Нобелевские премии. Ученые и открытия - Валерий Чолаков

Узнав об этом крупном успехе, химик-органик Джулио Натта из Милана решил подробнее изучить, как действуют катализаторы Циглера и какие полимеры при этом получаются. С этой целью он решил использовать методы рентгеновской и электронной дифракции. Было установлено, что катализаторы имеют своеобразную структуру, обеспечивающую образование стереорегулярных полимеров. Начав с изучения результатов Циглера, Натта сделал собственные важные теоретические обобщения, которые в дальнейшем значительно облегчили усовершенствование технологии производства полимеров. В 1963 г. теоретик Джулио Натта и экспериментатор Карл Циглер были удостоены Нобелевской премии по химии.

Однако после первых безудержных восторгов, связанных с получением пластмасс, — когда считалось, что они вытеснят чуть ли не все остальные материалы, — пришло отрезвление: выяснилось, что макромолекулы имеют и своя недостатки. Для их преодоления необходимы более глубокие теоретические исследования. Одним из ученых, работавших в этой области, является американский физико-химик Пол Джон Флори.

Этот ученый открыл ряд зависимостей между термодинамическими параметрами полимеров и свойствами их растворов. Занимаясь методами образования макромолекул, Флори внес ясность в вопросы, касающиеся их химической природы, конфигурации и взаимодействия. На основе физико-химических характеристик полимеров Флори получил ряд данных об их строении и свойствах. В 60-е годы этот ученик Карозерса применил свои открытия и к исследованию биологических макромолекул.

Четыре десятилетия, отданные науке о полимерах, принесли Полу Флори мировое признание. Общее мнение научной общественности нашло своё выражение в присуждении этому исследователю в 1974 г. Нобелевской премии по химии.

Химический синтез

Химический анализ и синтез, как правило, неразрывно связаны. После того как экспериментатор разделит какое-либо соединение на составляющие его элементы, он пытается построить определенную гипотезу относительно их упорядоченности в соединении, и лучший способ проверить ее — это синтез. Именно так строилась работа Эмиля Германа Фишера по изучению строения и синтезу углеводов и ряда производных пурина (веществ, имеющих исключительно большое значение для биохимии).

Свои исследования Сахаров Фишер начал в 1884 г., накопив значительный опыт в работе с более простыми соединениями, у которых проявляются подобные свойства. Он синтезировал большое число моносахаридов, в том числе глюкозу и фруктозу. Обобщая свои данные, Фишер предложил простую номенклатуру, которую довольно быстро химики приняли. Наряду с этими работами Фишер экспериментировал также с соединениями, объединенными в группу пурина и его производных. Она включает такие вещества, как кофеин, теобромин из бобов какао, гуанин, аденин, гипоксантин и другие. Фишёр показал их большое сходство и синтезировал пурин — исходное соединение, имеющее молекулу кольцевидной формы, из которого получают различные вещества данной группы. Далее Фишер стал разрабатывать методы синтеза пуриновых соединений и их взаимного превращения.

Имея большое значение для химии органических соединений, эти исследования впоследствии стали основой, на которой формировались представления о строении углеводов и нуклеиновых кислот. К этой группе относятся такие гигантские биомолекулы, как целлюлоза, гликоген, ДНК и многие другие. Работы Фишера по сахарам подтолкнули ученых и экспериментаторов к исследованиям процессов ферментации и ферментов, а затем и белков. Фишер принадлежал к числу тех ученых, которые считали, что между ферментом и субстратом, превращение которого он катализирует, должно существовать пространственное соответствие — они должны подходить друг к другу, как «ключ к замку».

В 1889 г. Фишер начал исследования белковых веществ, создав метод разделения и анализа аминокислот, из которых они строятся. В 1902 г. он установил, каким образом аминокислоты соединяются между собой, образуя гигантские биополимеры. Это крупнейшие его открытия, благодаря которым он широко известен и сегодня. Однако и до этих исследований Фишер пользовался большим авторитетом среди своих коллег. За исследование Сахаров и пуринов он был удостоен в 1902 г. Нобелевской премии по химии.

