珀金：现代合成染料工业的奠基人

王雯

染色技术历史悠久。据资料记载，古埃及人便已经拥有了染色工艺。古罗马的手工匠人继承了古埃及的遗产，并结合腓尼基人、古希腊人和伊特鲁里亚人的经验，发扬光大了制造和使用染料的知识。古典时代的手工艺人可以熟练使用茜草、骨螺、番红花、木质染料等天然动植物染料，染出红色、紫色、橙色和黄色等鲜亮颜色。这一传统延续千年，直至近代早期，欧洲各大染坊仍然是天然动植物染料的天下。但是，天然染料不仅数量有限、色彩单一，而且染色效果也不尽如人意，水洗和日晒都会导致褪色。随着有机化学在19世纪的进步与发展，一场针对染料行业的变革已经如箭在弦。

英国最先发出了变革的春雷。1856年，年仅18岁的英国化学家珀金（W. H. Perkin， 1838—1907）成功制备了化学合成染料苯胺紫，并顺利实现了化学合成染料的工业化生产，彻底改变了染料行业的现状，为世界增添了更加绚丽的色彩。作为现代合成染料工业的奠基人，珀金将有机化学从单纯的学术研究转变为具有工业前景的经世之学，彻底改变了染料行业的未来，推动了有机化学的革新，是化学史上不容忽视的学术巨擘。

天资聪颖的好学少年

1838年3月12日，珀金出生于伦敦东区一个富裕的建筑商家庭。作为家里最小的孩子，珀金被父亲寄予厚望，而早慧的珀金也并未辜负父亲的殷切期许。据珀金的姐姐所言，早在幼年时期，珀金就在各个方面都表现出非凡的聪敏机智，他热衷于探索一切外在事物，尤其是细微之物，这似乎表明，他卓越的研究才能早在幼时便业已存在了[1]。

在年幼的珀金眼中，自己的未来充满了无限可能。他曾想过子承父业，便经常翻阅一本名为《工匠》的书，学习木工和建筑技能；他也十分喜欢绘画，有时还为父亲临摹图纸，梦想有朝一日成为一名艺术家。然而，一场化学实验彻底改变了珀金的人生轨迹，引导他走向了化学研究的道路。据珀金回忆，12岁的时候，一位朋友向他展示了几种化学实验的操作过程，晶体的形成宛如神迹，使他印象深刻[2]。浩渺的化学知识远远超出了珀金对世界的既有认知，自此，他便下定决心成为一名化学家。

恰逢此时，珀金进入了伦敦城市中学（City of London School）学习，这是英国为数不多的开设化学课程的学校之一。授课老师霍尔（T. Hall）很快便察觉到珀金对化学研究的热情与天赋，不仅安排珀金担任自己的课程助手，还推荐珀金进入皇家化学学院（Royal College of Chemistry）跟随冯·霍夫曼（A. W. von Hofmann）深造。1853年，在霍尔先生的游说劝说之下，珀金的父亲最终同意让儿子从事化学研究这一当时前途晦暗不明的职业，尽管他更希望珀金成为一名建筑师，毕竟这才是众人眼中的生财之道[2]。

1853年10月，15岁的珀金如愿进入伦敦牛津街的皇家化学学院，成为霍夫曼教授的学生。当时的皇家化学学院尚在起步阶段，实验设备十分简陋，不仅没有本生灯等实验仪器，而且在做燃烧实验时也只能使用煤炭[3]。艰苦的环境并未挫败珀金的积极性，在霍夫曼教授的耐心指导下，珀金全身心地投入化学分析课程中，系统地学习了有关定性分析和定量分析的知识，这为他将来的实验奠定了坚实的基础。结束了理论知识的研习后，霍夫曼给珀金分配了一些关于蒽（anthracene）的研究工作。蒽是一种从煤焦油中提取的稠环芳香烃，在两年的研究中，珀金不仅成功制备了氯蒽（chloroanthracene）和溴蒽（bromoanthracene），还发现把硝酸作为氧化剂，与蒽反应便可得到蒽醌（anthraquinone）[4]。这些宝贵的成果不仅使珀金被擢升为霍夫曼实验室的名誉助理，还将在珀金未来的职业生涯中发挥重大作用。

年少立志的化学新星

珀金并非一开始就将生产合成染料当作自己的终身志业，制备合成奎宁才是他的最初目标。维多利亚时代，由蚊子传播的疟疾在各大洲的温暖沼泽地区肆虐，而奎宁是唯一有效的药物。然而，奎宁既稀少又昂贵，唯一的供应来源是生长在南美洲安第斯山脉的金鸡纳树。伴随着有机化学的不断发展，从天然原料中分离出来的和在实验室里制备出来的有机化合物的范围在迅速扩大[5]。有鉴于此，化学家们将合成奎宁提上日程，珀金的老师霍夫曼便是其中的一员。

