珀金：現(xiàn)代合成染料工業(yè)的奠基人

王雯

染色技術(shù)歷史悠久。據(jù)資料記載，古埃及人便已經(jīng)擁有了染色工藝。古羅馬的手工匠人繼承了古埃及的遺產(chǎn)，并結(jié)合腓尼基人、古希臘人和伊特魯里亞人的經(jīng)驗，發(fā)揚光大了制造和使用染料的知識。古典時代的手工藝人可以熟練使用茜草、骨螺、番紅花、木質(zhì)染料等天然動植物染料，染出紅色、紫色、橙色和黃色等鮮亮顏色。這一傳統(tǒng)延續(xù)千年，直至近代早期，歐洲各大染坊仍然是天然動植物染料的天下。但是，天然染料不僅數(shù)量有限、色彩單一，而且染色效果也不盡如人意，水洗和日曬都會導(dǎo)致褪色。隨著有機化學(xué)在19世紀的進步與發(fā)展，一場針對染料行業(yè)的變革已經(jīng)如箭在弦。

英國最先發(fā)出了變革的春雷。1856年，年僅18歲的英國化學(xué)家珀金（W. H. Perkin， 1838—1907）成功制備了化學(xué)合成染料苯胺紫，并順利實現(xiàn)了化學(xué)合成染料的工業(yè)化生產(chǎn)，徹底改變了染料行業(yè)的現(xiàn)狀，為世界增添了更加絢麗的色彩。作為現(xiàn)代合成染料工業(yè)的奠基人，珀金將有機化學(xué)從單純的學(xué)術(shù)研究轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄I(yè)前景的經(jīng)世之學(xué)，徹底改變了染料行業(yè)的未來，推動了有機化學(xué)的革新，是化學(xué)史上不容忽視的學(xué)術(shù)巨擘。

天資聰穎的好學(xué)少年

1838年3月12日，珀金出生于倫敦東區(qū)一個富裕的建筑商家庭。作為家里最小的孩子，珀金被父親寄予厚望，而早慧的珀金也并未辜負父親的殷切期許。據(jù)珀金的姐姐所言，早在幼年時期，珀金就在各個方面都表現(xiàn)出非凡的聰敏機智，他熱衷于探索一切外在事物，尤其是細微之物，這似乎表明，他卓越的研究才能早在幼時便業(yè)已存在了[1]。

在年幼的珀金眼中，自己的未來充滿了無限可能。他曾想過子承父業(yè)，便經(jīng)常翻閱一本名為《工匠》的書，學(xué)習(xí)木工和建筑技能；他也十分喜歡繪畫，有時還為父親臨摹圖紙，夢想有朝一日成為一名藝術(shù)家。然而，一場化學(xué)實驗徹底改變了珀金的人生軌跡，引導(dǎo)他走向了化學(xué)研究的道路。據(jù)珀金回憶，12歲的時候，一位朋友向他展示了幾種化學(xué)實驗的操作過程，晶體的形成宛如神跡，使他印象深刻[2]。浩渺的化學(xué)知識遠遠超出了珀金對世界的既有認知，自此，他便下定決心成為一名化學(xué)家。

恰逢此時，珀金進入了倫敦城市中學(xué)（City of London School）學(xué)習(xí)，這是英國為數(shù)不多的開設(shè)化學(xué)課程的學(xué)校之一。授課老師霍爾（T. Hall）很快便察覺到珀金對化學(xué)研究的熱情與天賦，不僅安排珀金擔(dān)任自己的課程助手，還推薦珀金進入皇家化學(xué)學(xué)院（Royal College of Chemistry）跟隨馮·霍夫曼（A. W. von Hofmann）深造。1853年，在霍爾先生的游說勸說之下，珀金的父親最終同意讓兒子從事化學(xué)研究這一當時前途晦暗不明的職業(yè)，盡管他更希望珀金成為一名建筑師，畢竟這才是眾人眼中的生財之道[2]。

