Центральное исследование Дюпон

В 1957 году исследовательская организация химического отдела компании EI du Pont de Nemours and Company была переименована в Центральный исследовательский отдел , положив начало истории ведущей научной организации DuPont и одной из ведущих промышленных лабораторий, посвященных фундаментальной науке. Расположенный в основном на экспериментальной станции Дюпон и Честнат-Ран в Уилмингтоне, штат Делавэр , он расширился и включил лаборатории в Женеве, Швейцарии , Сеуле, Южной Корее , Шанхае, Китае и Индии ( Хайдарабад ). В январе 2016 года крупное увольнение ознаменовало конец организации.

История

Директора по исследованиям CRD иВице-президенты

Имя	Годы
Пол Л. Зальцберг	1957–1967
Дэвид М. Маккуин	1968–1971
Теодор Л. Кэрнс	1972–1975
Говард Энсайн Симмонс-младший	1975–1979
К. Эдвард Лоренц	1980
Роберт Нэйлор	1981
Чарльз Боттомли	1982–1983
Ричард Куизенберри	1984–1992
Джозеф Миллер	1993–1995
Джеймс М. Мейер	1997–2000
Томас М. Коннелли	2001–2005
Ума Чоудри	2006–2010
Douglas W. Muzyka	2010–2016

Компания установила традицию фундаментальных научных исследований, начиная с найма Уоллеса Карозерса в 1928 году и его систематизации науки о полимерах, которая привела к разработке полиамидов, таких как нейлон-6,6 и полихлоропрен (неопрен), в начале 1930-х годов. Эта традиция пошла на убыль во время Второй мировой войны , а затем пережила возрождение в 1950-х годах. Создание Central Research в 1957 году официально закрепило корпоративную приверженность фундаментальным исследованиям. Проведение и публикация высококачественных исследований способствовали набору сотрудников и продвижению имиджа DuPont, одновременно повышая моральный дух среди сотрудников CRD. Целью исследования было открытие «следующего нейлона », поскольку успех Карозерса и последующая коммерциализация нейлона принесли компании прибыль в течение 1950-х годов. (Эта цель исследования так и не была достигнута.) Тем не менее, еще одной важной заявленной целью CRD была «диверсификация посредством исследований», и CRD создала поток научных инноваций, которые способствовали развитию многих различных предприятий в корпорации.

CRD сочетал в себе промышленные и фундаментальные исследования, и сочетание этих двух функций часто определялось главой CR&D. Должность расширилась от директора по исследованиям до вице-президента по технологиям и до главного технологического директора с различной степенью влияния на исследования в корпорации, а также в CRD. Название CRD также изменилось, чтобы отразить время: начиная с Департамента химических веществ и переходя через Центральный исследовательский отдел (CRD), Центральный отдел исследований и разработок (CR&DD) к нынешнему Центральному научно-исследовательскому отделу (CR&D).

CRD проводил исследования в ряде актуальных областей, часто требующих междисциплинарного подхода. Компания DuPont исследовала химические реакции в сверхкритической воде в 1950-х годах для поддержки производства CrO ₂ для магнитных записывающих лент. сверхвысокой молекулярной массы Гипербарическая рекристаллизация полиэтилена привела к созданию бизнеса DuPont по производству полиэтилена Hylamer для опорных поверхностей при эндопротезировании тазобедренного и коленного суставов . Соединения мочевины и урацила, обнаруженные в CRD, оказались мощными и селективными гербицидами , что продвинуло DuPont на рынок сельскохозяйственных химикатов и привело к созданию гербицидов на основе сульфонилмочевины . Калий-титанилфосфат или КТР — универсальный нелинейный оптический материал, первоначально разработанный для удвоения частоты красного лазера до зеленого для бескровной лазерной хирургии глаза; теперь он находит дополнительное применение в урологической хирургии и ручных зеленых лазерных указках.

В 1950-е годы в CRD осуществлялась обширная исследовательская программа, направленная в основном на синтез и изучение новых классов соединений. Синтез новых органических и неорганических соединений составил около половины общего объема исследований. Когда Национальный институт здравоохранения предложил DuPont представить соединения для его проверки, они оценили DuPont как компанию, предоставляющую, безусловно, самый разнообразный набор соединений: фармацевтические компании представляли вещи, похожие на фармацевтические препараты, но DuPont представляла соединения, которые внутри компании классифицировались бы как катализаторы, оптические материалы, мономеры, олигомеры, лиганды, неорганические вещества и другие необычные материалы.

