Лаборатории, с которых начался ИОХ: очерк о научных сотрудниках отдела Н. Д. Зелинского и достижениях их подразделений

В 2021 году исполнилось 160 лет со дня рождения выдающегося химика-органика Николая Дмитриевича Зелинского. Сегодня мы продолжаем вспоминать о лабораториях этого великого ученого, положивших начало долгой истории ИОХ РАН.

Летопись нашего Института начинается именно с объединения под его крышей отделов академика Н. Д. Зелинского и академика А.Е. Фаворского. Как уже упоминалось ранее, несмотря на то, что сам Николай Дмитриевич отказался стать первым директором ИОХ, уступив директорское кресло своему коллеге, его вклад в развитие нашего Института в ранние годы трудно переоценить. В предыдущем материале мы говорили о ярких эпизодах биографии Николая Дмитриевича, этапах формирования его отдела и о сбывшейся научной «мечте» академика – Лаборатории сверхвысоких давлений.

Не менее высоким статусом в отделе Н. Д. Зелинского обладала Лаборатория органического катализа (ЛОК), которая за четыре первых года своей деятельности стала самой крупной в ИОХ. С учетом масштаба проводимых работ, в 1939 году руководством Института было принято решение о создании на ее основе нескольких самостоятельных подразделений.

Первым из них стала Спецлаборатория органического катализа (СпецЛОК), под руководством талантливого ученого Николая Ивановича Шуйкина, занимавшаяся секретными разработками при непосредственном участии Николая Дмитриевича.

Химический смысл проводимых в СпецЛОК исследований заключался в превращении 6-членных цикланов, содержащихся в прямогонных бензинах и в продуктах крекинга, в ароматические углеводороды (бензол, толуол и другие их гомологи) на катализаторах Зелинского-Шуйкина, представлявших собой приготовленные особым способом платинированные древесные угли.

Стоит отметить, что Н.И. Шуйкин был человеком интересной биографии, таившей в себе много необычных поворотов. Одним из подобных эпизодов, можно считать его опыт в качестве коменданта Аландских островов (архипелаг в Балтийском море на входе в Ботнический залив, тогда – часть Российской Империи, ныне – территория Финляндии), которым он стал благодаря заслугам за успешную службу на флоте в конце Первой Мировой войны. Но даже несмотря на эти управленческие достижения в столь юном возрасте, он уже тогда твердо решил связать свою дальнейшую жизнь с научной деятельностью.

Разумеется, «закрытый характер» проводимых работ не дает нам возможность оценить истинный объем деятельности ее сотрудников. Но ярким показателем высокого профессионализма коллектива СпецЛОК можно считать тот факт, что практически каждый ее работник впоследствии достиг больших профессиональных высот.

Так, основанный годы спустя талантливым химиком С.С. Новиковым отдел стал одним из ведущих в Советском Союзе в «закрытых» областях, а сам ее руководитель – лауреатом Ленинской премии. Благодаря же другому талантливому ученому – Н.Ф. Кононову, наш Институт смог внедрить в промышленность ряд новых методов органического синтеза, в том числе и важную новую технологию синтезов на основе ацетилена. И именно под руководством Н.Ф. Кононова была разработана взрывобезопасная технология, чрезвычайно расширившая возможности промышленного использования этого соединения как химического сырья.

По воспоминаниям сотрудников спецлаборатории, оба вышеупомянутых ученых были общительными и наблюдательными специалистами, отличными товарищами, ценившими дружбу, а также замечательными собеседниками с широким кругозором – людьми высокой культуры, обладавшим тонким юмором. 

Еще одним крупным подразделением ЛОК была Лаборатория кинетики контактных органических соединений (ЛККОР). Ей сотрудники занимались разработкой теоретической стороны гетерогенного катализа – мультиплетной теории катализа, а также проводили всесторонние исследования катализаторов и кинетики каталитических реакций.

Первый руководитель ЛККОР Алексей Александрович Баландин был не только талантливым учеником Николая Дмитриевича, но и крупным ученым с непростой судьбой. В обыденной жизни он был очень скромным и трудолюбивым человеком. Даже находясь в нелегкие годы в ссылке в Оренбургской области, он планомерно работал над делом всей своей жизни –вышеупомянутой мультиплетной теорией гетерогенного катализа в которой автором были сформулированы и доказаны ставшие вскоре общепризнанными фундаментальные принципы – структурный и энергетический.

Структурный принцип связывает геометрию поверхности (т.е. строение кристаллической решетки твердого тела, определяющей природу ее активных центров) со строением молекул, участвующих в гетерогенно-каталитической реакции. Это соответствие определяет возможность и направление реакции, то есть ее селективность. А.А. Баландин теоретически разработал схемы возможных дублетных (протекающих при адсорбции субстрата на двухатомных центрах поверхности) гетерогенно-каталитических реакций, а затем и аналогичную полную систему триплетных реакций для субстратов, содержащих основные органогенные атомы – C, H, O, N, S.

Получившаяся стройная система не только согласовывалась со всеми известными фактами, но и давала возможность предсказывать ранее неизвестные превращения. Стоит отметить, что эти схемы показывали ориентацию реагирующих молекул на соответствующем дублетном и триплетном активном центре и как при реакции рвутся или образуются связи.

Ставший основополагающим в теории катализа энергетический принцип мультиплетной теории связывает энергии связей, рвущихся в исходных молекулах, с энергиями связей, возникающих в продуктах реакции.

Справедливости ради стоит сказать, что мультиплетная теория стала мощным инструментом при исследовании проблем катализа во всем мире и, пожалуй, самой на тот момент привлекательной общей теорией. Конечно, ряд ученых разделяли по отношению к ней здоровый скептицизм в первые годы и вели активную полемику о ее верности. Но в последствии, многие активные критики теории, как отечественные, так и зарубежные (например, англичане Э.К. Ридил и Х.С. Тэйлор, а также немец Г.М. Шваб), детально изучив ее особенности, все же отказались от своих претензий, хоть и не сразу. Дискуссии в среде наших ученых (например, в исследованиях принимали участие Н.И. Кобозев, С.З. Рогинский и В.А. Ройтер) в итоге привели только к усилению обоснования мультиплетной теории.

Особенно серьезной была атака со стороны академика В.А. Ройтера и его сотрудников, которые полагали, что в том виде, какой А.А. Баландин придал дублетами и триплетам, объясняется течение процесса только в одну сторону – в сторону образования продуктов реакции. Тем самым, по их мнению, теория не соответствовала принципу детального равновесия (принципу микроскопической обратимости), статистической физики равновесных процессов, согласно которому прямая и обратная реакции должны протекать с переменой знака через одни и те же стадии или промежуточные состояния. После тщательного анализа Алексей Александрович с этим согласился, но показал, что кажущееся противоречие иллюзорно и его теория полностью оправдывается при замене дублета на квадруплет, а триплета – на секстет.

Подробней о других лабораториях отдела Н. Д. Зелинского будет опубликовано в следующем историческом материале.

Первый очерк об отделе Н. Д. Зелинского можно прочесть по ссылке: Лаборатории, с которых начался ИОХ: отдел Н. Д. Зелинского в первые годы существования Института органической химии. » Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН (zioc.ru)