咨询委员会
咨询委员会
忆甲氰菊酯新农药的研发 ——纪念郭和夫先生诞辰100周年

陆世维

郭和夫先生1917年12月12日生于日本冈山市。今年是郭和夫先生诞辰100周年。

郭先生是已故郭沫若老院长的长子,1949年春在党的关怀下回到祖国,怀揣周恩来同志的亲笔信来到大连,是新中国诞生前夕学成归国的高级知识分子,也是我所的元老之一,为我所的建设和发展发挥了特殊的作用,为我国的科学研究事业做出了重大贡献。

郭和夫先生在因公出差途中突发脑出血,经多方抢救无效,于1994年9月13日在哈尔滨逝世,享年77岁。

郭和夫先生是著名的有机化学家,在出成果、出人才等诸多方面都有突出贡献。他是一位热爱祖国、热爱人民、热爱中国共产党、热爱科学、热爱大自然的德高望重的杰出科学家。他的过早逝世,使我们深感悲痛和惋惜。记得在向他遗体告别的那一天,自发主动前往的所内职工达500余人,足见全所同志对他的敬仰和爱戴。在先生逝世后,全所上下、国内外学术界都纷纷以各种形式表示追思与缅怀。为此,我们于1997年9月在大连编辑出版了《郭和夫纪念文集》,收集了有关领导、社会各界人士、所内同志及日本友人、亲属等撰写的纪念文章70多篇,多方面表达我们的思念。在日本,由郭和夫先生在京都大学的同窗好友、诺贝尔化学奖获得者福井谦一教授作序,也出版了追忆郭和夫先生的纪念文集。之后,在中国科学院大连化学物理研究所所志、《光辉的历程——大连化学物理研究所的半个世纪》以及《中国科学院人物传(第一卷)》等史志资料中都从不同角度反映了郭和夫先生的一生业绩和崇高品德。

我1963年大学毕业来所,1972年到郭和夫先生主持的第二研究室工作。之后一直受到郭先生的亲切关怀和热情帮助,先后从事沸石分子筛、化学模拟生物固氮、化学肥料长效化等工作。1983年从日本归国后仍在郭先生领导下从事金属有机、金属原子簇络合物、C1化学等研究工作。1988年10月至1991年5月受所领导班子委托并征得郭和夫先生的同意和支持,让我担任甲氰菊酯新农药建厂工作组组长,承担总体、组织和技术总负责等工作。后来甲氰菊酯农药工作又归属国家催化工程技术研究中心主管,这样,我就有较长一段时间负责该项工作。通过工作实践,我对郭先生在此项工作中无可替代的卓越贡献就有了最为直接、深刻、全面的了解。很多同志都说这一项目是郭先生的人品、人格、学风、学识的集中体现。今年,恰逢甲氰菊酯农药项目获得国家科技进步奖20周年,当时申请的一些相关专利也已经20多年了。甲氰菊酯新农药产业化的成功,圆了郭和夫先生的一个梦。因此,本文想通过回忆甲氰菊酯工作的若干历史事实:当初是怎么选题的?为什么要做甲氰菊酯?这项工作是怎么做的?是如何研究开发做成的?……以缅怀郭先生的丰功伟绩,促进后人奋发努力,以此纪念郭和夫先生诞辰100周年。虽然是回忆真实的过程,但由于本人水平有限,恐有不当之处,恭请批评指正。

急国家之所急 想人民之所想

拟除虫菊酯杀虫农药,是继含氯、含磷农药之后,可称为第三代的人工合成农药,其特点是高效、低残毒。甲氰菊酯则是人们已经合成的数十种合成菊酯类农药中的一个优良品种,它杀虫谱广,兼杀螨虫,可广泛用于棉花、水果、蔬菜和茶叶等多种经济作物。

世界上有很多国家可以不生产农药,需要的时候进口就行,但是中国却不同。中国是一个农业大国,需要的农药很多,必须要自己生产。而我国农药行业一直比较落后,品种少,数量也不足,高效优质品种更少,技术水平又低,一些农药厂还只是半合成状态,或进口分装,或复配,难以满足实际需要。上世纪八十年代初,改革开放刚开始,百废待兴,首当其冲的就是农业,以解决全国人民的吃饭穿衣问题。当时人们认为工业支农有三大项,化肥、农药与薄膜。而在农药方面,从安全环保的角度出发,国际上已禁止使用含氯高毒农药,又要禁止含磷高毒农药。科技落后的中国面临着极其严峻的形势,迫切需要高效优质的新农药是国家着急、人民着急的大事。

