化學(xué)家如何確定合適的有機(jī)合成路線呢?對(duì)于貝特洛而言,合成是一個(gè)極具邏輯性的過(guò)程。他鼓勵(lì)化學(xué)家們從有機(jī)物質(zhì)的基本構(gòu)建模塊開(kāi)始思考,然后逐步由簡(jiǎn)單到復(fù)雜一步步構(gòu)建化合物。在笛卡兒模型中,化合物的正確分解是問(wèn)題的關(guān)鍵,從而得出孔狄亞克堅(jiān)持的立場(chǎng)(得到拉瓦錫的熱情擁護(hù)),他認(rèn)為為了避免錯(cuò)誤,應(yīng)該總是由簡(jiǎn)單向復(fù)雜過(guò)渡。基于這個(gè)原則,貝特洛提出一項(xiàng)宏偉計(jì)劃,他相信可以指導(dǎo)化學(xué)家從四種構(gòu)成元素碳、氫、氧和氮開(kāi)始逐步合成所有生命物質(zhì)。貝特洛認(rèn)為他的計(jì)劃足以有條不紊地一步步建造目標(biāo)化合物。因而,化學(xué)家的“技藝”將不會(huì)取決于靈感或者直覺(jué),而是需要應(yīng)用普遍規(guī)則和已確立的方法。貝特洛預(yù)見(jiàn)全合成過(guò)程包括以下四個(gè)不同的階段:
(一)從碳和氫開(kāi)始,形成一系列二元化合物(碳水化合物),構(gòu)成所有有機(jī)組裝物的基本骨架。
(二)通過(guò)適當(dāng)?shù)挠H和作用形成三元化合物(醇類)。
(三)然后醇類可以與有機(jī)酸結(jié)合得到酯類或者“芳環(huán)類化合物基本結(jié)構(gòu)”,而醇類與氨結(jié)合形成胺和植物堿。醛和有機(jī)酸則由醇與氧結(jié)合形成。
(四)最后,有機(jī)酸與銨鹽結(jié)合形成酰胺(包括尿素)。
某些已知的天然有機(jī)化合物的成功合成,比如尿素的合成,讓貝特洛有理由相信,更加復(fù)雜的化合物的合成之路已經(jīng)開(kāi)啟。因而,他感覺(jué)可以正當(dāng)宣布,合成消除了無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)之間的壁壘。他甚至還認(rèn)為,合成也消除了活力的神秘感,所說(shuō)的神秘感意指只有活力才是劃分無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)之間界限的標(biāo)準(zhǔn)。最后,他的結(jié)論就是:“生命的化學(xué)效應(yīng)完全是由于化學(xué)力的原因。”
接下來(lái),貝特洛開(kāi)始給出第二個(gè)論據(jù),這一論據(jù)為合成是增強(qiáng)認(rèn)知能力的有效工具這一觀點(diǎn)賦予了實(shí)質(zhì)內(nèi)容。他解釋說(shuō),“實(shí)驗(yàn)科學(xué)有能力實(shí)現(xiàn)它們的推測(cè)”。沿著這條線脈,他將化學(xué)家的合成方法與數(shù)學(xué)家合成方法進(jìn)行了對(duì)比:
在對(duì)未知的研究中,兩種知識(shí)秩序都是通過(guò)推論向前進(jìn)行的。數(shù)學(xué)家的推理基于抽象的數(shù)據(jù)并由定義確立,它所引導(dǎo)出的結(jié)論既抽象又嚴(yán)格,而實(shí)驗(yàn)者的推理總是基于真實(shí)的數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)又總是不完全已知,它所引導(dǎo)出的事實(shí)性結(jié)論從來(lái)不是確定性的而是一種可能性,所以從來(lái)無(wú)法逃脫有效性的驗(yàn)證。
