ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ


ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

Химики искусственно воспроизводят теперь вещества, имеющиеся титульный лист книги в природе, и вещества, каких в природе нет. Челиева.

Замечательным зодчим «атомной архитектуры» был русский ученый, профессор Казанского университета Николай Николаевич Зинин (1812—1880). В 1842 году в своей лаборатории он впервые осуществил синтез анилина — искусственно получил из нитробензола органическое вещество, которое раньше добывали лишь из очень дорогого естественного красителя — индиго.

Реакция, которая вошла в историю науки под названием «реакции Зинина», состоит в том, что нитробензол восстанавливался в анилин Сам Зинин проводил эту реакцию под действием сернистого аммония.

Позднее использовали другие восстановители. Так родился искусственный анилин.

Синтез анилина сыграл огромную роль в развитии новой промышленности синтетических красителей, даже до сих пор называющейся анилино-красочной промышленностью. Благодаря реакции Зинина удалось использовать «отброс» производства — каменноугольный деготь: его

стали применять при выработке красителей. В конце 50-х годов XIX века

7 Рассказы

ПОЛНОЕ

НАСТАВЛЕН1Е.

Какь приготовлять дешевый и луч* шш Мертель или Цементъ. весьма прочный для подводныхъ строенш. какь то каналовъ, мостовъ. бассей* новь плотшгь. подвалом», ширебовъ, и штукатурки каненныхь идеревян-ныхъ строены

Издание ос опыту лрмпидмншД Й натур) строени) НачадьнмкомЬ Мискоасаон ВоекнораСочп. бригады Мастсрсаихь хоиапд) разрдда а го адасаа и КааадсроиЬ ЧглгчымЪ

МОСКВА

ВЬ иодшон Типографы Пономарев*

из каменноугольного дегтя начали выделять бензол, антрацен, нафталин.

Сами эти продукты еще не являются красителями. Но путем химической переработки из них можно получить большое количество богатых по цветам синтетических красителей.

В 1856 году из анилина химическим путем была «(построена» молекула красновато-фиолетового красителя.

Переработкой анилина получен был также новый краситель — фуксин. Дорогая краска, добываемая из особых насекомых, блекнет перед своей искусственно созданной соперницей.

Десять лет спустя наступила очередь и антрацена. Из него был создан краситель ализарин, который природа вырабатывает в корнях марены. В то время ализарин был еще первым членом будущей крупной семьи синих, зеленых, красных, черных и других красителей.

В 1884 году стали строить молекулы красителей и из нафталина. Семья новых синтетических красителей скоро сильно разрослась. Появились азокрасители.

Реакция, которая сто с лишним лет назад была проведена русским химиком в небольшой колбе, ныне непрерывно осуществляется в гигантских аппаратах на многочисленных заводах всех стран мира. Анилин, добываемый в огромном количестве, используется многими отраслями промышленности как сырье для получения всевозможных красок, фотографических препаратов, лекарственных веществ и других материалов.

Сразу оценил Зинин и особенные свойства нитроглицерина. В 1853 году он предложил использовать нитроглицерин как взрывчатое вещество. Для опытов Зинин сам приготовил значительное количество нитроглицерина и по просьбе артиллерийского,отделения Военно-ученого комитета проводил испытания его.

Н. Н. Зинин был учителем плеяды замечательных химиков прошлого века. Среди них был А. М. Бутлеров и А. П. Бородин, знаменитый русский композитор. Оценивая труды своего учителя, Бутлеров писал: «Имя Зинина будут всегда чтить те, кому дороги и близки к сердцу успехи и величие науки в России».

Реакция Зинина легла в основу производства синтетических красителей. Но на родине этого открытия, в России, из-за отсталости химической промышленности выпуск красителей не мог быть поставлен в широких размерах. Царские чиновники больше поощряли ввоз химической продукции из-за границы.

Производство синтетических красителей было создано в нашей стране только при советской власти.

Другое открытие, имеющее огромное значение в современной про-

Николай Николаевич Зинии.

мышленности органического синтеза, — это открытие так называемой альдольной конденсации. Оно связано с именем Александра Порфирьевича Бородина (1834—1887).