Помимо химического синтеза, CRD продолжал заниматься новыми физическими и аналитическими методами, химической структурой и механизмом реакций, а также физикой твердого тела. DuPont продолжила исследования полимеров. Биологические исследования значительно расширились.

До недавнего времени значительная часть исследований носила академический характер. Это академическое исследование отразилось на общей атмосфере организации. В конце 1960-х годов CRD разработал программу набора постдокторантов . Эти стипендии обычно предоставлялись на два года и предполагали, что стипендиат перейдет в академическое учреждение. Каждый год один или два ученых DuPont брали годичный отпуск для обучения и преподавания в университете. Также было принято, что каждый год ряд ученых покидают DuPont на академические должности и что несколько профессоров присоединятся к штату на постоянной основе. Ярким примером был Ричард Шрок , который покинул CRD и перешел в Массачусетский технологический институт и получил Нобелевскую премию по химии . CRD поддержали многочисленные высокопоставленные консультанты, внесшие значительный вклад в компанию DuPont. Джек Робертс из Калифорнийского технологического института и Speed ​​Marvel консультировали на протяжении более 50 лет и обеспечивали постоянный приток хорошо обученных химиков. Роберт Граббс , разделивший Нобелевскую премию со Шроком, консультировал его в течение многих лет. Эти академические связи стали источником новых поколений исследователей CRD.

Научные достижения Теодора Л. Кэрнса , Уильяма Д. Филлипса , Эрла Мьютертиса , Говарда Э. Симмонса-младшего и Джорджа Паршалла были признаны их избранием в Национальную академию наук .

Руководство CRD способствовало развитию открытого стиля сотрудничества. На момент основания разделение труда в CRD было «менеджмент», «лабораторские химики» и «технические специалисты», при этом менеджмент и лабораторские химики имели отдельные, но пересекающиеся рекламные направления. В соответствии с системой уровней заработной платы Hay Grade , которая применялась тогда и сейчас, существовало восемь профессиональных или рекламных уровней для «лабораторных химиков», но существовало одно ничем не примечательное звание. Такой подход способствовал взаимодействию.

Оценки Hay для руководителей начинались с более высоких значений и заканчивались значительно выше, но наблюдалось значительное совпадение с уровнями лабораторных химиков. Таким образом, для руководителя или менеджера не было ничего необычного в том, что ему подчинялись один или несколько ученых (в то время в руководстве не было женщин), у которых уровень заработной платы был выше, чем у него. Был зарегистрирован один случай, когда начальнику так и не удалось повысить зарплату «лабораторскому химику», потому что руководство не хотело заставлять его чувствовать себя плохо; Менеджер следующего уровня, который передал уведомление о выплате, сказал: «Им было все равно, что я чувствую». Названия, явно привязанные к уровню заработной платы, были учреждены в мае 1993 года, но открытость сохраняется и сегодня, как и ситуация с менеджерами, управляющими учеными более высокого уровня.

На заре CRD «техники» в CRD обычно имели среднее образование и часто проходили военную службу. Очевидно, они были просто дополнительными руками для химиков-лаборантов, которые все были докторами наук, и ожидалось, что химики-лаборанты будут проводить большую часть своего времени на стенде. Техническому специалисту было практически невозможно добиться прогресса в CRD, но они могли это делать на заводах и иногда переезжали, чтобы воспользоваться этой возможностью. Начиная с начала 1990-х годов, главным образом в результате роста усилий в области фармацевтики и медико-биологических наук, технические специалисты со степенью бакалавра , а затем и со степенью магистра стали нормой. Есть даже некоторые технические специалисты, имеющие докторскую степень зарубежных университетов. Тем не менее, техническим специалистам по-прежнему трудно пробиться в ряды рядовых химиков, и они обычно переходят в бизнес-подразделения в поисках новых возможностей.

