黃志鏜院士的科學研究生涯,與新中國的科學事業(yè)幾乎同步開始和成長,經(jīng)歷了幾十年的風雨起伏。癡迷化學的他,始終堅持在科研第一線。黃志鏜的學生們都贊嘆他有著超群的記憶力和深邃的學術洞察力,在許多領域都有開拓性貢獻。
■劉曉
黃志鏜(1928年5月20日—)
浙江黃巖人,有機化學和高分子化學家。1928年5月20日生于上海,1951年畢業(yè)于同濟大學化學系,同年到中國科學院上海有機化學所工作,1956年起進入化學研究所工作至今。1981年1月至1982年9月到德國波恩大學做訪問研究。曾任化學研究所第六至八屆學術委員會主任,1991年當選中國科學院學部委員(院士)。
黃志鏜自20世紀50年代末到80年代從事耐高溫高分子研究,為我國航天事業(yè)及戰(zhàn)略武器中的防熱材料的制造作出重要貢獻。70年代末以來開展雜環(huán)化學研究,系統(tǒng)研究了雜環(huán)烯酮縮胺類化合物,產(chǎn)生了較大國際影響。隨后在國內開創(chuàng)杯芳烴研究工作,成為我國超分子化學研究的先行者之一。
黃志鏜原名黃志唐,或許是有感于那個政局紛亂的時代,家族這一代的名字是取自唐宋之間“五代”的順序,分別是黃志梁、黃志唐、黃志晉、黃志漢、黃志周。黃志晉和黃志漢是叔叔家的孩子。而“唐”字不常用,常誤寫為“堂”,又因命里缺金,故改名黃志鏜。
靈石塔下
1931年東北“九一八事變”發(fā)生后,日本海軍也蠢蠢欲動,軍艦屢屢在上海等口岸活動。此時全國反日情緒高漲,各地組織救國會抵制日貨。創(chuàng)建于1912年的上海的三友實業(yè)社也組織了四百余人的“三友抗日義勇軍”,天天操練,張貼反日宣傳畫。10月,日本海軍陸戰(zhàn)隊以保衛(wèi)日僑為名登陸上海,一部駐扎在三友社西鄰的原日商廠內。在日本既定侵華政策的指引下,三友社被作為挑釁的目標。
1932年1月中旬,川島芳子唆使幾名日本僧人到馬玉山路的三友實業(yè)社總廠去生事。1月28日晚11時30分,日軍發(fā)動了侵略上海的戰(zhàn)爭,第二天即占領了三友實業(yè)社。廠房被日軍炮火炸毀,設備破壞殆盡,損失慘重。經(jīng)歷了這場國難,三友實業(yè)社的會計主任黃朝熊不久因病撒手西去,留下妻子王菊常和三個年幼的孩子:黃志梁、黃志鏜、黃志周。王菊常頂替丈夫,轉到杭州的三友分廠工作,把大女兒黃志梁帶在身邊,小女兒黃志周交給別人托養(yǎng),年僅4歲的黃志鏜則被送回了母親的老家浙江黃巖縣城,跟隨外祖父母生活。年幼的他記不起父親的模樣,從此他把黃巖作為自己的故鄉(xiāng),而非祖籍溫州永嘉。
1939年黃志鏜讀完小學,正值日軍侵略活動加劇,縣城地處偏遠,交通不便,雖沒有遭日軍攻占,但已經(jīng)歷了數(shù)次轟炸。在這種情況下,縣立中學初中部4個班于1938年9月遷至黃巖西鄉(xiāng)靈石書院。靈石得名于東晉年間從天而降的一塊隕石。靈石書院藏于群山深處,可以有效地躲避空襲。最顯眼的是大雄寶殿前的一座靈石寺塔。休學半年的黃志鏜于1940年2月升入初中,進入縣立中學初中部春季一年級讀書。1944年2月,黃志鏜進入高中部春季一年級。
上海淪陷后,一些高校的教師流亡到黃巖,充實了黃巖中學的教師隊伍。其中一位是曾任中央研究院化學研究所助理研究員、交通大學講師的袁積誠先生,他擔任了初高中化學和高中礦物課教師。袁積誠有豐富的教學經(jīng)驗,化學功底十分深厚,對教材更是倒背如流,尤其能夠從學生感興趣的事情入手,教會學生很多實驗。有袁積誠這樣的老師來任教,那幾屆黃巖中學的學生是非常幸運的。黃志鏜說:“袁積誠先生對我影響最大,可以說是獨一無二的影響!备咧卸昙夐_設化學課,就是從那時起,黃志鏜對化學產(chǎn)生了強烈的興趣,甚至已“醉身于化學之中”。當時他非但閱讀了可以到手的有關化學的書籍,而且在那樣困難的條件下,還盡量做些實驗,以電燈泡來代替燒瓶,到南貨鋪中搜羅藥品。黃志鏜認為:“如果說我對化學的研究有成就的話,應該說是那時袁先生給我打下了堅實的基礎。”