1853年10月，15歲的珀金如愿進入倫敦牛津街的皇家化學(xué)學(xué)院，成為霍夫曼教授的學(xué)生。當時的皇家化學(xué)學(xué)院尚在起步階段，實驗設(shè)備十分簡陋，不僅沒有本生燈等實驗儀器，而且在做燃燒實驗時也只能使用煤炭[3]。艱苦的環(huán)境并未挫敗珀金的積極性，在霍夫曼教授的耐心指導(dǎo)下，珀金全身心地投入化學(xué)分析課程中，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了有關(guān)定性分析和定量分析的知識，這為他將來的實驗奠定了堅實的基礎(chǔ)。結(jié)束了理論知識的研習(xí)后，霍夫曼給珀金分配了一些關(guān)于蒽（anthracene）的研究工作。蒽是一種從煤焦油中提取的稠環(huán)芳香烴，在兩年的研究中，珀金不僅成功制備了氯蒽（chloroanthracene）和溴蒽（bromoanthracene），還發(fā)現(xiàn)把硝酸作為氧化劑，與蒽反應(yīng)便可得到蒽醌（anthraquinone）[4]。這些寶貴的成果不僅使珀金被擢升為霍夫曼實驗室的名譽助理，還將在珀金未來的職業(yè)生涯中發(fā)揮重大作用。

年少立志的化學(xué)新星

珀金并非一開始就將生產(chǎn)合成染料當作自己的終身志業(yè)，制備合成奎寧才是他的最初目標。維多利亞時代，由蚊子傳播的瘧疾在各大洲的溫暖沼澤地區(qū)肆虐，而奎寧是唯一有效的藥物。然而，奎寧既稀少又昂貴，唯一的供應(yīng)來源是生長在南美洲安第斯山脈的金雞納樹。伴隨著有機化學(xué)的不斷發(fā)展，從天然原料中分離出來的和在實驗室里制備出來的有機化合物的范圍在迅速擴大[5]。有鑒于此，化學(xué)家們將合成奎寧提上日程，珀金的老師霍夫曼便是其中的一員。

根據(jù)霍夫曼的設(shè)想，奎寧可以在實驗室里從煤焦油中合成。煤焦油含有幾十種復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，最重要的5種基質(zhì)是苯（benzene）、甲苯（toluene）、苯酚（phenol）、萘（naphthalene）和蒽。在珀金發(fā)現(xiàn)苯胺紫之前，這5種物質(zhì)都已從煤焦油中分離出來，但其他的有機化學(xué)家們并沒有意識到這些物質(zhì)的巨大潛力，只有霍夫曼和他的學(xué)生們把這種黑色的黏稠液體視為最佳的研究對象。

引起霍夫曼注意的是萘，因為萘啶（naphthyridines）的分子式C8H6N2與奎寧（quinine）的分子式C20H24N2O2有些相似，霍夫曼便推測萘啶能夠相對容易地轉(zhuǎn)化為奎寧。從廣義上講，霍夫曼的想法是正確的，奎寧確實可以在實驗室里合成，但實際操作要比他設(shè)想的復(fù)雜許多。但是在19世紀中葉，有機化學(xué)的知識體系尚不完善，霍夫曼的理論在許多化學(xué)家眼中都十分合理并極具誘惑性。珀金自然也被老師描繪的藍圖所吸引，他滿懷雄心壯志，希望能為人工合成奎寧貢獻一分力量[1]。然而，時任皇家化學(xué)學(xué)院首任院長的霍夫曼教授不僅自己日理萬機，還給學(xué)生分配了沉重的研究任務(wù)。正如珀金回憶的那樣，他的時間幾乎都被霍夫曼教授的工作占去了，很少有機會進行自己的獨立研究[2]。為了早日達成自己的科研目標，珀金把家中的閣樓改裝為實驗室，布置了一張小桌子和幾個放瓶子的架子，還在壁爐處又建了一個爐子。受限于場地和資金，這個實驗室的環(huán)境十分簡陋，既沒有自來水也沒有煤氣，只能用老式的玻璃酒精燈照明。每逢假期或清閑的夜晚，珀金便獨自在自己的私人實驗室內(nèi)工作。

