DuPont Central Research - DuPont Central Research

År 1957 döptes forskningsorganisationen vid kemikalieavdelningen vid EI du Pont de Nemours and Company till Central Research Department , som inledde historien om den främsta vetenskapliga organisationen inom DuPont och ett av de främsta industriella laboratorierna för grundvetenskap. Beläget främst vid DuPont Experimental Station och Chestnut Run, i Wilmington, Delaware , har det expanderat till att omfatta laboratorier i Genève, Schweiz , Seoul, Sydkorea , Shanghai, Kina och Indien ( Hyderabad ). I januari 2016 markerade en stor uppsägning slutet på organisationen.

Historia

CRD -forskningsdirektörer och vice ordförande

namn	År
Paul L.Salzberg	1957–1967
David M. McQueen	1968–1971
Theodore L. Cairns	1972–1975
Howard Ensign Simmons, Jr.	1975–1979
Edward Lorenz	1980
Robert Naylor	1981
Charles Bottomley	1982–1983
Richard Quisenberry	1984–1992
Joseph Miller	1993–1995
James M. Meyer	1997–2000
Thomas M. Connelly	2001–2005
Uma Chowdhry	2006–2010
Douglas W. Muzyka	2010–2016

Företaget etablerade en tradition av grundläggande vetenskaplig forskning som började med att anställa Wallace Carothers 1928 och hans systemisering av polymervetenskap som ledde till utvecklingen av polyamider som nylon-6,6 och polykloropren (neopren) i början av 1930-talet. Denna tradition avtog under andra världskriget och genomgick sedan en renässans på 1950 -talet. Inrättandet av Central Research 1957 formaliserade ett företags engagemang för grundforskning. Genomförandet och publiceringen av högkvalitativ forskning hjälpte till att rekrytera och främja bilden av DuPont samtidigt som man höjde moralen bland CRD -personalen. Syftet med forskningen var att upptäcka "nästa nylon ", eftersom Carothers framgångar och den kommersiella kommersialiseringen av nylon hade drivit företagets vinster genom 1950 -talet. (Detta forskningsmål som aldrig uppnåddes.) Ändå var ett annat viktigt uttalat mål för CRD "diversifiering genom forskning", och CRD producerade en ström av vetenskapliga innovationer som bidrog till många olika företag i hela företaget.

CRD kombinerade industriell och grundläggande forskning, och blandningen av de två funktionerna bestämdes ofta av chefen för CR&D. Titeln utvidgades från forskningsdirektör till teknikchef till teknisk teknikchef med varierande grad av inverkan på forskning i hela företaget såväl som inom CRD. CRD -namnet ändrades också för att återspegla tiderna, från kemikalieavdelningen och genom Central Research Department (CRD), Central Research and Development Department (CR&DD), till nuvarande Central Research and Development (CR&D).

CRD forskade inom ett antal aktuella områden, vilket ofta kräver ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt. DuPont undersökte kemiska reaktioner i superkritiskt vatten på 1950 -talet för att stödja produktionen av CrO ₂ för magnetiska inspelningsband . Hyperbarisk omkristallisation av polyeten med ultrahög molekylvikt ledde till DuPonts verksamhet i Hylamer-polyeten för lagerytor vid höft- och knäbytartroplastik . Urea och uracilföreningar som upptäcktes i CRD var kraftfulla och selektiva herbicider , som drev DuPont in i jordbrukskemikalier och kulminerade med sulfonylurea herbicider. Kaliumtitanylfosfat eller KTP är ett mångsidigt olinjärt optiskt material, ursprungligen utformat för att frekvensdubbla röda lasrar till gröna för blodlösa laserögonkirurgi; nu finner ytterligare tillämpning i urologisk kirurgi och handhållna grön laser pekare.

På 1950-talet rymde CRD ett brett forskningsprogram som till stor del syftade till syntes och studier av nya klasser av föreningar. Syntes av nya organiska och oorganiska föreningar stod för ungefär hälften av den totala forskningen. När National Institute of Health inbjöd DuPont att lämna substanser till sina screeninginsatser, betygsatte de DuPont som att de lämnar det överlägset mest varierande utbudet av föreningar - läkemedelsföretag lämnade in saker som såg ut som läkemedel, men DuPont lämnade föreningar som skulle klassas internt som katalysatorer, optiska material, monomerer, oligomerer, ligander, oorganiska ämnen och andra ovanliga material.

