華萊士·卡羅瑟斯
| 華萊士·休姆·卡羅瑟斯 | |
|---|---|
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| 出生 | 1896年4月27日 美國艾奧瓦州伯靈頓 |
| 逝世 | 1937年4月29日（41歲） 美國賓夕法尼亞州費城 |
| 死因 | 自殺 |
| 國籍 | 美國 |
| 母校 | 伊利諾伊大學 |
| 知名於 | 發明尼龍，發明氯丁橡膠 |
| 科學生涯 | |
| 研究領域 | 有機化學 高分子化學 |
| 博士導師 | 羅傑·亞當斯 |
華萊士·休姆·卡羅瑟斯（英語：Wallace Hume Carothers，1896年4月27日—1937年4月29日），美國化學家，尼龍和氯丁橡膠的發明者。[1]
生平
[編輯]卡羅瑟斯出生於艾奧瓦州伯靈頓，他在家中四個小孩排行老大，有一個弟弟跟兩個妹妹。青年時期着迷於各種工具和機械裝置，當他進入艾奧瓦州得梅因的公立學校就讀，在那裏被認為為一個認真的學生。畢業後迫於父親的壓力，進入得梅因的Capital City Commercial College就讀，而其父是該校的副校長。與1915年7月完成會計和文秘課程。
1915年9月，卡羅瑟斯進入密蘇里州的Tarkio College，儘管最初主修英語，但在化學系主任Arthur Pardee的影響下轉向化學[2]，由於化學成績優異，在Arthur Pardee前往南達科他大學（University of South Dakota）擔任化學系主任後成為化學老師，在學習的同時教授高年級課程[3]。1920年24歲時從Tarkio College取得理學學士學位，之後進入伊利諾大學在Carl Shipp Marvel教授的指導下攻讀碩士學位，並於1921年獲得。
1921年至1922年，他在南達科他大學擔任了一年的化學講師，這也隨着卡羅瑟斯被美國化學會志接收並發表的研究論文而成為了他獨立科研生涯的開端。在這篇文章的研究工作中卡羅瑟斯測定了苯基異氰酸酯(C6H5-N=C=O)和疊氮基苯(C6H5-N=N=N)的物理性質，由於兩種物質測得的物理性質非常相似，使得卡羅瑟斯得出結論認為疊氮基苯分子中的疊氮基結構應該是三個氮原子呈直鏈排列而非過去認為的環狀結構[4][5].
之後回到伊利諾伊大學在羅傑·亞當斯的指導下攻讀博士，主修有機化學的同時輔修物理化學和數學，1924年取得博士學位。
1924年起擔任了兩年伊利諾伊大學香檳分校有機化學講師。1926年入哈佛大學任有機化學講師。1927年杜邦公司決定開始資助一些不以在短時間內開發出賺取利潤的化學產品為目標的基礎理論研究，卡羅瑟斯前往威爾明頓商討加入杜邦公司並出任新建的基礎研究實驗室中的有機化學研究主管的可能性。
離開學術界加入工業界對卡羅瑟斯是一個艱難的決定。起初他拒絕了杜邦的聘用，理由是日益加重的神經衰弱[6]。雖然如此，杜邦的一位主管Hamilton Bradshaw還是來到哈佛勸說卡羅瑟斯改變想法，並承諾給予他更高的工資，相比於在哈佛每月267美元的收入在杜邦卡羅瑟斯可以拿到每月500美元的工資。
後來在寫給他在Tarkio College時期的室友Wilko Machetanz的一封信中，他放大了他的抑鬱感[7]。
發明氯丁橡膠
[編輯]1928年2月26日卡羅瑟斯成為杜邦公司有機化學研究的負責人，他來到杜邦後的第一個目標是合成出一種最早由德國化學家赫爾曼·埃米爾·費歇爾實現合成的分子量超過4200的聚合物。然而直到1929年中旬，卡羅瑟斯帶領的研究團隊仍未能合成出分子量超過4000的這種聚合物。1930年1月，Elmer K. Bolton博士成為卡羅瑟斯的頂頭上司（immediate boss）。Bolton想要在1930年取得實際的成果而且他的願望實現了。Bolton要求卡羅瑟斯試驗利用乙炔聚合生產合成橡膠.1930年4月，卡羅瑟斯的研究組的一名成員Arnold M. Collins博士分離得到了生產合成橡膠所用的單體氯丁二烯併合成出了第一種合成橡膠－氯丁橡膠。
發明聚酯
[編輯]同年華萊士研究團隊的另一名成員Julian Hill博士開始嘗試合成分子量大於4000的聚酯。他的努力很快就得到了回報，一種分子量達到12000的人造聚合物被合成了出來。如此高的分子量足以使得熔融後的聚合物拉伸成絲狀纖維，因此這種聚合物也被稱作人造絲綢，化學家成之為超級聚酯(superpolyester)。
聚酯和聚酰胺是兩例利用逐步聚合(step-growth polymerization)進行縮聚合成的典型例子。卡羅瑟斯就此建立起逐步聚合的理論並推導出了卡羅瑟斯方程(Carothers equation)，該方程可根據單體的轉化率計算出通過逐步聚合的方式得到的聚合物所具有的平均聚合度（average degree of polymerization），這個方程表明對於逐步聚合，要得到高分子量的聚合物需要單體在縮聚反應中有高的轉化率。
Hill博士還通過將二醇和二酸混合後減壓加熱通過分子蒸餾器（molecular still ）移除縮聚反應產生的痕量的水來得到強韌而有彈性的人造纖維。遺憾的是由於這種纖維在熱水中會變成粘性的物質而未能被商業化。此後的幾年中卡羅瑟斯中斷了在聚合物方面的研究工作。
患上抑鬱症
[編輯]發明聚酰胺
