Карозерс, Уоллес

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Уоллес Карозерс
Wallace Hume Carothers
Wallace H. Carothers, seated.png
Дата рождения 27 января (27 апреля) 1896(1896-04-27)
Место рождения Берлингтон, штат Айова, США
Дата смерти 29 апреля 1937(1937-04-29) (41 год)
Место смерти Филадельфия, штат Пенсильвания, США
Страна США
Научная сфера химия полимеров, органическая химия
Место работы DuPont
Альма-матер Колледж Таркио, штат Миссури, США
Научный руководитель Карл Марвел, Роджер Адамс
Известен как Изобретатель нейлона
Награды и премии Премия Кара (1923—1924)
Commons-logo.svg Уоллес Карозерс на Викискладе

Уо́ллес Хью́м Каро́зерс (англ. Wallace Hume Carothers, 27 апреля 1896, Берлингтон, штат Айова, США — 29 апреля 1937, Уилмингтон, штат Делавэр, США) — американский химик, изобретатель и ведущий химик-органик компании DuPont. Открыл способ получения полимерного материала — нейлона[1].

Уоллес Карозерс руководил экспериментальной лабораторией DuPont, находившейся недалеко от города Уилмингтон, штат Делавэр. Бо́льшая часть исследований ученого по части полимеров была сделана именно там[2]. Карозерс был блестящим химиком-органиком, который, помимо синтеза нейлона, также способствовал разработке способа получения неопрена.

Юность и образование[править | править код]

Уоллес Карозерс родился 27 апреля 1896 года в г. Берлингтон, штат Айова. Его предки по отцовской линии имели шотландские корни и жили в штате Пенсильвания. Они были земледельцами и ремесленниками. Его отец, Айра Хьюм Карозерс, родившийся в 1869 году на ферме в штате Иллинойс, закончил общую школу в возрасте 19 лет. Позже он подался в область коммерческого образования и в течение сорока пяти лет был преподавателем и вице-президентом в Столичном коммерческом колледже в г.Де-Мойн (шт. Айова). Уоллес Хьюм Карозерс был первым ученым в семье. По материнской линии предки Уоллеса были шотландско-ирландского происхождения, они также занимались, по большей части, земледелием и ремеслом. Они были большими любителями музыки, это может объяснить интерес к музыке, который проявлял У.Карозерс. Его мать, Мария Эвалина Макмаллин из Берлингтона (шт. Айова), оказывала сильное влияние на Карозерса в детстве. Уоллес был старшим ребенком в семье, у него был брат Джон и две сестры — Изабель и Мэри. Сестра Изабель, выступавшая в составе трио «Клара, Лу энд Эм» (под псевдонимом Лу), была ему особо близка. Её смерть в январе 1936 года стала таким ударом для Уоллеса, что он не смог смириться с этой потерей до конца жизни.

После окончания школы в сентябре 1915 года Уоллес поступил в колледж Таркио в штате Миссури. Первоначально он предполагал заниматься английским языком, но затем перевелся на химическое отделение под влиянием его декана, Артура Парди[3]. Карозерс так преуспел в химии, что ещё до окончания обучения начал преподавать химию. И когда Парди покинул колледж (его пригласили на должность декана химического факультета в Университете Южной Дакоты), Карозерсу пришлось вести занятия по химии у старших курсов[4]. Уоллес окончил Таркио в 1920 году в возрасте 24 лет со степенью бакалавра. Затем он поступил в университет штата Иллинойс с целью получения степени магистра, которой и был удостоен в 1921 году под руководством профессора Карла Марвела[5].

В 1921—1922 уч. году Карозерс преподавал химию в Университете Южной Дакоты. Именно здесь он начал свои самостоятельные исследования, результатом которых была публикация статьи в журнале Американского химического общества.

Позже он вернулся в Иллинойсский университет для получения докторской степени под руководством Роджера Адамса. Он специализировался в области органической химии и отчасти — в области физической химии и математики. За диссертацию на тему «Каталитическое восстановление альдегидов на оксиде платины („платиновая чернь“) и изучение влияния активаторов и ингибиторов этого катализатора в процессах восстановления различных соединений» в 1924 году Карозерс получил степень доктора наук. В 1922—1923 годах он работал в качестве научного сотрудника, а в 1923—1924 годах получал премию Кара; В то время она являлась самой престижной наградой этого университета.

