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在今天，当我们走进一家商场选购服装，总有五彩缤纷琳琅满目的衣物可供选择。不过，在20世纪初，当人类还基本依赖棉花、蚕丝等天然存在的纤维来织造衣服时，对普通家庭来说，添置一件崭新的衣服可谓是一件奢侈的事情。正是近百年来合成纤维的飞速发展，才使得现今我们的衣橱中能够挂满各式各样的衣服。这一伟大变革的背后是许许多多科学家的辛勤努力。其中有这样一位科学家，他在这个世界上仅仅走过了41年的短暂旅程，却为合成纤维乃至整个高分子科学的发展作出了不可磨灭的贡献，他就是美国化学家华莱士·卡罗瑟斯。
从伯灵顿到杜邦
华莱士·卡罗瑟斯（图1）于1896年4月27日出生于美国艾奥瓦州东南部的伯灵顿，是家中4个孩子中的老大。在这片位于美国中部大平原上、密西西比河畔的安静小城，卡罗瑟斯度过了幼年时光。5岁时，卡罗瑟斯随父母搬到州府得梅因，在那里完成了小学和中学教育。卡罗瑟斯聪颖好学，自幼就对科学产生了浓厚的兴趣。1915年，卡罗瑟斯进入密苏里州的塔基奥学院攻读本科学位。虽然一开始选择了英文专业，但他很快就由于对化学兴趣浓厚而转入化学专业。
1920年，卡罗瑟斯在塔基奥学院获得理学学士学位，随后进入伊利诺伊大学继续深造。1921年硕士毕业后，卡罗瑟斯到南达科他大学担任了一年的化学讲师。在这段时期，他开始独立进行化学研究。1922年，他回到伊利诺伊大学，在有机化学家罗杰·亚当斯（Roger Adams）的指导下攻读博士学位。亚当斯是一位杰出的化学家，在有机化学的许多领域作出了重要的贡献；同时他也是一位著名的教育家，一生桃李满天下，我国已故的著名有机化学家邢其毅院士就是他的学生。在这位名师手下，卡罗瑟斯不仅经历了严格的学术训练，而且真正做到了“青出于蓝而胜于蓝”，以至于多年以后，亚当斯高度称赞他是“全国最杰出的有机化学家”。
在1924年获得博士学位后，卡罗瑟斯留在伊利诺伊大学担任有机化学的讲师。1926年他前往哈佛大学，继续从事有机化学的教学工作。虽然在世界知名学府任职，但卡罗瑟斯并不满意，因为讲师的职位不能给予他充足的机会在研究中施展拳脚。也就是在这时，几百公里以外的杜邦公司向他发出了邀请。
杜邦公司由法国移民埃留特·伊雷内·杜邦（éleuthère Irénée du Pont）于1802年在美国特拉华州的威尔明顿附近创建，最初生产火药，到20世纪初已经发展为颇具规模的化工企业。1926年，时任杜邦公司研发部门负责人的查尔斯·斯泰恩（Charles Stine）认为公司应当加强对基础科学研究的投入，并提出了包括有机合成和高分子化学在内的若干研究方向。为了实现他的计划，斯泰恩到处物色优秀的科研人员，而正在哈佛任教的卡罗瑟斯也进入了他的视野。
虽然在哈佛并不得志，卡罗瑟斯起初却并不愿意接受杜邦提供的职位，因为他担心进入工业界后会受到更多的束缚。为了打消他的顾虑，杜邦的高管亲赴哈佛，不仅开出几乎是他在哈佛工资2倍的优厚薪水，还向卡罗瑟斯保证，他加盟杜邦后，可以选择任何自己感兴趣的领域进行研究，并且杜邦会为他提供助手和充足的科研经费。或许是被杜邦的诚意打动，1928年2月，他正式在杜邦就职。不久，杜邦公司又招来多位化学博士，组成由卡罗瑟斯领导的一个团队。很快，他就带领团队开始专注于高分子材料领域的研究 （图2） 。
探索高分子的奥秘
塑料、橡胶、合成纤维……这些形态和性能各异的材料，有着一个共同的特征，那就是由小分子之间互相反应形成大型分子，即通常所说的高分子化合物或者聚合物，例如常见的塑料聚乙烯，就是由许许多多的乙烯分子“聚”在一起得到的长长的分子链。除了这些合成材料，淀粉、纤维素、蛋白质、DNA等天然存在的物质也属于高分子化合物。天然的高分子化合物构成了生命活动的基础，而合成的高分子材料则进一步给我们带来了舒适美好的生活。
