En 1957, la organización de investigación del Departamento de Químicos de EI du Pont de Nemours and Company pasó a llamarse Departamento de Investigación Central , comenzando la historia de la principal organización científica dentro de DuPont y uno de los principales laboratorios industriales dedicados a la ciencia básica. Ubicado principalmente en la Estación Experimental DuPont y Chestnut Run, en Wilmington, Delaware , se ha expandido para incluir laboratorios en Ginebra, Suiza , Seúl, Corea del Sur , Shanghai, China e India ( Hyderabad ). En enero de 2016, un importante despido marcó el fin de la organización. [1]
Historia
La compañía estableció una tradición de investigación científica básica a partir de la contratación de Wallace Carothers en 1928 y su sistematización de la ciencia de los polímeros que condujo al desarrollo de poliamidas como el nailon-6,6 y el policloropreno (neopreno) a principios de la década de 1930. [2] Esta tradición se desvaneció durante la Segunda Guerra Mundial y luego experimentó un renacimiento en la década de 1950. El establecimiento de Central Research en 1957 formalizó un compromiso corporativo con la investigación básica. La ejecución y publicación de investigaciones de alta calidad ayudó a la contratación y promovió la imagen de DuPont al tiempo que elevó la moral entre el personal de CRD. El propósito de la investigación era descubrir "el próximo nailon ", porque el éxito de Carothers y la comercialización resultante del nailon habían impulsado las ganancias de la empresa durante los años cincuenta. (Este objetivo de investigación nunca se cumplió). No obstante, otra meta importante declarada para CRD fue la “diversificación a través de la investigación”, y CRD produjo una corriente de innovaciones científicas que contribuyeron a muchos negocios diferentes en toda la corporación.
Directores de investigación de CRD y Vicepresidentes | Años |
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Paul L. Salzberg | 1957-1967 |
David M. McQueen | 1968-1971 |
Theodore L. Cairns | 1972-1975 |
Howard Alférez Simmons, Jr. | 1975-1979 |
C. 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 |
CRD combinó investigación industrial y fundamental, y la combinación de las dos características a menudo la determinaba el director de CR&D. El título se expandió de Director de Investigación a Vicepresidente de Tecnología a Director de Tecnología con diversos grados de impacto en la investigación en toda la corporación, así como en CRD. El nombre de CRD también cambió para reflejar los tiempos, comenzando con el Departamento de Químicos y pasando por el Departamento de Investigación Central (CRD), el Departamento de Investigación y Desarrollo Central (CR&DD), hasta la actual Investigación y Desarrollo Central (CR&D).
CRD realizó investigaciones en una serie de áreas de actualidad, que a menudo requieren un enfoque interdisciplinario. DuPont exploró reacciones químicas en agua supercrítica en la década de 1950 para respaldar su producción de CrO 2 para cintas de grabación magnéticas . La recristalización hiperbárica de polietileno de peso molecular ultra alto llevó al negocio de DuPont en polietileno Hylamer para superficies de apoyo en artroplastia de reemplazo de cadera y rodilla . Los compuestos de urea y uracilo descubiertos en CRD eran herbicidas potentes y selectivos , impulsando a DuPont al negocio de los productos químicos agrícolas y culminando en los herbicidas de sulfonilurea. El titanil fosfato de potasio o KTP es un material óptico no lineal versátil , originalmente diseñado para duplicar la frecuencia de los láseres rojos a verde para la cirugía ocular con láser sin sangre; ahora encuentra una aplicación adicional en cirugía urológica y punteros láser verdes portátiles.
En la década de 1950, el CRD albergaba un amplio programa de investigación destinado principalmente a la síntesis y el estudio de nuevas clases de compuestos. La síntesis de nuevos compuestos orgánicos e inorgánicos representó aproximadamente la mitad de la investigación total. Cuando el Instituto Nacional de Salud invitó a DuPont a enviar compuestos a sus esfuerzos de selección, calificaron a DuPont como el que presentaba, con mucho, la gama más diversa de compuestos: las compañías farmacéuticas presentaban productos que parecían productos farmacéuticos, pero DuPont presentó compuestos que serían clasificados internamente como catalizadores, materiales ópticos, monómeros, oligómeros, ligandos, inorgánicos y otros materiales inusuales.
