Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях - Уолтер Гратцер

Но самым сенсационным последствием неаккуратного обращения с термометром стала революция в промышленности. Из продуктов возгонки каменноугольных смол были получены первые синтетические красители, которые легли в основу целой индустрии, связанной с именем блестящего химика-органика Адольфа фон Байера и двоих его последователей — Августа Вильгельма Гофмана и Уильяма Генри Перкина. Оба — родоначальники знаменитых английских химических школ.

Индиго с древнейших времен считалось чрезвычайно ценным красителем. В Индии, к примеру, растениям, из которых его добывают, было отведено два миллиона акров. Байер посвятил ему 20 лет жизни, определил его структуру и, употребив все свое мастерство, в 1883 году синтезировал его из несложных веществ. Однако это был сложный, многостадийный путь, который не годился для масштабного производства. Спустя десятилетие промышленный синтез из нафталина, продукта возгонки смол, организовали химики из гигантской баварской корпорации БАББ, но назвать цену доступной было по-прежнему нельзя. В 1896 году рядовой сотрудник ВАSF по фамилии Саппер нагревал нафталин с дымящей серной кислотой (смесью собственно кислоты и серного ангидрида), помешивая содержимое колбы термометром. Термометр неожиданно лопнул, а ртуть вытекла прямо в реакционную смесь — и тут ход реакции неожиданно изменился: нафталин начал превращаться во фталевый ангидрид, искомое промежуточное вещество на пути к индиго. Обнаружилось, что ртуть (или сульфат ртути, в который та превращается под воздействием серной кислоты) — катализатор прежде неизвестной реакции. Дешевый индиго от ВАSF появился на рынке уже в следующем году и привел к краху индийской индустрии.

История красителей вообще богата примерами случайных открытий. Возможно, первое из них случилось тогда, когда немецкий химик Фридлиб Фердинанд Рунге (1794–1867) попробовал предотвратить набеги собак в свой сад в пригороде Берлина, построив деревянный забор и покрасив его каменноугольным маслом (креозотом) для большей сохранности. Затем, чтобы отучить собак задирать лапу у забора, он посыпал все вокруг хлорной известью (смесью хлорида и гипохлорита кальция), распространявшей ядовитый запах хлора. Обходя забор на следующий день, он с удивлением заметил на белом порошке неровные голубые полосы — очевидно, они повторяли траектории струй собачьей мочи. Цвет заинтересовал Рунге, и он обнаружил, что этот голубой цвет — результат окисления гипохлоритом какого-то из веществ в составе каменноугольной смолы. Собаки всего-навсего добавили в реакционную смесь воды. Голубое вещество Рунге назвал кианолом. Спустя несколько лет Гофман доказал, что предшественником кианола в смоле был аминобензол (он же анилин), а сам кианол стал первым синтетическим прототипом красителя.

Другая случайность привела к открытию важного для многих органических синтезов промежуточного вещества — тиофена, содержащего серу циклического аналога бензола. Виктор Мейер (1848–1897), известный немецкий химик, показывал студентам в Университете Цюриха изящную качественную реакцию на бензол, придуманную Байером: образец, где бензол предположительно содержится, встряхивают с серной кислотой и кристаллом изатина (это последний предшественник индиго, если его синтезировать по схеме Байера). Считалось, что насыщенный синий цвет выдает присутствие бензола. Но тогда, на лекции в 1882-м, никакого синего цвета не получилось. Мейер был бы сбит с толку, когда бы не заметил, что обычную пробу бензола из каменноугольной смолы лаборант заменил очень чистым синтетическим образцом. Год спустя Мейер выделил примесь (ее в смоле оказалось меньше пол процента), которая и была причиной синей окраски. Так начиналась новая глава в истории органической химии.

Джон Рид, прежде чем стать зрелым ученым, работал сначала у Байера (на рубеже девятнадцатого и двадцатого столетий), а затем вместе с сэром Уильямом Джексоном Поупом в Кембридже и в итоге стал профессором химии в Университете Сент-Эндрюса. Он любил рассказывать о “невоспетом герое” стереохимии — ленивом лаборанте (или “лабораторном мальчике”, как тех часто называли). Химики безуспешно пробовали разделить оптически активные компоненты с помощью новой хитрости. Оптическая активность, то есть способность поворачивать плоскость поляризации света вправо или влево, свойственна молекулам с внутренней асимметрией — тем, которые нельзя совместить с собственным зеркальным отражением. Лабораторные опыты, в отличие от природных реакций, на выходе дают смесь обоих форм-антиподов такого вещества, и отделить одно от другого — задача, требующая редкой изобретательности. Способ Поупа заключался в том, чтобы ввести в смесь уже очищенный асимметричный реагент, который будет связываться с “левым” и “правым” по-разному, образуя кристаллы неодинаковой формы. Лаборант по ошибке забыл отмыть гору лабораторного стекла, после многих неудачных попыток кристаллизации покрытого липким налетом. Рид повторно потребовал смыть муть со стекла, но ассистент работал нехотя, и пока процедура длилась, взгляд Рида упал на белую крупицу среди грязи в одном из сосудов. Рассмотрев ее под лупой, Рид признал в крупице кристалл. Тогда, обрадовавшись, Рид бросил его в раствор смеси “левого” с “правым” — и тут частица сработала как зародыш кристаллизации, заставив выпадать в осадок только вещество своей формы.