根据霍夫曼的设想，奎宁可以在实验室里从煤焦油中合成。煤焦油含有几十种复杂的化学物质，最重要的5种基质是苯（benzene）、甲苯（toluene）、苯酚（phenol）、萘（naphthalene）和蒽。在珀金发现苯胺紫之前，这5种物质都已从煤焦油中分离出来，但其他的有机化学家们并没有意识到这些物质的巨大潜力，只有霍夫曼和他的学生们把这种黑色的黏稠液体视为最佳的研究对象。

引起霍夫曼注意的是萘，因为萘啶（naphthyridines）的分子式C8H6N2与奎宁（quinine）的分子式C20H24N2O2有些相似，霍夫曼便推测萘啶能够相对容易地转化为奎宁。从广义上讲，霍夫曼的想法是正确的，奎宁确实可以在实验室里合成，但实际操作要比他设想的复杂许多。但是在19世纪中叶，有机化学的知识体系尚不完善，霍夫曼的理论在许多化学家眼中都十分合理并极具诱惑性。珀金自然也被老师描绘的蓝图所吸引，他满怀雄心壮志，希望能为人工合成奎宁贡献一分力量[1]。然而，时任皇家化学学院首任院长的霍夫曼教授不仅自己日理万机，还给学生分配了沉重的研究任务。正如珀金回忆的那样，他的时间几乎都被霍夫曼教授的工作占去了，很少有机会进行自己的独立研究[2]。为了早日达成自己的科研目标，珀金把家中的阁楼改装为实验室，布置了一张小桌子和几个放瓶子的架子，还在壁炉处又建了一个炉子。受限于场地和资金，这个实验室的环境十分简陋，既没有自来水也没有煤气，只能用老式的玻璃酒精灯照明。每逢假期或清闲的夜晚，珀金便独自在自己的私人实验室内工作。

在霍夫曼教授1853—1854年的有机化学教学大纲中，曾广泛提及着色剂、有机染料和纺织物印花染色的相关知识，这为珀金后续的实验奠定了理论基础。在家中的实验室里，珀金和同学丘奇（A. Church）共同进行了一些研究，并将研究成果发表在《伦敦皇家学会会刊》上。这表明珀金已然意识到合成染料的潜在价值。

1856年的复活节假期期间，珀金依旧埋头于自己的实验室中。也许是早先对萘啶的实验结果不尽如人意，珀金开始用硫酸、重铬酸钾（potassium dichromate）与甲苯胺（toluidine）进行实验。可想而知，实验结果仍然是失败的，最终生成的不是众人期盼的奎宁，而是一种红褐色粉末。珀金并未就此气馁，他又选择了结构更简单的碱——苯胺（aniline）——重复之前的实验，并得到了一种漆黑的沉淀物。大多数化学家都会把这种看似无用的有色沉淀物扔进垃圾桶，但珀金却与众不同。有了之前的经验，再加之个人的好奇心与坚持不懈的科学精神，珀金用水把这种残渣煮沸，发现其中的一部分溶解了，生成了一种淡紫色的溶液，并由此可以获得一种紫色晶体[5]。实验表明，这种物质具有染色效果，可以将丝织物染成闪闪发光的丁香色，这种淡紫色染料后来被称为苯胺紫（mauve），也就是大名鼎鼎的珀金紫（Perkin mauve）。

慧眼独具的染料商人

珀金并非第一位合成苯胺染料的化学家。早在1836年，德国分析化学家伦格（F. F. Runge）就已经在实验室内制备了红色、蓝色及翠绿色的染料，并在丝织品上进行了染色实验。在伦格之后，其他化学家们也相继合成了几种化学染料，但是无一例外，或是由于生产成本过高，或是由于未意识到染料的重要价值，他们的发明都止步于实验室内，并未实现量产。珀金的天才之处便在于，他不仅敏锐地察觉到苯胺紫的市场潜力，还实现了苯胺紫的工业化生产，将有机化学从单纯的学术研究转变为具有工业前景的经世之学，彻底改变了染料行业的未来。

1856年的春夏，18岁的珀金展现出了敏锐的观察力和非凡的决心。他将一些染色丝绸寄给了英国著名的染色工坊——位于苏格兰珀斯的普拉斯公司（Pullars of Perth）进行检验。1856年6月，公司的负责人普拉（R. Pullar）写信告诉珀金：“如果您的发明不会使商品过于昂贵，那么它无疑是有史以来最有价值的一种产品。”[2]普拉并没有夸大其词，虽然生产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，但仅仅一滴苯胺紫溶液就可以为200磅棉花染色，经济回报十分可观[6]。此外，植物染料染就的紫色极不稳定，一旦暴露在空气中便会褪色，而珀金制备的苯胺紫却能够经受水洗和日晒的考验，染色效果也更加鲜亮持久。在染料商人眼中，苯胺紫无疑是一种完美的商品。