在霍夫曼教授1853—1854年的有機化學(xué)教學(xué)大綱中，曾廣泛提及著色劑、有機染料和紡織物印花染色的相關(guān)知識，這為珀金后續(xù)的實驗奠定了理論基礎(chǔ)。在家中的實驗室里，珀金和同學(xué)丘奇（A. Church）共同進行了一些研究，并將研究成果發(fā)表在《倫敦皇家學(xué)會會刊》上。這表明珀金已然意識到合成染料的潛在價值。

1856年的復(fù)活節(jié)假期期間，珀金依舊埋頭于自己的實驗室中。也許是早先對萘啶的實驗結(jié)果不盡如人意，珀金開始用硫酸、重鉻酸鉀（potassium dichromate）與甲苯胺（toluidine）進行實驗?？上攵?，實驗結(jié)果仍然是失敗的，最終生成的不是眾人期盼的奎寧，而是一種紅褐色粉末。珀金并未就此氣餒，他又選擇了結(jié)構(gòu)更簡單的堿——苯胺（aniline）——重復(fù)之前的實驗，并得到了一種漆黑的沉淀物。大多數(shù)化學(xué)家都會把這種看似無用的有色沉淀物扔進垃圾桶，但珀金卻與眾不同。有了之前的經(jīng)驗，再加之個人的好奇心與堅持不懈的科學(xué)精神，珀金用水把這種殘渣煮沸，發(fā)現(xiàn)其中的一部分溶解了，生成了一種淡紫色的溶液，并由此可以獲得一種紫色晶體[5]。實驗表明，這種物質(zhì)具有染色效果，可以將絲織物染成閃閃發(fā)光的丁香色，這種淡紫色染料后來被稱為苯胺紫（mauve），也就是大名鼎鼎的珀金紫（Perkin mauve）。

慧眼獨具的染料商人

珀金并非第一位合成苯胺染料的化學(xué)家。早在1836年，德國分析化學(xué)家倫格（F. F. Runge）就已經(jīng)在實驗室內(nèi)制備了紅色、藍色及翠綠色的染料，并在絲織品上進行了染色實驗。在倫格之后，其他化學(xué)家們也相繼合成了幾種化學(xué)染料，但是無一例外，或是由于生產(chǎn)成本過高，或是由于未意識到染料的重要價值，他們的發(fā)明都止步于實驗室內(nèi)，并未實現(xiàn)量產(chǎn)。珀金的天才之處便在于，他不僅敏銳地察覺到苯胺紫的市場潛力，還實現(xiàn)了苯胺紫的工業(yè)化生產(chǎn)，將有機化學(xué)從單純的學(xué)術(shù)研究轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄I(yè)前景的經(jīng)世之學(xué)，徹底改變了染料行業(yè)的未來。

1856年的春夏，18歲的珀金展現(xiàn)出了敏銳的觀察力和非凡的決心。他將一些染色絲綢寄給了英國著名的染色工坊——位于蘇格蘭珀斯的普拉斯公司（Pullars of Perth）進行檢驗。1856年6月，公司的負責(zé)人普拉（R. Pullar）寫信告訴珀金：“如果您的發(fā)明不會使商品過于昂貴，那么它無疑是有史以來最有價值的一種產(chǎn)品。”[2]普拉并沒有夸大其詞，雖然生產(chǎn)1盎司（1盎司=28.35克）苯胺紫染料需要消耗400磅（1磅=453.59克）煤，但僅僅一滴苯胺紫溶液就可以為200磅棉花染色，經(jīng)濟回報十分可觀[6]。此外，植物染料染就的紫色極不穩(wěn)定，一旦暴露在空氣中便會褪色，而珀金制備的苯胺紫卻能夠經(jīng)受水洗和日曬的考驗，染色效果也更加鮮亮持久。在染料商人眼中，苯胺紫無疑是一種完美的商品。