Карьера[править | править код]

После получения докторской степени учёный два года преподавал органическую химию в Иллинойсском университете, а в 1926 г. перешел на ту же должность в Гарвардский университет. Джеймс Б. Конант, президент Гарварда в 1933 году, говорил о нем:

«Для исследований доктора Карозерса характерна высокая степень оригинальности, она сохранилась на протяжении всей его дальнейшей работы. Он никогда не был приверженцем проторенного пути и не стремился принимать устоявшиеся подходы к объяснению тех или иных органических реакций. Его первые взгляды на реакцию полимеризации и структуру высокомолекулярных соединений зародились во время работы в Гарварде».[6]

В 1927 году руководство компании DuPont приняло решение начать фундаментальные, чисто научные исследования, не нацеленные конкретно на развитие бизнеса и производство новых коммерческих продуктов. Карозерса пригласили в Уилмингтон (шт. Делавэр), чтобы предложить ему возглавить отделение органической химии при новой лаборатории в DuPont[7]. В 1929 году он был избран помощником главного редактора журнала Американского химического общества (ASC — American Chemical Society), в 1930 году учёный становится редактором раздела «Органический синтез».

Работа в DuPont[править | править код]

Решение оставить академическую деятельность было трудным для Карозерса. Сначала он отказался от предложения работать в DuPont, пояснив, что «я страдаю расстройствами психики, которые могут представлять собой гораздо более серьёзную проблему при работе в компании, чем в исследовательской деятельности».[8] Несмотря на это признание, сотрудник DuPont, Гамильтон Брэдшоу, отправился в Гарвард с целью убедить Уоллеса изменить своё решение. Предложенная ему зарплата составила $500 в месяц против $267 в Гарвардском университете.

Позже в письме к приятелю по колледжу Уилкоу Мачетанзу (сосед по комнате в Таркио), Карозерс писал об усугублении своих депрессивных переживаний:

«Даже сейчас, принимая во внимание все те преимущества, предложенные мне из чистого великодушия или по доброй воле, я нахожу себя неспособным делать даже некоторые тривиальные вещи, вроде решения простых бытовых проблем и человеческих отношений. Это происходит, по-видимому, из-за тупости, или страха, или эгоизма и просто равнодушия и полного отсутствия чувств».[9]

Неопрен[править | править код]

Карозерс начал работать в лаборатории компании DuPont с 6 февраля 1928 года. Его главной целью был синтез полимеров с молекулярной массой более 4200, которая была достигнута Эмилем Фишером.

К лету 1928 года Карозерс уже мог похвастаться небольшим штатом ученых-исследователей. Это были химики с докторской степенью и двое его консультантов: Роджер Адамс и Карл Марвел, его научные руководители по магистратуре и докторантуре из Иллинойсского университета. Лаборатория, в которой работали эти ведущие ученые, стала известна как «Зал чистой науки» (Puruty Hall). Однако до середины 1929 года в «Зале чистой науки» не удалось создать полимера с весом значительно более 4000, как планировалось изначально.

В январе 1930 г. заместителем руководителя химического департамента компании, и, соответственно, непосредственным начальником Карозерса стал доктор Элмер К. Болтон. Болтон высказал пожелание получить практические результаты в предстоящем 1930 году, и оно было выполнено. Он ориентировал Карозерса на изучение свойств ацетиленовых полимеров с целью создания синтетического каучука. В апреле 1930 один из сотрудников Карозерса, доктор Арнольд М. Коллинз, получил хлоропрен — жидкость, которая полимеризуется с образованием твердого материала, похожего на резину. Этот продукт был одним из первых синтетических каучуков и известен сегодня как неопрен.

Полиэфиры[править | править код]

В том же году доктор Джулиан Хилл, ещё один член команды Карозерса, вновь попытался получить полиэфир с молекулярной массой более 4000. Его усилия вскоре увенчались успехом: был создан синтетический полимер с молекулярной массой около 12000. Высокая молекулярная масса позволила расплавить полимер и вытянуть его в тонкие волокна. Таким образом, был создан первый синтетический шелк, названный химиками «полиэстер».

Синтез полиэфиров и полиамидов — пример поликонденсации, при которой происходит ступенчатое нарастание длины макромолекулы. Карозерс разработал теории поликонденсации и вывел уравнение, связывающее среднюю степень полимеризации и степень превращения («конверсии») мономера в полимер. Это уравнение показывает, что для получения полимеров с высокой молекулярной массой требуется высокая степень конверсии (относится это только к реакциям поликонденсации).

Ещё одно синтетическое волокно, которое было упругим и прочным, Хилл создал путём сополимеризации гликолей и кислот при пониженном давлении. Этому продукту не суждено было стать коммерческим — помещенный в теплую воду, полимер вновь превращался в липкую массу. Карозерс бросил исследования полимеров на несколько лет.