Además de la síntesis química, CRD mantuvo sus esfuerzos centrados en nuevas técnicas físicas y analíticas, estructura química y mecanismo de reacción y física del estado sólido. DuPont continuó con la investigación de polímeros. La investigación biológica ha aumentado significativamente.
Hasta hace unos años, una parte sustancial de la investigación era de carácter académico. Esta investigación académica se reflejó en el ambiente general de la organización. A fines de la década de 1960, el CRD estableció un programa para reclutar becarios postdoctorales . Estas becas eran generalmente por dos años y tenían la expectativa de que el becario se fuera a una institución académica. Cada año, uno o dos científicos de DuPont tomaban permisos de un año para estudiar y enseñar en la universidad. También se aceptó que cada año varios científicos dejarían DuPont para ocupar puestos académicos y que varios profesores se unirían al personal de forma permanente. Un ejemplo notable fue Richard Schrock , quien dejó CRD por el MIT y ganó el Premio Nobel de Química . CRD fue apoyado por numerosos consultores de alto perfil que han hecho contribuciones significativas a DuPont. Jack Roberts de Caltech y Speed Marvel consultaron cada uno durante más de 50 años y proporcionaron un suministro constante de químicos bien capacitados. [3] Robert Grubbs , quien compartió el Premio Nobel con Schrock, consultó durante muchos años. Estas conexiones académicas fueron fuentes de nuevas generaciones de investigadores de CRD.
Los logros científicos de Theodore L. Cairns , William D. Phillips , Earl Muetterties , Howard E. Simmons, Jr. y George Parshall fueron reconocidos por su elección a la Academia Nacional de Ciencias .
La gestión de CRD fomentó un estilo abierto y colaborativo. En su fundación, la división del trabajo en CRD era "gerencia", "químicos de laboratorio" y "técnicos", y la gerencia y los químicos de laboratorio tenían pistas promocionales separadas pero superpuestas. Bajo el sistema de niveles de pago de Hay Grade que se empleaba entonces y ahora, había ocho niveles profesionales o promocionales para los "químicos de laboratorio", pero había un solo título no distinguido. Este enfoque promovió la interacción.
Los grados de heno para aquellos en la gerencia comenzaron más altos y terminaron considerablemente más altos, pero hubo una superposición significativa con los niveles de químico de banco. Por lo tanto, no era inusual que un supervisor o gerente tuviera uno o más científicos que le reportaban (no había mujeres en la gerencia en este momento) que tenían niveles de pago más altos que él. Hubo un caso reportado en el que el supervisor nunca pudo pasar los aumentos de sueldo al “químico de banco” porque la gerencia no quería que se sintiera mal; el gerente del siguiente nivel que transmitió la notificación de pago dijo: "No les importaba cómo me sentía". En mayo de 1993 se instituyeron títulos vinculados explícitamente al nivel salarial, pero la apertura permanece hoy al igual que la situación de los gerentes que administran científicos de nivel superior.
Al comienzo de CRD, los “técnicos” en CRD generalmente tenían educación secundaria y, a menudo, tenían el servicio militar. Claramente, eran solo manos adicionales para los químicos de banco que eran todos doctores y se esperaba que los químicos de banco pasaran la mayor parte de su tiempo en el banco. Era prácticamente imposible que un técnico progresara en CRD, pero podía hacerlo en las plantas y, a veces, se movía para aprovechar la oportunidad. A principios de la década de 1990, principalmente como resultado del crecimiento de los esfuerzos farmacéuticos y de ciencias de la vida, los técnicos con licenciaturas y más tarde, maestrías se convirtieron en la norma. Incluso hay algunos técnicos con doctorados de universidades extranjeras. No obstante, sigue siendo difícil para un técnico ingresar a las filas de los químicos de laboratorio y, por lo general, se transfieren a las unidades de negocios en busca de más oportunidades.
