Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Аспирант, готовивший смеси для измерений, не сумел полностью исключить попадание воздуха в образцы, и в итоге в спектрах при –40 ^оС были обнаружены сигналы группировки – СН₂–, указывающие на присутствие молекул полиэтилена. Полимеризация, протекающая при столь низкой температуре, казалась невероятной. Детальное изучение позволило установить, что причиной исключительно высокой эффективности оказался не металлоцен, а наличие метилалюмоксана – [-Al(CH₃) – O-]_n-, который образовался в незначительном количестве при гидролизе Al(CH₃)₃ от действия влажного воздуха. В результате метилалюмоксан совместно с металлоценами стали применять очень широко: активность таких каталитических систем на несколько порядков превосходит активность систем с AlMe₃.

В 1990-х гг. японский химик Хидэки Сиракава изучал электропроводность полиацетилена, содержащего чередующиеся одинарные и двойные связи:

– CH=CH – CH=CH – CH=CH – CH=CH–

В соответствии с теоретическими представлениями такой полимер должен был электропроводящим. Образец полимера был высокой чистоты и не содержал примесей, но, к сожалению, даже при сверхвысоком приложенном напряжении его электропроводность была крохотной. Желая немного модифицировать полимер, Сиракава понизил его чистоту и обработал бромом. В результате проводимость оказалась такой, что измерительный прибор перегорел! Электропроводность была в десять миллионов раз выше, чем перед добавлением брома. Конечно, было жаль, что перегорел дорогой измерительный прибор, зато в 2000 г. Сиракава получил Нобелевскую премию (совместно с А. Макдиармидом и А. Хигером) за открытие проводимости в полимерах. Сегодня это целое семейство электропроводящих полимеров, и у некоторых из них проводимость почти такая же, как у металлической меди.

Случалось, что свойства трудноуловимой примеси приписывали основному соединению. Наиболее яркое достижение немецкого химика А. Байера, заложившего основы химии красителей, состоит в том, что он выяснил строение природного красителя индиго, а затем сумел его синтезировать. Один из малоизвестных результатов работы Байера имел неожиданное продолжение. Изучая в 1879 г. строение индиго, ученый получил продукт его окисления – изатин, который, как оказалось, обладал интересным свойством. При смешивании с бензолом в присутствии серной кислоты изатин давал интенсивное синее окрашивание, и потому его стали использовать как очень удобный реагент для качественного обнаружения бензола. Это было заблуждением, но вскоре его развенчали. В 1883 г. другой немецкий химик В. Мейер во время чтения лекции решил показать студентам эффектный опыт, позволяющий обнаружить бензол с помощью цветной качественной реакции, однако у него под руками не оказалось бензола. Не растерявшись, Мейер решил на глазах у студентов вначале получить бензол, а затем подтвердить его наличие, подействовав изатином. Бензол он получил, нагревая бензойную кислоту:

C₆H₅COOH → C₆H₆ + CO₂

Добавив к свежеполученному бензолу серную кислоту и изатин, он с изумлением обнаружил, что никакого окрашивания нет. Можно себе представить последовавшее за этим веселое оживление студентов, наблюдавших такой неудачный опыт? Тем не менее Мейер сумел сделать из эксперимента очень интересный и, как оказалось, абсолютно правильный вывод. Не вызывало сомнений то, что из бензойной кислоты он получил именно бензол. Более того, бензол, полученный таким образом, был абсолютно чистый, а бензол, который химики обычно использовали для работы, получали из каменноугольной смолы. Следовательно, как предположил Мейер, каменноугольный бензол содержит какую-то примесь, которая дает окрашивание с изатином.

Мейер сумел выделить из каменноугольного бензола соединение, которое он назвал тиофеном. Первая часть названия – "тио" – происходит от греч. θεῖον – "сера", а вторая часть названия – "фен" – указывала на родство с бензолом, спутником которого был тиофен. Группу, содержащую бензольное ядро, С₆Н₅-, называют фенильной (рис. 11.1).

В наше время тиофен рассматривают как загрязнитель бензола, мешающий при проведении некоторых спектральных исследований и молекулярно-массовых измерений. На емкостях с бензолом, предназначенных для таких целей, указывают: «Не содержит тиофена». Вполне естественно, что упомянутый ранее изатин стали использовать для оценки чистоты бензола. Современная химия тиофена представляет собой самостоятельный раздел органической химии. И кстати, на основе тиофена создан электропроводящий полимер, подобный тому, о котором было рассказано немного ранее.