С того времени как стали присуждаться Нобелевские премии, было немало крупных ученых, работы которых, однако, не совсем отвечали условиям, предусмотренным уставом Нобелевского фонда. В ряде случаев эксперты из Нобелевских комитетов, желая отметить заслуги таких исследователей, находили компромиссное решение. Так произошло с одним из самых замечательных специалистов в области химического синтеза второй половины XIX в. Адольфом Байером. Через три года после своего ученика Э. Фишера он также стал лауреатом Нобелевской премии.

Сегодня А. Байер наиболее известен как исследователь, который синтезировал и установил свойства индиго. Начиная с 1865 г. он в течение более чем десяти лет исследовал структуру этого природного красителя и испытывал различные способы его получения. Путь к разработке промышленной технологии оказался более длинным, и лишь в 1890 г. началось производство дешевого искусственного красителя, а к концу прошлого века плантации, на которых выращивали растение индигофера, стали нерентабельны. Немецкий ученый провел обширные исследования и других красителей, в частности фенолфталеина. Байер стремился создать теорию, которая могла бы объяснить связь между строением и цветом соединения. Он работал и с пироловыми, и с пиридиновыми циклическими соединениями и начал исследования пуринов, продолженные его учеником Фишером.

Опыты Байера с так называемыми ароматическими соединениями (они обязаны своим названием отнюдь не аромату), которые характеризуются определенной структурой, производной от бензола, привели его в 90-е годы прошлого века к открытию гидроароматических соединений. Эти вещества насыщены водородом, и в них отсутствуют двойные связи, столь характерные для бензола и подобных ему веществ. К гидроароматическим соединениям относятся такие природные вещества, как терпены и камфора.

Адольф Байер, один из самых универсальных химиков конца прошлого века, работал во многих областях. Однако Нобелевская премия была присуждена ему в 1905 г. именно за исследования органических красителей и гидроароматических соединений. Его работы внесли большой вклад в развитие органической химии.

Основной метод синтетической химии состоит в нахождении соответствующих реакций, при которых в молекулы могут выстраиваться определенные атомы и радикалы. Реакцию такого типа открыл Виктор Гриньяр из Лионского университета. Исследования этого ученого были связаны с элементоорганическими соединениями. Это органические соединения, содержащие в молекуле помимо углерода и водорода любой элемент (за исключением азота, кислорода, серы и галогенов), непосредственно связанный с углеродом. (Соединения, в которых таким элементом является металл, называются металлоорганическими.) В ходе своих исследований Гриньяр обнаружил вещества с особыми свойствами, подходящими для синтеза.

Реактивы, открытые Гриньяром в начале века, применяются ныне почти в любой области химии синтеза. Это соединения, в которых органическая молекула связана с магнием, а атом магния — с каким-либо галогеном, например хлором, бромом, йодом и т. д. С помощью реактивов Гриньяра получаются разные спирты, элементоорганические соединения и многие другие вещества. И в наши дни этот метод синтеза остается одним из наиболее популярных и широко применяемых в органической химии. За это крупное открытие Виктор Гриньяр был удостоен в 1912. г. Нобелевской премии по химии. Эту награду с ним разделил Поль Сабатье, также известный своими достижениями в области синтетической химии, синтеза, разработавший методы органического катализа.

Сабатье, как и Гриньяр, стал академиком. Однако до этого он долгие годы работал в провинции — преподавал в Тулузском университете. Этому учебному заведению Сабатье отдал почти полвека своей жизни. Его наиболее известные работы связаны с применением каталитических методов. Он первым выдвинул теорию каталитического действия металлов. Вместе со своим сотрудником Жаном Батистом Сандераном Сабатье разработал так называемые гетерогенные катализаторы (сильно раздробленные металлы, ускоряющие химические реакции). Во множестве экспериментов были исследованы каталитические свойства никеля, кобальта, платины, железа, меди и ряда других металлов, а также их окислов и сплавов. Основной механизм действия этих катализаторов заключается в добавлении водорода к органической молекуле или в выделении его из молекулы.

Присоединение водорода (гидрирование) — прием, которым широко пользуются в химической технологии. При высоких температурах и давлениях таким методом получают аммиак из атмосферного азота или жидкие углеводороды из угля. Каталитическое гидрирование, начало которому положили работы Поля Сабатье, дает возможность при достаточно мягких условиях получать из жидких растительных масел твердые. Примером может служить производство маргарина.