органический синтез

История органического синтеза

Взрывчатые вещества на основе органического синтеза

В свое время огромным достижением был черный порох, способствовавший победе горожан над закованными в латы рыцарями и сыгравший такую огромную роль в порабощении европейскими колонизаторами беззащитных туземцев Америки, Африки, Азии и Австралии. Целых пять столетий оставался он безраздельно господствовавшим метательным и подрывным составом.

Успехи химии совершенно оттеснили черный порох на задний план, оставив для него лишь скромное амплуа охотничьего пороха да подрывного средства при разработке слабых горных пород, соляных залежей, сланцев и т. п.

11 марта 1846 года, когда швейцарский химик Христиан Щенбейн демонстрировал в заседании Базельского общества естествоиспытателей пироксилин, приготовленный им действием смеси азотной и серной кислот на хлопок, можно считать знаменательной датой, с которой начинаются замечательные завоевания органического синтеза в области взрывчатых веществ.

После этого Шенбейн совместно с Бетгером усердно исследовал новое взрывчатое вещество в небольшой лаборатории Базельского университета и во Франкфуртском институте по соседству с очень ценными чучелами животных Зенкенбергского музея, о чем с ужасом узнали некоторое время спустя члены правления музея. И они имели веские основания для своих опасений: начавшееся вскоре промышленное производство пироксилина привело к ряду грандиозных взрывов на заводах (главным образом в Австрии) в 1847, 1862, 1865 годах, что вызвало одно время даже запрещение его производства. Однако в дальнейшем трудности были преодолены, и пироксилин получил широкое применение в технике взрывчатых веществ.

В 1847 году итальянский химик Собреро, обрабатывая смесью азотной и серной кислот глицерин, получил взрывчатую, маслянистую жидкость — нитроглицерин, чрезвычайно опасную в обращении, так как она нередко взрывалась даже без видимой причины. Лишь в 1866 году шведский инженер Альфред Нобель сумел «обуздать» нитроглицерин, смешав его с инфузорной землей и приготовив, таким образом, первый динамит.

В 1885 году французский химик Вьель особой обработкой превратил пироксилин в желатинообразную массу, пригодную для употребления в качестве пороха. Кроме значительно большей силы, этот порох обладает по сравнению с черным еще и тем преимуществом, что он не образует при выстреле дыма. Сумели химики использовать для приготовления бездымного пороха и нитроглицерин.

Когда в 1789 году химик Гаусман, обрабатывая индиго азотной кислотой, получил впервые пикриновую кислоту, он и не подозревал, сколько человеческих жизней погубит впоследствии его открытие.

Долгое время даже и не подозревали, что это соединение способно взрываться. А сто лет спустя, плавленная пикриновая кислота (получаемая, конечно, не из индиго, а из продуктов переработки каменноугольной смолы) под именами лиддита, экразита, мелинита, шимозе и др. завоевала большое место в военной технике.

В 1863 году Вильбранд получил из толуола (тоже добываемого из каменноугольной смолы) новое соединение — тринитротолуол, которое с начала прошлого столетия в прессованном или плавленом виде начало применяться под именем тротила в разрывных снарядах, подводных минах, торпедах и т.д.

Если взять любую книгу, посвященную взрывчатым веществам, то там ясно сказано, что огромное большинство из них получено только благодаря органическому синтезу.

Каучук, жидкий уголь, пластмассы, волокно

Около 180 лет назад мировое потребление каучука составляло… 3 тонны. Первый нефтяной фонтан забил в Америке лишь в 1857 году в связи с тем, что было найдено применение керосину в качестве осветительного масла; бензин тогда еще оставался малоценным побочным продуктом, его подмешивали к керосину «для увеличения выхода», из-за чего в одной лишь Англии в 1852—1856 годах сгорело «от неосторожного обращения» с керосиновыми лампами более двух тысяч человек. Природные экзотические смолы находили ограниченное применение в лаковом производстве.

Трудно поверить, что на глазах одного поколения людей ситуация коренным образом изменилась. Мировое потребление каучука скакнуло почти до миллиона тонн в год. «За нефть, как выразился один ученый, «культурное» человечество готово перегрызть друг другу горло», и уже встает грозная перспектива в недалеком будущем полностью исчерпать нефтяные запасы, которые природа накапливала сотнями миллионов лет. Шелк на наших глазах стал предметом самого широкого потребления, одну область за другой завоевывают пластмассы. И велики в этом отношении заслуги синтетической химии, которая может гордиться блестящими успехами в деле создания искусственных каучука, нефти, шейка, пластмасс, смол и других продуктов.

В одной из своих публичных лекций знаменитый Луи Пастер с увлечением говорил о химии: «Есть ли хоть один молодой человек, чье любопытство и интерес не были бы возбуждены, если дать ему картофель и сказать, что из него можно сделать сахар, из сахара спирт, а из спирта эфир и уксус».

Теперь Пастер мог бы сделать к этим словам добавление, которое еще несравненно более повысило бы любопытство и интерес «молодого человека». В 1928 году, русский химик и профессор военно-медицинской академии в Ленинграде С. В. Лебедев, впоследствии академик, представил на конкурс в ВСНХ два килограмма каучука, приготовленного… из картошки. А через десять лет в СССР уже работал ряд мощных заводов, выпускающих каучук, обязанный своим происхождением не сложным жизненным процессам, протекающим в организме тропического дерева гевея, а скромной пробирке химика. Из обыкновенного спирта (приготовляемого, главным образом, из картофеля), а также из известняка и угля производство получало превосходный каучук. Производство синтетического каучука в большом промышленном масштабе — огромное завоевание ученых-химиков.