1978年,郭和夫先生参加了全国科学大会。当“科学的春天”来临之际,郭先生以极大的革命热情投入工作,关心国家的科研方针,探索符合中国国情的科研道路,凝练学科的发展方向,积极安排学术活动、知识讲座,学习量子化学、金属有机、络合催化等课程,悉心派人出国学习均相催化、络合催化、金属有机化学、金属原子簇化学、X-线单晶衍射结构分析、核磁共振结构分析技术等,还亲自抽空认真仔细地校对了由我本人翻译的《C1化学——创造未来的化学》和《匀相催化与多相催化入门——今后的催化化学》,以及由陆熙炎、陈惠麟翻译的《金属有机化学》等专业书籍。此外,郭先生还在人才培养、队伍建设、科学知识的更新学习、近代仪器设备等诸多方面排兵布阵,做了强有力的准备,急国家之所急,想人民之所想,急切寻找,努力选好为国民经济服务的好项目。

功夫不负有心人,机遇总是与有准备的人相遇的。终于,甲氰菊酯农药项目进入了郭先生的视野。

记得事情是这样的。在上世纪八十年代初(1983年我自日本学习回国不久),郭先生访日回来后兴奋地讲到,在日本地铁车站候车时,翻阅着住友的宣传广告资料,久久凝视着甲氰菊酯的分子式。在有机合成方面功力深厚的郭先生,通过逆合成的分析方法,将复杂的甲氰菊酯逐步分解成若干较小的碎片,又组合了我们研究室内有机化学、金属有机、催化化学、烯烃聚合等科研基础积累,一个创造性的由合成四甲基乙烯、合成菊酸和合成菊酯三大部分构成的合成流程在他的脑海中形成了。

郭先生向所领导和同志们报告了要立项研制甲氰菊酯农药的想法和决心,以极大的热忱亲自准备详尽的资料,在全所举行了公开的开题报告,得到全所上下的支持。随即组织董明珏、李子钧组与陈惠麟、赵成文组分工协作,联合攻关,开展小试研究。前者以丙烯为原料,经齐聚制得四甲基乙烯,后者则以此出发,制取甲氰菊酸,进而合成甲氰菊酯。由于充分发挥了两组的特长和积累,小试很快取得好结果,随即被列为中国科学院的重点项目。全体参与工作的同志深深懂得这是为了推进农药行业,支援农业建设,为了振兴中华,感到无比兴奋和自豪,增添了强大的工作动力。

1986年,“甲氰菊酯农药主体原料——四甲基乙烯研制”通过了中国科学院的鉴定,“甲氰菊酯合成”也同时通过了中国科学院的鉴定,获中国科学院科技进步二等奖。

项目上马时正是我国农药奇缺的时候,国外厂商对我国实行技术封锁,只卖给我国最终的乳油农药产品,且价格昂贵,每吨20%的甲氰菊酯乳油农药(商品名为“灭扫利”)要8400美元,还有种种附带条件,极其廉价地得到该农药在我国农田上的实际使用效果的数据。在我们进行技术研发放大的时候,一方面有人散布该农药制备技术难度大,中国人是搞不出来的;另一方面在农药产品打入我国市场的同时,各种广告也蜂拥而至,住友的彩色广告中有这么一段话:“灭扫利是国产农药吗?不。灭扫利是日本住友化学工业株式会社生产的,是进口农药。”我们将这段话复印给科技人员人手一份,以此激发我们为国创新的斗志,誓要改变这种状况,拿出中国人自己生产的高效优质农药来。

人们说,好的选题是完成任务的一半,就是因为工作方向正确,目的明确,知道为谁而干,为什么干的缘故吧。

突出创新 精益求精 争创一流

选好题目以后怎么做?郭和夫先生带领大家以唯物辩证的思维方式和工作方法,基于丰富的基础知识和积累,结合我国的实际情况,敢于创新,精益求精,力争做出一流的成果来。现在看来,甲氰菊酯工作有如下几个特点:

