赫爾曼·施陶丁格：高分子化學之父

提到著名的諾貝爾獎得主，首先映入我們腦海的便是居里夫人、愛因斯坦等里程碑一樣的人物。而談到施陶丁格想必很多人都對這個科學家很陌生，不過，無論這位偉大的科學家多么低調，他為人類生活帶來的革命性變化的功勞是不可被磨滅的。

赫爾曼·施陶丁格提出的纖維、塑料具有聚合物結構的先鋒理論以及他晚年在生物大分子的研究對于材料科學和生物科學的貢獻是不可比擬的，與此同時，他還推動了現代塑料產業的大力發展。由于他在聚合物領域的卓越成就，施陶丁格于1953年被授予諾貝爾化學獎。

總而言之，沒有施陶丁格，就不會有合成聚合物，更不會步入新材料的時代。

1、與經典有機化學結緣

圖2：施陶丁格早年在蘇黎世

赫爾曼·施陶丁格1881年3月23日出生于萊茵河的沃姆斯鎮。由于他對于植物和花卉的熱愛，他于1899年高中畢業后進入哈雷大學，師從Georg Klebs主修植物學。他的父親希望他能對植物學有更好的認識，建議他參加一些化學課程。從此化學成了他主要的興趣，在1903年，年僅22歲的施陶丁格獲得了博士學位。

他在斯特拉斯堡實驗室繼續學習有機化學。在他研究羧酸化合物期間，他發現了高活性的乙烯酮。1907年，在他因研究乙烯酮獲得博士后學位后不久，年僅26歲的施陶丁格便被聘為卡爾斯魯厄科技大學的教授。在卡爾斯魯厄，他認識了卓越的化學家卡爾·恩格勒和弗利茨·哈勃。那個時候，施陶丁格便專注于研究乙烯酮的化學性質，乙二酰氯的反應，脂肪族重氮化合物以及丁二烯和異戊二烯的制備。

1912年，蘇黎世聯邦理工學院便聘請施陶丁格就任化學系主任，當時他出版了第一本著作《Die Ketene》。在蘇黎世，施陶丁格繼續他在有機合成的研究。另外，他開始研究生理活性天然化合物，施陶丁格鑒定了天然除蟲菊素的結構并且發展了這天然殺蟲劑的合成路線。
一戰期間，施陶丁格參與了指揮人造用品的研究，用于緩解戰時緊缺的天然物品的供應。除了成功合成了胡椒，施陶丁格和Thadaeus Reichstein著手研究分析天然咖啡具有芳香的機理。最后，他們研制出了可靠的人造芳香品，之后被用于工業生產。

在這期間，施陶丁格成為有機化學的佼佼者，他在學術界擁有很高的聲望，與Adolf von Baeyer，Emil Fischer和Richard Willst?tter等齊名。在1914年時，有機化學家已經制備了超過十萬種合成化合物，被應用于各個領域，包括染料和制藥。不到40歲的施陶丁格。在上世紀20年代，施陶丁格決定暫時離開擁有豐富成果的經典有機化學領域，轉戰頗具挑戰的聚合物學科。施陶丁格極具開拓創新的精神，使他突破了傳統有機化學思維的局限，提出了革命性的觀點。

2、不安于現狀，轉戰未知化學

圖3：實驗中的施陶丁格

1920年，任教蘇黎世聯邦理工學院有機化學系教授的施陶丁格發表了一篇論文，列舉了幾類反應，通過大量小分子的鍵接以形成具有高分子量的大分子。他稱此反應為“聚合反應”，其中，單獨的重復單元通過共價鍵結合。這條新概念，施陶丁格于1922年定義為“高分子”，包括合成和天然聚合物，同時也成了現在寬泛的聚合物材料和革新的應用的關鍵。

施陶丁格這篇論文，立刻在國際化學界掀起了波瀾，當他提出諸如天然橡膠一類的材料具有極大的分子量的假說時。

施陶丁格的猜想，在他的同行看來是荒謬至極，學術界難以相信真的存在分子量超過5000的極大化合物。即使是最常見的肥皂水，當時只能用膠束理論解釋，即使存在很多不嚴謹的論斷。更重要的是，有些科學家根本不認為分子的大小可能超過細胞的。

