Внеклассное мероприятие по химии. Тема: Роль Н.Н. Зинина в развитии органического синтеза
Просмотров: 513
1. Введение.
При изучении химии на уроках часто не хватает времени на то, чтобы рассказать учащимся об истории открытия веществ и процессов, о людях, совершивших эти открытия и об исторической эпохе, когда это происходило. Все это приводит к тому, что учитель часто ограничивается лишь сухим изложением фактов, которые не вызывают у учащихся никаких эмоций, что не способствует успешному усвоению учебного материала. Теряется интерес к предмету. Одним из вариантов исправления ситуации может быть рассказ об ученых, совершивших наиболее значимые открытия для развития человечества и о тех трудностях и испытаниях, которые им пришлось преодолеть на пути к успеху. Учитывая, что химия отделилась от физики лишь к концу XVIII века, достаточно важно показать, к чему она привела за двести с небольшим лет. Очень интересен период становления химии – середина XIX века.
В 30-е годы XIX века для очень многих людей в мире был актуален вопрос: приличествует ли христианину знать естественные науки и тем более заниматься ими. В России этот вопрос стоял не менее остро. Ведь часто приходилось сталкиваться с тем, что террорист, покушавшийся на жизнь коронованной особы или сановника, оказывался студентом, насколько неподобающе офицерам были образованы декабристы, как много ученых было в составе якобинского Конвента. Ученых в России тогда было немного, известно о них широкой публике было мало. При Николае I любая журнальная статья, в которой хотя бы вскользь упоминалось о необходимости массового образования, признавалась крамольной и запрещалась цензурой. В стране с 60-милионным населением систематически обучалось около 245 тысяч детей (не более 2% молодого населения). И в этих условиях творил ученый, чье имя является знаковым в истории химии – это Николай Николаевич Зинин. В школьном курсе его фамилия упоминается только один раз – при изучении анилина. Но широта его личности поражает . Столько, сколько успел сделать Н.Н. Зинин для развития химической технологии, медицины, химии красителей и лекарств, взрывчатых веществ – не успел практически ни один корифей науки. Нельзя забыть и о созданной им научной химической школе в Казани. А.М Бутлеров, А.П.Бородин, Н.Н.Бекетов, Л.Н.Шишков, А.Н.Энгельгардт вот имена учеников, создавших имя российской химической науке.
2. Биография.
Николай Николаевич Зинин родился в 1812 году на Кавказе, где его отец, Николай Иванович Зинин, находился с дипломатической миссией. Во время свирепствовавшей на Кавказе эпидемии умерли родители Зинина и его старшие сёстры. Зинин был отправлен в Саратов к дяде. В 1820 году он поступил в гимназию. В 1830 году приехал в Казань, и поступил на математическое отделения философского (позднее физико-математического) факультета казённокоштным студентом (студенты, не имевшие средств на обучение; они жили в университете и по окончании были обязаны 6 лет прослужить на государственной службе). На него быстро обратили внимание математик Н.И.Лобачевский, астроном И. М. Симонов и попечитель университета М.Н. Мусин-Пушкин.
Зинин окончил учёбу в университете в 1833 году и получил степень кандидата и золотую медаль за предоставленное сочинение “О пертурбациях эллиптического движения планет”, после этого был оставлен в Казанском университете преподавать физику, а с 1834 года ему поручили также преподавание механики. С 1835 года Зинин читал ещё и курс теоретической химии. Интересна история этого назначения. Как видно из вышесказанного, Зинин не интересовался специально химией, преподавал математические науки, считал себя в первую очередь математиком. Однако в те годы в Казанском университете химия преподавалась крайне слабо, отвечал за неё семинарист по образованию, адъюнкт Дунаев. Лобачевский решил, что талантливый молодой учёный сможет вывести кафедру химии на достойный такого учебного заведения уровень. Зинин преклонялся перед Лобачевским и не решился ему отказать, в результате российская наука получила блестящего химика, основателя научной школы.