一是立足于国内,从最基本的原料出发打通全流程。当时国内不少单位都在从事多种菊酯类农药的合成,多数将重点放在最终菊酯类化合物的合成上。这样,一些重要原料或中间体需进口而受制于人。在郭先生构思的蓝图中,从中国的实际国情出发,原料设备都要立足于国内。工作从最基本的原料丙烯出发,完全不依赖从国外进口昂贵的中间体,工作量大了,难度也大了,即使小试成功后,寻找合适的协作伙伴开发放大时,花了两年时间都难以找到“婆家”。农药厂不能胜任丙烯二聚制四甲基乙烯的合成工作,隔行而不熟悉;石化企业则认为丙烯二聚用量太少了,不值得一做。到了1988年,在参加全国人大会议期间,郭先生向时任大连市市长魏富海极力推荐本项目,希望大连市支持产业化。魏市长非常支持郭先生的建议,立即责成大连市政府、金州区政府和大连化物所合作,加快速度在大连建设国内第一个甲氰菊酯生产厂。经研究协商后,将整个工艺流程切成两段,分别找金州染料厂和大连农药厂承接,建设年产250吨20%甲氰菊酯乳油农药的装置,这才能进行产业化的工作。可是,其他一些不是从基本原料出发,而是靠进口中间体来制备菊酯的工作,据说热闹一时,却都终因受外国牵制而难以真正产业化。唯甲氰菊酯由于原料和设备都完全立足于国内而能产业化并稳定生产。

二是抓住技术关键,研创五项催化剂,把握自主知识产权。郭先生是深知近代有机合成化学的前沿和国际发展方向和趋势的。合成化学催化化,催化合成手性化,尽量采用计算机及信息技术,尽量采用先进的仪器设备和分析方法。因此,在领导所内、室内的研究工作中,从意识上,从人员培养上,从仪器设备更新上都花了大量的精力,努力使我们的研究工作水平跟上国际潮流,在大连化物所的大催化环境的熏陶下,更使我们深深懂得催化剂不仅可以改变已知反应的速度,如同书本上的经典定义,而且催化剂还可以实现加速新的反应,创造新的物质,更有其能动的一面。

郭先生倡导的分为三大部分的全流程共有十一个工序,而其中核心技术就是创制了五项催化剂:丙烯二聚催化剂、烯烃异构化催化剂、环丙烷化催化剂、皂化消相剂和氰醇化相转移催化剂,使整个流程达到较为先进的水平,尤其是利用事故后恢复建设的时间,着力进行了工程化开发研究。通过不断改进,精益求精,大大提高了整个流程的技术经济水平,并且形成完整的专利技术和知识产权,其结果是:

第一部分丙烯二聚合制取的四甲基乙烯,质量好,得到了纯度大于95%的四甲基乙烯,实际工业产品的质量可与国外进口试剂的标准媲美。

第二部分的催化环丙烷化反应,国外专利上的小试实例收率为40-50%,本技术在工厂稳定生产中的收率均超过60%,并且消除了诱导期,操作安全、稳定、可控,在改进的重氮化反应中,在已有的乙酯路线的基础上还打通了丁酯路线,通过中间体菊酸丁酯(这是我们首次得到的新化合物,在美国化学文摘CA上给予了新的专用化合物编号)得到了高质量(含量大于98%)的2,2,3,3-四甲基环丙烷羧酸(简称菊酸)。

第三部分氰醇法制甲氰菊酯,专利上要用脱酸剤,小试实例收率83%。本技术省去了脱酸剤,在工厂正常生产中收率高达85-90%,得到了初始浓度较高(>30%)的甲氰菊酯母液,便于后加工。

三是加强开发放大工作,加速为国民经济服务。郭先生认为实验室取得成功,这是整个工作极其重要的一部分,是基础,而将科研成果转化为生产力,生产出产品,为国民经济服务,为社会谋福利,这才是根本,而这是一件不容易的事情,既有思想观念上的转变问题,又有科学技术发展不同阶段的种种新问题和新困难。郭先生很是着急,身体力行,多方奔走协商,终于得到大连市政府的大力支持。1988年,市政府决定大连化物所要在技术上全面负责,承担可行性论证、工程设计、人员培训,以交钥匙工程的方式,提供完整的生产技术,包括工艺流程设计、设备选型、安装调试、安全环保、物料平衡、三废处理、循环回收、工业原料选择和试验、工业装置开车投料试车操作规程等一系列工程化开发放大研究,直至工人师傅能规范操作,达标稳定生产后验收移交。这样,化物所的担子是很重的。郭先生义无反顾,勇敢坚定地担当了此重任。对此,所领导极为重视,由李文钊副所长牵头成立有郭和夫、陆世维、董明珏、陈惠麟、李子钧等人参加的甲氰菊酯工作小组,随即又和金州区政府成立建厂领导小组,并委任李文钊负责建厂的日常领导工作,并有效组织所内各方面力量,联合攻关,从事技术开发和工程化开发研究。比之实验室的小试工作,成果转化开发放大产业化的工作投入了更多的人力、物力和时间,在1988-1991年间,克服了包括技术上、物质上、经费上、人力上的种种困难,其中还经历了意外的偶发事故。最终,高速优质地生产了20%甲氰菊酯乳油农药。