普拉的回信使珀金備受鼓舞。在其兄長的幫助下，珀金在自家花園內(nèi)進行了更大規(guī)模的實驗，并為自己的苯胺紫申請了專利。然而，并非所有人都看好苯胺紫的工業(yè)前景，最大的反對聲音便來自珀金的老師霍夫曼教授。據(jù)珀金本人回憶，當他告訴霍夫曼教授，自己要離開皇家化學(xué)學(xué)院，將全部身心投入苯胺紫的工業(yè)化生產(chǎn)時，霍夫曼教授顯得非常惱火，“他認為我邁出了錯誤的一步”。[2]珀金并未因此氣餒，他堅定地表示：“只要是我決定的工作，就不能輕易放棄?！盵2]除了恩師的反對之外，沉重的資金問題也擺在眼前：沒有投資者愿意提供啟動資金，因為他們不愿意在新產(chǎn)品上冒險。四處碰壁之時，珀金的父親伸出了援手。雖然他對珀金成為一名化學(xué)家而不是一名建筑師不以為然，但他對珀金的判斷力非常有信心，愿意冒著極高的風(fēng)險將畢生積蓄托付給小兒子。在父親和兄長的支持幫助下，珀金最終選中了倫敦西部格林福德（Greenford）的一片空地作為工廠用地，建筑工程于1857年6月開始，珀金父子公司（Perkin & Sons）就此誕生。

作為第一個吃螃蟹的人，珀金并沒有可以借鑒的經(jīng)驗，所有事情都要親力親為。創(chuàng)業(yè)初期的珀金集科學(xué)顧問、研究主管、工廠化學(xué)家和總工程師等角色于一身，不僅要發(fā)明合適的生產(chǎn)設(shè)備，還要輾轉(zhuǎn)全國各地的化學(xué)工廠，訂購生產(chǎn)原料。此外，由于當時的染色師只習(xí)慣于使用植物著色劑，完全不了解苯胺紫這種合成染料的使用方法，珀金還時常需要離開工廠和實驗室，為各地的染色工匠們提供教學(xué)指導(dǎo)。為了應(yīng)對染色不均的情況，珀金還首創(chuàng)了堿性皂浴染色的工藝，造福業(yè)界[7]。前期的付出很快就得到了回報，1857年12月，珀金的工廠終于實現(xiàn)了苯胺紫染料的量產(chǎn)[2]。等到1859年年中，珀金父子公司生產(chǎn)的苯胺紫染料不僅大量銷往倫敦和蘇格蘭等地的花布印染商行，利茲、曼徹斯特和布拉德福德的印染商也對這種產(chǎn)品需求迫切[1]。1859年9月，珀金的淡紫色染料已經(jīng)隨處可見。狄更斯（C. Dickens）曾記錄道：“當我從窗外望去——紫色條紋的服裝擠滿了馬車，塞滿了出租車，遍布汽船之內(nèi)，充斥在火車站之中：所有身著紫衣的人都涌向鄉(xiāng)村，就像來自紫色天堂的候鳥一樣。”在狄更斯看來，“珀金的紫色神化似乎就在眼前?！盵8]

苯胺紫的大獲成功證實了人工合成染料的光明前景，由于羨慕珀金的一夜成名，許多化學(xué)家都爭相模仿珀金的所作所為。據(jù)珀金本人回憶，在此之后，化學(xué)家們很快就從苯胺中制備了足以繪制彩虹的各色染料，不僅以吉拉德（C. Girard）為代表的法國化學(xué)家們對此興致盎然，就連昔日持反對態(tài)度的霍夫曼教授也投入了制備合成染料的大軍中，使合成染料這一行業(yè)取得了飛速發(fā)展[2]。1862年，即苯胺紫投入商業(yè)應(yīng)用的5年后，德國就建立了約20家染料廠，法國則超過了15家。而在英國本土的10家染料廠中，手握專利的珀金父子公司自然占盡先機。截至1860年，珀金父子公司滿足了來自斯圖加特、阿姆斯特丹和中國香港的大量出口訂單，每千克苯胺紫的價格是120英鎊，珀金很快便賺得盆滿缽滿。