Förutom kemisk syntes upprätthöll CRD ansträngningar som fokuserade på nya fysiska och analytiska tekniker, kemisk struktur och reaktionsmekanism och fastfysik. DuPont fortsatte inom polymerforskning. Biologisk forskning har ökat betydligt.

Fram till de senaste åren var en betydande del av forskningen av akademisk natur. Denna akademiska forskning återspeglades i organisationens allmänna atmosfär. I slutet av 1960 -talet inrättade CRD ett program för rekrytering av postdoktorer . Dessa stipendier var i allmänhet i två år och hade förväntningen att stipendiat skulle lämna till en akademisk institution. Varje år skulle en eller två DuPont -forskare ta ett års ledighet från universitetsstudier och undervisning. Det accepterades också att varje år skulle ett antal forskare lämna DuPont för akademiska tjänster och att flera professorer skulle ansluta sig till personalen permanent. Ett anmärkningsvärt exempel var Richard Schrock , som lämnade CRD för MIT och vann Nobelpriset för kemi . CRD stöddes av många högprofilerade konsulter som har bidragit betydligt till DuPont. Jack Roberts från Caltech och Speed ​​Marvel konsulterade var och en i drygt 50 år och gav ett stabilt utbud av välutbildade kemister. Robert Grubbs , som delade Nobelpriset med Schrock, rådfrågade i många år. Dessa akademiska kopplingar var källor till nya generationer av CRD -forskare.

De vetenskapliga prestationerna av Theodore L. Cairns , William D. Phillips , Earl Muetterties , Howard E. Simmons, Jr. och George Parshall erkändes genom sitt val till National Academy of Sciences .

CRD -hantering främjade en öppen och samarbetsvillig stil. Vid grundandet var arbetsfördelningen inom CRD "ledning", "bänkkemister" och "tekniker", där ledningen och bänkkemisterna hade separata men överlappade reklamspår. Under Hay Grade -systemet med lönenivåer som användes då och nu fanns det åtta professionella eller marknadsföringsnivåer för "bänkkemisterna", men det fanns en enda otydlig titel. Detta tillvägagångssätt främjade interaktion.

Hay -betygen för ledare började högre och slutade betydligt högre, men det fanns en betydande överlappning med bänkkemikernivåerna. Således var det inte ovanligt att en handledare eller chef hade en eller flera forskare som rapporterade till honom (det fanns inga kvinnor i ledningen vid denna tidpunkt) som hade högre lönenivåer än han. Det fanns ett rapporterat fall där handledaren aldrig fick skicka lönehöjningar till "bänkkemisten" eftersom ledningen inte ville få honom att må dåligt; nästa nivåschef som skickade ut betalningsanmälan sa: "De brydde sig inte om hur jag kände." Titlar som uttryckligen är knutna till lönenivån instiftades i maj 1993, men öppenheten kvarstår idag liksom situationen för chefer som hanterar forskare på högre nivå.

I början av CRD var "tekniker" inom CRD vanligtvis gymnasieutbildade och hade ofta militärtjänst. De var helt klart bara extra händer för bänkkemisterna som alla var doktorer och bänkkemisterna förväntades spendera större delen av sin tid på bänken. Det var praktiskt taget omöjligt för en tekniker att utvecklas inom CRD, men de kunde på anläggningar och skulle ibland flytta efter möjligheten. Från början av 1990 -talet, mestadels som ett resultat av tillväxten av läkemedels- och biovetenskapliga insatser, tekniker med kandidatexamen och senare blev magisterexamen normen. Det finns till och med några tekniker som innehar doktorsexamen från utländska universitet. Trots det är det fortfarande svårt för en tekniker att bryta sig in i bänkkemistens led och de brukar övergå till affärsenheter på jakt efter fler möjligheter.