В 1932 году соглашение, по которому Карозерс был нанят в DuPont, было изменено доктором Болтоном. «Зал чистой науки» теперь должен сосредоточиться на «осуществлении работ, более тесно связанных с интересами компании».[10] Это означало, что средства были перенаправлены от фундаментальных исследований к коммерческим. Карозерс никак не видел себя в качестве коммерческого исследователя. Он предположил, что вся исследовательская работа будет ограничена двумя-тремя предложениями, соответствующими интересам компании DuPont.

Полиамиды[править | править код]

В 1934 году Карозерс снова вернулся к волокнам. Теперь команда исследовала сополимеризацию замещенных аминов с гликолями с целью производства полимера под названием полиамид. Эти вещества были более стабильными, чем полиэфиры, из числа получаемых с помощью гликолей. Склонность полиамидов к повышенной кристалличности из-за водородных связей обусловливает полезные механические свойства. Поэтому из них можно производить искусственный шелк, удобный для повседневного использования. Его исследования привели к изобретению ряда новых полиамидов. Лабораторные работы по этому проекту были проведены докторами Петерсоном и Коффманом. Позднее, для проведения исследований по этой теме был назначен доктор Джерард Берше.

Именно в этот плодотворный период исследований, летом 1934 года, подойдя вплотную к изобретению нейлона, Карозерс вдруг исчез. Он просто не пришел на работу, и никто не знал, где он находился. Он был найден в небольшой психиатрической клинике им. Пинель, недалеко от знаменитой клиники Фиппс, связанной с больницей Джона Хопкинса в Балтиморе. По-видимому, он был настолько подавлен, что поехал в Балтимор на консультацию к психиатру, который и направил его в клинику.[11]

Нейлон[править | править код]

Вскоре после выхода из клиники, Карозерс вернулся на работу в DuPont. Болтон поручил ему работать над полиамидами.

Работы ученого в области линейных полимеров с большой молекулярной массой начались как серьёзный шаг в неизведанную область, изначально без каких-либо практических целей. Компания считала, что исследования в этой новой области химии и любые прорывы в науке полимеров будут представлять ценность для DuPont. В ходе исследований, Уоллесом были получены некоторые полимеры с интересными свойствами, которые оставались высоковязкими даже при высоких температурах. Было отмечено, что из этих полимеров в расплавленном виде очень удобно тянутся нити. Все внимание проекта сместилось на новый материал, и вскоре был отработан способ получения нейлона.[12].

28 февраля 1935 года, он получил пол-унции полимера, впоследствии названного полиамид-6,6. С ним было довольно трудно работать, из-за высокой температуры плавления, но Болтон выбрал этот полиамид как один из коммерчески интересных материалов. В качестве помощника Карозерсу по этой теме назначили Джорджа Грейса. В конце концов, Грейс вытеснил Карозерса и стал лидером проекта. Кроме того, десятки химиков и инженеров работали над получением из полиамида-6,6 более удобного для обработки коммерческого продукта.

Личная жизнь, брак и расстройства психики[править | править код]

В 1931 году Карозерс переехал в дом в г. Уилмингтон, который стал позже известен как Виски Эйкерс, с тремя коллегами из DuPont. Он не был отшельником, но его депрессивные настроения часто мешали ему наслаждаться всеми прелестями жизни, в которых его соседи по комнате нередко принимали участие. В письме к близкому другу, Фрэнсису Спенсеру, он сказал:

«Мало что можно рассказать о моих занятиях, помимо химии. Я живу в настоящее время с тремя другими холостяками, и они привыкли, согласно статусу, ходить в высоких цилиндрах и белых галстуках. А я, по своему старому обычаю, угрюмо сижу дома».[13]

Примерно в это же время, Карозерс показал Джулиану Хиллу, что он всегда держит при себе капсулу с цианидом, привязаную к цепочке от часов.[14] Карозерс ненавидел публичные выступления, хотя это и было необходимо для поддержания его научного авторитета. В письме к Уилко Мачетанзу в январе 1932 года, он рассказывал:

«Я выступал во время праздников с докладом на конференции по органической химии. Моя речь была достаточно хорошо принята аудиторией. Однако ожидание этого выступления отняли у меня несколько предшествующих ему недель, и нужно было прибегать к значительным количествам алкоголя, чтобы успокоить нервы… Моя нервозность, угрюмость и психическая неустойчивость усиливаются с течением времени, и употребление выпивки уже не дает нужного эффекта. Будущий 1932 год уже сейчас выглядит в моих глазах глубоко черным».[15]

Жизнь ученого в это время была очень насыщенной. У него был роман с замужней женщиной, Сильвией Мура, которая затем в 1933 году подала на развод с мужем. В то же время, он был обеспокоен финансовыми проблемами своих родителей и планировал перевезти их в Уилмингтон. Не задумываясь о возможных эмоциональных последствиях этого шага, он купил дом в Арден примерно в десяти милях (16 км) от места работы и переехал в него вместе с родителями. Тогда ему было 37. Отношения с родителями вскоре стали напряженными. Карозерс по-прежнему встречался с Сильвией Мура, теперь уже одинокой, но его родители очень не одобряли эту связь. Семья в итоге устала от постоянных разногласий, и весной 1934 года его родители вернулись в Де-Мойн.