1991年工程化开发放大成功,建成年产250吨20%甲氰菊酯乳油农药的装置,形成工业生产能力,协助工厂取得三证,出产品上市为农业服务,达到了安全可靠、操作简便、经济合理、技术先进,可持续稳定生产。生产的中间体菊酸于1990年经国家科委等四部委批准为国家级新产品,20%甲氰菊酯乳油农药则被中国农药协会评得优秀产品奖,并获全国星火计划金奖,被评为“农民信得过产品”。

随着国民经济的发展,甲氰菊酯农药的生产规模也不断扩大,由于技术的先进性和成熟性,每次放大都取得了一次试车成功的好结果,经济效益和社会效益也日益增加。

努力不在人后 成功不必在我

回想起来,在精准选题,提出流程,确定路线,组织力量,抓住关键,攻坚克难,打通流程获得产品,完成实验室小试,接着不懈努力寻找合作伙伴,组织团队,开发放大,工程化产业化……在研究工作做什么、为什么做、怎么做、怎么开发的全过程中,郭和夫先生自始至终发挥了独一无二的无可替代的杰出作用。每当遇到困难的时候,总能看到他坚毅的目光和不知疲倦的高大身影、克敌制胜的力量、聪敏的智慧和澎湃的爱国热情。

记得在小试工作之初,郭先生已将129街六馆门口的办公室小屋让出做实验室了,而搬到楼上和我们一块挤在实验室里,所以我们知晓他的去向。那时每周必有2-3天要亲赴星海二站陈惠麟组关心指导工作,曾有数次打电话要我帮助查找一价铜化合物的特征。因为当时我们正在从事C1化学中的金属有机,研究利用一价铜吸附以及催化活化一氧化碳的工作。郭先生知道一价铜具有对一氧化碳和烯烃双键的特殊选择性吸附和络合活化的优良性能,所以要选择合适的一价铜化合物作催化剂,高活性和高选择性地进行烯烃的配位活化再与重氮化合物反应生成含环丙烷结构的化合物,尤其是要消除诱导期以便安全稳定操作,这是一大技术关键。一直到在工厂放大试车时,郭先生还数次站在反应釜前仔细观察起始滴加的反应状态,确认反应平稳,无明显的诱导期。甚至在大雾之夜,还艰难坐车一个多小时赶到金州现场指导工作。又如,在发生意外偶发事故后,正是郭先生率先回到实验室搭建装置亲自动手做实验寻找原因和做改进试验,后又积极支持组织青年博士蔡家强等年轻同志组成突击攻关小组,对原有工艺技术做全面的复核和改进研究,最终对整个流程的第二、三部分都做了重大改进。合同原定第三部分的总收率为60-70%,改进后的一号方案和二号方案分别可超过73%、84%。郭先生再三嘱咐,改进后的工艺流程要反复核实,稳定可靠,数据重复,除了让所内有关同志上岗可重复操作无误之外,还请工厂工人师傅来到实验室,重复小试操作,进行所谓实验室验收,确保技术真实过硬,可控、可简便准确操作。

郭先生一贯重视对年轻人才的培养和帮助,待人和气、热情、诚恳、乐于助人。这是室内外、所内外乃至国内外人所皆知的。自谦为“南郭先生”的郭燮贤先生曾将郭和夫先生趣比“东郭先生”,意思是自东瀛归来。其实郭和夫先生确有与人为善、知人善任、俯首甘为孺子牛的美德。