Многие из докторов наук, пришедших в CRD, перешли в бизнес-подразделения. С 1980-х по начало 90-х руководство пыталось перевести всех докторов наук в одно бизнес-подразделение в течение первых пяти лет их существования. Доктора наук всю свою жизнь провели в академической среде, поэтому больше ничего не знали, но было понятно, что в какой-то момент они вырастут и поймут, что работа за скамейкой — это не то, чем некоторые из них хотели бы заниматься всю свою карьеру. . Проблема заключалась в том, что они были слишком высокопоставленными и наивными, чтобы занимать должности начального уровня в бизнесе, а их конкурентами были инженеры BS того же возраста, у которых было около пяти лет опыта поддержания работы завода. Из тех, кто воспользовался этой возможностью, около половины вернулись в CR&D. Из тех, кто вернулся, около половины снова уехали. Относительно высокая текучесть кадров предоставила CRD больше возможностей нанимать выдающихся новых докторов наук. В 1990-е годы переводы в подразделения стали менее распространены, и в результате средний возраст сотрудников CRD значительно вырос. С выходом на пенсию бэби-бумеров происходит увеличение набора персонала и заметное омоложение персонала.

Ответственность за техническое направление исследований перешла к химикам, поскольку они выполняют краткосрочные проекты в поддержку бизнес-подразделений. Доктора наук , получившие степень MBA , теперь встречаются чаще. В отличие от первых лет, все руководители имели опыт работы в бизнес-подразделениях, и многие из них были приняты на работу в бизнес-подразделения и пришли в CRD позже в своей карьере. Эти менеджеры зачастую гораздо более административны в своем подходе, не имея сильного технического опыта, необходимого для того, чтобы не отставать от своих технических сотрудников. Некоторые менеджеры стали полагаться на свой старший технический персонал, но не существует четких указаний относительно роли, которую эти старшие ученые могут или должны играть в управлении программами и карьерой молодых ученых.

В конце 2015 года название организации было изменено на DuPont Science and Innovation, что предвещало крупное увольнение 4 января 2016 года, которое ознаменовало конец организации как основной силы в области исследований. В совокупности отделы молекулярных наук, инженерии, материаловедения и инженерии CR&D выросли с 330 до 34 сотрудников в новой организации по науке и инновациям.

Фторорганическая химия

Фторуглеродная цепь является основой тефлона и родственных ему химикатов.

6 апреля 1938 года Рой Планкетт из лаборатории Джексона компании DuPont в Нью-Джерси работал с газами, родственными фреоновым хладагентам DuPont , когда он и его коллеги обнаружили, что образец газообразного тетрафторэтилена самопроизвольно полимеризовался в белое воскообразное твердое вещество. Полимером был политетрафторэтилен (ПТФЭ), который компания DuPont коммерциализировала под названием Teflon в 1945 году. Поскольку компания DuPont была основной в производстве различных фторсодержащих материалов, было логично, что фторорганическая химия стала важной для DuPont. Открытие того, что тетрафторэтилен может циклизоваться с широким спектром соединений с образованием фторированных соединений, открыло пути к созданию ряда фторорганических соединений .

Опасности и трудности, связанные с обращением с высокореактивными и коррозийными фторирующими реагентами, можно было компенсировать за счет акцента DuPont на безопасности, а сотрудничество DuPont с Манхэттенским проектом предоставило многим химикам и инженерам необходимую подготовку для выполнения этой работы. Наличие лаборатории исследования давления на экспериментальной станции обеспечило необходимую защиту от большинства, но не всех тех реакций, которые пошли наперекосяк. Среди известных ученых были Уильям Миддлтон, Дэвид Инглэнд, Карл Креспан, Уильям Шеппард, Оуэн Вебстер , Брюс Смарт, Малли Рао, Роберт Уиланд и Эндрю Фейринг, каждый из которых подал множество патентов для DuPont. Шеппард написал одну из первых важных книг по этой теме. За этим последовала книга Смарта. Комментарий Смарта в журнале Chemical Reviews в 1996 году: «Научный и коммерческий интерес к химии фтора резко возрос после 1980 года, во многом вызванный необходимостью замены промышленных хлорфторуглеродов и быстро растущими практическими возможностями использования фторорганических соединений в защите растений, медицине и различных применениях материалов. Хотя фтор сейчас гораздо менее заумен, чем когда я начал заниматься этой областью поколение назад, он остается специализированной темой, и большинство химиков незнакомы или, по крайней мере, испытывают дискомфорт с синтезом и поведением фторорганических соединений», — остаются актуальными и сегодня.

