節選自《湯姆斯河：科學與救贖的故事》，作者：丹·費金。版權所有© 2013 年 3 月 19 日，班塔姆圖書公司。
將改變湯姆斯河並重塑全球經濟的重大理念，誕生於 1856 年，在一位名叫威廉·亨利·珀金的早熟的 18 歲化學系學生的閣樓實驗室裡，他和家人住在倫敦東區。當時正值復活節假期，珀金利用這段時間研究皇家化學學院的導師奧古斯特·威廉·馮·霍夫曼建議的一些煤焦油實驗。
世界上沒有人比霍夫曼更瞭解煤焦油的化學性質，而煤焦油是一種非常重要的化合物。可以說，它是第一種大規模工業廢物。到 19 世紀中期，煤氣和固體焦炭已經取代蠟燭、動物油和木材，成為許多歐洲和美國城市最重要的照明、供暖和烹飪燃料來源。煤氣和焦炭都是在缺氧條件下高溫燃燒煤炭產生的，這個過程會留下一層厚厚的、有氣味的棕色液體，由於它與用於防水木船的松焦油相似，因此被稱為煤焦油。但是，未蒸餾的煤焦油並不是一種很好的密封劑，而且也有毒，因此很難處理。燃燒它會產生有害的黑煙，掩埋它會殺死附近的植被。最常見的兩種煤焦油處理方法，將其傾倒入露天坑或水道中，顯然是不受歡迎的。但是，一位黑森州的僑民霍夫曼，他是一位非常耐心的實驗家，他確信煤焦油可以變成有用的東西。他已經在皇家化學學院建立了這樣做的記錄，在那裡他是創始主任。霍夫曼知道，煤焦油的各種成分在加熱時會在不同的溫度下汽化，他花了數年時間分離其許多成分。在 19 世紀 40 年代，他的工作幫助啟動了木材“醃製”行業，鐵路枕木和電線杆透過浸入用煤焦油製成的雜酚油中來防止腐爛。但是，木材醃製者對煤焦油中較輕和最易揮發的成分不感興趣，這些成分仍然只是有毒廢物，實際上比未蒸餾的煤焦油更有毒。因此，霍夫曼和他的學生們繼續進行實驗。
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其中一位學生是年輕的威廉·珀金。霍夫曼讓他從事一個專案，該專案涉及將煤焦油的一些關鍵成分分解成它們的氮鹼，即胺。霍夫曼知道，奎寧是治療瘧疾的唯一有效藥物，因此對大英帝國至關重要，它也是一種胺，其化學結構與萘等幾種煤焦油成分非常相似。他還知道，秘魯金雞納樹的樹皮是奎寧的唯一來源，這就是為什麼這種藥物價格昂貴且很難獲得的原因。但是，如果這種神奇藥物可以從萘或煤焦油的其他不需要的成分中合成出來呢？霍夫曼認為這不可能，但他認為這對他的有前途的少年門徒來說是一個合適的專案。
珀金欣然接受了挑戰；像他的導師霍夫曼一樣，他是一位痴迷的實驗家。珀金在復活節假期開始工作，而霍夫曼在德國。珀金在他家頂樓的一個小型簡陋實驗室裡工作，他決定用甲苯進行實驗，甲苯是煤焦油的一種有毒成分，後來在湯姆斯河中發揮了重要作用。珀金分離出一種名為烯丙基甲苯胺的衍生物，然後嘗試透過在重鉻酸鉀和硫酸的混合物中將其氧化來將其轉化為奎寧。當他完成時，他的試管裡裝著紅黑色的粉末，而不是他希望看到的透明藥物。因此，珀金再次嘗試，這次選擇了一種更簡單的胺，稱為苯胺，它是從苯中提取的，苯是另一種煤焦油成分，後來也聲名狼藉。他再次將其與重鉻酸鉀和硫酸混合，但實驗再次失敗。這次，他的試管底部出現了一種黑色、粘稠的物質，當然不是奎寧。
然而，當珀金將黑色粘液從試管中洗出來時，他看到了一些引起他興趣的東西：玻璃上殘留著明亮的紫色。顏色鮮豔，並且頑固地附著在玻璃上。更有趣的是，當他用酒精處理這些粘液時，其紫色完美地轉移到他用來清潔試管的棉布上。珀金偶然發現了苯胺的分子魔力。苯、甲苯和其他煤焦油成分是無色的，因為它們吸收人眼無法檢測到的紫外線。但是，如果這些芳香烴用酸處理以產生苯胺或其他胺，經過一些額外的步驟，新合成的分子會非常有效地吸收來自可見光譜中特定波長的光粒子。這位年輕的化學家不知道為什麼產生的顏色如此鮮豔；分子根據其共享電子鍵的結構在特定波長吸收光子的能力在 50 年後才會被解決。他甚至不知道他到底創造了什麼；直到 20 世紀 90 年代，他新化學物質的精確分子結構才會被推斷出來。但是，珀金只需要他自己的眼睛就知道，他試管底部的物質可能非常有用，尤其是在它的顏色如此完美地轉移到棉布上之後。幾個月前，珀金和一位同學曾試圖合成一種紡織染料，但失敗了；現在，他卻在嘗試製造治療瘧疾的藥物時不知何故成功了。正如珀金所知，誰能創造出第一種能夠用美麗顏色染色絲綢、棉花和其他織物的人造染料，誰就可能變得非常富有。也許，這位少年想，他失敗的實驗也許並非失敗。