Muchos de los doctores que llegaron a CRD se trasladaron a unidades de negocio. Desde la década de 1980 hasta principios de la de 1990, la dirección intentó trasladar a todos los doctores a una unidad de negocio durante los primeros cinco años. Los doctores habían pasado toda su vida en un entorno académico, por lo que no sabían nada más, pero se dieron cuenta de que en algún momento crecerían y se darían cuenta de que trabajar en el banco no era lo que algunos querrían hacer durante toda su carrera. . El problema era que eran demasiado altos e ingenuos para ocupar puestos de nivel de entrada en las empresas y su competencia eran ingenieros licenciados de edad similar que habrían tenido unos cinco años de experiencia manteniendo una planta en funcionamiento. De los que aprovecharon la oportunidad, aproximadamente la mitad regresó a CR&D. De los que regresaron, aproximadamente la mitad se fueron nuevamente. La relativamente alta rotación brindó más oportunidades para que CRD contratara nuevos doctores destacados. Las transferencias a unidades de negocio se volvieron menos comunes en la década de 1990 y, como resultado, la edad promedio del personal de CRD aumentó considerablemente. Con los baby boomers comenzando a jubilarse, hay más contratación y hay un notable rejuvenecimiento del personal.
La responsabilidad de la dirección técnica de la investigación se ha trasladado al químico ya que lleva a cabo proyectos a corto plazo en apoyo de las unidades de negocio. Los doctores que obtienen MBA son ahora más comunes. A diferencia de los primeros años, toda la gerencia ha tenido experiencia en unidades de negocios y muchos fueron contratados en unidades de negocios, llegando a CRD más adelante en sus carreras. Estos gerentes suelen ser mucho más administrativos en su enfoque, y no tienen la sólida formación técnica necesaria para mantenerse al día con sus empleados técnicos. Algunos gerentes han llegado a depender de su personal técnico superior, pero no existe una pauta clara sobre el papel que estos científicos superiores pueden o deben desempeñar en la gestión de los programas y carreras de los científicos más jóvenes.
A finales de 2015, el nombre de la organización se cambió a DuPont Science and Innovation presagiando el importante despido el 4 de enero de 2016, que marcó el fin de la organización como una fuerza importante en la investigación. [4] En conjunto, las porciones de Ingeniería y Ciencias Moleculares y Ciencia e Ingeniería de Materiales de CR&D pasaron de 330 empleados a 34 en la nueva organización de Ciencia e Innovación.
Química de los organofluorados
El 6 de abril de 1938, Roy Plunkett en el Laboratorio Jackson de DuPont en Nueva Jersey estaba trabajando con gases relacionados con los refrigerantes Freon de DuPont cuando él y sus asociados descubrieron que una muestra de tetrafluoroetileno gaseoso se había polimerizado espontáneamente en un sólido ceroso blanco. El polímero era politetrafluoroetileno (PTFE) comercializado por DuPont como Teflon en 1945. Debido a que DuPont era básico en una variedad de materiales fluorados, era lógico que la química de los organofluorados se volviera importante para DuPont. El descubrimiento de que el tetrafluoroetileno se ciclaría con una amplia variedad de compuestos para dar compuestos fluorados abrió rutas a una variedad de compuestos organofluorados .
Los peligros y las dificultades de manejar reactivos fluorantes altamente reactivos y corrosivos podrían adaptarse al énfasis de DuPont en la seguridad y la asociación de DuPont con el Proyecto Manhattan proporcionó a muchos químicos e ingenieros los antecedentes necesarios para llevar a cabo el trabajo. La disponibilidad del Laboratorio de Investigación de Presión en la Estación Experimental proporcionó la protección necesaria para la mayoría, pero no todas, las reacciones que salieron mal. Los científicos notables incluyeron a William Middleton, David England, Carl Krespan, William Sheppard, Owen Webster , Bruce Smart, Malli Rao, Robert Wheland y Andrew Feiring, todos los cuales presentaron muchas patentes para DuPont. Sheppard escribió uno de los primeros libros importantes sobre el tema. [5] Le siguió el libro de Smart. [6] Los comentarios de Smart en Chemical Reviews en 1996, “Los intereses científicos y comerciales en la química del flúor florecieron después de 1980, impulsados en gran parte por la necesidad de reemplazar los clorofluorocarbonos industriales y las oportunidades prácticas de rápido crecimiento para los compuestos organofluorados en la protección de cultivos, la medicina y aplicaciones de materiales diversos. . Aunque el flúor es mucho menos abstruso ahora que cuando entré en el campo hace una generación, sigue siendo un tema especializado y la mayoría de los químicos no están familiarizados, o al menos se sienten incómodos, con la síntesis y el comportamiento de los compuestos organofluorados ”, siguen siendo ciertos en la actualidad.