[編輯]1934年克羅瑟斯將關注轉回到纖維的合成上，他的研究團隊用二胺代替二醇和二酸縮合合成聚酰胺。由於酰胺比酯基更穩定所以合成出的聚酰胺比之前合成出的聚酯更穩定，也由於聚酰胺通過氫鍵作用可以形成結晶態因此使得它的機械性能增強。因此使得它們比聚酯在日常生活生產中有更廣泛和實際的用途。卡羅瑟斯的研究使得一系列新的聚酰胺問世。這個項目的實驗室工作主要是由W.R. Peterson博士和Donald Coffman博士完成的[8]。1935年Gerard Berchet博士加入到聚酰胺的研究項目中[9]。
1934年夏，在這項研究期間，在尼龍最終發明之前卡羅瑟斯離開工作消失了一段時間，沒有人知道他去了哪裏。他在巴爾的摩的一家精神病診所被找到。顯然深度的抑鬱症迫使他驅車前往巴爾的摩向精神科醫生諮詢，並入院[10]。
尼龍問世
[編輯]出院後不久，華萊士回到杜邦，Bolton指示他繼續聚酰胺的研究。 卡羅瑟斯在超高分子量聚合物的研究開始時未受到任何約束且在他的心中也沒有任何實際的目標。但是由於這一研究是化學的一個新的領域，杜邦認為任何化學研究的新突破都可能給公司帶來帶來利潤。在研究過程中卡羅瑟斯得到了一些在高溫下會變得粘稠的聚合物，觀察發現通過將一個棒子插入融化的聚合物中並將棒子從中抽出的方法可以將這種材料紡成細絲。這一發現使得項目的研究重心轉移到了這些細絲上，最終尼龍問世[11]。
1935年2月28日，在卡羅瑟斯的指導下Gerard Berchet以己二胺(Hexamethylenediamine)和己二酸為原料合成出了半盎司的聚合物聚酰胺66，也就是後來為人熟知的尼龍[12]，儘管尼龍66由於熔點高難以處理，但Bolton仍選擇它來開發商業化的產品，他挑選了George Graves博士作為華萊士的項目工作搭檔，最終George Graves取代了他成為聚酰胺項目的領導者。
家庭
[編輯]1936年2月21日卡羅瑟斯和Helen Sweetman結婚。 1937年1月8日他的妹妹Isobel因肺炎去世，卡羅瑟斯與妻子Helen前往芝加哥出席葬禮並將其安葬在得梅因，妹妹的去世亦使其憂鬱症更加嚴重。1937年4月28日卡羅瑟斯前往杜邦的實驗站工作，次日他在費城附近的一家旅館的房間內喝下摻有氰化物的橘汁自殺。沒有發現任何遺囑[13]
參考文獻
[編輯]- ^ Hermes, Matthew. Enough for One Lifetime. Wallace Carothers, Inventor of Nylon, Chemical Heritage Foundation, 1996, ISBN 0-8412-3331-4
- ^ D. L. Fishel, personal reminiscence from A. Pardee (1959).
- ^ Zumdahl, Susan and Steven. Chemistry. New York, NY: Houghton Mifflin Company, 2007.
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime, p.28-30
- ^ W.H. Carothers (1923), J. Am. Chem. Soc. 45, 1734-1738 The isosterism of phenyl isocyanate and diazobenzene-imide doi:10.1021/ja01660a022
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime p.83
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime p.86
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime p.214
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime p.216-217
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime p.197
- ^ Nelson, Richard R. (April 1959). "The Economics of Invention: A Survey of Literature". The Journal of Business, , (Chicago: The University of Chicago Press) 32 (2): 101–127.doi:10.1086/294247
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime p.217
- ^ Hermes, Enough for One Lifetime p.291, which cites the Wilmington Morning News and the New York Times of April 30, 1937
外部連結
[編輯]- Chemical achievers at chemheritage.org
- Encyclopedia of World Biography on Wallace Hume Carothers（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Wallace Carothers:1928. DuPont Heritage website. [16 February 2010]. （原始內容存檔於2012-10-18）.