Många av de doktorer som kom till CRD övergick till affärsenheter. Från 1980 -talet till början av 90 -talet försökte ledningen flytta alla doktorander till en affärsenhet inom de första fem åren. Doktoranderna hade tillbringat hela sitt liv i en akademisk miljö, så de visste ingenting annat, men man insåg att de någon gång skulle växa upp och inse att arbetet vid bänken inte var vad vissa av dem skulle vilja göra hela sin karriär . Frågan var att de var för höga och naiva för att flytta in på entreprenadpositioner i företag och deras konkurrens var på samma sätt äldre BS-ingenjörer som skulle ha haft cirka fem års erfarenhet av att hålla en anläggning igång. Av dem som tog chansen återvände ungefär hälften till CR&D. Av de som återvände gick ungefär hälften igen. Den relativt höga omsättningen gav CRD fler möjligheter att anställa enastående nya doktorander. Överföringar till affärsenheter blev mindre vanliga på 1990 -talet och medelåldern för CRD -personal steg betydligt som ett resultat. Med baby-boomers som börjar gå i pension blir det mer rekrytering och det finns en märkbar föryngring av personalen.

Ansvaret för den tekniska inriktningen av forskning har flyttat till apotekaren när de genomför kortsiktiga projekt till stöd för affärsenheterna. Doktorander som får MBA är nu vanligare. Till skillnad från de första åren har all ledning haft affärsenhetserfarenhet och många anlitades till affärsenheter och kom in i CRD senare i karriären. Dessa chefer är ofta mycket mer administrativa i sitt tillvägagångssätt, utan att ha den starka tekniska bakgrund som krävs för att hålla jämna steg med sina tekniska medarbetare. Vissa chefer har kommit att förlita sig på sin högre tekniska personal, men det finns ingen tydlig riktlinje om vilken roll dessa seniorforskare kan eller bör spela för att hantera de yngre forskarnas program och karriärer.

I slutet av 2015 ändrades organisationens namn till DuPont Science and Innovation som avvaktade den stora uppsägningen den 4 januari 2016, vilket markerade slutet på organisationen som en stor kraft inom forskning. Tillsammans gick molekylära vetenskaperna och teknik- och materialvetenskapliga och tekniska delar av CR&D från 330 anställda till 34 i den nya organisationen Science and Innovation.

Organofluorin kemi

Den 6 april 1938 arbetade Roy Plunkett vid DuPont's Jackson Laboratory i New Jersey med gaser relaterade till DuPonts Freon -köldmedium när han och hans medarbetare upptäckte att ett prov av gasformig tetrafluoretylen spontant hade polymeriserats till ett vitt, vaxartat fast ämne. Polymeren var polytetrafluoretylen (PTFE) som kommersialiserades av DuPont som teflon 1945. Eftersom DuPont var basisk i en mängd olika fluorerade material var det logiskt att organisk fluorkemi blev viktig för DuPont. Upptäckten att tetrafluoretylen skulle cyklisera med en mängd olika föreningar för att ge fluorerade föreningar öppnade vägar till en rad organofluorföreningar .

Riskerna och svårigheterna med att hantera mycket reaktiva och frätande fluorerande reagenser kunde tillgodoses genom DuPonts betoning på säkerhet och DuPonts koppling till Manhattan -projektet gav många kemister och ingenjörer den bakgrund som var nödvändig för att utföra arbetet. Tillgängligheten för tryckforskningslabbet på experimentstationen gav det nödvändiga skyddet för de flesta men inte alla de reaktioner som gick snett. Bland anmärkningsvärda forskare ingår William Middleton, David England, Carl Krespan, William Sheppard, Owen Webster , Bruce Smart, Malli Rao, Robert Wheland och Andrew Feiring, som alla lämnat in många patent för DuPont. Sheppard skrev en av de viktiga tidiga böckerna om ämnet. Smarts bok följde. Smarts kommentarer i Chemical Reviews 1996, ”Vetenskapliga och kommersiella intressen för fluorkemi växte fram efter 1980, främst drivna av behovet av att ersätta industriella klorfluorkolväten och de snabbt växande praktiska möjligheterna för organofluorföreningar inom växtskydd, medicin och olika materialapplikationer. Även om fluor är mycket mindre abstrakt nu än när jag kom in på fältet för en generation sedan, är det fortfarande ett specialiserat ämne och de flesta kemister är obekanta, eller åtminstone obekväma, med syntesen och beteendet hos organofluorföreningar, ”förblir sanna idag.