除了苯胺紫之外，珀金父子公司的另一項重大成就便是實現(xiàn)了茜素的人工合成與工業(yè)化生產(chǎn)。1870年，珀金父子公司生產(chǎn)了 40 噸人造茜素染料，是市場上唯一的人造茜素生產(chǎn)商。在隨后的三年中，他們分別生產(chǎn)了 220 噸、300 噸和435噸茜素，在英國紅色染料市場上幾乎沒有任何競爭對手[7]。此后數(shù)年，珀金父子公司還順利實現(xiàn)了珀金綠、苯胺黑的工業(yè)化生產(chǎn)，商運亨通。然而，正當所有人都期待珀金繼續(xù)在染料行業(yè)大展身手時，36歲的珀金卻做出了一個出人意料的決定。

回歸初心的化學(xué)專家

珀金一直對純粹的化學(xué)研究興趣不減，即使在事業(yè)蒸蒸日上的時期，他仍然擔(dān)心工業(yè)技術(shù)會迫使自己放棄純粹的科學(xué)實踐。在寫給好友卡羅（H. Caro）的信中，珀金坦言：“科學(xué)研究是我一生的抱負，我已下定決心，無論如何都不會放棄這一理想?！盵3] 1874年，當賺的錢足以使自己經(jīng)濟獨立、不愁衣食后，珀金毅然決定將位于格林福德的工廠出售給布魯克、辛普森和斯皮勒公司（Brooke， Simpson and Spiller），并退出了工業(yè)化學(xué)領(lǐng)域，專心投入自己感興趣的化學(xué)實驗中。

回歸初心的珀金除了繼續(xù)研究染料外，還對香水工業(yè)貢獻巨大。早在1868年，珀金便首次合成了香豆素（coumarin），這一香料后被廣泛應(yīng)用為糖果、香煙和香皂的增香劑。1875年，在合成香豆素的基礎(chǔ)上，珀金又合成了肉桂酸（cinnamic acid），卡羅對這一重要化學(xué)反應(yīng)過程進行了適度修改，馮·貝耶爾（A. von Baeyer）在此基礎(chǔ)上首次從煤焦油化學(xué)品中合成了靛藍[4]。1870年代末，珀金廣泛的研究興趣包括苯甲醚衍生物（anisole derivatives）、對甲苯胺的氧化產(chǎn)物（oxidation products of p-toluidine）和有機含氮化合物（organic nitrogenous compounds）等[4]。為了追求自己的科研夢想，退休后的珀金還將自己在薩德伯里（Sudbury）的舊居改造成化學(xué)實驗室。從1874年到1907年，通過在這間私人實驗室的不懈努力，珀金共發(fā)表了60篇論文，大多刊登于《化學(xué)學(xué)會雜志》（Journal of the Chemical Society）上，得到了同行們的廣泛認可。

珀金的一生收獲了許多獎項和榮譽。1859年，為了表彰珀金在發(fā)現(xiàn)和工業(yè)化生產(chǎn)苯胺紫過程中的巨大貢獻，米盧斯工業(yè)協(xié)會（Société Industrielle de Mulhouse）向珀金頒發(fā)了一枚銀質(zhì)獎?wù)?，同年晚些時候又頒發(fā)了一枚金質(zhì)獎?wù)拢杲鹨恢睂@兩枚獎?wù)路浅Ｕ湟暋?866年，也即發(fā)現(xiàn)苯胺紫的10年后，年僅28歲的珀金順利當選為英國皇家學(xué)會的會員，并先后擔(dān)任皇家學(xué)會理事會成員和皇家學(xué)會副會長等職務(wù)。退休后的珀金專心科研，各項榮譽獎勵更是紛至沓來。珀金曾于1879 年獲得皇家勛章（Royal Medal），又在1889年被授予戴維勛章（Davy Medal），以表彰他在化學(xué)研究領(lǐng)域的卓越貢獻。與此同時，珀金在化學(xué)領(lǐng)域的成就也受到了各個大學(xué)的敬重。珀金雖然未能親自在大學(xué)內(nèi)完成學(xué)業(yè)并取得學(xué)位，但卻被德國的維爾茨堡大學(xué)，英國的圣安德魯斯大學(xué)、牛津大學(xué)，美國的哥倫比亞大學(xué)、約翰·霍普金斯大學(xué)等多所高校授予榮譽博士學(xué)位。

