Історія органічного синтезу і його застосування в сучасному житті

Вибухові речовини на основі органічного синтезу

Свого часу величезним досягненням був чорний порох, який сприяв перемозі городян над закованими в лати лицарі і зіграв таку величезну роль в поневоленні європейськими колонізаторами беззахисних тубільців Америки, Африки, Азії і Австралії. Цілих п’ять століть залишався він безроздільно пануючих метальним і підривним складом.

Успіхи хімії цілком відтіснили чорний порох на задній план, залишивши для нього лише скромне амплуа мисливського пороху та підривної кошти при розробці слабких гірських порід, соляних покладів, сланців і т. п.

11 березня 1846 року, коли швейцарський хімік Християн Щенбейн демонстрував у засіданні Базельського товариства природознавців піроксилін, приготований ним дією суміші азотної і сірчаної кислот на бавовну, можна вважати знаменною датою, з якої починаються чудові завоювання органічного синтезу в області вибухових речовин.

Після цього Шенбейн спільно з Бетгером старанно досліджував нову вибухову речовину в невеликій лабораторії Базельського університету і у Франкфуртському інституті по сусідству з дуже цінними опудалами тварин Зенкенбергского музею, про що з жахом дізналися через деякий час члени правління музею. І вони мали вагомі підстави для своїх побоювань: почалося незабаром промислове виробництво піроксиліну призвело до ряду грандіозних вибухів на заводах (головним чином в Австрії) у 1847, 1862, 1865 роках, що викликало певний час навіть заборона її виробництва. Проте в подальшому труднощі були подолані, і піроксилін отримав широке застосування в техніці вибухових речовин.

У 1847 році італійський хімік Собреро, обробляючи сумішшю азотної і сірчаної кислот гліцерин, отримав вибухову, маслянисту рідину — нітрогліцерин, надзвичайно небезпечну в обігу, так як вона нерідко вибухала навіть без видимої причини. Лише в 1866 році шведський інженер Альфред Нобель зумів «приборкати» нітрогліцерин, змішавши його з инфузорной землею і приготувавши таким чином, перший динаміт.

У 1885 році французький хімік Вьель особливою обробкою перетворив піроксилін в желатинообразную масу, придатну для вживання в якості пороху. Крім значно більшої сили, цей порох володіє порівняно з чорним ще й тим перевагою, що він не утворює при пострілі диму. Зуміли хіміки використовувати для приготування бездимного пороху і нітрогліцерин.

Коли в 1789 році хімік Гаусман, обробляючи індиго азотною кислотою, отримав вперше пікринову кислоту, він і не підозрював, скільки людських життів погубить згодом його відкриття.

Довгий час навіть і не підозрювали, що це з’єднання може вибухати. А сто років потому, плавлені пикриновая кислота (отримується, звичайно, не з індиго, а з продуктів переробки кам’яновугільної смоли) під іменами лиддита, экразита, мелинита, шимозе та ін. завоювала велике місце у військовій техніці.

У 1863 році Вильбранд отримав з толуолу (теж видобувається з кам’яновугільної смоли) нове з’єднання — тринітротолуол, яке з початку минулого століття в пресованому або плавленому вигляді почало застосовуватися під ім’ям тротилу в розривних снарядів, підводних мін, торпедах і т. д.

Якщо взяти будь-яку книгу, присвячену вибухових речовин, то там ясно сказано, що величезна більшість з них отримано тільки завдяки органічного синтезу.

Каучук, рідкий вугілля, пластмаси, волокно

Близько 180 років тому світове споживання каучуку становило… 3 тонни. Перший нафтовий фонтан забив в Америці лише в 1857 році у зв’язку з тим, що було знайдено застосування гасу в якості освітлювального масла; бензин тоді ще залишався малоцінних побічним продуктом, його підмішували до гасу «для збільшення виходу», із-за чого в одній лише Англії у 1852-1856 роках згоріло «від необережного поводження» з гасовими лампами більше двох тисяч чоловік. Природні екзотичні смоли знаходили обмежене застосування в лаковому виробництві.

Важко повірити, що на очах одного покоління людей ситуація корінним чином змінилася. Світове споживання каучуку скакнуло майже до мільйона тонн на рік. «За нафту, як висловився один вчений, «культурне» людство готове перегризти один одному горло», і вже встає грізна перспектива в недалекому майбутньому повністю вичерпати нафтові запаси, які природа накопичувала сотні мільйонів років. Шовк на наших очах став предметом широкого вжитку, одну область за іншою завойовують пластмаси. І великі в цьому відношенні заслуги синтетичної хімії, яка може пишатися блискучими успіхами в справі створення штучних каучуку, нафти, шийка, пластмас, смол та інших продуктів.

В одній зі своїх публічних лекцій знаменитий Луї Пастер із захопленням говорив про хімії: «чи Є хоч один молодий чоловік, чиє цікавість не були б порушені, якщо дати йому картоплю і сказати, що з нього можна зробити цукор, цукру спирт, а з спирту ефір і оцет».

Тепер Пастер міг би зробити до цих слів додати, що ще незрівнянно більше підвищило б цікавість і інтерес «молодої людини». У 1928 році, російський хімік і професор військово-медичної академії в Ленінграді С. В. Лебедєв, згодом академік, представив на конкурс у ВРНГ два кілограми каучуку, приготованого… з картоплі. А через десять років у СРСР вже працював ряд потужних заводів, що випускають каучук, зобов’язаний своїм походженням не складним життєвим процесам, які відбуваються в організмі тропічного дерева гевея, а скромною пробірці хіміка. Із звичайного спирту (готується, головним чином, з картоплі), а також з вапняку і вугілля виробництво отримувало чудовий каучук. Виробництво синтетичного каучуку у великому промисловому масштабі — величезне завоювання вчених-хіміків.