CRD genomförde ett program om alternativ för klorfluorkolväten i köldmedier i slutet av 1970 -talet efter att de första varningarna om skada på stratosfäriskt ozon publicerades. Catalysis Center of CRD, under ledning av Leo Manzer, svarade snabbt med ny teknik för att producera alternativa klorfluorkolväten ( HCFC ) som kommersialiserades som DuPonts Suva -köldmedium.

Cyankolkemi

Under 1960- och 1970-talen utvecklade CRD ett program under ledning av Theodore Cairns för att syntetisera långkedjiga cyanokarboner analogt med långkedjiga fluorkolväten som teflon. Arbetet kulminerade i en serie på tolv artiklar i Journal of the American Chemical Society 1958. Flera författare till dessa artiklar växte till framstående positioner på DuPont, inklusive Richard E. Benson (Associate Director, CRD), Theodore L. Cairns (Research Director) , CRD), Richard E. Heckert (VD för DuPont), William D. Phillips (Associate Director, CRD), Howard E. Simmons (forskningschef och VP, CRD) och Susan A. Vladuchick (anläggningschef). Denna trend indikerar vikten av teknisk kvalifikation för marknadsföring i företaget vid den tiden. Publikationen stimulerade andra forskare att undersöka dessa föreningar.

Framtida applikationer inkluderade färgämnen, läkemedel, bekämpningsmedel, organiska magneter och införlivande i nya typer av polymerer. Inga kommersiella tillämpningar resulterade från denna omfattande forskningsinsats. Delvis för detta arbete tilldelades Cairns medaljer för kreativt arbete i syntetisk organisk kemi av American Chemical Society och Synthetic Organic Award från Chemical Manufacturers Association . Ytterligare en rad kemi utvecklades kring Owen Websters syntes av diiminosuccinonitrile (DISN), som kan omvandlas till diaminomaleonitril (DAMN), vilket leder till ytterligare en serie patent och papper. Simmons använde natrium maleonitrileditiolat för beredningen många nya substanser, inklusive tetracyanotiofen, tetracyanopyrrol och pentacyanocyclopentadien.

Metalloxider

Arthur Sleight ledde ett team fokuserat på perovskiter , till exempel K-Bi-Pb-O-systemet, som lade grunden för efterföljande genombrott i högtemperatur superledare . I lösningsfaskemi av oxider ledde Walter Knoths arbete med organiska lösliga polyoxoanioner till utvecklingen av det nu stora området med många tillämpningar inom oxidationskatalys.

Dynamisk NMR -spektroskopi

Indikerande för samspel mellan applikationer och grundvetenskap var många studier om stereodynamik utförda vid CRD av Jesson, Meakin och Muetterties. En av de tidiga studierna fokuserade på icke-styvhet av SF ₄ , ett reagens som är relevant för framställning av fluorkolväten. Efterföljande studier ledde till upptäckten av de första stereokemiskt icke-styva oktaedala komplexen av typen FeH ₂ (PR ₃ ) ₄ .

Polymervetenskap

Owen Webster upptäckte gruppöverföringspolymerisation (GTP), den första nya polymerisationsprocessen som utvecklats sedan levande anjonisk polymerisation. De viktigaste aspekterna av reaktionsmekanismen bestämdes och processen konverterades snabbt till kommersiell tillämpning för bilbearbetningar och bläckstrålebläck . Den grundläggande processen för gruppöverföring har också tillämpning på allmän organisk syntes , inklusive naturprodukter .

Vid ungefär samma tid, Andrew Janowicz utvecklat en användbar version av kobolt katalyserad kedjeöverföring för reglering av molekylvikten hos friradikal- polymerisationer . Tekniken har vidareutvecklats av Alexei Gridnev och Steven Ittel . Även den kommersialiserades snabbt och en grundläggande förståelse för processen utvecklades under en längre tid.

Rudolph Pariser var direktör för Advanced Materials Science and Engineering vid tiden för dessa framsteg.

