黃維垣

黃維垣

黃維垣,福建省莆田市人,有機化學家。早年從事甾體化學和天然產物化學的研究,為國民經濟發展的需要,50年代末轉向有機氟化學和含氟材料的研究,曾先後為氟油、氟塑膠、氟橡膠、含氟表面活性劑及氟碳代血液在中國的研製成功作出貢獻。1982年發現亞磺化脫鹵反應,繼而發展了全氟烷基亞磺酸鹽和全氟烷基磺醯滷的化學。

基本信息

簡歷

黃維垣 黃維垣

1921年12月15日 出生於福建省莆田市。1938年9月至1943年7月 在福建協和大學化學系學習,獲理學士學位,助教。

1947年4月至1949年9月 在廣州嶺南大學化學系學習,獲理學碩士學位,講師。

1950年2月至1952年6月 美國哈佛大學化學系有機化學哲學博士。

1952年7月至1955年6月 美國哈佛大學化學系博士後研究員。

1955年9月至今 歷任中國科學院上海有機化學研究所副研究員、研究員、副所長、所長。

1980年11月 當選為中國科學院院士。

1984年7月至1988年6月 中國科學院上海分院副院長。

1985年9月至1993年9月 當選為國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)理事。

1986-1990年 中國化學會理事長。

1988-1995年 國務院學位委員會成員。

1989-1992年 化學學報(中,英文版)主編。

1992-1995年 第二屆中國科學院學部主席團成員。

獲獎

獲國防科委科技成果三等獎2項  中科院科技進步三等獎2項,

中科院科技進步二等獎2項,

中科院科技進步一等獎1項,

1994年獲 "何梁何利基金獎",

1997年陳嘉庚化學科學獎,

培養了碩士研究生21名,博士研究生29名。

領域簡介

1.甾體化學及天然產物化學的研究

黃維垣同志早年從事甾體化學及天然產物化學的研究, 其中甾體化學工作獲1982年國家自然科學二等獎,為主要完成人之一,這些工作也為中國甾體藥物工業的發展奠定了基礎。 在有機氟化學研究方面作出了傑出的貢獻。發現氟化學中的亞磺化脫鹵反應,獲1986年國家自然科學二等獎,從而發展了氟烷基亞磺酸, 氟烷基磺醯溴和磺醯碘的化學,並套用於有機化合物的氟烷基化反應,合成多種氟烷基取代的天然產物如甾體,糖類,胺基酸等, 多種氟烷基取代的芳雜環化合物, 包括卟啉, 杯芳烴等以及新的含氟單體等,並研究部分產物的性能。

2. 共發表學術論文200餘篇,編著<中國氟有機化學>一書。 為國民經濟發展的需要,先後為氟油,氟塑膠,氟橡膠, 含氟表面活性劑及氟碳代血液的國內研製成功作出重大貢獻,這些工作對中國的核工業和航天事業的發展是至關重要的,並為中國氟化學工業的建立打下堅實的基礎。

簡介

哈佛大學 哈佛大學

黃維垣,1921年12月15日出生於福建省莆田市的一個知識分子家庭。父親黃益三曾任福建協和大學和廈門大學教育系教授。母親操持家務。莆田愛讀書的鄉風和家庭的薰陶,促使他在少年時即立下“刻苦求學,報效祖國”的大志。他當時的願望是“做個醫生,濟世救人”。1938年,黃維垣考入福建協和大學化學系修讀醫學預科課程。1941年秋考取北平協和醫學院,但由於不久北平淪陷,他只能繼續留在協和大學化學系學習。由於成績優異,1943年即畢業前一年就被校方聘為助教。學醫未成的他,卻由此與有機化學結下了不解之緣。

1947年,黃維垣與陳玉鳳喜結良緣,同年進入廣州嶺南大學化學系攻讀碩士課程,於1949年獲碩士學位。其出眾的科研才華深得系主任曾朝明教授的賞識,繼而被推薦到美國哈佛大學攻讀博士學位。在哈佛大學期間,他在著名有機化學家L.F.Fieser 教授的指導下從事甾體化學的研究,以出色的成績於1952年獲得博士學位。當時中華人民共和國剛建立不久,滿懷報國熱情的他在得到學位後立即申請回國,希望用自己的學識為祖國的建設出力。不料美國移民局卻以韓戰為藉口,拒絕了他的申請,無奈之下他只能繼續留在哈佛大學做博士後研究員,但心繫祖國一刻也沒放棄回國的努力,直到1955年黃維垣才克服了重重困難,踏上了回國的路程。就在此時,他的妻子也得到了赴美留學的簽證,為了能讓丈夫早日實現報效祖國的夙願,善解人意的她毅然放棄了自己多年赴美攻讀研究生的夢想,而全力支持丈夫的事業。

