诗情“化”意——诗词中的化学.pdf
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1、 Univ.Chem.2023,38(7),237241 237 收稿:2022-08-03;录用:2022-09-05;网络发表:2022-09-19*通讯作者,Email: 基金资助:国家自然科学基金青年基金(22004005);北京市教委一般项目(KM202110011011)科普 doi:10.3866/PKU.DXHX202208024 诗情“化”意诗词中的化学诗情“化”意诗词中的化学 张钰婕,刘思彤,徐龙飞,裴晓静*北京工商大学化学与材料工程学院,北京 100048 摘要:摘要:从浪漫婉约的古诗词出发,和读者一起探索蕴藏在诗词里的化学知识,从靛蓝染料、酒和茶中的化学知识一步步展开全
2、文,形象地讲述合成靛蓝的染色原理、酒香的检测和鉴定以及茶叶中的化学成分,旨在让读者对诗词中的化学知识有更多的了解,激发更多人对化学学习的兴趣,领略化学之美。关键词:关键词:化学科普;靛蓝染料;茶;酒 中图分类号:中图分类号:G64;O6 Chemistry in Poetry Yujie Zhang,Sitong Liu,Longfei Xu,Xiaojing Pei*School of Chemistry and Materials Engineering,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China.Abst
3、ract:Starting from ancient poems,this paper explores the chemical knowledge in the romantic and graceful ancient poems with readers and tells the dyeing principle of synthetic Indigo,the detection and identification of wine aroma and the chemical composition of teafrom a chemical point of view.The p
4、urpose is to let readers have more understanding of the chemical knowledge in poems,stimulate their interest in chemical learning and appreciate the beauty of chemistry.Key Words:Popularization of chemistry;Indigo dye;Tea;Alcohol 回望中国诗词发展历程,光芒熠熠,意气风发。古代的诗人们时常与化学知识“邂逅”,将其转化为字里行间的优美文字,以富有韵律美的、高度凝练的古诗词
5、让其跨越时空,展现在我们的视野之中。当浪漫婉约的古诗词与严谨细致的化学相碰撞,会产生什么样的反应呢?让我们从诗词出发,一起走近诗词中的化学知识,开启一场奇妙的诗情“化”意之旅。1 诗经中的诗情“化”意诗经中的诗情“化”意 我们先从诗词的源头诗经出发,一起吟诵诗经小雅采绿,诗曰:“终朝采绿,不盈一匊。予发曲局,薄言归沐。终朝采蓝,不盈一襜。”诗中的“绿”,通“菉”,即荩草。诗中的“蓝”,即蓼蓝。通过诗经我们了解到,早在先秦时代,先民们采摘荩草和蓼蓝,用它们来染布,美化单调的服饰。那么为什么这两种植物可以染色呢?原来荩草中含有荩草素(图1左),荩草在水中有较高的溶解度。将新鲜的荩草叶片碾碎揉搓,由
6、于荩草黄色的汁液对纤维素纤维有较高的亲和力,所以荩草素可以与纤维大分子间形成氢键和范德华力,使织物直接染为黄色1。而蓼蓝的染色机理与荩草完全不同,蓼蓝虽花红叶绿,但是可以将布238 大 学 化 学 Vol.38料染蓝2。这是由于蓼蓝的叶片中含有靛苷,可从中提取靛蓝素(C16H10N2O2)。明代科学家宋应星在其所著的天工开物一书中向读者全面解释了蓼蓝的种植、造靛和染色工艺,这说明早在明代,制作靛蓝和自然发酵染色技术已经能够被很好地运用了。在这本书中,他还详细地描述了靛蓝的染色过程:“凡蓝入缸,必用稻灰水先和,每日手执竹棍搅动,不可记数。其最佳者为标缸。”将蓼蓝捣碎浸泡,经过长时间静置,容器底部
7、会产生蓝色泥状的靛蓝。那么,如何使这些靛蓝染料充分自然发酵还原呢?先民们发挥聪明才智,在靛蓝染液中加入米酒或酒糟,此时靛蓝被还原成无色的靛白,由于靛白很难溶于水,他们又添加了适量的“稻灰水”(即稻草灰水,主要成分为Ca(OH)2)3,从而使织物上色,这一过程充分展现了古人对蓝染技术应用的智慧。织物在染液内充分浸透后,需要取出晾晒。在晾晒的过程中,织物接触到空气,由于靛白有很高的还原性,在空气中很不稳定,所以靛白再次被氧化为靛蓝,织物的颜色也会随之由黄变绿,由绿变蓝,靛蓝的染色过程也随之完成。先民的智慧千年流传,这种古老的制作靛蓝和染色工艺竟然非常接近现代化学合成靛蓝的染色原理,我们不得不被先民
8、的智慧所叹服。图图1 荩草素结构荩草素结构(左左)和靛蓝结构和靛蓝结构(右右)19世纪70年代,诺贝尔奖获得者阿道夫冯贝耶尔(Adolf von Baeyer,18351917)用靛红、三氯化磷、磷以及乙酰氯进行反应,成功合成了靛蓝(图1右),靛蓝的合成对有机染料和芳香族化合物的研究作出了重要贡献4。虽然冯贝耶尔合成了靛蓝,但此时所用的靛红来自靛蓝植物。之后,他反复摸索,在1878年用苯乙酸合成了靛红。1879年,冯贝耶尔又尝试从邻硝基甲苯、邻硝基苯丙炔酸等出发合成了靛红,完成了靛蓝的全合成,其工艺过如图2所示。图图2 靛蓝的全合成靛蓝的全合成(Baeyer-Drewsen靛蓝合成靛蓝合成)由
9、于贝耶尔提出的合成路线繁琐,成本非常高。19世纪90年代,卡尔休曼(Karl Heumann)进一步研发了其他合成靛蓝的生产工艺。20世纪初,德国化学家约翰福莱格(John Pfleger)在休曼法的基础上,通过N-苯基甘氨酸和3-吲哚酚将苯胺合成为靛蓝,其工艺过程如图3所示。图图3 靛蓝染料的化学合成过程 靛蓝染料的化学合成过程 No.7 doi:10.3866/PKU.DXHX202208024 239从1890年开始,合成靛蓝因其价格低廉、纯度较高,工业化合成靛蓝迅速普及并占领了世界各地的市场。20世纪末,天然植物靛蓝工艺基本上退出了大规模生产,只剩下民间蓝染工艺的传统应用,云南大理的白
10、族扎染和四川自贡的扎染技艺也先后被列入国家级非物质文化遗产。如今,靛蓝是全球分布最广泛的染料之一,它也是蓝色牛仔裤的优选色5。花花世界,霓虹万千,人工合成的有机染料(表1)大大丰富了我们生活中的色彩,上万种染料已经被应用到我们生活的方方面面。现代人的生活早已离不开人工合成的色彩,离不开现代化学工业。表表1 各种染料简介 各种染料简介6 染料名称 代表物 颜色 染色原理 直接染料 刚果红 红色 对纤维无需媒染剂直接上染 酸性染料 甲基红 红色 与蛋白质纤维分子中的氨基以离子键相结合 阳离子染料 阳离子红GTL 暗红色 与织物中第三单体的酸性基团结合而使纤维染色 活性染料 活性艳红K-2BP 黄,
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