År 1995 Maurice Brookhart , professor vid University of North Carolina och en DuPont CRD konsult, uppfann en ny generation av post-metallocenkatalysatorer för olefin koordinationspolymerisation baserad på sena övergångsmetaller med sin postdoc student, Lynda Johnson som senare anslöt CRD. Tekniken, DuPonts Versipol olefinpolymeriseringsteknik, har utvecklats av ett omfattande team av CRD -forskare under de kommande tio åren.

Organometallisk kemi

CRD utvecklade ett stort intresse för oorganisk och organometallisk kemi. Earl Muetterties inrättade ett program för grundläggande borankemi. Walter Knoth upptäckte den första polyhedrala borananjonen, B ₁₀ H ₁₀ ⁼ , och upptäckte också att boranjonerna uppvisade en substitutionskemi som liknar den hos aromatiska kolväten. Norman Miller upptäckte B ₁₂ H ₁₂ ⁼ anjonen i ett försök att hitta en ny väg till B ₁₀ H ₁₀ ⁼ . George Parshall gick med i CRD 1954. Hans industriella sabbatsår vid Imperial College London med Geoffrey Wilkinson 1960-61 introducerade honom för organometallisk kemi . Muetterties lämnade DuPont för att gå med i fakulteten vid Cornell 1973. Efter Muetterties och Parshall leddes den organometalliska kemigruppen av Steven Ittel och sedan Henry Bryndza innan den spreds över ett antal grupper inom CRD. Parshall och Ittel var medförfattare till en bok om "Homogen katalys" som har blivit standardreferens i ämnet.

Richard Cramers och Fred Tebbes främsta bidrag erkänns av deras namngivna föreningar, "Cramers dimer", Rh ₂ Cl ₂ (C ₂ H ₄ ) ₄ och " Tebbe -reagenset ." Tebbe hade inflytande på sin labpartner, Richard Schrock som initierade ett program om M = C -kemi på DuPont och fortsatte det när han flyttade till MIT . Kemin utgör grunden för olefinmetates , och Schrock delade slutligen Nobelpriset med Robert Grubbs , en CRD -konsult, för metatesarbetet. Anthony Arduengo s ihållande karbener öppnat ett nytt område i kemi och de har visat sig vara viktiga ligander i metates processen.

Det gjordes en kraftig insats för att aktivera CH -obligationer med bidrag från Parshall, Thomas Herskovitz, Ittel och David Thorn. Chad Tolman utvecklade sin ” ligand cone angle ” -teori som utvecklades till de allmänt accepterade elektroniska och steriska effekterna av ligander på oorganiska och organometalliska komplex.

Organometallisk kemi i CRD har vidare inkluderat R. Thomas Bakers heterobinukleära komplex, Patricia L. Watsons organolanthanider, William A. Nugents metall-ligand-multipla bindningar, Jeffery Thompsons och Mani Subramanyams utveckling av technetiumkomplex för radiofarmaka, och Bob Burchs och Karin Karels fluor- organometallisk kemi. Det viktigaste utloppet för organometallisk kemi är homogen katalys. DuPont utvecklade en stor teknik baserad på nickelkatalyserad tillsats av två molekyler vätecyanid till butadien , vilket gav adiponitril , en nylonmellanprodukt , inledningsvis genom William C. Drinkards arbete . Det mekanistiska arbetet med att förstå tekniken gjordes i CRD och ledde till ett stort program om nästa generations teknik innan verksamheten såldes till Koch Industries . Andra tillämpningar av homogen katalys som studerats i CRD inkluderar etylen polymerisation , cyklohexan oxidation till adipinsyra , och butadien karbonylering till nylonmellanprodukter. Tillvägagångssätt för katalysatorsystem har inkluderat homogena organometalliska katalysatorer, heterobinukleära katalysatorer, polyoxometalater , enzymer , katalytiska membranreaktorer och organometaller som stöds.

Fotokemi och fysik

David M. McQueen, en av de tidiga direktörerna för CRD var fysikalisk kemist från University of Wisconsin – Madison . Hans forskning om fotokemi och fotografi resulterade i trettiofem patent. Det var hans bakgrund som startade CRD inom fotokemi och fotofysik. David Eaton ledde senare ett starkt team som arbetar med fotopolymerisationsfärgskydd för tryckindustrin.

