赫尔曼·施陶丁格：高分子化学之父

提到著名的诺贝尔奖得主，首先映入我们脑海的便是居里夫人、爱因斯坦等里程碑一样的人物。而谈到施陶丁格想必很多人都对这个科学家很陌生，不过，无论这位伟大的科学家多么低调，他为人类生活带来的革命性变化的功劳是不可被磨灭的。

赫尔曼·施陶丁格提出的纤维、塑料具有聚合物结构的先锋理论以及他晚年在生物大分子的研究对于材料科学和生物科学的贡献是不可比拟的，与此同时，他还推动了现代塑料产业的大力发展。由于他在聚合物领域的卓越成就，施陶丁格于1953年被授予诺贝尔化学奖。

总而言之，没有施陶丁格，就不会有合成聚合物，更不会步入新材料的时代。

1、与经典有机化学结缘

图2：施陶丁格早年在苏黎世

赫尔曼·施陶丁格1881年3月23日出生于莱茵河的沃姆斯镇。由于他对于植物和花卉的热爱，他于1899年高中毕业后进入哈雷大学，师从Georg Klebs主修植物学。他的父亲希望他能对植物学有更好的认识，建议他参加一些化学课程。从此化学成了他主要的兴趣，在1903年，年仅22岁的施陶丁格获得了博士学位。

他在斯特拉斯堡实验室继续学习有机化学。在他研究羧酸化合物期间，他发现了高活性的乙烯酮。1907年，在他因研究乙烯酮获得博士后学位后不久，年仅26岁的施陶丁格便被聘为卡尔斯鲁厄科技大学的教授。在卡尔斯鲁厄，他认识了卓越的化学家卡尔·恩格勒和弗利茨·哈勃。那个时候，施陶丁格便专注于研究乙烯酮的化学性质，乙二酰氯的反应，脂肪族重氮化合物以及丁二烯和异戊二烯的制备。

1912年，苏黎世联邦理工学院便聘请施陶丁格就任化学系主任，当时他出版了第一本著作《Die Ketene》。在苏黎世，施陶丁格继续他在有机合成的研究。另外，他开始研究生理活性天然化合物，施陶丁格鉴定了天然除虫菊素的结构并且发展了这天然杀虫剂的合成路线。
一战期间，施陶丁格参与了指挥人造用品的研究，用于缓解战时紧缺的天然物品的供应。除了成功合成了胡椒，施陶丁格和Thadaeus Reichstein着手研究分析天然咖啡具有芳香的机理。最后，他们研制出了可靠的人造芳香品，之后被用于工业生产。

在这期间，施陶丁格成为有机化学的佼佼者，他在学术界拥有很高的声望，与Adolf von Baeyer，Emil Fischer和Richard Willstätter等齐名。在1914年时，有机化学家已经制备了超过十万种合成化合物，被应用于各个领域，包括染料和制药。不到40岁的施陶丁格。在上世纪20年代，施陶丁格决定暂时离开拥有丰富成果的经典有机化学领域，转战颇具挑战的聚合物学科。施陶丁格极具开拓创新的精神，使他突破了传统有机化学思维的局限，提出了革命性的观点。

2、不安于现状，转战未知化学

图3：实验中的施陶丁格

1920年，任教苏黎世联邦理工学院有机化学系教授的施陶丁格发表了一篇论文，列举了几类反应，通过大量小分子的键接以形成具有高分子量的大分子。他称此反应为“聚合反应”，其中，单独的重复单元通过共价键结合。这条新概念，施陶丁格于1922年定义为“高分子”，包括合成和天然聚合物，同时也成了现在宽泛的聚合物材料和革新的应用的关键。

施陶丁格这篇论文，立刻在国际化学界掀起了波澜，当他提出诸如天然橡胶一类的材料具有极大的分子量的假说时。

施陶丁格的猜想，在他的同行看来是荒谬至极，学术界难以相信真的存在分子量超过5000的极大化合物。即使是最常见的肥皂水，当时只能用胶束理论解释，即使存在很多不严谨的论断。更重要的是，有些科学家根本不认为分子的大小可能超过细胞的。

