Re: [新聞] 葉綠素發電不是夢 我國已找出商業應用之道 - 生態環境討論

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作者: jfsu (水精靈) 看板: Gossiping
標題: Re: [新聞] 葉綠素發電不是夢 我國已找出商業應用之道
時間: Thu Dec 24 13:23:49 2009

: 這種純粹以有機物質為材質的發電技術，成本相對不高，加水後還可以再多次使用，在環
: 保上更具有重要意義。
: 未來葉綠素發電技術精進後，甚至還將可以朝向大電力開發方向發展，供應更大量的電流
: ，甚至做為社區發電的用途。
: http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/091222/1/1xei6.html

或許大家都在國中了理化學過光合作用，方程式也知道怎麼寫，而其中的主角〔葉綠素〕
也都再熟悉不過。只是，很少人知道，這玩意也是直到50年前才被確定。

今天，我們來閒談一下某位老兄，他的才華可以與同是猶太籍的愛因斯坦匹敵，
不過.....很少人聽過他。

繼上篇寫完短命又不幸的天才數學家伽羅華的故事，底下的文章仍究秉持著通俗的
科普知識、去掉無謂的專業內容，來介紹大家認識每個發明或研究背後都是有著
不為人知的科學家的八卦。

今天的主角是：威爾斯泰特（Richard Martin Willst?tter, 1872.8.13 - 1942.8.3)，
德國化學家，由於對植物色素，特別是葉綠素（chlorophyll）的研究，獲得1915年
諾貝爾化學獎。


出生於猶太家庭的他，幼年常遭欺負，乾乾淨淨出門，黑黑青青回家，不是被附近的
小朋友扔石頭就是被吐口水，極盡嘲諷的言語甚至比八卦板或政黑板的鄉民還酸。
在學校，小威爾斯泰特也逆來順受，甚至已經dororo化，老師在課堂上也不太注意這位
安靜的學生，他在班上的座位總是被安排在最後一個位子上。
即使如此，不受重視的他仍專心在他的課業上。

他的化學啟蒙教科書是一本由德國有機化學家肖萊馬（C.Carl Schorlemmer）和
英國化學家羅斯科（H.E.Roscoe）合作編寫的《化學教程大全》。

18歲時，他進入德國慕尼黑工業學院就讀，主修的科目是有機化學。畢業之後，仍是在
該學校繼續研究。而被提升為教授時，應邀去當地的路易港作企業參訪，那次的考察讓
他重新考慮到一些在實驗室的與工業化生產的成品，彼此之間存在有著重大的問題。

「俺實在搞不懂這東西的顏色是怎麼產生的。」說話的是負責該企業的染料製品的顧問
　朱利爾斯（Julius）。

「這應該是分子中存在某些原子團讓物體顯色的原因。」威爾斯泰特解釋著：

「這類的原子團就是所謂的〔生色團〕。」

朱：sen色團？

威：生（ㄨㄟ/）色（ㄉㄚ\）團（ㄌ一\）。

朱：深（一）色（ㄉㄚ）團（ㄌ一\）？

威：生（ㄨㄟ/）色（ㄉㄚ\）團（ㄌ一\）。

朱：（笑）生（ㄨㄟ/）色（ㄉㄚ\）團（ㄌ一\）？

威：水啦！

朱：It's Good to Drink？

威：哩拎塊麥嘛！

朱：可是，如你所說的，這些生色團又怎樣影響著物質顏色的變化？是否可以預先知道
　　存在某個化合物裡的生色團會讓它出現某種顏色？


這下可讓威爾斯泰特啞口無言。

註：生色團，又稱發色團、發色基，是分子中含有能吸收紫外-可見光而產生電子躍遷
　　結構的基團

這個問題便在他心中留下一個問號。此時的值年29歲。接著，在他發現從焦油中可以
提煉出苯胺染料，並研究其化學組成，進而獲得一系列重大的發現。此外，他又開始
研究起葉綠素的化學結構。

關於他的研究內容太偏向專業，這裡就不討論，但我們先來說說葉綠素這東西。

在科學家注意到這玩意跟光合作用有關，那是18世紀之後的事，在這之前，這問題始終
是個未解之謎，而被歸為神蹟。

1771年，一位英國化學家普利斯特利作了一連串實驗，它將小白鼠置於密閉的玻璃罩下，
裡頭在擺放了一根點亮的蠟燭與一株薄荷的枝葉。沒多久，燭火沒有熄滅，老鼠也沒被
悶死。此外，他也發現即使有了薄荷葉，燭火仍比平常更快熄滅。