El CRD emprendió un programa sobre alternativas para los clorofluorocarbonos en los refrigerantes a fines de la década de 1970 después de que se publicaran las primeras advertencias de daños al ozono estratosférico . El Centro de Catálisis de CRD, bajo el liderazgo de Leo Manzer, respondió rápidamente con nueva tecnología para producir hidroclorofluorocarbonos alternativos ( HCFC ) que se comercializaron como refrigerantes Suva de DuPont.
Química del cianocarbono
Durante las décadas de 1960 y 1970, CRD desarrolló un programa bajo la dirección de Theodore Cairns para sintetizar cianocarbonos de cadena larga análogos a los fluorocarbonos de cadena larga como el teflón. El trabajo culminó en una serie de doce artículos en el Journal of the American Chemical Society en 1958. Varios autores de esos artículos alcanzaron posiciones prominentes en DuPont, incluidos Richard E. Benson (Director Asociado, CRD), Theodore L. Cairns (Director de Investigación , CRD), Richard E. Heckert (CEO de DuPont), William D. Phillips (Director Asociado, CRD), Howard E. Simmons (Director de Investigación y VP, CRD) y Susan A. Vladuchick (Gerente de Planta). Esta tendencia indica la importancia de la calificación técnica para la promoción en la empresa en ese momento. La publicación estimuló a otros investigadores a investigar estos compuestos.
Las posibles aplicaciones incluyeron tintes, productos farmacéuticos, pesticidas, imanes orgánicos e incorporación en nuevos tipos de polímeros. No surgieron aplicaciones comerciales de este extenso esfuerzo de investigación. En parte por este trabajo, Cairns recibió medallas por Trabajo Creativo en Química Orgánica Sintética por parte de la Sociedad Química Estadounidense y el Premio Orgánico Sintético de la Asociación de Fabricantes de Productos Químicos . Otra línea de química se desarrolló en torno a la síntesis de diiminosuccinonitrilo (DISN) de Owen Webster , que podría convertirse en diaminomaleonitrilo (DAMN), lo que dio lugar a otra serie de patentes y artículos. Simmons usó maleonitrilitiolato de sodio para la preparación de muchas sustancias novedosas que incluyen tetracianotiofeno, tetracianopirrol y pentacianociclopentadieno.
Óxidos metálicos
Arthur Sleight dirigió un equipo centrado en las perovskitas , como el sistema K-Bi-Pb-O, que sentó las bases para los avances posteriores en superconductores de alta temperatura . [7] En química en fase de solución de óxidos, el trabajo de Walter Knoth sobre polioxoaniones orgánicos solubles condujo al desarrollo de un área ahora grande con numerosas aplicaciones en la catálisis de oxidación. [8]
Espectroscopía dinámica de RMN
Numerosos estudios sobre estereodinámica realizados en CRD por Jesson, Meakin y Muetterties son indicativos de la interacción entre las aplicaciones y la ciencia fundamental. Uno de los primeros estudios se centró en la falta de rigidez del SF 4 , un reactivo relevante para la preparación de fluorocarbonos. Estudios posteriores llevaron al descubrimiento de los primeros complejos octahedales estereoquímicamente no rígidos del tipo FeH 2 (PR 3 ) 4 . [9]
Ciencia de los polímeros
Owen Webster descubrió la polimerización por transferencia de grupo (GTP), el primer proceso de polimerización nuevo desarrollado desde la polimerización aniónica viva. Se determinaron los aspectos principales del mecanismo de reacción y el proceso se convirtió rápidamente en una aplicación comercial para acabados de automóviles y tintas de inyección de tinta. El proceso básico de transferencia de grupo también se aplica a la síntesis orgánica general , incluidos los productos naturales . [10]
Aproximadamente al mismo tiempo, Andrew Janowicz desarrolló una versión útil de la transferencia de cadena catalizada por cobalto para controlar el peso molecular de las polimerizaciones de radicales libres . La tecnología ha sido desarrollada aún más por Alexei Gridnev y Steven Ittel . También se comercializó rápidamente y se desarrolló una comprensión fundamental del proceso durante un período de tiempo más largo. [11]
Rudolph Pariser era el director de Ciencia e Ingeniería de Materiales Avanzados en el momento de estos avances.