CRD предпринял программу по альтернативам хлорфторуглеродам в хладагентах в конце 1970-х годов, после того как были опубликованы первые предупреждения о вреде стратосферного озона . Центр катализа CRD под руководством Лео Манзера быстро отреагировал на это, предложив новую технологию производства альтернативных гидрохлорфторуглеродов ( ГХФУ ), которые коммерциализировались как хладагенты DuPont Suva.

Цианоуглеродная химия

Цианоуглеродный полимер

В 1960-х и 1970-х годах CRD под руководством Теодора Кэрнса разработал программу по синтезу длинноцепочечных цианоуглеродов, аналогичных длинноцепочечным фторуглеродам, таким как тефлон. Кульминацией работы стала серия из двенадцати статей в Журнале Американского химического общества в 1958 году. Несколько авторов этих статей заняли видные должности в DuPont, в том числе Ричард Э. Бенсон (заместитель директора CRD), Теодор Л. Кэрнс (директор по исследованиям). , CRD), Ричард Э. Хеккерт (генеральный директор DuPont), Уильям Д. Филлипс (заместитель директора CRD), Говард Э. Симмонс (директор по исследованиям и вице-президент CRD) и Сьюзен А. Владучик (менеджер завода). Эта тенденция указывает на важность технической квалификации для продвижения по службе в компании того времени. Публикация стимулировала других исследователей исследовать эти соединения.

Дииминосукцинонитрил (ДИСН)

Диаминомалеонитрил (DAMN)

Перспективные области применения включали красители, фармацевтические препараты, пестициды, органические магниты и включение в новые типы полимеров. Эти обширные исследовательские усилия не привели к коммерческому применению. Частично за эту работу Кэрнс был награжден медалями «За творческую работу в области синтетической органической химии» Американского химического общества и премией «Синтетическая органическая химия» Ассоциации производителей химической продукции . Другое направление химии развилось вокруг синтеза Оуэна Вебстера дииминосукцинонитрила (DISN), который можно было преобразовать в диаминомалеонитрил (DAMN), что привело к созданию еще одной серии патентов и статей. Симмонс использовал малеонитрилдитиолат натрия для получения многих новых веществ, в том числе тетрацианотиофена, тетрацианопиррола и пентацианоциклопентадиена.

Оксиды металлов

Артур Слейт возглавлял группу, занимавшуюся перовскитами , такими как система K-Bi-Pb-O, которая заложила основу для последующих прорывов в области высокотемпературных сверхпроводников . В химии оксидов в растворенной фазе работа Уолтера Нота над органическими растворимыми полиоксоанионами привела к развитию ныне обширной области с многочисленными применениями в катализе окисления.

Динамическая

Показателями взаимодействия между приложениями и фундаментальной наукой были многочисленные исследования по стереодинамике, проведенные в CRD Джессоном, Микином и Мьютертисом. Одно из ранних исследований было сосредоточено на нежесткости SF ₄ , реагента, имеющего отношение к получению фторуглеродов. Последующие исследования привели к открытию первых стереохимически нежестких октаэдрических комплексов типа FeH ₂ (PR ₃ ) ₄ .

Полимерная наука

Оуэн Вебстер открыл полимеризацию с переносом группы (GTP), первый новый процесс полимеризации, разработанный после живой анионной полимеризации. Были определены основные аспекты механизма реакции, и процесс был быстро преобразован в коммерческое применение для автомобильных покрытий и чернил для струйной печати . Основной процесс группового переноса имеет применение и в общем органическом синтезе , в том числе в природных продуктах .

Примерно в то же время Эндрю Янович разработал полезную версию переноса цепи, катализируемого кобальтом, для контроля молекулярной массы свободнорадикальной полимеризации . Дальнейшее развитие технологии получили Алексей Гриднев и Стивен Иттель . Его также быстро коммерциализировали, и фундаментальное понимание процесса сформировалось в течение более длительного периода времени.

Рудольф Паризер был директором отдела передовых материаловедческих исследований и инженерии на момент этих достижений.

