronal），他這名稱乃是借用了義大利城市佛羅那（Verona）的名字，因為費雪認為那兒是全世界最安寧的城市之一。如今當面臨必須要動外科手術的時候，我們用不著驚慌失措而失眠，因為多年前拜爾對尿發生興趣之後開花結果，為人類發展出了正確的化學。(摘自本書第八篇<化學算總帳>) |