以我們現今的眼光來看，這單純就是植物的光合作用與呼吸作用的緣故嘛。不過，這位
老兄始終沒有弄清楚，幾年之後，才被一位荷蘭的科學家英格豪司證實在光亮之下，
植物會使得空氣清新；在黑暗處，空氣反而會變得混濁。

不過，這在當時不被人們相信。他們認為空氣中不到1%的二氧化碳含量如何供應給植物
使其轉換成占空氣含量約20％的氧氣？不可能嘛。

1782年，瑞士的瑟訥比埃發現，即使植物沒有受到陽光照射，照樣會釋放出二氧化碳。
之後陸續在索緒爾、邁爾、薩克斯與恩格爾曼等人的研究下，才逐漸釐清。

直到約一百年後，即1897年，真相徹底揭曉：植物分解空氣中的二氧化碳，取得了
碳元素，同時放出氧氣。這個過程的關鍵參與者是內部的葉綠素。在陽光的作用下，
把經由氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成葡萄糖，同時釋放氧氣：

12H2O + 6CO2 + 陽光 → (與葉綠素產生化學作用); C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2 + 6H2O

注意：上式中等號兩邊的水不能抵消，雖然在化學上式子顯得很特別。原因是左邊的水，
　　　是植物吸收所得，而且用於製造氧氣和提供電子和氫離子。而右邊的水分子的
　　　氧原子則是來自二氧化碳。

　　　光合作用的第一步是光能被葉綠素吸收並將葉綠素離子化。產生的化學能被暫時
儲存在三磷酸腺?(ATP)中，並最終將二氧化碳和水轉化為氧氣和碳水化合物。
葉綠素吸收大部分的紅光和藍光但反射綠光，所以葉綠素呈現綠色。並非只有
葉子才有葉綠素，葉柄的薄壁細胞都有葉綠素的存在。


藉由前人的研究，威爾斯泰特更是闡明了在綠葉細胞中以三比一的量存在的葉綠素a及b，
都是鎂的錯合物。

註：葉綠素是二氫〔口卜〕酚（chlorin）色素，結構上和〔口卜〕〔口木木〕
　　（porphyrin）色素例如血紅素類似。在二氫〔口卜〕酚環的中央有一個鎂原子。

因此，他獲得了1915年的諾貝爾化學獎，也是創導研究生物學的第一人。
1920年，他又繼續研究[酉每]反應，確定它是化學物質而非有機體。

在他回到母校（慕尼黑大學）任教，正當這位自小受盡欺負的猶太小孩終於能揚眉吐氣
時，之後幾年，只可惜，德國政權已被希特勒奪取，連愛因斯坦也被破逃亡到國外尋求
庇護，威爾斯泰特，這位著名的科學家也試著逃離納粹的迫害，令人難過的是，
於1942年，不幸死於逃亡途中。

可悲的遭遇也發生在另一位專攻葉綠素的科學家，此人即是費歇爾，Franz Fischer，
(1881～1945) 德國生物化學家，1930年諾貝爾化學獎得主。

威爾斯泰特曾花費很大精力進行過研究。葉綠素的分子組成很像血紅素，但是在它們
之間存在著極細微的差別，難以分辨清楚。費歇爾幾乎將全部時間都奉獻給這一任務，
並最終取得了成功，血液之所以紅、植物葉子之所以綠的秘密都被他揭開了。之後
更著手研究血液和植物葉子的色素並製造成人造血紅素，而他所修訂的葉綠素分子結構
一直沿用至今。

在第二次世界大戰期間，費歇爾仍留在德國，在德國戰敗前一個月，由於任教的慕尼克
大學遭到大規模空襲，他的實驗室被炸毀，在絕望之中自殺。

最後一位是美國科學家伍德沃德（Woodward，1917.4.10-1979.7.8），他在1960年
合成了葉綠素。他在天然有機化合物包括葉綠素的合成中所取得的成就受到世界科學家
們的推崇。因此，他獲得了1965年度諾貝爾獎。

「合成，是一門藝術。」亦是他常掛於嘴邊的名言之一。
(關於他的故事亦可寫成數頁～)

以上是研究葉綠素三傑：威爾斯泰特、費歇爾與伍德沃德。

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在臺灣，何謂R&D工程師?
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