Запасы нефти в недрах истощаются. Многие страны чувствуют недостаток в нефтепродуктах. Чем заменить нефть? Синтетическая химия смело берется за разрешение и этой задачи.

Запасов угля в недрах земли в 600 раз больше, чем запасов нефти. В одной только России недра таят не меньше 1000 млрд. тонн угля. Природный уголь — колоссальнейший источник углерода. И не только уголь, такими источниками могут быть торф, сланцы и другие содержащие углерод материалы. Эти твердые материалы химики обращают теперь в жидкое нефтеобразное топливо путем обработки их водородом под давлением. Угроза истощения запасов нефти, как и некоторых других природных запасов, благодаря синтетической химии не представляет больше опасности для будущности человечества.

Изобретение целлулоида во второй половине прошлого века явилось следствием скромной задачи — найти дешевый заменитель для слоновой кости, экзотических смол и т. п. За этим первым искусственным пластиком, получаемым растворением нитроклетчатки в камфоре, последовали галалит, бакелит, карболит, поллопас, этролы, резолы и ряд других, готовящиеся химиками из казеина молока, фенола, мочевины и т. д. путем взаимодействия этих продуктов с альдегидами (из которых каждому знаком, например, формалин), а также другими способами. В этой области синтетическая химия достигла таких замечательных успехов, что из скромных заменителей пластмассы превратились в первостепенной важности технический материал, легко обрабатываемый формовкой, прессованием, литьем под давлением и широко применяемый в электротехнике, в машиностроении, авиапромышленности, авиастроении, в легкой промышленности и других отраслях. Материал, во многих случаях с успехом заменяющий дорогие и дефицитные цветные металлы.

В 1734 году известный французский физик Рене Реомюр писал: «Другой пример, который природа как будто дает нам для использования, — это шелковичный червь, изготовляющий шелковую нить из густой вязкой массы. Идея, которая может показаться с первого взгляда химерой, на деле при более глубоком рассмотрении не так уже несбыточна».

Но понадобилось возникновение и развитие синтетической химии для того, чтобы эта идея была осуществлена. В 1884 году французский ученый Илэр де Шардонне представил во Французскую академию наук запечатанный пакет с описанием способа получения искусственного шелка из хлопка. В 1889 году посетители Всемирной Парижской выставки могли уже любоваться новым блестящим достижением синтетической химии — разнообразными изящными изделиями из нитратного шелка. На следующей Всемирной выставке (1900 г.) демонстрировался красивый вискозный шелк, полученный химиками из самой обыкновенной древесины, были изобретены и другие способы получения искусственного волокна. И в настоящее время шелк, который раньше был доступен лишь немногим, получив благодаря химии широкое распространение. Мировое производство искусственного шелка превышает сейчас 1500 тыс. т. в год (при годовом производстве естественного шелка в 50 тыс. т.), причем стоимость искусственного шелка в десятки раз ниже натурального.

Питательные вещества

Некоторые ученые мечтали о том, что настанет время, когда людям для удовлетворения своей потребности в пище достаточно будет проглатывать ежедневно несколько изготовленных химиками маленьких пилюль, содержащих все необходимые для организма питательные вещества. Конечно, от такого достижения химия еще очень далека, да и есть весьма основательные сомнения в принципиальной возможности осуществления этой мечты. Но ряд успехов органического синтеза в области получения питательных веществ можно уже отметить и в настоящее время.

Белки, жиры и углеводы—основные группы веществ,- необходимых для нашего питания. Что касается белков, то здесь можно пока говорить лишь о первых шагах на пути разрешения принципиальной и практически весьма важной задачи их синтеза. Химики умеют готовить теперь искусственно особые соединения — полипептиды, обладающие многими свойствами простейших белков — пептонов, но до синтеза характерных для жизни сложных белков еще чрезвычайно далеко.

Несколько лучше обстоит дело в области синтеза жиров, которые химики могут искусственно приготовлять из простых соединений. Здесь можно отметить и практически важное достижение — приготовление гораздо более ценных в пищевом отношении твердых жиров из жидких масел (подсолнечного, хлопкового, льняного и др.) обработкой водородом. Этот процесс широко применяется сейчас в промышленности для изготовления пищевых (маргарина) и технических жиров.

Еще большие успехи достигнуты в области искусственного получения сахаристых веществ. Здесь, как и в случае жиров, разработанные химиками методы синтеза сахаров из более простых веществ мало имеют практического значения. Но давно уже широко используется процесс осахаривания крахмала (картофельного, кукурузного и пр.), превращающий крахмал в гораздо более ценные сахаристые вещества.

К рассматриваемой области органического синтеза можно отнести также искусственное получение ряда вкусовых веществ, например, уксусной кислоты из угля и извести, сахарина из толуола, лимонной кислоты из сахара путем биосинтеза (сбраживания с помощью особых грибков) и т. п. Особенно же ярко выступает совершенство методов современного органического синтеза в получении искусственных витаминов.

Само собой разумеется, что мощная химическая промышленность, в том числе и синтетическая, всемерно используется странами для обороны. Но, тем не менее, основная цель ее иная.