染料是一門非常大的生意，而且一直如此。人類用顏色覆蓋身體的衝動是原始的；從印度到美洲的古代文化都用從木材、動物和開花植物中提取的染料為衣服和皮膚著色。迄今為止，古代世界最著名的色調是推羅紫。它只能從幾種海螺，尤其是地中海東部的一種名為棘染螺的海螺的乳狀粘液分泌物中產生。這種紅紫色染料之所以珍貴，是因為它的色調令人眼花繚亂，而且稀少得幾乎消失。每隻染螺通常只能產生幾滴染料，而且只有在剛捕獲時才能產生。這是一種具有傳奇色彩的顏色，據說是赫拉克勒斯（羅馬人稱之為赫拉克勒斯）發現的。根據希臘神話，這位偉大的英雄看到他的狗在舔舐黎凡特海岸的貝殼後嘴巴被染成了紫色。赫拉克勒斯認為這種色調非常壯觀，於是他向腓尼基國王贈送了一件紫色長袍，國王立即宣佈該顏色為皇室的象徵，並使推羅成為古代世界染螺染料生產的中心。這就是為什麼在公元前 44 年 3 月的埃德斯日，當布魯圖斯在羅馬參議院將其殺害時，尤利烏斯·凱撒穿著他的推羅紫色禮袍。這也是為什麼，13 年後在亞克興戰役中，克利奧帕特拉的皇家駁船的船帆被染成鮮豔的紫色。
隨著羅馬帝國的衰落，羅馬人建立的精心染螺種植和染料生產體系消失了，紫色調本身也消失了。隨後是千年的灰色、棕色和黑色。一種新的染料行業終於在中世紀晚期興起，允許天主教紅衣主教用從微小的胭脂蟲殼中提取的猩紅色來掩蓋自己，並允許掛毯製造商用來自印度和巴西的染木樹上的鮮豔紅色來編織。也有紫色，主要來自地衣，但它們蒼白且褪色很快。凱撒和赫拉克勒斯的深紅紫色，權力與財富的色彩，色彩之王，已不在染料製造商的調色盤中。它消失了，只存在於傳說中。
然後，突然，它出現了，頑強地附著在 18 歲的威廉·亨利·珀金的試管的玻璃壁上，看不到海螺的影子。在六個月內，珀金為他的染料製造工藝申請了專利，並從皇家化學學院辭職（他的導師霍夫曼反對，他認為他太魯莽了），致力於製造他最初稱為推羅紫的染料。後來，他改用了一個將在歷史上成為合成化學工業的第一個商業產品的名稱：珀金的淡紫色，或苯胺紫。起初，珀金和他的兄弟托馬斯在威廉的頂樓工作室裡製造染料。然後，他們轉到房子後面的花園裡，最後轉到倫敦郊外大運河旁的一家工廠。對珀金兄弟來說幸運的是，淺紫色恰好在 1857 年和 1858 年巴黎和倫敦的沙龍中非常時尚。淡紫色，正如法國人所稱的那樣，是法國歐仁妮皇后和她的密友英國維多利亞女王最喜歡的顏色。珀金的新染料不僅比他的法國競爭對手費力地從地衣中生產的淡紫色更亮，而且也便宜得多。由於珀金的努力，任何時尚女性都可以穿上歐仁妮最喜歡的顏色，到 1858 年，幾乎所有女性都這樣做了。歐洲的染料廠注意到了這一點，建立了他們自己的苯胺化學突擊研究計劃，並派遣代表團前往倫敦，談判獲得珀金製造秘密的途徑。
來自瑞士巴塞爾的兩家競爭對手的染料製造商是珀金成功的最密切觀察者之一。約翰·魯道夫·蓋吉-梅里安是巴塞爾染木業務中第四代蓋吉家族的成員；他的曾祖父約翰·魯道夫·蓋吉-蓋米瑟斯於 1758 年創立了該公司，至今已有一百年曆史。他的競爭對手
亞歷山大·克拉維爾是巴塞爾的新來者，甚至不是瑞士人。克拉維爾是法國人，他重新定居在巴塞爾，因為這座城市戰略性地位於德國和法國之間的萊茵河畔，是繁榮的紡織品貿易中心。吉吉-梅里安和克拉維爾都對珀金在苯胺化學領域的突破以及由此產生的更便宜、更鮮豔的染料著迷。1858年，隨著第二種偉大的苯胺染料的發現，他們的熱情加快了。那是一種鮮紅色的品紅，其生產成本甚至比珀金的苯胺紫更低廉。
