1.1 化学是一门中心科学
化学（chemistry）是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学，是人类认识世界，改造世界的主要方法和手段之一。传统上化学分为无机化学、有机化学、分析化学和物理化学四个基础学科，但随着科学的发展，化学已经发展衍生出高分子化学、生物化学、放射化学和生物无机化学等许多新的分支。
科学家小传——波义耳
波义耳（R.Boyle，1627—1691），英国科学家，近代化学的奠基人。1627年1月25日生于爱尔兰利斯莫尔，父亲是伯爵。1635年入伊顿公学学习。1639年赴欧洲游学，1644年回国。1654年，在一位教育家的鼓励下，他决心在牛津系统地研究医学，由于要自己配药，于是在家里建造了实验室，逐渐对化学实验产生了兴趣，并成长为实验化学家。同时，他又阅读了大量的英文、法文、拉丁文医药化学家的著作，认识到化学必须从炼金术和医药学分离出来成为一门独立的科学而不仅仅是一种实用工艺。他是第一个发现指示剂和明确酸碱定义的人，也是波义耳气体定律的发现者。他的最大贡献是给元素提出了科学的定义，把化学确立为科学。科学史家都把波义耳的《怀疑派化学家》一书问世的1661年作为近代化学的开端。1663年当选为英国皇家学会会员，1680年当选为会长。1691年12月30日在伦敦逝世。
1.1.1 化学及其主要特征
化学具有三大特征。
（1）化学是一门以实验为基础的学科
“Chemistry”一词最早出现在1856年英国传教士韦廉森（Alexander Williamson）编的“格物探源”一书。“Chemistry”来源于拉丁语“alchemy（炼金术）”，后者源于阿拉伯语“al-kimiya”，而“al-kimiya”普遍认为来源于古埃及语“chemia”。在古埃及语中，“chemia”指的是金属加工和提纯、合金制取、贵金属仿制及伪制等制造金银的工艺。显然，化学起源于人类的生产劳动。我国古代在冶炼、染色、制盐、酿造、造纸、火药以及炼丹术等方面的发展直接推动了化学的发展。
（2）化学的主要任务是创造新物质
通过化学反应，反应物变成生成物，可以创造新的化合物和新材料。目前，已发现的化学元素有100多种，以这些元素及其衍生物为基础，化学工作者以每10年几乎翻一番的速度发现和创造新的化合物。迄今，有机和无机化学物质多达2400余万种；生物序列4800余万条。每天更新约40000条。这些新分子、新物质都是当今人类社会赖以生存和发展的物质宝库。
炼金术士
德国炼金术士Hennig Brand在实验室中蒸馏时，点燃了磷光，从而于1669年发现了磷这种物质。
（3）化学是一门中心科学
“化学是中心科学”的说法是由英国科学家、诺贝尔奖获得者罗宾逊（Robinson）提出的，科学技术发展的历史已然证明这一说法的正确性和科学性。原始人类从茹毛饮血发展到火的应用，劳动工具从石器时代进化到铁器时代，中国古代四大发明中的造纸、火药，都广泛涉及化学知识的运用。现代社会中，新建筑材料、新通讯材料、绿色农药、绿色化肥、新药、新能源等的开发和生产，都离不开化学。化学与我们生活中的衣、食、住、行等各方面都有着非常紧密的联系。原美国化学会主席布里斯罗（R.Breslow）在《化学的今天和明天——一门中心的、实用的和创造性的科学》一书中，有一段生动的叙述，大意如下：从早晨开始，我们从用化学产品建造的住宅和公寓中醒来。家具是部分的用化学工业生产的现代材料制作的。我们用化学家们研制的肥皂和牙膏，穿上合成纤维和合成染料制成的衣着。即使天然的纤维（如羊毛或棉花）也经化学品处理和上色来改进它们的性质。农作物用肥料、除草剂和农药使之成长。