En 1995, Maurice Brookhart , profesor de la Universidad de Carolina del Norte y consultor de DuPont CRD, inventó una nueva generación de catalizadores post-metaloceno para la polimerización por coordinación de olefinas basada en metales de transición tardía con su estudiante postdoctoral, Lynda Johnson, quien más tarde se unió a CRD. [12] La tecnología, la tecnología de polimerización de olefinas Versipol de DuPont, fue desarrollada por un equipo sustancial de científicos de CRD durante los siguientes diez años.
Química organometálica
Dímero de Cramer |
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Reactivo de Tebbe |
CRD desarrolló un gran interés en la química inorgánica y organometálica . Earl Muetterties estableció un programa dirigido a la química borane fundamental. [13] Walter Knoth descubrió el primer anión borano poliédrico, B 10 H 10 = , y también descubrió que los aniones borano mostraban una química de sustitución similar a la de los hidrocarburos aromáticos. [14] Norman Miller descubrió el anión B 12 H 12 = en un esfuerzo por encontrar una nueva ruta hacia B 10 H 10 = . [15] George Parshall se unió a CRD en 1954. Su año sabático industrial en el Imperial College de Londres con Geoffrey Wilkinson en 1960-61 lo introdujo a la química organometálica . Muetterties dejó DuPont para unirse a la facultad de Cornell en 1973. Después de Muetterties y Parshall, el grupo de química organometálica fue dirigido por Steven Ittel y luego Henry Bryndza antes de que se dispersara en varios grupos en CRD. Parshall e Ittel fueron coautores de un libro sobre “Catálisis homogénea” [16] que se ha convertido en la referencia estándar sobre el tema.
Las contribuciones fundamentales de Richard Cramer y Fred Tebbe son reconocidas por sus compuestos nombrados, "dímero de Cramer", Rh 2 Cl 2 (C 2 H 4 ) 4 y el " reactivo de Tebbe ". Tebbe influyó en su compañero de laboratorio, Richard Schrock, quien inició un programa de química M = C en DuPont y lo continuó cuando se mudó al MIT . La química forma la base para la metátesis de olefinas , y Schrock finalmente compartió el Premio Nobel con Robert Grubbs , un consultor de CRD, por el trabajo de metátesis. Anthony Arduengo ‘s carbenos persistentes abrieron un nuevo campo de la química y que han demostrado ser ligandos importantes en el proceso de metátesis.
Hubo un vigoroso esfuerzo en la activación de enlaces CH con contribuciones de Parshall, Thomas Herskovitz, Ittel y David Thorn. Chad Tolman desarrolló su teoría del " ángulo del cono del ligando " que se convirtió en los efectos electrónicos y estéricos ampliamente aceptados de los ligandos en los complejos inorgánicos y organometálicos . [17]
La química organometálica en la CRD también ha incluido los complejos heterobinucleares de R. Thomas Baker, los organolantánidos de Patricia L. Watson, los enlaces múltiples de ligando metálico de William A. Nugent, [18] el desarrollo de complejos de tecnecio de Jeffery Thompson y Mani Subramanyam para radiofármacos, y el de Bob Burch y Karin Química fluoroorganometálica de Karel. La principal salida de la química organometálica es la catálisis homogénea. DuPont desarrolló una tecnología importante basada en la adición catalizada por níquel de dos moléculas de cianuro de hidrógeno al butadieno , dando adiponitrilo , un intermedio de nailon , inicialmente a través del trabajo de William C. Drinkard . El trabajo mecánico para proporcionar una comprensión de la tecnología se realizó en CRD y condujo a un gran programa sobre tecnología de próxima generación antes de que la empresa se vendiera a Koch Industries . Otras aplicaciones de catálisis homogénea estudiadas en CRD incluyen polimerización de etileno , oxidación de ciclohexano a ácido adípico y carbonilación de butadieno a intermedios de nailon . Los enfoques de los sistemas catalizadores han incluido catalizadores organometálicos homogéneos, catalizadores heterobinucleares, polioxometalatos , enzimas , reactores de membrana catalítica y organometálicos soportados.