Roberts Royston, Serendipity: Accidental Discovery in Science (Wiley, New York, 1989) и Read John, Humour and Humanism in Chemistry (G. Bell, London, 194 7).

Как угадать истинное призвание

То, что делают студенты в лаборатории, порождает множество бесценных историй. Вот что записал Джон Нельсон (1876–1965), почти полвека прослуживший профессором химии в Колумбийском университете в Нью-Йорке.

Как многие ученые его поколения, женщинам в лаборатории Нельсон не доверял, поэтому, когда одна юная выпускница женского колледжа пожелала заняться исследовательской работой под его руководством, Нельсон попросил ее продемонстрировать практические навыки в ходе простого лабораторного синтеза, выполняемого по инструкции из учебника. Девушке предстояло изготовить бромбензол из бензола и брома. Примерно через час Нельсон зашел в лабораторию и спросил, как обстоят дела. Было похоже, что не очень: реакция отказывалась идти так, как предсказывал учебник. Нельсон поглядел на прибор — то была колба, где энергично кипела жидкость, с обратным холодильником (это, по существу, охлаждаемая водой трубка, которая позволяет пару сконденсироваться в жидкость и стечь обратно). В колбе находился бензол. Однако, спросил Нельсон, а где же бром (который наверняка придал бы раствору желтоватый оттенок)? “В колбе, — был ответ, — он плавает в жидкости”. Нельсон внимательно присмотрелся и увидел твердую белую субстанцию, взболтанную в кипящем растворе. Оглядевшись по сторонам, он обнаружил банку с надписью: “Бром”, и дальнейшие расспросы стали не нужны: экзаменуемая всыпала в колбу белый упаковочный материал, не догадавшись заглянуть глубже и вытащить склянку с самим бромом. Нельсон тут же посоветовал девушке заняться другим делом.

Oesper Ralph Е., The Human Side of Scientists (University Publications, University of Cincinnati, Ohio, 1975).

Принцип Паули

Вольфганг Паули (1900–1958) — один из титанов, царивших в теоретической физике во времена ее расцвета в первые десятилетия XX века. Он прославился не только блестящим умом, но и неразборчивой грубостью или, точнее, бескомпромиссной прямотой. Коллеги называли его “бичом Божьим”. По словам Виктора Вайскопфа, который провел семестр ассистентом у Паули, можно было не опасаться задать профессору любой идиотский вопрос, поскольку Паули находил идиотскими все вопросы. Как-то, будучи еще студентом и пребывая в самом мирном настроении, Паули начал обсуждение только что окончившейся лекции Эйнштейна такими словами: “Знаете, то, что говорит Эйнштейн, не безнадежно глупо”. Вайскопф вспоминает, что случилось, когда он прибыл в Цюрих и заглянул к Паули в кабинет:

В конце концов он поднял голову и спросил: “Кто вы такой?” Я ответил: “Я Вайскопф. Вы пригласили меня быть вашим ассистентом”. На что Паули произнес: “Ну да. Я, конечно, хотел бы видеть на этом месте Бете, но он занят физикой твердого тела, которая мне не нравится, хотя я сам ее и создал”.

К счастью, Рудольф Пайерлс, который хорошо знал Паули, заранее предупредил Вайскопфа о некоторых специфических свойствах характера Паули. Затем у Паули с Вайскопфом состоялся недолгий спор, в ходе которого Вайскопф заметил, что рад заняться чем угодно, кроме как непонятным ему сомнительным подходом к теории относительности. Паули как раз размышлял над этой темой, но начал от нее уставать и потому согласился. Затем он продемонстрировал новый метод решения задачи и уже на следующей неделе поинтересовался, сильно ли Вайскопф в нем продвинулся. “Я показал ему свое решение, — вспоминает Вайскопф в своих мемуарах, — и он произнес: “И все-таки стоило взять Бете”. Несмотря ни на что, Вайскопф и Паули подружились. Про Пайерлса Паули отзывался так: “Он говорит так быстро, что пока успеешь понять, о чем речь, тот уже утверждает обратное”.