家畜用兽医药来防病。维生素类可以加到食品中或制成片剂后服用。甚至我们购买的天然食品，诸如牛奶，也必须要经化学检验来保证纯度。我们的交通工具——汽车、火车、飞机，在很大程度上要依靠化学加工业的产品。晨报是印刷在经化学方法制成的纸上，所用的油墨是由化学家们制造的，用于说明事物的照片要用化学家们制造的胶片。矿石经过以化学为基础的冶炼法变成金属或合金，成为我们生活中所用的金属制品。化学油漆能避免金属制品被氧化腐蚀。化妆品需由化学家制造和检验。执法用的和国防用的武器要依靠化学方法制造。事实上我们日常生活用品中很难找出有哪一种不是依靠化学或是在化学家们的帮助下制造出来的。
在生产实践中，化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学八大朝阳科学（sun-rise sciences）紧密联系，相互渗透，产生了许多重要的交叉学科（见图1-1）。
图1-1 化学是中心科学
1.1.2 化学与医学的关系
化学与医学的关系十分密切。早在18世纪末，英国化学家H.Davy就发现了笑气（一氧化二氮）的麻醉作用。1846年，美国牙科医生William Thomas在美国人Jackson的帮助下，通过多次实验发现了乙醚的麻醉作用。英国医生Simpson在乙醚吸入麻醉法的启发下，向一些化学家、医学家发信，征求气体化学药物，以寻求更安全有效的麻醉剂。经过不懈的努力，Simpson发现法国化学家杜马寄给他的氯仿有很强的麻醉作用。后来普鲁卡因（Procaine）等局部麻醉剂也被相继发现。在麻醉剂被发现之前，外科医生手术时不用麻醉药，病人痛苦不堪，手术很难进行。这些麻醉药的使用使手术可以顺利完成，拯救了很多病人的生命。但是，手术成功后仍有不少患者因为术后创口的不易愈合而感染，导致病人死亡。1864年，英国著名医生，被称为“外科消毒之父”的Joseph Lister在法国微生物学家、化学家、被誉为“细菌学之祖”的Louis Pasteur的“细菌是物质产生腐败的原因”的报告的启发下，开始了寻找临床消毒剂的试验。经过大量的实验，Joseph Lister于1865年发现利用石炭酸（苯酚）作消毒剂进行临床试验，创口感染死亡的病例大大下降。经过方法的改进，到1869年，在Joseph Lister主管的病房中，术后病人的死亡率迅速从45%下降到15%。
巴斯德（L.Pasteur，1822—1895）
在磺胺类药物问世之前，西医对于炎症，尤其是对流行性脑膜炎、肺炎、败血症等，仍然感到十分棘手，死亡率很高。1932年，德国内科医生Gerhard Domagk经过数千次的实验，惊喜地发现，将一种由偶氮染料和一个磺氨基结合而成的橘红色化合物注射给被链球菌感染的小鼠，这些小鼠不但没死，反而日渐康复。该橘红色化合物的商品名叫“百浪多息”，是一种早在1908年就能人工合成的染料。后来，就是这个百浪多息拯救了Gerhard Domagk受链球菌感染而奄奄一息的女儿。这也是磺胺的首次人体应用试验。在此启发下，化学家们制备了很多类型的磺胺类药物，如1937年研制出了“磺胺吡啶”，1939年研制出了“磺胺噻唑”，1941年研制出了“磺胺嘧啶”等，开创了今天的抗生素领域。磺胺的应用挽救了千万人的生命，它的发现者Gerhard Domagk于1939年获得了诺贝尔医学与生理学奖。
百浪多息—对氨基苯磺酰胺