Название конденсации присваивается таким реакциям, которые протекают под влиянием катализаторов и при которых в результате образования связей между углеродными атомами различных молекул получаются молекулы более крупные. Иногда молекулы конденсируемого вещества целиком входят в состав новых молекул; иногда же происходит отщепление части атомов с образованием молекул воды и других простых молекул.

Реакция альдольной конденсации и другие реакции, открытые Бородиным, легли в основу производства многих синтетических веществ, в том числе и пластмассы, из которой изготовляются пластинки с записями музыкальных произведений самого Бородина.

В наши дни исходным продуктом при получении синтетического каучука, пластических масс и многих других ценных веществ служит химически активное органическое вещество — ацетилен.

Михаил Григорьевич Кучеров (1850—1911) открыл в 1881 году одну из замечательных реакций ацетилена — превращение его в уксусный альдегид. Эта реакция, вошедшая в историю науки с именем русского ученого, впоследствии легла в основу технологических процессов на многочисленных производствах. Реакция Кучерова среди других реакций промышленного органического синтеза является одной из самых важных.

Из уксусного альдегида вырабатывают сейчас искусственные смолы, а из них уже производят всевозможные пластмассовые изделия. Окислением уксусного альдегида приготовляют уксусную кислоту, а восстановлением его получают винный спирт. Очень большое количество уксусного альдегида расходуется в промышленности синтетического каучука.

Уксусный альдегид, вырабатываемый из ацетилена по методу русского ученого, составляет около 70 процентов от всех продуктов, получаемых из ацетилена.

Впоследствии М. Г. Кучеров увидел большие перспективы применения своего открытия в промышленности. «Это золотые россыпи», — говорил он помощникам, показывая на пробирки с разнообразными продуктами, полученными из ацетилена. Но первая промышленная установка по гидратации ацетилена методом Кучерова была пущена в 1914 году.

С открытием Кучерова опять-таки повторилось то же, что и со многими другими замечательными открытиями русских ученых в царской России. Первое промышленное использование реакция Кучерова получила не на родине ее творца, а за границей. В Англии и в Канаде были

Алексей Евграфович Фаворский.

построены крупные заводы по изготовлению крепкой уксусной кислоты и уксусного ангидрида сначала для производства лаков, искусственного шелка, пластических масс, а вскоре и для других отраслей промышленности.

Такая же судьба постигла еще одну работу. В 1907 году А. На-стюков получил в результате взаи-, модействия фенола с растворенным в воде формальдегидом смолу, подобной которой еще не было в при-роде. Это была предвестница современных синтетических смол. Работы А. Настюкова были продолжены с успехом Е. И. Орловым и Г. С. Петровым. Но так уж водилось в царской России, что эта работа должна была сначала побывать за границей, получить там промышленное крещение, а потом вернуться к себе на родину. Смола, полученная Настюковым, получила название «бакелит».

Русские ученые разработали промышленный способ искусственного обогащения жиров водородом. Малоценные жировые вещества переводились в промышленное сырье путем реакции гидрогенизации: жиры приобретали пищевые качества, из них приготовляли лучшие сорта мыла.

В 1908 году русский химик С. А. Фокин применил этот способ на заводе в Нижнем Новгороде, где хлопковое масло и другие жировые вещества перерабатывались в твердые жиры. В мыловаренной промышленности такие твердые жиры заменяют сало.

В наши дни гидрогенизация растительных масел широко распространена во всем мире. Этот метод нашел применение и в промышленности искусственного топлива, где в бензин и в смазочные масла превращают битуминозные сланцы, многозольные бурые угли и другое малоценное твердое топливо.

Много сделал для развития промышленности органического синтеза Алексей Евграфович Фаворский (1860—1945)—один из талантливейших учеников Бутлерова. Он вошел в историю химии как ученый, открывший реакции, которые были использованы для создания способов получения пластических масс, синтетического каучука и душистых веществ.

В 1905 году была издана работа Фаворского, в которой он описал открытую им реакцию присоединения фенилацетилена к ацетону. Эта реакция была использована впоследствии в производстве синтетического каучука.