Det fanns ett starkt program för oorganiska icke-linjära optiska material som resulterade i optisk frekvensfördubbling för de "gröna lasrarna" som nämns ovan. Detta program utvidgades till organiska material med NLO -egenskaper.

Det var också en stark satsning på material för bildskärmsindustrin och metoder för att förbereda enheter för skärmar. Dessa inkluderade utskrivbar elektronik, termiska överföringsmetoder för färgfilter, kolnanorör för fältemissionsdisplayer och OLED -material och enheter. En betydande insats gjordes på nästa generations fotoresister för halvledarindustrin innehållande kolväte och fluorkol -monomerer för att ersätta våglängder av 193 nm med 157 nm våglängd för bättre upplösning. Även om de flesta kraven uppnåddes, eliminerades behovet av den kortare våglängdsnoden genom införandet av nedsänkningslitografi och nya vätskor för nedsänkningslitografi är fortfarande av stort intresse. Utveckling av fasskiftande masker kommersialiserades.

Biologi

Ett område som alltid ansågs viktigt för diversifiering av CRD: s program var relaterat till biologiska vetenskaper. Charles Stine hade främjat biokemi eftersom ett forskningsfält för Du Pont och Stine Laboratories namngavs till hans ära som ett resultat. I början av 1950 -talet började CRD ett program för att undersöka kemikalier för biologiska tillämpningar. Charles Todd framställde substituerade urea som potentiella antibakteriella medel, som vid screening visade sig vara effektiva herbicider. Dessa ledde till DuPonts mycket framgångsrika och mycket selektiva sulfonylurea -herbicider. CRD: s program omfattade jordbruks- och veterinärmedicinska kemikalier och bakteriologiska och mikrobiologiska studier. Kulmen på detta arbete var DuPonts köp av Pioneer Hi-Bred Seeds och dess integration i DuPonts agrikemiska företag.

I mitten av 1950-talet började CRD arbeta med kemi för kvävefixering i växter, en studie som skulle utvecklas till en stor insats under det kommande decenniet. År 1963 gick Ralph Hardy med i CRD och förde Du Ponts forskning om kvävefixering till internationell framträdande med mer än hundra artiklar om ämnet. Chemical Week kallade honom, "en av landets bästa presterande i dubbelrollen som forskare och vetenskaplig chef", även om sådana chefer förblev vanliga inom CRD under 1960- och 70 -talen.

Jäsnings mikrobiologi och selektiv genetisk modifiering blev viktiga för CRD utvecklingen av en biologisk väg till 1,3-propylenglykol en ny monomer för framställning av polyester. Tillgängligheten av denna nya monomer ledde till utvecklingen och kommersialiseringen av Sorona, en förstklassig polyester . Betydande framgång uppnåddes också i syntesen av onaturliga peptider och proteiner för att uppnå specifika funktioner och förutsägelse av deras tertiära strukturer.

Framsteg inom DNA -sekvenseringsteknik baserad på syntes av nya fluorescerande etiketter ledde till Qualicon, ett DuPont -företag som identifierar bakterier genom undersökning av deras DNA med hjälp av PCR . Denna teknik har lett till betydande förbättringar av säkerheten i livsmedelskedjan i USA och runt om i världen.

Allmänna referenser

• David A. Hounshell och John Kenley Smith. Vetenskap och företagsstrategi. DuPont R&D, 1902–1980 . New York: Cambridge University Press, 1988.
• JJ Bohning. Howard E. Simmons, Jr., Oral History . Philadelphia: Chemical Heritage Foundation, 1993.
• RC Ferguson. William D. Phillips och kärnmagnetisk resonans vid DuPont. In Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance, vol. 1, red. DM Grant och RK Harris, s. 309–13, John Wiley & Sons, 1996.
• RG Bergman, GW Parshall och KN Raymond. Earl L. Muetterties, 1927–1984. I Biographical Memoirs , vol. 63, s. 383–93. Washington, DC: National Academy Press, 1994.
• BC McKusick och Theodore L. Cairns, Cyanocarbons in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology , andra upplagan, 6, 625-33 (1965)

Referenser