Fotoquímica y física
David M. McQueen, uno de los primeros directores de CRD fue un químico físico de la Universidad de Wisconsin-Madison . Su investigación sobre fotoquímica y fotografía dio como resultado treinta y cinco patentes. Fue su experiencia la que hizo que CRD comenzara en fotoquímica y fotofísica. Más tarde, David Eaton dirigió un sólido equipo involucrado en pruebas de color de fotopolimerización para la industria de la impresión.
Hubo un fuerte programa en materiales ópticos inorgánicos no lineales que resultó en la duplicación de la frecuencia óptica para los "láseres verdes" mencionados anteriormente. Este programa se extendió a materiales orgánicos con propiedades NLO.
También se hizo un gran esfuerzo en materiales para la industria de las pantallas y métodos para preparar dispositivos para pantallas. Estos incluían electrónica imprimible, métodos de transferencia térmica para filtros de color, nanotubos de carbono para pantallas de emisión de campo y materiales y dispositivos OLED . Se hizo un esfuerzo sustancial en fotorresistentes de próxima generación para la industria de semiconductores que contienen monómeros de hidrocarburos y fluorocarbonos para reemplazar longitudes de onda de 193 nm con longitudes de onda de 157 nm para una mejor resolución. Aunque se cumplieron la mayoría de los requisitos, la necesidad de ese nodo de longitud de onda más corta se eliminó mediante la introducción de la litografía por inmersión y los nuevos fluidos para la litografía por inmersión siguen siendo de gran interés. Se comercializó el desarrollo de máscaras de cambio de fase .
Ciencias Biologicas
Un área que siempre se consideró importante para la diversificación de los programas de CRD fue la relacionada con las ciencias biológicas. Charles Stine había promovido la bioquímica como un campo de investigación para Du Pont y como resultado los Laboratorios Stine se nombran en su honor. A principios de la década de 1950, CRD inició un programa para investigar productos químicos para aplicaciones biológicas. Charles Todd preparó ureas sustituidas como posibles agentes antibacterianos que, cuando se examinaron, demostraron ser herbicidas eficaces. Esto condujo a los herbicidas de sulfonilurea muy selectivos y de gran éxito de DuPont. El programa del CRD incluyó productos químicos agrícolas y veterinarios y estudios bacteriológicos y microbiológicos. La culminación de este trabajo fue la compra por DuPont de Pioneer Hi-Bred Seeds y su integración en la empresa agroquímica de DuPont.
A mediados de la década de 1950, CRD comenzó a trabajar en la química de la fijación de nitrógeno en las plantas, un estudio que se convertiría en un gran esfuerzo durante la próxima década. En 1963, Ralph Hardy se unió al CRD y llevó la investigación de fijación de nitrógeno de Du Pont a la fama internacional con más de cien artículos sobre el tema. Chemical Week lo llamó "uno de los principales triunfadores de la nación en el papel dual de científico y gerente científico", aunque tales gerentes siguieron siendo comunes en CRD durante las décadas de 1960 y 1970.
La microbiología de la fermentación y la modificación genética selectiva se volvieron importantes para el desarrollo de la CRD de una ruta biológica para el 1,3-propilenglicol, un nuevo monómero para la fabricación de poliéster. La disponibilidad de este nuevo monómero condujo al desarrollo y comercialización de Sorona, un poliéster de primera calidad . También se logró un éxito sustancial en la síntesis de péptidos y proteínas no naturales para lograr funciones específicas y la predicción de sus estructuras terciarias.
Los avances en la tecnología de secuenciación de ADN basada en la síntesis de nuevas etiquetas fluorescentes llevaron a Qualicon, una empresa de DuPont que identifica bacterias mediante el examen de su ADN mediante PCR . Esta tecnología ha dado lugar a mejoras significativas en la seguridad de la cadena de suministro de alimentos en los Estados Unidos y en todo el mundo.
Referencias generales
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- RG Bergman, GW Parshall y KN Raymond. Earl L. Muetterties, 1927-1984. En Memorias biográficas , vol. 63, págs. 383-93. Washington, DC: National Academy Press, 1994.
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Referencias
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