Более пятидесяти лет назад Фаворский открыл способ получения простых виниловых эфиров, которые явились сырьем для производства синтетических смол. Эти смолы не родственники древесной или каменноугольной смолы. Это совершенно новые вещества, из которых вырабаты-

100

Синтетический каучук

~ н © ® ®©@н ' -

®@ I Лк® О®1

ШС=С-®-С=еДГ

® ©@„@ ©

И 3 О П РЕ Н О В Ы Й (По А.Е.ФавоРскомуЯ

ваются лаки, клеящие вещества, искусственный шелк и различные пластические массы. Сейчас производство этих продуктов необычайно широко развито во всем мире. Виниловая пластмасса хорошо штампуется. Шприцеванием из нее получают трубки и стержни, литьем под давлением — детали машин, вытягиванием — волокна и пленки.

Прозрачные пленки из виниловых смол прекрасно окрашиваются в различные цвета. Изготовленные из них плащи и накидки легче и лучше резиновых. Виниловые ткани не боятся кислоты и щелочи.

Еще в 90-х годах прошлого столетия Фаворский открыл замечательный способ превращения дихлоркетонов в органические кислоты. В наше время его открытие легло в основу производства ценнейших видов прозрачных и твердых пластических масс. В годы Великой Отечественной войны толстые «стекла» из такой пластмассы защищали наших летчиков и танкистов в боях. Эта легкая прозрачная броня выполняет роль стекла и стали.

Применяя одну из реакций Фаворского, его ученик академик И. Н. Назаров приготовил карбинольный клей. Этот клей склеивает разные материалы так прочно, что при разрыве предмет скорее ломается в каком-то другом месте, а не там, где склеено. Новый клей применяют при монтаже разных деталей. Приклеенные, они держатся лучше, чем привинченные. Карбинольный клей — хороший изолятор, он широко используется в электротехнике.

Из школы Фаворского вышло много выдающихся ученых. Среди них и создатель современного промышленного способа получения синтетического каучука — Сергей Васильевич Лебедев (1874—1934).

Некоторые растения вырабатывают углеводород — изопрен. На юге эти растения превращают изопрен в млечный сок, содержащий каучук, а на севере из такого изопрена получаются пахучие смолы. Всем известна исключительная ценность каучука. Получить искусственно дешевый каучук долгое время никому не удавалось. Эту задачу блестяще разрешил С. В. Лебедев.

Лебедев нашел, что углеводород бутадиен (он же называется дивинилом) также может превращаться в каучук. В 1908 году Лебедев впервые получил бутадиеновый каучук. Это было началом пути к созданию синтетического каучука. Но одно дело — лаборатория, другое дело —• завод, где необходимо учитывать большие масштабы производства, достаточную его экономичность и т. д. Чтобы разработать способ получения синтетического каучука в заводских условиях, нужны были многочисленные и тщательно проведенные опыты.

Работы С. В. Лебедева, несмотря на их ценность и оригинальность, не нашли поддержки в царской России. Только при советской власти на их развитие были отпущены крупные средства.

~?~19—<?-€$$ _

И Н ЩС-Н Н^Н Ян-СгНЙ*

Синтетический каучук

БУТАДИЕНОВЫЙ (ПоС.В.Лебедеву) 1

101

В 1926 году правительство СССР объявило международный конкурс на лучший способ получения синтетического каучука, необходимого нашей стране. В конкурсе принял участие и С. В. Лебедев с группой своих учеников. Трудности были велики. Первые опыты сопровождались неудачами. Но настойчивость, целеустремленность и умение отличать главное от второстепенного привели Лебедева к победе.

Выращенный в стеклянных пробирках каучук отвечал условиям конкурса. На построенном в Ленинграде опытном заводе процесс был перенесен из стекла в металл, из лабораторной посуды — в заводские аппараты. Вскоре первые промышлен

ные изделия из синтетического кау-Сергей Васильевич Лебедев. Чука блестяще выдержали выпуск

ной экзамен.

В 1931 году в Ярославле строились корпуса завода синтетического каучука, а через год была выдана первая партия каучука. Следом были пущены еще несколько крупных заводов.