抗戰(zhàn)結束,這批名師返回上海,讀完高二的黃志鏜也到上海投奔母親。母親托人替他在上海的銀行找到一份練習生的差事,這在當時是相當不錯的工作?墒且呀(jīng)癡迷化學的他不顧母親的反對,通過一位同鄉(xiāng)的關系,到化學試劑廠當了學徒。后來一名同學給他弄到一張高中畢業(yè)證書,黃志鏜即準備直接投考同濟大學。填報志愿時,他毫不猶豫地選擇化學系,并最終被錄取。
上海歲月
同濟大學化學系與理學院一起籌建。1936 年王葆仁(1907—1986年)回國任同濟大學教授,并籌建理學院,1937年兼任理學院院長與化學系主任,成為當時同濟大學首次擔任高級職務的中國教授。在黃志鏜的學術生涯中,王葆仁是他工作中的恩師。雖然他們沒有在同濟大學化學系相遇,但一位是化學系的開創(chuàng)者,一位則成為化學系畢業(yè)的最后一屆學生(1952年化學系調整到其它高校)。
黃志鏜考入同濟大學的這一年,正值學;剡w上海,整個過程歷時一年多,所以黃志鏜這一屆新生推遲到1947年春才開學。由于原有校舍已不復存在,被迫臨時分散到市內多處。在同濟,入學第一年要進入新生院學習一年的德語。德國化學工業(yè)長期領先于世界,學習德語無疑是學習化學的一種有效工具。
1947年下半年開始,黃志鏜進入正式的大學學習。“在此四年中,雖然我對各種課程皆有興趣,但最有興趣的還是有機化學,我除應做的實驗外,還在課外做了許多有關有機化學的實驗,舉其較大者,除做對氨基酚甲酸的綜合法為論文外,尚做了醋酸乙烯的氣相綜合法,2,4-二硝基甲苯的電解還原法,這些實驗花費了我一年多的時間”。
1951年,黃志鏜畢業(yè)于上海同濟大學化學系,8月底即經(jīng)申請分配至中國科學院上海有機化學研究所工作。同月,王葆仁也從浙江大學調入該所,擔任副所長。黃志鏜就跟隨王葆仁開展甾體化合物方面的研究工作。當然,這一時期受“三反”運動、思想政治改造運動的影響,真正的科研時間并不多。而且,因為研究方向仍是老傳統(tǒng),與要求“科研聯(lián)系實際”的時代精神不合,只好被迫中止。
就在新的研究方向尚未確定之際,1952年9月,黃志鏜參與了“四乙鉛工作組”,這是受燃料工業(yè)部石油總局委托,研究汽油的抗震劑四乙鉛的制造,作為設廠制造的參考。從制備氯乙烷到四乙鉛的合成,約三四個月完成任務。
1953年有機所的研究方向確定為兩個方面,一為高分子化學,另一為抗生素化學。高分子化學方面的總負責人是王葆仁,黃志鏜被分配到下面的尼龍-6(聚己內酰胺)研制組。具體工作是在陸仁榮先生領導下從環(huán)己醇經(jīng)催化氧化制環(huán)己酮,這個工作搞了一年。
20世紀40年代以來興起有機硅高分子,廣泛應用于密封劑、涂料、潤滑劑、絕緣材料等各方面。王葆仁敏銳地認識到發(fā)展有機硅高分子材料的重要性,于1954年成立有機硅高分子的研究課題,由孫樹門先生具體負責。黃志鏜再被調至有機硅高分子組,開展有機硅的單體合成、水解縮聚及硅氧型高分子的幾個主要品種如硅油、硅橡膠、硅樹脂的研制,此外也從事硅氧硅碳型高分子的探索。黃志鏜是我國早期從事有機硅高分子及有機硅化學的研究者之一,對該方面的研究起了啟動作用。
尤值一記的是,黃志鏜1954年在《化學學報》發(fā)表了他的第一篇論文《關于原硅酸乙酯的制備》。這篇論文的手稿黃志鏜一直珍藏著,汪猷、黃耀曾分別撰寫了詳細的修改意見,王葆仁在原稿上用紅筆作了大量的修改。這篇論文也是有機所高分子方面首篇公開發(fā)表的論文,黃志鏜對此銘感不忘,不止一次提到王葆仁先生親自指導他寫文章,是對他最大的幫助。
搬遷北京 轉向軍工