普拉的回信使珀金备受鼓舞。在其兄长的帮助下，珀金在自家花园内进行了更大规模的实验，并为自己的苯胺紫申请了专利。然而，并非所有人都看好苯胺紫的工业前景，最大的反对声音便来自珀金的老师霍夫曼教授。据珀金本人回忆，当他告诉霍夫曼教授，自己要离开皇家化学学院，将全部身心投入苯胺紫的工业化生产时，霍夫曼教授显得非常恼火，“他认为我迈出了错误的一步”。[2]珀金并未因此气馁，他坚定地表示：“只要是我决定的工作，就不能轻易放弃。”[2]除了恩师的反对之外，沉重的资金问题也摆在眼前：没有投资者愿意提供启动资金，因为他们不愿意在新产品上冒险。四处碰壁之时，珀金的父亲伸出了援手。虽然他对珀金成为一名化学家而不是一名建筑师不以为然，但他对珀金的判断力非常有信心，愿意冒着极高的风险将毕生积蓄托付给小儿子。在父亲和兄长的支持帮助下，珀金最终选中了伦敦西部格林福德（Greenford）的一片空地作为工厂用地，建筑工程于1857年6月开始，珀金父子公司（Perkin & Sons）就此诞生。

作为第一个吃螃蟹的人，珀金并没有可以借鉴的经验，所有事情都要亲力亲为。创业初期的珀金集科学顾问、研究主管、工厂化学家和总工程师等角色于一身，不仅要发明合适的生产设备，还要辗转全国各地的化学工厂，订购生产原料。此外，由于当时的染色师只习惯于使用植物着色剂，完全不了解苯胺紫这种合成染料的使用方法，珀金还时常需要离开工厂和实验室，为各地的染色工匠们提供教学指导。为了应对染色不均的情况，珀金还首创了碱性皂浴染色的工艺，造福业界[7]。前期的付出很快就得到了回报，1857年12月，珀金的工厂终于实现了苯胺紫染料的量产[2]。等到1859年年中，珀金父子公司生产的苯胺紫染料不仅大量销往伦敦和苏格兰等地的花布印染商行，利兹、曼彻斯特和布拉德福德的印染商也对这种产品需求迫切[1]。1859年9月，珀金的淡紫色染料已经随处可见。狄更斯（C. Dickens）曾记录道：“当我从窗外望去——紫色条纹的服装挤满了马车，塞满了出租车，遍布汽船之内，充斥在火车站之中：所有身着紫衣的人都涌向乡村，就像来自紫色天堂的候鸟一样。”在狄更斯看来，“珀金的紫色神化似乎就在眼前。”[8]

苯胺紫的大获成功证实了人工合成染料的光明前景，由于羡慕珀金的一夜成名，许多化学家都争相模仿珀金的所作所为。据珀金本人回忆，在此之后，化学家们很快就从苯胺中制备了足以绘制彩虹的各色染料，不仅以吉拉德（C. Girard）为代表的法国化学家们对此兴致盎然，就连昔日持反对态度的霍夫曼教授也投入了制备合成染料的大军中，使合成染料这一行业取得了飞速发展[2]。1862年，即苯胺紫投入商业应用的5年后，德国就建立了约20家染料厂，法国则超过了15家。而在英国本土的10家染料厂中，手握专利的珀金父子公司自然占尽先机。截至1860年，珀金父子公司满足了来自斯图加特、阿姆斯特丹和中国香港的大量出口订单，每千克苯胺紫的价格是120英镑，珀金很快便赚得盆满钵满。

除了苯胺紫之外，珀金父子公司的另一项重大成就便是实现了茜素的人工合成与工业化生产。1870年，珀金父子公司生产了 40 吨人造茜素染料，是市场上唯一的人造茜素生产商。在随后的三年中，他们分别生产了 220 吨、300 吨和435吨茜素，在英国红色染料市场上几乎没有任何竞争对手[7]。此后数年，珀金父子公司还顺利实现了珀金绿、苯胺黑的工业化生产，商运亨通。然而，正当所有人都期待珀金继续在染料行业大展身手时，36岁的珀金却做出了一个出人意料的决定。