盡管貝特洛確信從化學(xué)合成中得出的知識(shí)不如數(shù)學(xué)合成中得出的知識(shí)具有確定性,但是化學(xué)家形成并檢驗(yàn)假說(shuō)的能力與數(shù)學(xué)家的推演能力是相當(dāng)?shù)??;瘜W(xué)邏輯不是類似于歸納推理的經(jīng)驗(yàn)性嘗試(碰運(yùn)氣)策略,而是假說(shuō)演繹法。所以,如果化學(xué)家提出一個(gè)一般性的規(guī)律,比如猜測(cè)兩個(gè)已知系列化合物之間存在一系列的共同中間體,那么合成可以提供這個(gè)猜測(cè)的驗(yàn)證手段。貝特洛引用法國(guó)化學(xué)家查爾斯·阿道夫·烏爾茲(Charles Addphe Wurtz)作為這種推理的一個(gè)良好示例。烏爾茲假設(shè)存在一個(gè)雙原子類型的醇中間體占據(jù)普通單原子醇(比如乙醇)和三原子醇(比如丙三醇)之間的化學(xué)空間。用通俗易懂的話講,他假定這些中間體醇可以從雙原子酸形成,并且提出把它們稱為“二醇類”。在這種情況下,生成實(shí)物證據(jù)的技術(shù)操作就屬于驗(yàn)證行動(dòng),從而有效形成真理。更加神奇的是,此次事件幾乎與倉(cāng)姆斯·庫(kù)奇·亞當(dāng)斯(James Couch Adams)和法國(guó)宇航員埃班·勒維耶(Urbain Le Verrier)成功預(yù)測(cè)當(dāng)時(shí)并未觀察到的行星的存在同一個(gè)時(shí)代。根據(jù)勒維耶的計(jì)算,假說(shuō)中的行星可以解釋天王星圍繞太陽(yáng)的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道之未預(yù)料到的特性。這個(gè)基于牛頓力學(xué)計(jì)算的理論預(yù)測(cè)在1846年得到確證,普魯士宇航員約翰·格弗里恩·伽勒(Johann Gottfried Galle)在預(yù)測(cè)位置觀察到了海王星。
得益于有機(jī)合成的證明力,化學(xué)才可以自調(diào)與天體力學(xué)具有同等的地位。而實(shí)驗(yàn)使貝特洛看到化學(xué)能夠達(dá)到與機(jī)械力學(xué)同樣程度的確定性,因而合成起的作用是將化學(xué)轉(zhuǎn)變成了人們眼中的“推理性的”具有預(yù)測(cè)力的科學(xué)。一旦能夠從一般規(guī)律中進(jìn)行推演,化學(xué)最終將超越經(jīng)驗(yàn)性描述的混亂狀態(tài),在經(jīng)驗(yàn)性描述模式中,必須耗費(fèi)精力來(lái)測(cè)定并且編目每一個(gè)物質(zhì)的性質(zhì)。因而,在貝特洛看來(lái),每一個(gè)合成不單是一種可能性的實(shí)現(xiàn),更是一個(gè)思路的具象化。
雖然貝特洛提出的推理創(chuàng)造性合成新概念極具吸引力,但是這個(gè)概念的建立過(guò)于仿照元素化學(xué)分析的模型,所以它最多也只能是理性主義者的夢(mèng)想而已。貝特洛致力于這項(xiàng)合成任務(wù)幾十年,但還是不能超越他提出的普適性有機(jī)合成計(jì)劃的第一步。更嚴(yán)重的是,他從未成功開(kāi)發(fā)出任何工業(yè)化合成,而此時(shí)德國(guó)化學(xué)家們正為精細(xì)化學(xué)工業(yè)奠定基礎(chǔ),不久他們將會(huì)成功運(yùn)用有機(jī)合成生產(chǎn)數(shù)十個(gè)以及后來(lái)的數(shù)百個(gè)新化合物。貝特洛的合成化學(xué)與拉瓦錫的分解化學(xué)是鏡像對(duì)映體關(guān)系:從復(fù)雜到簡(jiǎn)單,從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。這種處理方式看上去相當(dāng)合乎邏輯,并且有望全面掌握涉及到的所有過(guò)程,但是事實(shí)終將證明,把合成構(gòu)想為基元分解的逆過(guò)程根本不足以構(gòu)成實(shí)際的有機(jī)合成的基礎(chǔ)。