根據(jù)中國科學院建院初期的布局,化學方面研究機構集中在上海,這樣與北京、天津等地諸多高校的化學專家聯(lián)系受到影響,也與集中于北京的物理類研究所交流不夠,因此早在1953年,中國科學院就籌劃在北京成立化學研究所。當時的擬議是將上海有機化學所為基礎全部遷來北京,與北京、天津的高等學校合作,逐步發(fā)展成為比較全面的化學研究所。
1956年8月,中國科學院化學研究所于北京成立,下設無機化學、有機化學、分析化學、物理化學和高分子化學五個組。高分子化學組有近80人,其主體是由上海遷京的有機化學研究所的高分子部分。黃志鏜從助理研究員做起,始終伴隨著這個所的成長壯大。經(jīng)過了幾個月的搬遷忙碌,黃志鏜作為課題負責人,承擔了“硅碳硅氧型高分子化合物”的研究課題。
1958年,化學所在“任務帶學科”指導思想下,承擔了國防軍工任務,人員大幅擴充,高分子方面擴充為四個室。1961年,中國科學院組織化學所等研究火箭技術,在懷柔建立基地,化學所成立二部,研制火箭用高性能燃料和耐高溫、耐輻射、高絕緣的高分子合成材料。黃志鏜也被從高分子合成室抽調到二部,研制高速飛行中的增強塑料和燒蝕材料。
黃志鏜開展的有機硅材料成為早期主要方向之一,他合成了甲基乙氧基二硅甲烷,并進行了它們的水解縮聚的研究,同時還研究了含乙烯基聚硅氧烷樹脂的制備及聚合,進一步研制了用于增強塑料的有機硅樹脂,由此所得的增強塑料在高溫下具有良好的介電性能。
火箭研制需要超高溫下使用的燒蝕材料,研究所把這個任務交給了黃志鏜,并成立了以他為首的小組。根據(jù)文獻報道,在這方面國外一般采用酚醛樹脂增強塑料。黃志鏜小組于是經(jīng)過實驗,采用性能更優(yōu)越的酚醛環(huán)氧—酚醛混合樹脂增強塑料,并較好地解決了酚醛樹脂的揮發(fā)性與流動性之間的關系,于1966年研制成一種低壓成型的酚醛樹脂。這種樹脂在航天工業(yè)中長期沿用,1987年獲得國家發(fā)明獎三等獎。黃志鏜小組曾先后研制出6種新型的耐高溫樹脂及固化劑,并推廣進行小批量生產(chǎn),為我國國防建設中所需的新材料,特別為我國航天事業(yè)及戰(zhàn)略武器中的防熱材料作過重要的貢獻。
黃志鏜在工作中總結出,進行酚醛環(huán)氧樹脂的工作,開始是針對某項具體任務,逐漸地將它擴充到解決其他任務,這說明若能將一個項目的工作做得透徹,對解決若干任務皆是有幫助的。除了內部的研究報告外,黃志鏜在該方面發(fā)表論文十余篇,在國內產(chǎn)生了較大影響。
20世紀50年代以來,國際上對耐高溫高分子的探索,較有成效的是芳雜環(huán)高分子,文獻中提及的最有代表性的品種是聚酰亞胺,但成型加工條件更為苛刻。黃志鏜等在熱固性高分子方面的工作基礎上,繼續(xù)采用交聯(lián)的方法解決了成型加工的難題,制成交聯(lián)型的聚酰亞胺,長期使用溫度可達300℃。而面向耐更高溫的材料,又進行了一系列開創(chuàng)性的工作,設計合成了以對稱三嗪為交聯(lián)結構的新型芳雜環(huán)高分子,滿足了多項國防需要。
舉世矚目——雜環(huán)烯酮縮胺合成
20世紀70年代末,中國與西方國家恢復有機化學領域的科技交流,黃志鏜作為研究所的科研骨干,曾于1975年隨代表團赴聯(lián)邦德國考察,1978年到英國考察。1979—1980年間,化學所先后有30名科技人員前往國外進修學習。當時化學研究所向綜合性研究所發(fā)展,重新發(fā)展有機化學,黃志鏜于1981年初到聯(lián)邦德國,進入波恩大學有機及生物化學研究所做訪問教授,在雜環(huán)化學方面開展合作研究。
雜環(huán)化合物數(shù)量極大,合成和反應上方法繁多。在研究中黃志鏜敏銳地發(fā)現(xiàn),該所已發(fā)表的幾篇論文中化合物結構有錯誤。于是他開展這方面的工作,在波恩大學期間合作發(fā)表三篇文章,第一篇文章糾正了這個錯誤,改正其結構為一類雜環(huán)烯酮縮胺。第二篇文章再次強調這個新的發(fā)現(xiàn),認為它是一類很易與親電試劑反應的化合物。到第三篇文章就開始做全新的化學,從而發(fā)現(xiàn)了這類新型雜環(huán)化合物的合成子。1982年回國后他繼續(xù)該領域研究,為合成眾多的新雜環(huán)化合物開辟了一條新路。
