纤维素与大爆炸

放眼全球，虽然贮存多糖数量极为庞大，但结构多糖——纤维素的数量更多。有人通过统计得出结论，全球大约一半的有机碳以纤维素的形式存在。据估计，每年有10 14 千克（约1000亿吨）的纤维素被生物合成及降解。作为一种资源，纤维素不仅极为丰富，而且可以再生，因此，化学家和企业家长期以来都在思考，如何利用纤维素这种廉价且易得的起始材料创造出新产品。

到19世纪30年代，人们发现纤维素可以溶解于浓硝酸，而且这种溶液倒入水中会形成一种高度易燃易爆的白色粉末。不过，这种化合物的商业化要等到1845年，瑞士巴塞尔的弗里德里希·尚班（Friedrich Schönbein）做出一项发现。当时，尚班正不顾妻子的反对，在家中厨房里用硝酸和硫酸的混合物做实验，本来妻子是严禁他在住所进行这种活动的，个中理由不难理解。这一天，他的妻子不在家，尚班失手打翻了一些硝酸和硫酸混合物。急于收拾烂摊子的尚班随手拿起一件东西——妻子的棉围裙。他把溅出来的液体擦抹干净，然后把围裙挂在炉子上方晾干。没过多久，伴随着一声巨响和一道强烈的闪光，围裙爆炸了。尚班的妻子回家后发现丈夫居然又在厨房进行棉花和硝酸混合物的实验，她的反应如何，没有留下记录。不过，尚班对这种材料的称呼却保留了下来：枪棉。棉花中纤维素的含量达90%，我们现在知道，尚班所称的枪棉是硝化纤维素，是硝基（—NO 2 ）取代了纤维素分子上若干位置的羟基中的氢原子后形成的化合物。并非所有这些位置的羟基都需要硝化，但纤维素的硝化程度越高，枪棉的爆炸性就越强。

意识到这项发现可能带来的利润之后，尚班建起了生产硝化纤维素的工厂，希望这种产品能够替代火药。但硝化纤维素是一种极危险的化合物，必须保持干燥，操作的时候也要极为小心。当时，人们并不了解残留的硝酸对这种材料会产生怎样的作用，因此，有几家工厂发生事故，被剧烈的爆炸摧毁，尚班的生意也因此宣告终结。直到19世纪60年代后期，人们才发现了行之有效的洗涤方法，除去残留的硝酸，这种化合物才足够稳定，可用作商业炸药。

后来，人们对硝化过程加以控制，生产出了不同的硝化纤维素，包括含硝量较高的枪棉，以及含硝量较低的火棉胶和赛璐珞等材料。火棉胶是硝化纤维素与酒精和水混合后形成的，在早期广泛用于摄影。赛璐珞是硝化纤维素与樟脑混合形成的，是最早获得成功的塑料制品之一，最初用作电影胶片。醋酸纤维素是另一种纤维素衍生物，人们发现醋酸纤维素不像硝化纤维素那么易燃，于是迅速在很多场合用醋酸纤维素取而代之。今天市场规模巨大的两个产业——摄影业和电影业之所以能够出现，都要归功于纤维素分子的化学结构。

纤维素几乎不溶于所有溶剂，但溶于一种有机溶剂——二硫化碳的碱性溶液，从而形成一种纤维素衍生物，即黄原酸纤维素，黄原酸纤维素呈黏稠的胶状分散体形式，因此获得了“黏胶”这一商品名。将黏胶挤压穿过小孔，产生的细丝经过酸处理，纤维素就会以细线的形式再生，用这种细线织成的面料在商业上称为人造丝。如果让黏胶通过一个狭窄的缝隙，就会产生玻璃纸。人造丝和玻璃纸通常被认为是合成织品，但其实并不完全是人造的，因为这两种材料只是天然存在的纤维素不同形式的衍生物而已。

葡萄糖的α聚合物（淀粉）和β聚合物（纤维素）都是我们日常饮食的重要组成部分，因此在人类社会中曾经扮演——并将一直扮演——不可或缺的角色。但真正创造了历史上里程碑的，却是纤维素及其各种衍生物的非饮食用途。纤维素——以棉花这种形式——是19世纪最具影响力的两个事件的导火索：工业革命和美国内战。棉花是工业革命的重要推动力，促使大量农村人口流向城市继而实现了城市化；它加速了工业化进程，并催生了多项创新和发明；它引发了社会变革，促进社会繁荣，从而改变了英国的面貌。棉花造成了美国历史上最大的危机之一；奴隶制是美国内战中最重要的议题，北方各州要求废除奴隶制，而南方各州则要保留奴隶制——这些州的经济体系正是建立在奴隶种植的棉花之上。

硝化纤维素（枪棉）是人类最早制造的具有爆炸性的有机分子之一，它的发现标志着许多现代产业的开端：炸药、摄影和电影业，这些产业最初都建基在各种硝化纤维素之上。在过去的一个世纪里，肇始于人造丝——另一种形式的纤维素——的合成纺织业在塑造经济的过程中发挥了重要作用。如果没有纤维素分子的这些应用，我们的世界将非常不同。 +plk8l3+bypF7wPC7e9LH4YAKyUlj5WSkjTE31wfVbaGAFEpVLzlKkhJgQ2B8SaJ