珀金的盛名還傳播到了大洋彼岸的美國。1906年，珀金遠赴紐約，接受了美國化學(xué)家和實業(yè)家的款待。美國的化學(xué)工業(yè)協(xié)會還以珀金的名字設(shè)立了珀金獎?wù)?，以表彰那些在?yīng)用化學(xué)領(lǐng)域做出突出貢獻的化學(xué)家，而第一枚獎?wù)碌墨@得者便是珀金本人。隨后，珀金還前往了波士頓和華盛頓等地，受到了羅斯?？偨y(tǒng)的接見。人們將他與愛迪生等科學(xué)家相提并論，這位年逾古稀的英國化學(xué)家如今已是一位舉足輕重的國際名人。

結(jié) 語

英國化學(xué)家、昆蟲學(xué)家梅爾多拉（R. Meldola）曾這樣評價珀金的成就：“在科學(xué)史上，很少有像1856年偶然制備出的淡紫色那樣，由于發(fā)現(xiàn)一種具有實際用途的化合物而產(chǎn)生如此巨大的科學(xué)及工業(yè)轉(zhuǎn)變?！盵9]梅爾多拉并沒有夸大其詞，回望歷史，苯胺紫的發(fā)明毫無疑問具有劃時代的重要意義，它將有機化學(xué)從單純的學(xué)術(shù)研究轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄I(yè)前景的經(jīng)世之學(xué)。自此之后，不僅合成染料行業(yè)蓬勃興旺，由此衍生的合成香精、消毒劑、防腐劑、殺蟲劑和炸藥也陸續(xù)問世，徹底改變了人類的生活。

盡管還有一些化學(xué)家對珀金的成就嗤之以鼻，認為他的發(fā)現(xiàn)純屬意外，作用有限。但我們不應(yīng)該忘記美國化學(xué)家、諾貝爾獎得主弗洛里（P. Flory）的經(jīng)典發(fā)言：“重大的發(fā)明并非純屬偶然……。偶然性通常會起到一定作用，但發(fā)明遠不止‘靈光一現(xiàn)這么簡單。事實上，知識的深度和廣度必不可少。除非事先對頭腦進行充電，否則天才的火花即使露出苗頭，也很有可能無法點燃?！盵10]珀金的成功是其深厚的知識積累、頑強的科研精神與敏銳的商業(yè)嗅覺共同造就的結(jié)果，正是對弗洛里名言的最佳詮釋。

[1]Simon G. Mauve： How One Man Invented a Color that Changed the World. New York： W. W. Norton， 2001： 17-64.

[2]Raphael M， Arthur G G， John C C， et al. Jubilee of the Discovery of Mauve and of the Foundation of the Coal-Tar Colour Industry by Sir W. H. Perkin. London： Perkin Memorial Committee， 1906： 65-66.

[3]Perkin Centenary London： 100 Years of Synthetic Dyestuffs. London： Pergamon Press， 1958： 7-19

[4]Ian H. Sir William Henry Perkin： A Review of His Life， Work and Legacy. Coloration Technology， 2006， 122（5）： 235-251.

[5]查爾斯·辛格. 技術(shù)史·第五卷. 遠德玉， 丁云龍， 譯. 上海： 上?？萍冀逃霭嫔纾?2004： 187-188

[6]Amy B G. A Perfect Red： Empire， Espionage， and the Quest for the Color of Desire. New York： Harper Collins， 2008： 227.

[7]Brightman R. Perkin and the Dyestuffs Industry in Britain. Nature， 1956， 177（4514）： 815-821.

[8]Phillip B. Bright Earth： Art and the Invention of Color. New York： Farrar， 2001： 214.

[9]Raphael M. Obituary Notices： William Henry Perkin， 1838-1907. Journal of the Chemical Society， Transactions. 1908， 93： 2214-2253.

[10]Royston M R. Serendipity： Accidental Discoveries in Science. New York： Wiley， 1991.

關(guān)鍵詞：珀金 合成染料 有機化學(xué) 苯胺紫 ■