❖ * *

Ряд теоретических открытий, широко внедренных в настоящее время в промышленную химию, составляют гордость русской науки.

В лабораториях современных химиков есть замечательные вещества — катализаторы. Свойства их чудесны. Выходя из реакции неизменными, катализаторы сильно ускоряют течение химических реакций. Катализаторы могут быть и твердые и жидкие. В 1811 году, как мы писали, Кирхгоф обнаружил, что серная кислота ускоряет процесс гидролиза крахмала.

В первой же половине прошлого столетия, когда даже такие знаменитые ученые, как Фарадей и Либих, считали катализаторы веществами, действующими на химические процессы лишь одним своим присутствием, русский ученый А. И. Ходнев (1818—1883) сделал попытку теоретически объяснить механизм катализа.

В своей работе «Каталитические явления» (1852) Ходнев указал на то, что катализаторы сами участвуют в течении химической реакции. Сначала они с одним из реагирующих веществ дают нестойкое промежуточное соединение, затем с другим реагирующим веществом образуют конечный продукт реакции, а сами восстанавливаются, выходя шз реакции в первоначальном виде. Так, еще сто лет назад харьковский ученый Ходнев предвосхитил одну из современных теорий катализа.

Во второй половине XIX столетия каталитические явления нашли теоретическое обобщение в трудах Н. А. Меншуткина (1842—1907) и Д. П. Коновалова (1856—1929).

102

Меишуткин открыл и исследовал изменение скорости химической реакции в неводных растворах в зависимости от свойств растворителя. Коновалов же своими классическими работами раскрыл зависимость каталитического действия от свойств поверхности катализаторов, чем значительно продвинул вперед науку о катализаторах.

Особое значение в области катализа имеют работы знаменитого ученого Н. Д. Зелинского (1861 —1953). Ряд новых каталитических реакций и множество новых катализаторов были открыты академиком Зелинским. Уже десятки лет они широко применяются на наших заводах и за рубежом.

Изучая сложнейшую проблему современной науки — строение белковых молекул, деятельность которых лежит в основе всех жизненных процессов, Зелинский вместе со своими учениками разработал методы синтетического получения составных частей белка — аминокислот. Классические труды русского ученого используются в лабораториях химиков всех стран.

Чрезвычайно важны работы русских химиков в области исследования белковых молекул. Теория строения белка была выдвинута Н. Д. Зелинским еще в 1914 году.

Исследования строения белка, в которых академик Зелинский стремился объяснить, на какие части распадается белковая молекула в организме и как она синтезируется в нем, продолжались несколько лет. Это были упорные попытки раскрыть еще одну тайну строения живого вещества.

Велики заслуги Зелинского в изучении практического применения адсорбции, то есть способности активированного угля удерживать на своей поверхности различные вещества, поглощенные из газовой и водной среды. В годы первой мировой войны армия кайзера Вильгельма использовала отравляющие газы. Химическое оружие было применено и на Западном и на Восточном фронтах. Союзники спешно принялись искать средство защиты в химической войне. Ведущие химики мира разрабатывали меры борьбы с отравляющими веществами. Лучший, надежно защищающий противогаз создал Н. Д. Зелинский.

После долгих исследований различных поглотителей газа Зелинский предложил использовать для этой цели активированный, то есть особым образом приготовленный, древесный уголь.

Помещенный в коробку противогаза, такой активированный уголь вбирал в себя отравляющий газ и пропускал только чистый воздух.

Путь русского химика оказался правильным и реальным. Сопоставление русского угольного противогаза с английскими и французскими, требовавшими перед употреблением влажной пропитки особыми химикалиями, показало преимущество русского образца. В руках академи-

Крупнейший советский химик Н Д. Зелинский глубоко проник в химию белка Ему и его ученикам удалось искусственным путем получить амидин — белковообразное вещество, один из тех «кирпичиков», из которых строятся белковые молекулы.

103

ка Зелинского уголь становился чудесным веществом. На адсорбционной способности угля основаны сейчас многочисленные реакции химических производств.