在甲氰菊酯的工作中郭先生除发挥个人的巨大作用之外,还十分重视团队的力量,将各方面的人才组织起来,人尽其才,用其所长,甚至将刚分配入所工作的大学生或研究生在分到室组之前先组织到工厂小分队投入实践中培养锻炼成长。

1991年工业化试产成功后,“甲氰菊酯新农药——年产250吨20%乳油技术”通过了中国科学院与大连市政府的联合鉴定,1992年获辽宁省科学技术进步一等奖。先期申请的首批专利技术1995年获全国第九届发明展览会金奖、化工部化工杯奖,1996年获辽宁省专利金奖,获北京国际发明展览会金奖。郭和夫先生于1996年获得了大连市科技金奖。“甲氰菊酯农药生产技术”于1997年获国家科技进步三等奖。1999年,甲氰菊酯农药生产专利技术被国家知识产权局批准为首批“促进专利技术产业化示范工程”,2,2,3,3-四甲基环丙烷羧酸(菊酸)、甲氰菊酯项目获国家知识产权局颁发的“促进专利技术产业化示范工程”证书。

国产甲氰菊酯问世以后,我们也印刷了数款精美的彩色广告,并且醒目标清:大连农药厂生产,中国科学院大连化学物理研究所监制。一方面将灭扫利挤出国内市场,另一方面我产品逐步打入国外市场参与国际竞争。正如李文钊同志在总结时指出的“甲氰菊酯农药的研制成功,使我国成为国际上第二家能生产该农药的国家,打破了日本独家垄断的局面”。至2002年日本住友来华与我们签订了长期协作合同,决定购买我国生产的中间体甲氰菊酯,并逐年增加。

1991年,建厂工作小组获中科院大连化物所先进集体称号。现在回想起来,再看看1991年下厂工作组的全家福照片中郭和夫先生笑容可掬,真是“待到山花烂漫时,她在丛中笑。”郭先生甲氰菊酯国产化之梦终于圆满实现。

参加甲氰菊酯农药下厂工作小组团队的人员很多,最多时达40-50人之众。大家都为工作忘我劳动,为工作的成功而高兴,也希望榜上有名,有的希望名列前茅。此时,郭和夫先生却非常诚恳、认真又严肃地找我谈了几次,强调工作是大家做的,阐明他的多种理由,要求在上报材料上不要列入他的名字,不要对外宣传,不要公开于宣传媒介。实在没办法,使我不得不在上报材料的主要研究人员的名单上,将郭先生的名字列在最上位,并且写明:名列首位,应本人要求,对外不宣传,不参与名次排列。(最后正式申报奖项时,根据所领导和科研人员的意见,仍将郭先生放到了首位,这是众望所归啊!)

现在看来,如同张大煜老所长在上世纪60年代带领我们用半年的时间高质量高水平高速度创制了合成氨原料气净化新流程三项催化剂,使我国合成氨的生产技术水平赶上当时的世界水平,有力地支援了农业一样,甲氰菊酯农药的研制成功,除了农药高效优质有着明显的经济效益并对我国农业发展有贡献之外,更有着深远的社会效益,充分体现了我国社会主义制度的优越性,充分发挥了中国科学院研究所作为科技国家队敢想敢干、开拓创新、率先引领的作用,而且对化肥化工行业、农药化工行业起到很大的推动作用,有助于解放思想、破除迷信、敢于创新、勇于攻关,促进行业内科技发展。同时,使大连化物所的催化研究水平赢得赞誉,在国内外多种行业中显露锋芒,呈现光辉,为各行业、各工厂企业培养了一批能掌握先进精细合成催化技术的骨干,还促进了相关化工原料、化工机械、催化剂生产等事业的发展。

然而,郭和夫先生想得更远,很想具有知识产权自主权,探索利用甲氰菊酯得到的经济效益,促进实验室的研究工作,以图达到良性循环。

回忆甲氰菊酯的工作历程,使我们看到郭和夫先生伟大的人格,高尚的人品,严谨的学风,渊博的学识,这就是我们敬仰爱戴的“老郭头”。

“忆往昔,峥嵘岁月稠。”前辈们在科学救国、科教强国、振兴中华的道路上做出了重大的贡献,积累了宝贵的经验,值得我们学习。

看今朝,在党的英明领导下,吾辈必能在进军科技强国,创建世界一流,为实现振兴中华的伟大中国梦征途上取得更大的成绩。

咨询委员会

(C)COPYRIGHT  DICP  NET CENTER