人类很早就开始利用各种天然高分子材料，比如棉花、蚕丝和天然橡胶等。到19世纪末20世纪初，人们对高分子材料有了进一步的认识，不仅已经能够通过化学反应对天然的高分子材料进行改造，而且在有意或无意中已经开始以煤或石油中提取的化学物质为原料，合成出自然界不存在的高分子材料。
然而，尽管新的高分子材料开始崭露头角，人们对这些“庞然大物”的本质仍然是一头雾水。当时许多科学家虽然已经注意到，高分子化合物的许多性质与小分子迥异，但是却不大相信真的存在这样大的分子，认为这些材料不过是小分子们靠着分子间作用力聚集起来的。就好比煮汤圆时，一堆汤圆很容易就会黏成一团，但只要稍稍搅拌就能把它们分开。而在另外一些科学家，例如德国化学家赫尔曼·施陶丁格（Hermann Staudinger）看來，高分子化合物更像是项链，把原子连接起来的是坚固的绳子——真正的化学键。
卡罗瑟斯对施陶丁格的观点非常认同。他认为，如果高分子化合物是许许多多的原子通过化学键连接得到的，那么一定可以通过化学反应将小分子变成高分子。那么如何实现这个想法呢？
研发聚酯功亏一篑
设想有2个不同的分子，其中一个带有A结构，另外一个带有B结构，同时A和B可以在一定的条件下变成A-B结构，也就是说这2个分子在一定条件下会发生化学反应变成一个分子。例如乙酸（醋酸）和乙醇（酒精）这2种分子在合适的条件下会通过一种叫做酯的结构相连，合为一个分子乙酸乙酯（图3）。新的分子比乙酸和乙醇的分子都要大一些，但它仍然是个小分子。
但卡罗瑟斯想到，如果其中一个分子中带有2个而不是1个A结构，例如把乙酸换成乙二酸，那么这个分子AA就可以同时和2个带有B结构的分子相连，成为B-AA-B。如果进一步用含有2个B结构的分子BB参与反应，例如用乙二醇代替乙醇，那么会发生什么样的反应呢？显然，只要双方数目相同，它们可以一直反应下去，互相连接成一条长长的链条…AABB-AA-BB…，也就是说形成了高分子化合物。这样的高分子由于含有许许多多酯的结构，因此被称为聚酯。
从伯灵顿到杜邦
华莱士·卡罗瑟斯（图1）于1896年4月27日出生于美国艾奥瓦州东南部的伯灵顿，是家中4个孩子中的老大。在这片位于美国中部大平原上、密西西比河畔的安静小城，卡罗瑟斯度过了幼年时光。5岁时，卡罗瑟斯随父母搬到州府得梅因，在那里完成了小学和中学教育。卡罗瑟斯聪颖好学，自幼就对科学产生了浓厚的兴趣。1915年，卡罗瑟斯进入密苏里州的塔基奥学院攻读本科学位。虽然一开始选择了英文专业，但他很快就由于对化学兴趣浓厚而转入化学专业。
1920年，卡罗瑟斯在塔基奥学院获得理学学士学位，随后进入伊利诺伊大学继续深造。1921年硕士毕业后，卡罗瑟斯到南达科他大学担任了一年的化学讲师。在这段时期，他开始独立进行化学研究。1922年，他回到伊利诺伊大学，在有机化学家罗杰·亚当斯（Roger Adams）的指导下攻读博士学位。亚当斯是一位杰出的化学家，在有机化学的许多领域作出了重要的贡献；同时他也是一位著名的教育家，一生桃李满天下，我国已故的著名有机化学家邢其毅院士就是他的学生。在这位名师手下，卡罗瑟斯不仅经历了严格的学术训练，而且真正做到了“青出于蓝而胜于蓝”，以至于多年以后，亚当斯高度称赞他是“全国最杰出的有机化学家”。
在1924年获得博士学位后，卡罗瑟斯留在伊利诺伊大学担任有机化学的讲师。1926年他前往哈佛大学，继续从事有机化学的教学工作。虽然在世界知名学府任职，但卡罗瑟斯并不满意，因为讲师的职位不能给予他充足的机会在研究中施展拳脚。也就是在这时，几百公里以外的杜邦公司向他发出了邀请。