Прошло несколько лет, и 21 февраля 1936 года Карозерс женился на Хелен Суитман, с которой он встречался на тот момент уже два года. Она была из семьи бухгалтера Уилларда Суитмана. Хелен работала в DuPont специалистом по подготовке патентных заявок, имела степень бакалавра по химии.

Вскоре после этого, 30 апреля 1936 года, Карозерс был избран в Национальную академию наук, членство в которой было очень почетным. Карозерс, по сути, был первым промышленным химиком-органиком, удостоившимся этой чести. Однако к июню 1936 года, несмотря на общее признание его вклада в науку, Карозерс все ещё не мог избавиться от приступов меланхолии, которая мешала работать. В начале июня он был принят в Филадельфии в филиал госпиталя Пенсильвании, престижную психиатрическую больницу, где его психиатром был доктор Кеннет Аппель. Через месяц он получил разрешение покинуть институт для отправки в двухнедельный поход в тирольские Альпы с друзьями. Среди них были Роджер Адамс и Джон Флек. Вскоре друзья ушли, и он остался в горах, предоставленный сам себе, без связи с кем-либо, даже со своей женой. После, 14 сентября, он появился на её рабочем месте в лаборатории DuPont. С тех пор от ученого не ждали какого-то реального прогресса в научной работе, он просто должен был периодически посещать лабораторию. Он вновь начал жить в Виски Эйкерс, по просьбе его жены, которая не чувствовала себя эмоционально достаточно сильной, чтобы решать и его психологические проблемы.

8 января 1937 года сестра ученого Изабель умерла от пневмонии. Уоллес и Хелен Карозерс поехали в Чикаго для участия в проводах, а затем в Де-Мойн для её захоронения. Учёный по-прежнему ездил в Филадельфию, чтобы посещать своего психиатра, доктора Аппеля. Последний сказал другу Карозерса, что, по его мнению, самоубийство — наиболее вероятный исход дела Уоллеса.

28 апреля 1937 года, Карозерс был на работе в лаборатории. На следующий день он покончил с собой, сняв номер в отеле Филадельфии и приняв цианистый калий, растворенный в лимонном соке, зная, что прием цианида в кислом растворе в значительной степени активизирует скорость и влияние яда. Записки найдено не было.[16] 27 ноября 1937, через семь месяцев после этого происшествия, родилась его дочь, получившая имя Джейн.

Примечания[править | править код]

  1. Hermes, Matthew. Enough for One Lifetime, Wallace Carothers the Inventor of Nylon, Chemical Heritage Foundation, 1996, ISBN 0-8412-3331-4.
  2. Roberts, RM (1989) Serendipity: Accidental discoveries In Science, John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-60203-5
  3. D. L. Fishel, personal reminiscence from A. Pardee (1959).
  4. Zumdahl, Susan and Steven. Chemistry. New York, NY: Houghton Mifflin Company, 2007.
  5. D. L. Fishel, personal conversations with C. Marvel and A. Pardee (1959).
  6. Adams, Roger (1940) A Biography, in High Polymers: A Series of Monographs on the Chemistry, Physics and Technology of High Polymeric Substances Vol.1 Collected Papers of W.H. Carothers on High Polymeric Substances, New York, NY: Interscience Publishers, Inc. XVIII
  7. Smith. Wallace H. Carothers and Fundamental Research at Du Pont., стр. 436–442.
  8. Hermes, Enough for One Lifetime p.83.
  9. Hermes, Enough for One Lifetime p.86.
  10. Hermes Enough for One Lifetime p.157
  11. Hermes Enough for One Lifetime p.197
  12. Nelson, Richard R. (April 1959). «The Economics of Invention: A Survey of Literature». The Journal of Business, , (The University of Chicago Press) 32 (2): 101–127. DOI:10.1086/294247. Проверено 2010-09-21.
  13. Hermes, Enough for One Lifetime p.140
  14. Hermes, Enough for One Lifetime p.135
  15. Hermes, Enough for One Lifetime p.144
  16. Hermes Enough for One Lifetime p.291, which cites the Wilmington Morning News and the New York Times of April 30, 1937

Патенты[править | править код]

Ссылки[править | править код]