Запаси нафти в надрах виснажуються. Багато країн відчувають нестачу в нафтопродуктах. Чим замінити нафту? Синтетична хімія сміливо береться за вирішення і цієї задачі.

Запасів вугілля в надрах землі в 600 разів більше, ніж запасів нафти. В одній тільки Росії надра становлять не менше 1000 млрд. тонн вугілля. Природний вугілля — колосальний джерело вуглецю. І не тільки вугілля, такими джерелами можуть бути торф, сланці та інші містять вуглець матеріали. Ці тверді матеріали хіміки звертають тепер в рідкий нефтеобразное паливо шляхом обробки їх воднем під тиском. Загроза виснаження запасів нафти, як і деяких інших природних запасів, завдяки синтетичній хімії не є більше небезпеки для майбуття людства.

Винахід целулоїду у другій половині минулого століття стало наслідком скромною завдання — знайти дешевий замінник для слонової кістки, екзотичних смол і т. п. За цим першим штучним пластиком, одержуваним розчиненням нітроклітковини в камфори, пішли галалит, бакеліт, карболит, поллопас, этролы, резолы і ряд інших, що готуються хіміками з казеїну молока, фенолу, сечовини і т. д. шляхом взаємодії цих продуктів з альдегідами (з яких кожному знайомий, наприклад, формалін), а також іншими способами. У цій області синтетична хімія досягла таких чудових успіхів, що з скромних замінників пластмаси перетворилися в першорядної важливості технічний матеріал, легко оброблюваний формуванням, пресуванням, литтям під тиском і широко застосовується в електротехніці, в машинобудуванні, авіапромисловості, авіабудування, легкої промисловості та інших галузях. Матеріал, у багатьох випадках з успіхом замінює дорогі і дефіцитні кольорові метали.

У 1734 році відомий французький фізик Рене Реомюр писав: «Інший приклад, який природа ніби дає нам для використання, — це шовковичний черв’як, що виготовляє шовкову нитку з густої в’язкої маси. Ідея, яка може здатися з першого погляду химерою, на ділі при більш глибокому розгляді не так вже нездійсненна».

Але знадобилося виникнення і розвиток синтетичної хімії для того, щоб ця ідея була здійснена. У 1884 році французький учений Илэр де Шардоне представив у Французьку академію наук запечатаний пакет з описом способу одержання штучного шовку з бавовни. У 1889 році відвідувачі Всесвітньої Паризької виставки могли вже милуватися новим блискучим досягненням синтетичної хімії — різноманітними і витонченими виробами з нітратного шовку. На наступній Всесвітній виставці (1900 р.) демонструвався красивий віскозний шовк, отриманий хіміками з самої звичайної деревини, були винайдені й інші способи одержання штучного волокна. І в даний час шовк, який раніше був доступний лише небагатьом, отримавши завдяки хімії широке поширення. Світове виробництво штучного шовку перевищує 1500 тис. т. у рік (при річному виробництві природного шовку в 50 тис. т.), причому вартість штучного шовку в десятки разів нижче натурального.

Поживні речовини

Деякі вчені мріяли про те, що настане час, коли людям для задоволення своєї потреби в їжі достатньо буде ковтати щодня кілька виготовлених хіміками маленьких пігулок, що містять усі необхідні для організму поживні речовини. Звичайно, від такого досягнення хімія ще дуже далека, так і є досить ґрунтовні сумніви щодо принципової можливості здійснення цієї мрії. Але ряд успіхів органічного синтезу в області отримання поживних речовин можна відзначити і в даний час.

Білки, жири і вуглеводи—основні групи речовин, необхідних для нашого харчування. Що стосується білків, то тут можна говорити лише про перші кроки на шляху вирішення принципової і практично дуже важливої задачі їх синтезу. Хіміки вміють готувати тепер штучно особливі сполуки — поліпептиди, що володіють багатьма властивостями простих білків — пептонів, але до синтезу характерних для життя складних білків ще надзвичайно далеко.

Дещо краща ситуація в області синтезу жирів, які хіміки можуть штучно готувати з простих сполук. Тут можна відзначити і практично важливе досягнення — приготування набагато більш цінних у харчовому відношенні твердих жирів з рідких олій (соняшникової, бавовняного, лляної та ін) обробки воднем. Цей процес широко застосовується зараз в промисловості для виготовлення харчових (маргарину) і технічних жирів.

Ще більші успіхи досягнуті в області штучного отримання цукристих речовин. Тут, як і у випадку жирів, розроблені хіміками методи синтезу цукрів з більш простих речовин мало мають практичного значення. Але давно вже широко використовується процес оцукрювання крохмалю (картопляного, кукурудзяного тощо), що перетворює крохмаль в набагато більш цінні цукристі речовини.

До розглянутої області органічного синтезу можна віднести також штучне отримання ряду смакових речовин, наприклад, оцтової кислоти з вугілля та вапна, сахарину з толуолу, лимонної кислоти з цукру шляхом біосинтезу (зброджування з допомогою особливих грибків) і т. п. Особливо ж яскраво виступає досконалість методів сучасного органічного синтезу в одержанні штучних вітамінів.

Само собою зрозуміло, що потужна хімічна промисловість, у тому числі і синтетична, всебічно використовується країнами для оборони. Але, тим не менш, основна мета інша.