對於吉吉和克拉維爾來說，似乎沒有理由不試圖超越珀金，尤其是在這位年輕的英國人除了自己的國家之外，沒有在任何其他國家獲得專利的情況下。即使他獲得了專利，也無關緊要，因為瑞士不執行專利，並且在五十年內不會承認任何化學工藝是可保護的智慧財產權。（憤恨的法國人稱瑞士為le pays de contre-facteurs，即仿冒者之地，而更加憤怒的德國人則稱之為der Räuber-Staat，即海盜之國。）吉吉和克拉維爾沒有費心與珀金談判；他已經與足夠多的人討論了他的方法，以至於這些方法現在實際上已進入公共領域——至少在無專利的瑞士是這樣。到1859年底，吉吉和克拉維爾各自在巴塞爾的萊茵河附近的運河上建立了自己蓬勃發展的苯胺染料製造廠，彼此相距僅幾英里。這樣做，他們讓自己的公司走上了成為世界上最大的兩家化學品製造商的道路——並最終在新澤西州的一個小鎮上成為了一個龐大的製造業務的合作伙伴，這個小鎮也有自己的海盜歷史：湯姆斯河。
在接下來的十年裡，在萊茵河沿岸，德國和瑞士都進行了瘋狂的活動，苯胺染料（首先是紫色、紅色和黑色，然後是彩虹中的所有顏色）的生產將一家又一家小型家族企業轉變為國際巨頭。到1870年，由於新的合成染料，在接下來的一個半世紀裡將主導化學工業的大多數公司已經確立了其全球參與者的地位。名單包括吉吉、拜耳、赫斯特、阿克發（Aktiengesellschaft für Anilinfabrikation的縮寫，即苯胺生產公司）以及最大的巴斯夫，它是Badische Anilin-und Soda-Fabrik的縮寫，即巴登苯胺和蘇打工廠。亞歷山大·克拉維爾的公司也蓬勃發展，尤其是在他於1873年出售該公司之後。十一年後，該公司更名為Gesellschaft für Chemische Industrie im Basel，即巴塞爾化學工業協會，簡稱Ciba。第三家偉大的巴塞爾染料製造商山德士也很快在1886年加入了競爭。
這些公司的成功始於對珀金偉大創意的挪用，但並未止步於此。一個更重要的決定是遵循他的導師霍夫曼的本能，將煤焦油分離並找到其所有組成部分（而不僅僅是苯胺）的用途。在苯胺染料（源自苯）之後，出現了用甲苯製成的品紅色，用蒽製成的紅色，用苯酚製成的粉紅色以及用萘製成的靛藍色。這些都是碳氫化合物，是有機化學中豐富而廉價的構建基塊。碳氫化合物對新的化學制造世界非常有用，原因與氫和碳對生命化學至關重要相同。當氫和碳原子形成分子時，它們傾向於將自己排列成環狀和長鏈的持久結構，其中原子透過共享電子牢固地鍵合在一起。大約四十億年前，這些氫碳鍵的強度使得越來越複雜的分子（氨基酸、DNA和蛋白質）能夠從原始湯中形成，從而使生命成為可能。現在，在煤焦油中碳氫聚合物的穩定平臺上，化學家們開始構建一系列比自然界提供的更堅固、更有吸引力、更便宜的新材料。
首先出現的是染料，隨後很快出現了油漆、溶劑、阿司匹林、甜味劑、瀉藥、洗滌劑、墨水、麻醉劑、化妝品、粘合劑、照相材料、屋頂材料、樹脂和第一批原始塑膠——所有這些都是合成的，並且都源自煤焦油，即商業化學的源泉。（煤焦油洗髮水和肥皂也出現了——並且仍然以非常稀釋的形式作為批准的銀屑病和頭蝨治療方法。）德國的魯爾河谷憑藉其大量的煙煤礦藏，成為歐洲乃至世界工業的中心。早在1859年，英國諷刺雜誌《笨拙》就曾嘲諷“淡紫色麻疹”是一種應該用“一劑嘲弄”來治療的時尚流行病，但到了1888年，它卻在讚美苯胺化學，只是帶有一絲諷刺。
美麗的焦油，光明的結果
來自黑煤和黃色瓦斯燈光，
現代產品中最奇妙的，
瓦斯廠的焦油，美麗的焦油！. . .
油，軟膏，蠟，和酒，
以及被稱為苯胺的美麗色彩；
你可以用它製作任何東西，從藥膏到星星，
如果你知道如何用黑煤焦油來做的話。
當化學品製造商最終在十九世紀末期擴充套件到煤焦油化學之外時，他們透過調整其製造協議來適應石油和其他原材料來實現，從而生產出更多種類、非常成功的產品，從丙酮到 X 射線底片。Ciba 甚至在阿爾卑斯山獲得了自己的頁岩油礦藏作為新的原料。到三家總部位於巴塞爾的大型化學品製造商（Ciba、Geigy 和 Sandoz）組成聯盟在美國製造染料和其他產品時——首先是 1920 年在俄亥俄州辛辛那提，然後在 1952 年在湯姆斯河——該行業已經證明自己有能力合成幾乎任何天然材料。
這是一項利潤驚人的業務——只要沒有人太注意製造過程留下的東西。
摘自《湯姆斯河：科學與救贖的故事》，作者丹·法金。版權所有© 2013 年 3 月 19 日，班坦圖書公司。