施陶丁格，繼承了求真務實的科學精神，利用大量實驗事實，作為支持大分子聚合物的強有力論據。在1920年代末期，施陶丁格提出了又一證據基于黏度測定法的原理，證實了在氫化反應條件下大分子的分子量并未改變。

盡管事實勝于雄辯，但施陶丁格的觀點一次又一次遭到學界佼佼者的打擊。比如，海因里希·維蘭德，1927年諾獎化學得主，寫信給施陶丁格：“尊敬的學者，打消大分子的想法吧，分子量超過5000的大分子是不存在的。提純一下你的產品，比如氫化橡膠，之后他們就會結晶，最后你就會發現，你的產物實際上還是低分子量的化合物！”

在他的自傳中，施陶丁格寫道：“我的同事對這類化學變化非常質疑，并且那些看過我在小分子化學發表的刊物的同事也問過我為什么我對小分子領域不感興趣了轉而投入一項非常枯燥且不知所云的化合物，比如橡膠和合成聚合物。那個時候，高分子的化學性質是特定的，比如油脂化學。”

施陶丁格從未停止他對高分子科學的精益求精，即便是他受盡同事的冷嘲熱諷。在真實的討論中，他憑借著自己的智慧，堅持和熱情，有力的駁回了對他觀點的質疑。在1920到1930年之間，施陶丁格的大分子概念逐漸被其他化學家接受了。雖然有一些同事依然固執己見，但他的概念開始應用于工業生產了。

過了很久，1953年的12月10日，施陶丁格因高分子的概念和他在建立高分子科學的所付出的努力獲得了諾貝爾化學獎。

3、心系和平的德國化學家

施陶丁格也非常關心化學學術范圍之外的道德和政治問題。一戰期間，他公開批評了化學戰爭并且極力反對他的舊友弗里茨·哈勃，因為哈勃曾制作毒氣為德軍效力，犯下了罪行。1917年，施陶丁格發表了論文，文中他表明此次戰爭將會失去德國，應立刻停戰，因為任何的流血殺戮都是愚蠢的。他勇敢的生命直接抨擊了民族主義者。

施陶丁格極力追求和平，但卻幾經讓他質疑他的愛國情懷。事實上，在納粹執政的1934年間，弗來堡大學的校長馬丁·海德格爾——德國著名的哲學家，曾發起免去施陶丁格的職務。雖然施陶丁格受到蓋世太保的審訊并且不得不辭職，但是他的辭退被推遲了，最終撤銷了，因為那個時候他已經同意不再對公眾宣稱質疑納粹的權威。雖然如此，1937年以后，他被禁止出境參與國際會議。

4、施陶丁格的學術成就

赫爾曼·施陶丁格總是與工廠保持聯系，以確保獲得足夠的研究經費，還兼任生產塑料和橡膠工廠的技術顧問。在這之前，大分子化學研究所和企業的管理人員來往密切已經有好幾年了，企業為高分子研究贊助經費。施陶丁格于上世紀50年代召開了內部小組會議，吸引了學術界和工業的化學家們。不久，該小組便成為德國最大的年度聚合物會議，在上世紀90年代，與會者甚至超過了700人。

施陶丁格一共出版了800多份研究，總計超過一萬頁。他在他的自傳《從有機化學到高分子》里總結了他的研究，于1970年出版。他所做的研究，整理在《施陶丁格的科學貢獻》中，由瑪格達·施陶丁格整理出版。

很多年以來，施陶丁格編寫的教材《具有大分子量的有機物——橡膠和纖維》(The High Molecular Weight Organic Compounds Rubber and Cellulose)于1932年出版，該著作對于很多學者來說猶如“圣經”。

原文鏈接：Hermann Staudinger and the Foundation of Polymer Science

本文由材料人高分子材料學習小組成員張軼潔供稿，材料牛編輯整理。

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