回國以後,黃維垣進入中國科學院上海有機化學研究所工作至今。在此期間歷任副研究員、研究員、副所長、所長,中國科學院上海分院副院長,《化學學報》和《中國化學》副主編、主編,中國化學會理事長,國務院學位委員會成員,中國科學院學部主席團成員,國際純粹與套用化學聯合會理事,上海市僑聯主席等職,於1980年當選為中國科學院院士。回國初期,他繼續從事甾體化學和天然產物化學的研究。50年代末,為適應國防建設的需要,他毅然放棄了自己所鍾愛的專業而無條件地服從國家的安排,帶領其他研究人員一起白手起家,開始了有機氟化學和含氟材料的研究。經過數十年的努力,研製成功包括氟油、氟塑膠、氟橡膠、含氟表面活性劑、氟碳代血液等一系列含氟材料,並造就了一支優秀的氟化學研究隊伍,在較短的時間裡使中國的氟化學研究水平趕上了世界少數幾個已開發國家。為表彰他對氟化學研究所作出的傑出貢獻,在1986年於法國巴黎舉辦的氟元素髮現100周年的紀念會上,被授予“MOISSAN”獎章。

研究

《化學學報》 《化學學報》

黃維垣早期的研究興趣在中草藥的化學成分及甾體化學方面。在哈佛大學攻讀博士學位期間,就開始了對甾體化學的研究。當時甾體藥物可的松作為治療風濕性關節炎的特效藥,曾引起許多藥廠的興趣並爭相設法合成。最早的合成路線是以牛膽酸為原料,但路線冗長,收率低,所以合成方法亟需改進。該路線中的關鍵步驟之一,即是在甾體的C環引進一個氧官能團。在導師Fieser的指導下,黃維垣對這一頗具挑戰性的課題進行了研究,他發展了一個新的方法,成功地把牛膽酸的12位羥基轉移到11位,極大地改進了該化合物的合成工藝。在短短几年的時間裡,他先後在最有影響的國際化學刊物《美國化學會志》上發表了10餘篇頗具學術價值的研究論文。回國以後,他繼續開展這方面的工作,運用化學轉化進行構型相互聯繫的方法,測定了植物甾醇C24的絕對構型,深得同行的好評。甾體激素的合成與甾體反應研究工作榮獲1982年國家自然科學二等獎,他是此項目的主要負責人之一。

1958年,應國防建設的需要,黃維垣的研究方向發生了變化,雖然他十分熱愛已從事了多年的天然產物化學的研究工作,但為了祖國的利益,他義無反顧地將研究方向轉到國家最需要的領域。開始是硼化學,之後又轉向有機氟化學和含氟材料的研究。當時中國的原子能工業異軍突起,急需一種在苛刻條件下使用的耐高溫的新型潤滑油。因傳統的潤滑油都是油脂類的化合物,在此條件下易燃燒、分解,所以急需研製既有潤滑作用,又能在使用過程中不會燃燒的潤滑劑。艱巨的任務落到了黃維垣及其同事們的身上。他們選擇了含氟有機化合物,因為氟與碳等元素結合生成的許多化合物具有性質穩定、耐高溫、抗腐蝕和不易燃燒等特點。當時,氟化學研究中國尚屬空白,他們只能因陋就簡地開始建立起各種氟化手段,包括電解制氟及電解氟化的裝置等。從基本原料做起,經過頑強拼搏,終於研製成功了中國急需的各種含氟油脂和氟塑膠、氟橡膠,按時完成了各項軍工任務,為中國原子能工業的發展作出了貢獻。“全氟潤滑油”獲國家發明證書,“全氟聚氨酯”和“聚全氟苯”獲國防科工委科技成果三等獎(1980年)。