В 1995 году Морис Брукхарт , профессор Университета Северной Каролины изобрел новое поколение постметаллоценовых катализаторов олефинов на основе поздних переходных металлов. для координационной полимеризации и консультант DuPont CRD, вместе со своей постдокторанткой Линдой Джонсон, которая позже присоединилась к CRD, Эта технология, технология полимеризации олефинов Versipol компании DuPont, была разработана значительной командой ученых CRD в течение следующих десяти лет.

Металлоорганическая химия

Димер Крамера

Реагент Теббе

CRD проявил большой интерес к неорганической и металлоорганической химии. Эрл Муэттертис основал программу, направленную на фундаментальную химию борана. Уолтер Кнот открыл первый полиэдрический борановый анион B ₁₀ H _10. ⁼ , а также обнаружил, что анионы борана демонстрируют химию замещения, аналогичную химии ароматических углеводородов. Норман Миллер открыл B ₁₂ H _12. ⁼ анион в попытке найти новый путь к B ₁₀ H ₁₀ ⁼ . Джордж Паршалл присоединился к CRD в 1954 году. Его творческий отпуск в Имперском колледже Лондона с Джеффри Уилкинсоном в 1960-61 годах познакомил его с металлоорганической химией . Мьютертис покинул DuPont и присоединился к профессорско-преподавательскому составу Корнелла в 1973 году. После Мюттертиса и Паршалла группу металлоорганической химии возглавляли Стивен Иттель , а затем Генри Брындза, прежде чем она была рассредоточена по ряду групп в CRD. Паршалл и Иттель написали в соавторстве книгу «Гомогенный катализ». это стало стандартным справочником по этому вопросу.

Основополагающий вклад Ричарда Крамера и Фреда Теббе признан их названными соединениями: «димером Крамера», Rh ₂ Cl ₂ (C ₂ H ₄ ) ₄ и « реагентом Теббе ». Теббе оказал влияние на своего партнера по лаборатории Ричарда Шрока , который инициировал программу по химии M = C в DuPont и продолжил ее, когда перешел в Массачусетский технологический институт . Химия составляет основу метатезиса олефинов , и Шрок в конечном итоге разделил Нобелевскую премию с Робертом Граббсом , консультантом CRD, за работу по метатезису. Энтони Ардуенго открыли Стойкие карбены новую область химии и оказались важными лигандами в процессе метатезиса.

Были предприняты энергичные усилия по активации облигаций CH при участии Паршалла, Томаса Херсковица, Иттеля и Дэвида Торна. Чад Толман разработал свою теорию « угла конуса лигандов », которая развилась в широко признанное электронное и стерическое воздействие лигандов на неорганические и металлоорганические комплексы.

Металлоорганическая химия в CRD также включает гетеробиядерные комплексы Р. Томаса Бейкера, органолантаниды Патрисии Л. Уотсон, кратные связи металл-лиганд Уильяма А. Ньюджента, для радиофармацевтических препаратов Джеффри Томпсоном и Мани Субраманьям Разработка технеция , а также фторорганическая химия Боба Берча и Карин Карел. Основным направлением развития металлоорганической химии является гомогенный катализ. Компания DuPont разработала крупную технологию, основанную на катализируемом никелем присоединении двух молекул цианистого водорода к бутадиену , давая адипонитрил , промежуточный продукт нейлона , первоначально благодаря работе Уильяма К. Дринкарда . Механическая работа по обеспечению понимания технологии была проведена в CRD и привела к крупной программе по технологиям следующего поколения, прежде чем бизнес был продан Koch Industries . Другие применения гомогенного катализа, изученные в CRD, включают этилена полимеризацию , циклогексана окисление до адипиновой кислоты и бутадиена карбонилирование до нейлоновых промежуточных продуктов. Подходы к каталитическим системам включают гомогенные металлоорганические катализаторы, гетеробиядерные катализаторы, полиоксометаллаты , ферменты , каталитические мембранные реакторы. и поддерживают металлорганические соединения.

Фотохимия и физика

Дэвид М. МакКуин, один из первых директоров CRD, был физиком-химиком из Университета Висконсин-Мэдисон . Его исследования в области фотохимии и фотографии привели к получению тридцати пяти патентов. Именно его опыт положил начало CRD в области фотохимии и фотофизики. Позже Дэвид Итон возглавил сильную команду, занимавшуюся фотополимеризацией цветопроб для полиграфической промышленности.

