從20世紀30年代初期氟利昂問世以來,有機氟化學一直呈現蓬勃發展的趨勢,其應用已從最初的軍工領域逐漸擴大到民用、工業領域,成為國民經濟中不可缺少的新型高分子合成材料。
陳慶雲
陳慶雲,中國科學院院士,我國著名有機化學家、國際知名有機氟化學家。
他開創了全氟酮化學,獲得了製備六氟雙酚A的蘇聯專利,直到現在仍被世界各大化學公司沿用;他研製出我國獨創新型鉻霧抑制劑F-53,被全國千餘家電鍍廠使用,為國家環保節能事業作出了重要貢獻;他系統研究了全氟磺酸化學,基於對二氟卡賓化學的研究,合成和發展了多種能高效實現三氟甲基化的試劑和體系,應用最廣的氟磺醯基二氟乙酸甲酯被稱為“陳試劑”,迄今仍被各大試劑公司收入目錄。他將當代有機化學最重要理論之一的單電子轉移反應引入氟化學研究,成果多次獲國家、省、市等獎項;他被譽為我國有機氟化學領域的創始人之一,為我國的有機化學學科的發展作出了重要貢獻。
勤奮求學,從私塾到北大
1929年,陳慶雲出生於湖南沅江的一個農民家庭,雖然生活艱苦,但父母堅持供他讀書。
1937年,陳慶雲進入沅江縣的私塾讀書,幾個月後,轉入湖南南縣益智鄉中心小學。畢業時,時任校長湯菱次給他寄語寫到:“你很聰明,切不要見異思遷,你將來會有出息。”
這句話激勵了陳慶雲一輩子。
1945年秋,陳慶雲考入湖南省立第一中學,修習化學等課程。也就是從這時起,他對化學產生了濃厚的興趣。
1948年7月,陳慶雲被北京大學“西方語文”專業錄取。經過慎重考慮,他在大二時轉到了化學系。
當時的化學系,匯聚了一批學識淵博的教授,尤其是邢其毅教授。陳慶雲在課後常常就有機化學的相關問題求教邢其毅,邢教授每次都非常高興跟他討論問題,耐心解答,鼓勵和引導陳慶雲深入思考。這為陳慶雲日後開展化學研究奠定了堅實的基礎。
陳慶雲與恩師邢其毅在北京大學
1952年,陳慶雲從北京大學畢業,被分配到中國科學院儀器館(現為中國科學院長春光學精密機械與物理研究所),主要任務是對光學玻璃在製造過程中的成分進行分析,同時參與標準電池的試製。
1951年,陳慶雲(前排左二)全班同學與蔣明謙、邢其毅在北京大學理學院合影
留學蘇聯,研究有機氟化學
1955年,陳慶雲考取留學蘇聯的研究生。經過一年的俄文學習後,他進入蘇聯科學院元素有機化合物研究所,師從蘇聯科學院院士、蘇聯軍事科學院少將克魯揚茲(I. L. Knunyants)。
留學期間,陳慶雲經常上午九點就到實驗室工作,一直到晚上八點才離開,回到宿舍簡單用餐後,又繼續學習,直到克里姆林宮的午夜鐘聲響起時才就寢。
1959年,陳慶雲留蘇時期在列寧格勒留影
進入實驗室一段時間後,在導師的指導下,陳慶雲開始研究六氟丙酮以及它的一些基本反應。在此研究過程中,由於六氟丙酮在高溫裂解條件下會產生全氟異丁烯等有毒氣體,導致陳慶雲白血球數量超低,影響他的身體健康。面對這種情況,他的小導師N. P. Gambaryn博士就拿出自己的稿費供陳慶雲買維生素B12藥注射,以提高白血球數量。
透過多次的實驗,1958年,陳慶雲首次合成六氟雙酚A,並獲得蘇聯專利。這一合成路線具有製備方法簡單、成本低廉的優勢。直到現在,世界各大化學公司仍然沿用這個方法進行生產。
1959年6⽉,由於在含氟丙酮研究中取得了顯著成績,陳慶雲在蘇聯科學院元素有機化合物研究所青年專家會議上被授予光榮證書。一年後,他順利完成論文答辯,啟程歸國。
1959年6月,陳慶雲在蘇聯科學院元素有機化合物研究所青年專家會議上被授予光榮證書
敢於創新,研製新型鉻霧抑制劑
歸國後,陳慶雲進入中國科學院化學所工作,後調入中國科學院上海有機化學研究所,一直工作至今。他參與研製了氟橡膠、氟油、高能粘合劑等一系列國防軍工產品,為祖國的國防事業作出了突出貢獻。
