История начала химии высокомолекулярных соединений

Вся история органической химии – это непрерывное триумфальное шествие органического синтеза, основное назначение которого – получение продуктов высшей химической ценности на основе доступного, чаще всего углеводородного сырья. Синтез считался успешным даже тогда, когда выход продукта достигал всего лишь 20-30 %, а иногда даже 10-15%. Если целевой продукт был очень нужен, то цель оправдывала средства. При этом удручал не столько низкий процент выхода продукта, сколько факт образования большого количества побочных веществ – густых масел, асфальтоподобных смол, от которых трудно было очистить целевой продукт, поэтому процедуру их отделения называли «испачканной химией», портившей результаты синтеза [3].

Однако, в 1920-х гг. появился исследователь, отбросивший мрачные взгляды на неприятные отходы органического синтеза. Этим исследователь был немецкий химик-органик Г. Штаудингер (Герман Штаудингер род. 23 марта 1881 г. в Вормсе, Германия). Своими работами он показал потенциальную ценность органического синтеза, их полимерную природу и обратил внимание на их сходство с природными веществами типа каучука. Понадобились годы для того, чтобы доказать единую высокомолекулярную основу каучука и побочных продуктов органического синтеза, поскольку до Штаудингера в науке бытовало мнение о низкомолекулярной основе каучука и подобных ему веществ. Существование высокомолекулярных изделий категорически отрицалось учеными.

В результате деятельности Штаудингера 1920-1930-е гг. оказались периодом великих преобразований в химии: «испачканная химия» из неприятного сопровождения органического синтеза превратилась в исключительно привлекательный объект исследования. На основе органической химии, которая не имела понятия о макромолекулах, вырастала химия высокомолекулярных соединений со своими теориями и методами. Эта новая химия обещала стать поставщиком новых синтетических материалов – каучуков, волокон, смол, которые до этого производила лишь живая природа. Но зарождение этой новой химии было невероятно трудным.

Отмеченные 1920-1930-е гг. были еще и периодом «великих битв» Г. Штаудингера и его последователей за истину, за признание существования макромолекул. Своеобразие этой борьбы мнений заключалось в том, что против химии макромолекулярных соединений выступали единым фронтом все химики-органики и представители коллоидной химии. Они рассматривали не только каучук, но и все полимеры как низкомолекулярные вещества, превращающиеся под действием физических сил притяжения в коллоидные частицы. Эти ученые отчетливо представляли себе, что образование полимеров из мономеров это реальный факт, доказанный еще А.М. Бутлеровым, открывшим реакции полимеризации изобутена и пропена в димеры, триммеры и т.д. Они признавали, что натуральный каучук это тоже полимер изопрена, но не знали, какими могут быть значения n – показателя «поли».

Никому из них не приходило в голову, что показатель n может достигать десятков, сотен и тысяч единиц. Приверженцы классической химии выделили из коллоидной химии так называемую теорию агрегации малых молекул как защиту новшеств, вводимых в химию Г. Штаудингером.

Между тем Штаудингер приводил одно за другим все новые экспериментально обоснованные доказательства существования высокомолекулярных соединений. В 1922 г. он совместно с И. Фритчи установил наличие в полимерах между мономерными звеньями наличие ковалентных связей, а не просто физических сил притяжения. Но тогда он еще ничего не мог сказать о степени полимеризации, так как отсутствовали способы определения молекулярной массы частицы полимера, т.е. макромолекулы.

Изучая свойства и структуру синтезированных им полистирола и полиоксиметилена, он пришел к выводу о цепном строении макромолекул и показал, что структура полистирола аналогична структуре высокомолекулярных парафиновых углеводородов, но предположительно с неизмеримо большей молекулярной массой. Однако, поскольку этот вывод не объяснял потерю некоторыми полимерами способности плавиться и растворятся при повышенных температурах, ученый дополнил его представлениями о разветвленной макромолекуле и трехмерной полимерной сетке. Изучение структуры полимеров физическими методами в дальнейшем подтвердило это предположение.

В 1934 г. последовало самое главное доказательство существования макромолекул. Г. Штаудингер совместно с В.Хейром открыл реакцию трехмерной полимеризации и, что самое важное, установил зависимость между молекулярной массой полимера и вязкостью его раствора. На этой основе Штаудингер разработал вискозиметрический метод определения молекулярных масс разнообразных, в том числе и высокомолекулярных, соединений. Это дало возможность точно устанавливать значение показателя

N – «поли»- любого макромолекулярного соединения.

Таким образом, существование макромолекул было доказано. Вместе с тем было доказано и принципиальное отличие малых молекул мономеров, димеров и даже олигомеров от макромолекул таких полимеров, как каучук, полистирол, полиэфиры целлюлозы и т.д.

В 1953 г. Штаудингер «в признание заслуг за исследования в области химии высокомолекулярных соединений» был удостоен Нобелевской премии. И хотя он не принимал участие в разработке технологии производства синтетических каучуков, пластмасс и химических волокон, никто не сомневался в том, что без его работ такое производство вряд ли было возможно.

В России химия высокомолекулярных соединений начала интенсивно развиваться с 1930-х гг. Впервые в мире здесь было создано многотоннажное производство синтетического каучука на основе бутадиена по способу С.В. Лебедева. В 1950-х гг. были получены первые образцы стереорегулярных полимеров, разработаны способы получения всевозможных кремнийорганических соединений – почти на 100% высокомолекулярных соединений, а на их основе создано производство пластмасс и эластомеров. Большая заслуга в развитии химии кремнийорганических соединений принадлежит К.А. Андрианову. Ученые разработали технологии производства многих химических волокон, в частности капрона и лавсана.