Существовала сильная программа в области неорганических нелинейных оптических материалов, которая привела к удвоению оптической частоты упомянутых выше «зеленых лазеров». Эта программа была распространена на органические материалы со свойствами NLO.

Также были предприняты серьезные усилия по разработке материалов для индустрии дисплеев и методов подготовки устройств для дисплеев. К ним относятся печатная электроника, методы термопереноса для цветных фильтров, углеродные нанотрубки для автоэмиссионных дисплеев, а также OLED материалы и устройства . Значительные усилия были предприняты при создании фоторезистов следующего поколения для полупроводниковой промышленности, содержащих углеводородные и фторуглеродные мономеры , для замены длины волны 193 нм на длину волны 157 нм для лучшего разрешения. Хотя большинство требований были выполнены, необходимость в этом более коротковолновом узле была устранена с появлением иммерсионной литографии , и новые жидкости для иммерсионной литографии продолжают представлять значительный интерес. Разработка фазовых масок была коммерциализирована.

Биологические науки

Одна область, всегда считавшаяся важной для диверсификации программ CRD, была связана с биологическими науками. Чарльз Стайн продвигал биохимию как область исследований компании Du Pont, и в результате лаборатории Стайна были названы в его честь. В начале 1950-х годов CRD начал программу по исследованию химических веществ для биологического применения. Чарльз Тодд приготовил замещенные мочевины в качестве потенциальных антибактериальных средств, которые при проверке оказались эффективными гербицидами. Это привело к созданию очень успешных и очень селективных гербицидов на основе сульфонилмочевины компании DuPont. Программа CRD включала сельскохозяйственные и ветеринарные химикаты, а также бактериологические и микробиологические исследования. Кульминацией этой работы стала покупка компанией DuPont компании Pioneer Hi-Bred Seeds и ее интеграция в агрохимическое предприятие DuPont.

В середине 1950-х годов CRD начал работу над химией фиксации азота в растениях, исследование, которое в течение следующего десятилетия превратилось в крупную работу. В 1963 году Ральф Харди присоединился к CRD и принес исследованиям Дюпона по фиксации азота международную известность, опубликовав более сотни статей по этой теме. Chemical Week назвал его «одним из лучших в стране людей, выполняющих двойную роль ученого и научного менеджера», хотя такие менеджеры оставались обычным явлением в CRD на протяжении 1960-х и 70-х годов.

ферментации Микробиология и селективная генетическая модификация стали важными для разработки CRD биологического пути получения 1,3-пропиленгликоля, нового мономера для производства полиэфира. Доступность этого нового мономера привела к разработке и коммерциализации Sorona, полиэстера премиум-класса . Существенный успех был также достигнут в синтезе неприродных пептидов и белков для выполнения специфических функций и предсказании их третичных структур.

Достижения в технологии секвенирования ДНК , основанной на синтезе новых флуоресцентных меток, привели к созданию Qualicon, предприятия DuPont, которое идентифицирует бактерии путем исследования их ДНК с помощью ПЦР . Эта технология привела к значительному повышению безопасности цепочки поставок продуктов питания в США и во всем мире.

Общие ссылки

• Дэвид А. Хауншелл и Джон Кенли Смит. Наука и корпоративная стратегия. НИОКР компании DuPont, 1902–1980 гг . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета, 1988.
• Джей Джей Бонинг. Говард Э. Симмонс-младший, Устная история . Филадельфия: Фонд химического наследия, 1993.
• RC Фергюсон. Уильям Д. Филлипс и ядерный магнитный резонанс в компании DuPont. В Энциклопедии ядерного магнитного резонанса, Vol. 1, ред. Д. М. Грант и Р. К. Харрис, стр. 309–13, John Wiley & Sons, 1996.
• Р.Г. Бергман, Г.В. Паршалл и К.Н. Рэймонд. Эрл Л. Муэттертис, 1927–1984 гг. В «Биографических воспоминаниях» , т. 63, стр. 383–93. Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Национальной академии, 1994.
• BC МакКьюсик и Теодор Л. Кэрнс, Цианоуглероды в Энциклопедии химической технологии Кирка-Отмера , 2-е издание, 6, 625-33 (1965)