Газ ацетилен, например, нельзя подвергать давлению, он взрывается при полутора атмосферах давления. Если же произвести поглощение ацетилена углем, то сгущенный в угольных порах газ будет находиться под очень большим давлением, но взрыва не произойдет.

Н. Д. Зелинский нашел, что количество образующегося бензола из ацетилена значительно увеличивается, если эту реакцию вести в присутствии активированного угля.

Замечательны работы Зелинского в области создания синтетического бензина.

Вся жизнь Николая Дмитриевича Зелинского — это непрерывное служение науке. Опубликовав свои первые труды в годы, когда жили и трудились великие химики Менделеев и Бутлеров, он в полную силу развернул творчество в советское время.

«Я прошел длинный жизненный путь, — писал Н. Д. Зелинский в своем обращении к молодежи. — Оглядываясь назад, я с внутренним удовлетворением могу отметить, что жизнь моя прожита не бесполезно. В ней было то главное, что придает человеческой жизни смысл и содержание: я жил, трудился и творил для родины, для моего народа. И хоть небольшой, но есть и мой вклад в ту неоценимую сокровищницу материальных ценностей и знаний, которой владеет народ и которую он передает будущим поколениям».

На грани органической и неорганической химии возникло новое направление в науке — химия металло-органических соединений, таких соединений, в которых атом металла непосредственно связан с атомом углерода. Многочисленные лекарства, антидетонаторы для авиационного бензина, яды против вредителей сельского хозяйства, промежуточные продукты для синтезов в химической промышленности — вот область практического применения металло-органических соединений.

Синтез новых веществ с их помощью прост и экономичен.

Основу этой отрасли химии в нашей стране заложил в 60-х годах прошлого столетия А. М. Бутлеров, начавший осуществлять синтез различных спиртов с помощью цинкоорганических соединений. Развили этот метод ученики Бутлерова А. М. Зайцев и Е. Е. Вагнер.

П. П. Шорыгин провел множество синтезов калий- и натрий-оргапи-ческих соединений. Эти реакции нашли свое место в производстве синтетического каучука.

Выдающиеся работы в области металло-органических соединений

104

принадлежат президенту Академии наук СССР А. Н. Несмеянову.

Ближайший ученик Н. Д. Зелинского А. И. Несмеянов обогатил советскую химию новыми методами синтеза металло-органических соединений. Среди этих методов выделяется универсальный, так называемый диазометод, позволяющий из доступных веществ простым путем синтезировать органические соединения ртути, олова, свинца, сурьмы, висмута и др.

А. Н. Несмеянов ввел в практику синтез кадмий-органических соединений. Его метод получения ртутно-органических соединений открыл широкие возможности для разнообразных синтезов лекарственных веществ.

Михаил Семенович Цвет.

Русские ученые создали метод

анализа, с помощью которого стало возможным производить разделение таких родственных химических соединений, молекулы которых, заключая в себе свыше ста атомов, отличаются друг от друга лишь одним из них.

В 1903 году молодой ботаник Михаил Семенович Цвет (1872 — 1919), изучая в своей химической лаборатории зеленое вещество растения — хлорофилл, разделил его на составные части: хлорофилл а и хлорофилл в. Для этого М. С. Цвет разработал новый метод анализа, который назвал хроматографическим анализом. Ученый использовал явление адсорбции.

С помощью бензина Цвет выделил хлорофилл из зеленого листа и стал медленно пропускать раствор

через стеклянную колонку, наполненную углекислым кальцием. Окрашенный бензин, пройдя через колонку, обесцветился, а хлорофилл адсорбировался на углекислом кальции, окрасив колонку белого порошка в слои разного цвета. Вынув колонку углекислого кальция, Цвет отделил ножом разно окрашенные слои друг от друга и таким образом разделил на составные части хлорофилл. Ныне хроматографический анализ получил громадное развитие. Этот метод исследования — мощное орудие промышленной технологии.

Пользуясь своим методом, Цвет разделил природный хлорофилл на две разновидности• хлорофилл а и хлорофилл в, молекулы которых отличаются друг от друга лишь одним атомом.

105

Схема горения.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957