施陶丁格，继承了求真务实的科学精神，利用大量实验事实，作为支持大分子聚合物的强有力论据。在1920年代末期，施陶丁格提出了又一证据基于黏度测定法的原理，证实了在氢化反应条件下大分子的分子量并未改变。

尽管事实胜于雄辩，但施陶丁格的观点一次又一次遭到学界佼佼者的打击。比如，海因里希·维兰德，1927年诺奖化学得主，写信给施陶丁格：“尊敬的学者，打消大分子的想法吧，分子量超过5000的大分子是不存在的。提纯一下你的产品，比如氢化橡胶，之后他们就会结晶，最后你就会发现，你的产物实际上还是低分子量的化合物！”

在他的自传中，施陶丁格写道：“我的同事对这类化学变化非常质疑，并且那些看过我在小分子化学发表的刊物的同事也问过我为什么我对小分子领域不感兴趣了转而投入一项非常枯燥且不知所云的化合物，比如橡胶和合成聚合物。那个时候，高分子的化学性质是特定的，比如油脂化学。”

施陶丁格从未停止他对高分子科学的精益求精，即便是他受尽同事的冷嘲热讽。在真实的讨论中，他凭借着自己的智慧，坚持和热情，有力的驳回了对他观点的质疑。在1920到1930年之间，施陶丁格的大分子概念逐渐被其他化学家接受了。虽然有一些同事依然固执己见，但他的概念开始应用于工业生产了。

过了很久，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学的所付出的努力获得了诺贝尔化学奖。

3、心系和平的德国化学家

施陶丁格也非常关心化学学术范围之外的道德和政治问题。一战期间，他公开批评了化学战争并且极力反对他的旧友弗里茨·哈勃，因为哈勃曾制作毒气为德军效力，犯下了罪行。1917年，施陶丁格发表了论文，文中他表明此次战争将会失去德国，应立刻停战，因为任何的流血杀戮都是愚蠢的。他勇敢的生命直接抨击了民族主义者。

施陶丁格极力追求和平，但却几经让他质疑他的爱国情怀。事实上，在纳粹执政的1934年间，弗来堡大学的校长马丁·海德格尔——德国著名的哲学家，曾发起免去施陶丁格的职务。虽然施陶丁格受到盖世太保的审讯并且不得不辞职，但是他的辞退被推迟了，最终撤销了，因为那个时候他已经同意不再对公众宣称质疑纳粹的权威。虽然如此，1937年以后，他被禁止出境参与国际会议。

4、施陶丁格的学术成就

赫尔曼·施陶丁格总是与工厂保持联系，以确保获得足够的研究经费，还兼任生产塑料和橡胶工厂的技术顾问。在这之前，大分子化学研究所和企业的管理人员来往密切已经有好几年了，企业为高分子研究赞助经费。施陶丁格于上世纪50年代召开了内部小组会议，吸引了学术界和工业的化学家们。不久，该小组便成为德国最大的年度聚合物会议，在上世纪90年代，与会者甚至超过了700人。

施陶丁格一共出版了800多份研究，总计超过一万页。他在他的自传《从有机化学到高分子》里总结了他的研究，于1970年出版。他所做的研究，整理在《施陶丁格的科学贡献》中，由玛格达·施陶丁格整理出版。

很多年以来，施陶丁格编写的教材《具有大分子量的有机物——橡胶和纤维》(The High Molecular Weight Organic Compounds Rubber and Cellulose)于1932年出版，该著作对于很多学者来说犹如“圣经”。

原文链接：Hermann Staudinger and the Foundation of Polymer Science

本文由材料人高分子材料学习小组成员张轶洁供稿，材料牛编辑整理。

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