回归初心的化学专家

珀金一直对纯粹的化学研究兴趣不减，即使在事业蒸蒸日上的时期，他仍然担心工业技术会迫使自己放弃纯粹的科学实践。在写给好友卡罗（H. Caro）的信中，珀金坦言：“科学研究是我一生的抱负，我已下定决心，无论如何都不会放弃这一理想。”[3] 1874年，当赚的钱足以使自己经济独立、不愁衣食后，珀金毅然决定将位于格林福德的工厂出售给布鲁克、辛普森和斯皮勒公司（Brooke， Simpson and Spiller），并退出了工业化学领域，专心投入自己感兴趣的化学实验中。

回归初心的珀金除了继续研究染料外，还对香水工业贡献巨大。早在1868年，珀金便首次合成了香豆素（coumarin），这一香料后被广泛应用为糖果、香烟和香皂的增香剂。1875年，在合成香豆素的基础上，珀金又合成了肉桂酸（cinnamic acid），卡罗对这一重要化学反应过程进行了适度修改，冯·贝耶尔（A. von Baeyer）在此基础上首次从煤焦油化学品中合成了靛蓝[4]。1870年代末，珀金广泛的研究兴趣包括苯甲醚衍生物（anisole derivatives）、对甲苯胺的氧化产物（oxidation products of p-toluidine）和有机含氮化合物（organic nitrogenous compounds）等[4]。为了追求自己的科研梦想，退休后的珀金还将自己在萨德伯里（Sudbury）的旧居改造成化学实验室。从1874年到1907年，通过在这间私人实验室的不懈努力，珀金共发表了60篇论文，大多刊登于《化学学会杂志》（Journal of the Chemical Society）上，得到了同行们的广泛认可。

珀金的一生收获了许多奖项和荣誉。1859年，为了表彰珀金在发现和工业化生产苯胺紫过程中的巨大贡献，米卢斯工业协会（Société Industrielle de Mulhouse）向珀金颁发了一枚银质奖章，同年晚些时候又颁发了一枚金质奖章，珀金一直对这两枚奖章非常珍视。1866年，也即发现苯胺紫的10年后，年仅28岁的珀金顺利当选为英国皇家学会的会员，并先后担任皇家学会理事会成员和皇家学会副会长等职务。退休后的珀金专心科研，各项荣誉奖励更是纷至沓来。珀金曾于1879 年获得皇家勋章（Royal Medal），又在1889年被授予戴维勋章（Davy Medal），以表彰他在化学研究领域的卓越贡献。与此同时，珀金在化学领域的成就也受到了各个大学的敬重。珀金虽然未能亲自在大学内完成学业并取得学位，但却被德国的维尔茨堡大学，英国的圣安德鲁斯大学、牛津大学，美国的哥伦比亚大学、约翰·霍普金斯大学等多所高校授予荣誉博士学位。

珀金的盛名还传播到了大洋彼岸的美国。1906年，珀金远赴纽约，接受了美国化学家和实业家的款待。美国的化学工业协会还以珀金的名字设立了珀金奖章，以表彰那些在应用化学领域做出突出贡献的化学家，而第一枚奖章的获得者便是珀金本人。随后，珀金还前往了波士顿和华盛顿等地，受到了罗斯福总统的接见。人们将他与爱迪生等科学家相提并论，这位年逾古稀的英国化学家如今已是一位举足轻重的国际名人。

结 语

英国化学家、昆虫学家梅尔多拉（R. Meldola）曾这样评价珀金的成就：“在科学史上，很少有像1856年偶然制备出的淡紫色那样，由于发现一种具有实际用途的化合物而产生如此巨大的科学及工业转变。”[9]梅尔多拉并没有夸大其词，回望历史，苯胺紫的发明毫无疑问具有划时代的重要意义，它将有机化学从单纯的学术研究转变为具有工业前景的经世之学。自此之后，不仅合成染料行业蓬勃兴旺，由此衍生的合成香精、消毒剂、防腐剂、杀虫剂和炸药也陆续问世，彻底改变了人类的生活。

尽管还有一些化学家对珀金的成就嗤之以鼻，认为他的发现纯属意外，作用有限。但我们不应该忘记美国化学家、诺贝尔奖得主弗洛里（P. Flory）的经典发言：“重大的发明并非纯属偶然……。偶然性通常会起到一定作用，但发明远不止‘灵光一现这么简单。事实上，知识的深度和广度必不可少。除非事先对头脑进行充电，否则天才的火花即使露出苗头，也很有可能无法点燃。”[10]珀金的成功是其深厚的知识积累、顽强的科研精神与敏锐的商业嗅觉共同造就的结果，正是对弗洛里名言的最佳诠释。

[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]查尔斯·辛格. 技术史·第五卷. 远德玉， 丁云龙， 译. 上海： 上海科技教育出版社， 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.

关键词：珀金 合成染料 有机化学 苯胺紫 ■