雜環(huán)烯酮縮胺是一類氨基取代的烯胺,對它進行系統(tǒng)研究可豐富烯胺化學的內容;它是一類多反應點的化合物,除了能在碳原子或氮原子上進行反應外,羰基取代的化合物尚可在氧原子上進行反應。因此研究它在不同條件下的區(qū)域選擇性反應是很有意義的;此外它是一個高度共軛體系,從結構化學的角度亦很有研究的價值。
黃志鏜作為這類化合物的重要開拓者,使它在合成多種類型的二雜原子雜環(huán)上,得到廣泛的應用,成為一種普遍通用的方法,并得到國際上同行們的公認及引用。這項工作被認為是達到國際先進水平的一項研究成果,是我國有機化學家對雜環(huán)化學作出的很有代表性的重要貢獻,他多次受邀在國際雜環(huán)化學領域會議上報告。而且,由于很多雜環(huán)化合物具有生理活性,有可能從中篩選出新的藥物或農(nóng)藥,因此美國的杜邦公司農(nóng)化部、德國的拜耳公司、日本的武田醫(yī)藥公司等都與黃志鏜小組簽訂協(xié)議,合作進行新藥或新農(nóng)藥的篩選,其中某些化合物發(fā)現(xiàn)有抗癌活性。90年代后期,黃志鏜還與北京大學彭師奇教授等合作,進一步開展雜環(huán)新合成子方法學研究、新雜環(huán)化合物的組合化學研究等。
在雜環(huán)烯酮縮胺這一領域,無論在合成方法上,還是對它的反應的研究,黃志鏜研究組的工作都較為系統(tǒng),不僅發(fā)表了百余篇科學論文,所發(fā)表的論文數(shù)一度達到國際上該領域的一半左右,而且還以這類合成子為基礎制備了1500多種新的雜環(huán)化合物。黃志鏜以在雜環(huán)烯酮縮胺方面的工作獲得中國科學院自然科學獎一等獎(1994)和國家自然科學獎三等獎(1995)。
杯芳烴與超分子化學的先驅
20世紀70年代末以來,國際上隨著對冠醚、環(huán)糊精等大環(huán)化合物的深入研究,一類大環(huán)化合物——杯芳烴引起了化學家的注意。杯芳烴(Calixarene)是由苯酚環(huán)和亞甲基連接而組成的大環(huán)化合物,因為其四聚體結構像一個酒杯,故命名為杯芳烴。它的出現(xiàn)與對酚醛樹脂的研究密切相關。黃志鏜有多年研究酚醛樹脂的基礎,在60年代就曾經(jīng)注意到文獻中酚醛樹脂固化過程中分離出來的這種環(huán)四聚體,80年代末,黃志鏜和吳瑤曼等人抓住國際學界動態(tài),在國內率先開始杯芳烴的研究,進入超分子化學領域。他對“杯芳烴”這一術語的中文譯名也很快得到了化學界的認同和接受。
杯芳烴是一類具有杯型的空穴結構的大環(huán)化合物,能包合很多種類的有機小分子,是頗為理想的人工模擬酶的基體物,作為模擬酶研究的對象特別受到重視,被稱為是繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代主體化合物。黃志鏜研究組先后開展了杯芳烴的穴洞結構和性質、衍生物的合成、低聚體的合成及性能、手性杯芳烴的合成及性能、杯芳烴超分子體系的合成和功能等系列研究。在這一領域發(fā)表70余篇研究論文和綜述,合成了數(shù)百種杯芳烴衍生物,許多功能化的杯芳烴已在分子識別中顯出特性。當時國內很多機構也想開展這方面的工作,化學所接待過數(shù)批前來學習制備的學者。黃志鏜被公認為中國在該領域的先驅人物之一。
黃志鏜院士的科學研究生涯,與新中國的科學事業(yè)幾乎同步開始和成長,經(jīng)歷了幾十年的風雨起伏。如果總結特點,大概是他能把研究興趣和國家的需要自覺地結合起來,從而在前30年避免了多次政治運動的沖擊,始終堅持在科研第一線。黃志鏜的學生們都贊嘆他有著超群的記憶力和深邃的學術洞察力,在許多領域都有開拓性貢獻。癡迷化學的他,普通社會交往并不多,在北京生活數(shù)十年依然保留著濃重的黃巖口音。