完成軍工任務之後,在已經建立的有機氟化學實驗室的基礎上,黃維垣和他的同事們又開展了一系列民用產品的研究開發。先後研製成功了新型含氟表面活性劑、鉻霧抑制劑、氟碳代血液、氟利昂代用品等一大批新型含氟材料,使中國擁有了幾乎與西方少數已開發國家同等的氟材料品種,為中國氟化學工業的發展奠定了堅實的基礎。中國這個曾一度是氟化學研究空白的國家,如今已崛起成為國際知名的有機氟化學研究中心之一。

鍍鉻工藝是現代工業的一個重要組成部分。在早期的鍍鉻過程中,由於在電鍍槽蒸騰的霧氣中含有大量的鉻酸而直接威脅工人的健康。70年代中期,黃維垣等研製成功了一種新型的含氟表面活性劑——鉻霧抑制劑F53,在1升電鍍液中只要加入20~40 毫克的F53,整個電鍍液的表面便會泛起一層微小的泡沫,嚴密地封鎖了鉻酸霧氣的擴散,但並不妨礙電鍍分解出來的氫氣和氧氣的透過。現在,全國有上千家工廠採用此項技術,它不僅使成千上萬電鍍工人的健康得到了保障,而且有效地控制了環境的污染和鉻酸的流失。該成果獲上海市重大科技成果一等獎(1982年),同年獲中國科學院科技進步一等獎和國家科委科技發明三等獎。

從70年代起,黃維垣又開始了對氟碳攜氧劑或稱氟碳代血液的研究,這在當時是氟化學領域的前沿課題。他親自查閱文獻資料,與課題組的同事一起詳細討論研究有關方案,確定了新的合成路線,並親自指導各種實驗,及時而有效地解決了研究過程中產生的各種難題,經過短短5年的努力,第一代氟碳代血液就在中國誕生了,它的各項指標均達到國際先進水平,同原來僅用於提高血壓的人造血漿相比,氟碳代血液具有良好的攜氧功能,可以在人體內有效地進行吐故納新的循環,故被稱為“白色血液”。其中“一號乳液”也可以作為離體臟器的保存液。“二號乳液”可用於輸注,曾被用於老山前線的搶救手術,挽救了數十名戰士的生命。氟碳代血液在中國臨床套用上已超過了300餘例。“第一代氟碳代血液的合成與擴試”榮獲1987年中國科學院科技進步一等獎。

針對第一代氟碳代血液保存期短及體內滯留時間較長等一些不足,黃維垣和他的同事們緊接著又開始了新一代氟碳代血液的攻關,在他的指導下,第二代氟碳代血液不久也研製成功。與第一代相比,產品的各項技術指標均有很大改進。“三號氟碳代血液的合成與擴試”獲中國科學院科技進步三等獎。

作為世界著名的氟化學家,黃維垣在進行套用研究的同時,也十分重視基礎理論的研究。著名的“亞磺化脫鹵反應”就是在他的親自指導下發現和發展起來的一個在有機氟化學中很有實用價值的新反應。在他設計的一類耐高溫含氟彈性體的新單體的合成路線中,有一步反應要把一個末端為碘代的全氟磺醯氟還原成相應的亞磺酸鹽,他們用亞硫酸鹽作為還原劑,在水和二氧六環混合溶劑中進行反應時,意外地發現除了預期的磺醯氟基團被還原成亞磺酸鹽外,分子另一端的碘也被轉化為亞磺酸鹽,這是一個文獻上從未報導過的現象,優秀科學家敏銳的洞察力使他意識到這是一個重要的發現,故立即組織人力對這一特殊現象進行深入的研究。通過細緻的工作,他們發現這是一個自由基類型的適應範圍很廣的反應,除了全氟碘代烷、全氟溴代烷和一些多鹵代烷也可以進行類似的轉化,因而他們稱這一反應為“亞磺化脫鹵反應”,並依據反應的自由基特徵,發展出了以保險粉(連二亞硫酸鈉)為代表的一系列亞磺化脫鹵試劑。