杜邦公司由法国移民埃留特·伊雷内·杜邦（éleuthère Irénée du Pont）于1802年在美国特拉华州的威尔明顿附近创建，最初生产火药，到20世纪初已经发展为颇具规模的化工企业。1926年，时任杜邦公司研发部门负责人的查尔斯·斯泰恩（Charles Stine）认为公司应当加强对基础科学研究的投入，并提出了包括有机合成和高分子化学在内的若干研究方向。为了实现他的计划，斯泰恩到处物色优秀的科研人员，而正在哈佛任教的卡罗瑟斯也进入了他的视野。
虽然在哈佛并不得志，卡罗瑟斯起初却并不愿意接受杜邦提供的职位，因为他担心进入工业界后会受到更多的束缚。为了打消他的顾虑，杜邦的高管亲赴哈佛，不仅开出几乎是他在哈佛工资2倍的优厚薪水，还向卡罗瑟斯保证，他加盟杜邦后，可以选择任何自己感兴趣的领域进行研究，并且杜邦会为他提供助手和充足的科研经费。或许是被杜邦的诚意打动，1928年2月，他正式在杜邦就职。不久，杜邦公司又招来多位化学博士，组成由卡罗瑟斯领导的一个团队。很快，他就带领团队开始专注于高分子材料领域的研究 （图2） 。
探索高分子的奥秘
塑料、橡胶、合成纤维……这些形态和性能各异的材料，有着一个共同的特征，那就是由小分子之间互相反应形成大型分子，即通常所说的高分子化合物或者聚合物，例如常见的塑料聚乙烯，就是由许许多多的乙烯分子“聚”在一起得到的长长的分子链。除了这些合成材料，淀粉、纤维素、蛋白质、DNA等天然存在的物质也属于高分子化合物。天然的高分子化合物构成了生命活动的基础，而合成的高分子材料则进一步给我们带来了舒适美好的生活。
人类很早就开始利用各种天然高分子材料，比如棉花、蚕丝和天然橡胶等。到19世纪末20世纪初，人们对高分子材料有了进一步的认识，不仅已经能够通过化学反应对天然的高分子材料进行改造，而且在有意或无意中已经开始以煤或石油中提取的化学物质为原料，合成出自然界不存在的高分子材料。
然而，尽管新的高分子材料开始崭露头角，人们对这些“庞然大物”的本质仍然是一头雾水。当时许多科学家虽然已经注意到，高分子化合物的许多性质与小分子迥异，但是却不大相信真的存在这样大的分子，认为这些材料不过是小分子们靠着分子间作用力聚集起来的。就好比煮汤圆时，一堆汤圆很容易就会黏成一团，但只要稍稍搅拌就能把它们分开。而在另外一些科学家，例如德国化学家赫尔曼·施陶丁格（Hermann Staudinger）看來，高分子化合物更像是项链，把原子连接起来的是坚固的绳子——真正的化学键。
卡罗瑟斯对施陶丁格的观点非常认同。他认为，如果高分子化合物是许许多多的原子通过化学键连接得到的，那么一定可以通过化学反应将小分子变成高分子。那么如何实现这个想法呢？
研发聚酯功亏一篑
设想有2个不同的分子，其中一个带有A结构，另外一个带有B结构，同时A和B可以在一定的条件下变成A-B结构，也就是说这2个分子在一定条件下会发生化学反应变成一个分子。例如乙酸（醋酸）和乙醇（酒精）这2种分子在合适的条件下会通过一种叫做酯的结构相连，合为一个分子乙酸乙酯（图3）。新的分子比乙酸和乙醇的分子都要大一些，但它仍然是个小分子。
但卡罗瑟斯想到，如果其中一个分子中带有2个而不是1个A结构，例如把乙酸换成乙二酸，那么这个分子AA就可以同时和2个带有B结构的分子相连，成为B-AA-B。如果进一步用含有2个B结构的分子BB参与反应，例如用乙二醇代替乙醇，那么会发生什么样的反应呢？显然，只要双方数目相同，它们可以一直反应下去，互相连接成一条长长的链条…AABB-AA-BB…，也就是说形成了高分子化合物。这样的高分子由于含有许许多多酯的结构，因此被称为聚酯。