然而,在國家需要面前,他總是無條件服從安排,一再變更研究方向。大學期間他愛好有機化學,但工作后被分配到高分子組,研制尼龍,不久又轉向軍工需要的有機硅。剛剛在有機硅方面做出一些成果,即被抽調從事“兩彈一星”所需要的聚合物材料研制。也許在他看來,比起失去信任的前輩科學家,自己能有條件從事化學研究還是幸運的。
改革開放后,他迅速認識到國內外的差距,并根據(jù)化學研究所的發(fā)展戰(zhàn)略,從高分子抽身,轉而負責發(fā)展研究所的有機化學方向。幸運的是,這次他能夠根據(jù)自己的興趣長期堅持一個領域的研究,從而做出名揚國際學界的成果。他在培養(yǎng)學生時,也特別強調學生應該有自己的志向或者理想,給學生非常大的自由空間。
(作者單位:中國科學院大學人文學院)
▲青年時期的黃志鏜 。
▲1978年,中國有機化學代表團訪問英國東英吉利大學。
▲黃志鏜與學生們在一起 。
▲1988年,黃志鏜獲國防科工委“獻身國防科技事業(yè)”獎章。
《黃志鏜論文選集》后記
■鄭企雨
在五十多年的學術生涯中,黃志鏜先生在高分子化學和有機化學領域辛勤工作、創(chuàng)新探索,在耐高溫高分子和有機硅高分子、雜環(huán)化學和超分子化學研究方面取得了優(yōu)異的成績,對我國的有機化學和高分子化學的發(fā)展作出了卓越的貢獻。
黃志鏜先生曾多次榮獲重大獎勵,如1978年獲全國科學大會獎,1987年和1996年兩次獲得國家發(fā)明獎三等獎,1994年獲得中科院自然科學獎一等獎,1995年獲得國家自然科學獎三等獎。鑒于他在有機化學和高分子科學方面的成就,1991年當選為中國科學院學部委員(院士),2003年獲得了何梁何利科學與技術進步獎。
除了研究工作外,黃志鏜先生在國內的許多科學事務中擔任要職,并積極投身于國際學術交流與活動,為促進我國化學的發(fā)展作出了重要貢獻。他曾擔任中國科學院化學部副主任、國家自然科學基金委員會化學部有機化學學科評審組組長。1989—2001年的十多年間一直任中科院化學所的學術委員會主任,1995—2001年任化學所學位委員會主任。同時又是國內多家學術刊物的編委、《高分子通報》的主編、《中國化學快報》的副主編。他曾擔任過第八、九屆全國政協(xié)委員。
自上世紀70年代末以來,黃志鏜先生先后培養(yǎng)了約70名博士和碩士研究生、8名博士后。在學術上,他高瞻遠矚,精心指導,認真嚴謹。每一個化合物的數(shù)據(jù)都親自核對,每一篇學術論文都仔細修改。所有的學生都會永遠銘記黃先生對論文初稿中核磁、元素分析最后一位數(shù)的準確修改,對一個個單詞大小寫、語句標點符號的更正。他始終堅持把培養(yǎng)學生獨立科研工作能力放在第一位,充分尊重學生的意見,循循善誘,將自己的知識和經(jīng)驗毫無保留地傳授給學生。
黃志鏜先生常說,學生就像人的五個手指有長有短一樣,基礎差別很大,對他們的要求和培養(yǎng)也要因人而宜。今天,黃志鏜先生培養(yǎng)的學生已經(jīng)遍布海內外,不論是在教育、科研,還是在工業(yè)應用領域,他們都取得了突出的成績。
黃志鏜先生為人平和,十分謙遜,不追求虛名。除了在學術上嚴格要求自己外,對物質和名利看得很淡。80高齡仍堅持每天很早就到辦公室,處理信函、修改論文,與學生討論工作。每當所里、研究室里需要他幫助解決一些難題時,黃志鏜先生從不推托,總是盡自己最大努力把事情辦好,另一方面他卻經(jīng)常婉拒各種對院士的特殊照顧,這些都給每一位在黃志鏜先生身邊學習和工作的人留下深刻的印象。
(作者單位:國家自然科學基金委員會)
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