全氟或多氟鹵代烷是一些最基本的含氟有機原料,通過“亞磺化脫鹵反應”,可以在溫和的條件下將其高產率地轉化為相應的亞磺酸鹽,亞磺酸鹽又可以被氧化生成全氟磺酸及其鹽類。全氟磺酸是一類重要的含氟化合物,具有廣泛的用途。過去,這類化合物主要用電解氟化法製取,需要特殊的技術和設備,“亞磺化脫鹵反應”為這些化合物的合成提供了一條實用方便的新途徑,它不僅具有重要的學術意義,而且具有廣泛的套用價值。所以該反應一經發現,就引起了中國外同行的高度重視和讚賞,許多實驗室爭相引用這一反應。美國著名氟化學家D.D.DesMarteau 稱其為“氟化學界一個了不起的發現”。1988年,“亞磺化脫鹵反應”榮獲國家自然科學二等獎。

科學研究是無止境的。黃維垣並不僅僅滿足於他對“亞磺化脫鹵反應”的發現,在對該反應進行了系統的研究之後,又將目光移到了這一反應在含氟有機化合物的合成套用上。因為氟是一個十分特殊的元素,它的引入往往會引起化合物某些性質的巨大改變,因此最近含氟化合物,特別是分子中含有少數氟原子的化合物極受人們的關注,然而,由於氟原子的特殊性,許多碳氫化合物的反應規律往往並不適用於含氟化合物,這就使如何在有機分子中引入含氟基團的研究成為氟化學領域中一個頗具挑戰性的課題。

通過對亞磺化脫鹵反應的深入研究,黃維垣及其同事們發現,此反應是通過單電子轉移的機制進行的,反應過程中生成的全氟烷基自由基可以被許多有機分子所捕獲,從而實現在分子中引入全氟烷基的目的。他們用各種類型的烯烴、炔烴和芳雜環化合物進行反應,在極其溫和的條件下將全氟烷基引入到這些分子中,並對產物進行各種化學轉化和性能測試。利用這些反應,他們成功地合成了一系列全氟烷基取代的天然產物,如糖類、甾體化合物、胺基酸、寡肽等以及一些氟烷基取代的芳雜環化合物、卟啉衍生物、冠醚、杯芳烴和許多含氟高分子單體。

在亞磺化脫鹵反應的基礎上,黃維垣等又進一步對全氟烷基亞磺酸鹽及磺醯滷的化學進行了研究。此前,全氟烷基亞磺酸鹽由於製備困難,故對其性質知之甚少,“亞磺化脫鹵反應”的發現,為這一研究的開展提供了極大的方便。在研究過程中他們發現了實現全氟烷基亞磺酸鹽、全氟羧酸、全氟磺酸及磺醯鹵之間相互轉化的一系列反應規律,首次合成了全氟烷基磺醯碘,並發現全氟烷基亞磺酸鹽、磺醯溴和磺醯碘在一定的條件下都可以產生全氟烷基自由基,由此發展了多種“全氟烷基化”手段,成功地實現了對烯烴和許多雜環化合物的全氟烷基化反應。這一研究極大地豐富了全氟烷基亞磺酸鹽及磺醯滷的化學,具有重要的理論意義和套用價值,該工作已榮獲1995年中國科學院自然科學二等獎。

人物評價

黃維垣十分重視對人才的培養。在他幾十年的研究生涯中,為國家造就了一大批優秀的科技人才。自1978年國家恢復研究生制度以來,他先後培養了20多位博士和12名碩士。新中國第一位由中國自己授予學位的有機化學博士就是從他的實驗室里培養出來的。他治學嚴謹,學風樸實,對年輕人熱情扶持,深受學生和同事們的敬重。現在,中國科學院上海有機化學研究所已經擁有了一支高水平的氟有機化學研究梯隊,中國的氟化學研究事業正呈現蒸蒸日上之勢。對此,他深情地說:“看到祖國氟化學事業後繼有人,是我一生最大的欣慰。”

艱辛的付出迎來了累累的碩果。幾十年來,黃維垣先後在中國外學術期刊上發表論文190餘篇,獲各類獎項計20次。他對中國氟化學事業的傑出貢獻得到了黨和人民的肯定,曾被評為上海市及中國科學院先進工作者,上海市和全國勞動模範,中國共產黨第12次全國代表大會代表,1988年獲國防科工委頒發的“獻身國防科技事業榮譽證書”,1994年榮獲“何梁何利基金獎”,並於1998年榮獲“陳嘉庚化學獎”。

目前健在的中國科學院化學部院士名單

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