20世紀70年代,包括腳踏車、縫紉機在內的中國輕工業正處在高速發展階段,電鍍需求量大幅提高。但由於製備工藝問題,並且缺乏鉻霧抑制劑,電鍍時會形成一種劇毒的強氧化劑鉻霧,直接威脅工人身體健康。
為了解決這個問題,上海有機所任命陳慶雲為組長,探索研究鉻霧抑制劑的生產。陳慶雲根據自身的研究基礎,經過兩年多的探索,於1977年成功合成並在實驗廠試製成功了一類新的含醚鍵的全氟磺酸鹽F-53,這是我國獨創的一種電鍍防鉻霧劑,可以在各種苛刻條件下使用,有效保護了工作人員健康,防止環境汙染。與國外同類產品相比,F-53在抑制鉻霧的有效時長和效果均超過國外產品,並且有利於提高電鍍鉻件硬度,改善鉻層裂紋問題。
鉻霧抑制劑 F-53 在上海光明電鍍廠進行測試(右二為陳慶雲)
由於F-53鉻霧抑制劑的優異效能,它在全國幾千家電鍍廠得到推廣使用。1982年10月,“抑鉻霧劑F-53的研製”獲國家發明獎三等獎和上海市重大科研成果一等獎。
凝聚智慧,揚名“上海氟化學”
在科研工作中,陳慶雲堅持做引領性的工作,從不跟風。對於培養學生,他堅持“培養研究者,而不是操作工”的理念。在學生一二年級時,陳慶雲對他們非常嚴格,三四年級則放手讓學生自主開展科研。
陳慶雲的學生郭勇說:“他(陳慶雲)放手讓你做事的,不會干涉你很多,但是如果碰到重大問題的時候,他又會給你一些相應的指引和指導,我覺得這一點對我們幫助是非常大的。”對於學生彙報的科研成果,陳慶雲會非常認真地聆聽,思考一些關鍵的問題來幫助學生進一步展開工作。
2009年,陳慶雲在撰寫的《我的氟化學情結》中提到:“我自認平凡,無過⼈的智力,但有一點執著的追求。有幸的是能工作在有著優良研究傳統的上海有機所中。這裡充滿著探索的激情和求實苦幹的精神,有著循循善誘,潛移默化的氛圍,名師不少,能人良多。我在此受益匪淺。如果一定要說我在上海有機所四十五年中作了一點點事的話,那首先要歸功於上海有機所這一偉大的集體,任何個人,本事再大,離開集體便會一事無成。”
陳慶雲一直強調集體意識,他所指的集體,不僅僅是課題組,研究室,也不僅僅是上海有機所,還包括整個無形的氟化學共同體。正是靠這種集體意識,陳慶雲將集體的智慧凝聚起來。在這種開闊的思維之下,上海有機所的中國科學院有機氟化學重點實驗室能夠吸引不同地方的研究者,實驗室也面對全國和全世界開放,共同推動學科的進展。也因此,這群因研製氟而聚集在一起的研究團隊在國際氟化學界獲得了一個響噹噹的名號——“上海氟化學”。
陳慶雲與研究生討論工作的照片
從研究生時代開始,陳慶雲六十多年的研究生涯中從未中斷過關於氟化學領域的研究。2000年開始,陳慶雲將氟化學和卟啉化學結合,研究了各種氟烷基卟啉的合成、反應、性質和應用,探索含氟卟啉在光合成、催化劑、光電材料和藥物治療等方面的廣泛應用。即使是九十高齡,他依然保持對學術前沿的高度關注,思考如何拓展以陳試劑為代表的具有自己特色的試劑和體系的應用範圍,進一步提高它們在合成應用過程中的原子經濟性和綠色化。真正做到了活到老、學到老。
陳慶雲始終踐行“創新科技、服務國家、造福人民”的初心,在科技創新之路上不斷攻堅克難,開拓進取,充分展現出老一輩科學家身上特有的優良學風和愛國奮鬥精神。
文:採集工程專案辦公室/中國科協創新戰略研究院
參考文獻:
[1]《氟緣篤志:陳慶雲傳》,朱晶,老科學家學術成長資料採集工程研究報告,2019.
[2]王泠一.“著名居民”陳慶雲[J].新民週刊,2021.
[3]本文圖片來源老科學家學術成長資料採集工程