现代化学与医学的联系更加密切。医学的主要任务是研究人体生理、病理和心理现象中的规律，以寻求诊断、治疗和预防疾病的有效方法，保障人类健康。这些都与化学密切相关。例如，生物化学就是在无机化学、有机化学和生理学的基础上发展起来的研究生命活动的一门学科。它利用化学的原理和方法，研究人体各组织的组成、亚细胞结构和功能、物质代谢和能量变化等生命活动。新药的发现、设计和生产过程中，更离不开化学方法。要设计新药，首先要能够在细胞、分子水平上深入地了解疾病发生的机理，只有阐明了疾病发生的分子机理，才可能有针对性地设计药物，然后合成，筛选，化学修饰，再合成，最后投入生产。例如，达菲（磷酸奥司他韦，Oseltamivir phosphate）是公认的抗禽流感、甲型H1N1病毒、亚型H7N9病毒最有效的药物之一。达菲的研发始于20世纪40年代美国洛克菲勒研究所的科学家对流感病毒的研究，在达菲的研发过程中，研究人员根据实验的要求在计算机上设计出了600多种化合物，交给化学家合成，然后由生物学家进行测试。经过数百次的修饰和筛选，直到1999年奥司他韦才被美国食品药品监督管理局批准上市。再如，2015年我国科学家屠呦呦因青蒿素治疗疟疾的研究成果获得诺贝尔生理学或医学奖，在她提取青蒿素的过程中，其成功的关键方法就是采用乙醚等低沸点化学溶剂冷浸萃取法。显然，没有化学方法的应用，是不可能取得这些成就的。
达菲
Nobel奖是当今世界最享盛誉、最具权威性的国际大奖，纵观一百多届诺贝尔化学奖获奖人的获奖工作，充分揭示了现代化学与医学的密切联系。例如：1902年，Hermann Emil Fischer因研究糖和嘌呤衍生物的合成而获奖；1930年，Hans Fischer因研究血红素和叶绿素，合成血红素而获奖；1958年，Frederick Sanger因测定胰岛素分子结构而获奖；1984年，Brace Merrifield因研究多肽合成而获奖；特别是从2001年到2010年的10届诺贝尔化学奖中，有6届授予了在生命科学研究中取得突出成就的科学家。生命现象的物质基础和有机分子的生物功能是生命科学研究的永恒主题，而无机化学与生物化学结合，有机化学与生物化学相结合，从分子水平来研究生物学问题，既是化学也是生命科学研究的前沿之一。近几十年来，分子生物学的蓬勃发展，也是源于化学方法在生物高分子研究中的突破，使得人类能够解开遗传的奥秘并在分子水平上了解生命现象。
诺贝尔（A.B.Nobel，1833—1896）瑞典化学家、工程师、发明家
青霉素过敏
青霉素过敏反应和其他药物过敏反应相似，都是由于药物半抗原进入人体后与体内组织蛋白结合成完全抗原，因而刺激人体产生免疫反应。青霉素分子在pH=7.5的水溶液中，可很快重新排列成青霉素烯酸，进而分解为青霉噻唑酸。这种青霉噻唑酸可与人体组织内的γ-球蛋白和白蛋白结合成青霉噻唑蛋白。青霉噻唑蛋白即是引起青霉素过敏反应的主要致敏物质。青霉噻唑蛋白不但在人体内形成，也可在青霉素生产过程或储存过程中形成，特别是纯度差或含有杂质较多的青霉素溶液，其本身就可能含有青霉噻唑蛋白，注射这种青霉素溶液，可直接引起过敏反应，甚至发生过敏性休克。因此，对于曾有青霉素过敏史或属于过敏体质者，无论皮试和用药，均须十分谨慎。
青霉素
青霉素过敏处理方法：患者出现过敏性休克后，应立即停药，就地抢救，争分夺秒。措施：①立即平卧（有利于脑部血液供应），保暖（以防循环衰竭），氧气吸入；②注射肾上腺素，该药为抢救过敏性休克的首选药物，具有收缩血管、增强血管外周阻力、兴奋心肌、增加心输出量及松弛支气管平滑肌的作用。
在生命科学高度发展的今天，医学工作者和生命科学家们越来越体会到化学对生命科学发展的重要性。美国著名化学家R.Breslow曾经指出：“考虑到化学在了解生命中的重要性和药物化学对健康的重要性，在医务人员的正规教育中涵盖不少化学课程就不足为奇了。”所以，在高等医学教育中，不论是中国还是任何其他发达国家，历来都将化学作为医学专业学生的重要基础课。