В том же году Зинин блестяще сдал экзамен на степень магистра физико-математических наук. В качестве темы магистерской диссертации Совет университета предложил ему химическую тему: “О явлениях химического сродства и о превосходстве теории Берцелиуса о постоянных химических пропорциях перед химическою статикою Бертоллета”. В 1836 году Зинин защитил диссертацию и получил учёную степень магистра физико-математических наук. Вскоре он был избран адъюнктом химии, в 1837 году утверждён в этом звании и получил двухгодичную командировку за границу, которая впоследствии была продлена ещё на один год.
3. Становление и творческий путь ученого.
За границей Зинин слушал лекции в Берлине, Гиссене, углублял свои знания по химической технологии на заводах Франции, Швейцарии и Эльзаса. Главным для него оказался Гиссен, где всем руководил Либих. Именно там Н.Н.Зинин усвоил стиль лабораторной жизни, который стал общепринятым в лучших лабораториях мира. Либих не считал нужным вмешиваться в детали каждого опыта, поэтому у учеников развивалась самостоятельность. Но профессор каждый день находил время обсудить дела каждого и тем самым ускорял работу в нужном направлении. Либих отменил “феодальное право” и не подписывал ученические работы своим именем, тем самым создал традицию, которую свято соблюдало большинство химиков. Благодаря этому появилось огромное количество блестящих исследователей, смолоду достигавших вершин мастерства. Большинство учеников Либиха стало профессорами и благодаря этому либиховский метод преподавания распространился по всему свету. Зинин оказался одним из лучших учеников Либиха и блестяще освоил методы химического анализа и синтеза. Но работа в Гиссене не была непрерывной. Зинин успел поработать в Берлине с известным анатомом Теодором Шванном, изучая химический механизм пищеварения. Именно тогда Зинин пришел к первым соображениям относительно необходимости тесной связи химии с медициной, которые спустя годы переросли в полную реформу обучения врачей, осуществленную Зининым совместно с профессорами Петербургской медико-хирургической академии. В 1839году Зинин направляется в Париж, где знакомится с Гей-Люссаком, Пелузом и становится не только учеником, но уже и их равноправным коллегой. К 1840 году он добирается до Лондона, где знакомится с Фарадеем. Осенью 1840 года Зинин возвратился в Россию и в 1841 году защитил в Петербургском университете докторскую диссертацию "О соединениях бензоила и об открытых новых телах, относящихся к бензоиловому ряду", после чего получил учёную степень доктора естественных наук.
Весной того же года Зинин вернулся в Казань и 5 июля был утверждён экстраординарным профессором по кафедре химической технологии. Зинин начал читать курс аналитической химии и курс химической технологии. Великий русский химик А.М.Бутлеров вспоминал: “Лекции Н.Н.Зинина необыкновенно увлекательны. Его живая образная речь всегда ярко рисовала в воображении слушателей всё им излагаемое; высокий, как бы слегка крикливый тон, чрезвычайно отчетливая дикция, удивительное умение показать рельефно важные стороны предмета – всё это увлекало слушателей, постоянно будило и напрягало их внимание... Он говорил обыкновенно стоя и с начала до конца держал слушателей под обаянием своей речи”.
Эти лекции Зинин читал в новой химической лаборатории, которая по тогдашним временам вполне отвечала требованиям науки. Она “была одною из самых лучших в России, – пишет профессор Н.А.Меншуткин, – и могла сравниться с любой западноевропейской химической лабораторией”. Химическая лаборатория Казанского университета вскоре становится центром химической мысли в России. Здесь совершает Зинин свое замечательное открытие – в первый же год по возвращении из-за границы он получает анилин из нитробензола.
Предшествовало этому открытию следующее. В начале XIX века, во время войны Франция находилась в блокаде и была лишена необходимых товаров, поступавших из-за границы. Не ввозилась больше в страну и синяя краска индиго, необходимая для окраски солдатских мундиров. Наполеон пообещал миллион франков тому, кто откроет способ получения этого красителя из отечественного сырья. Но получить премию так никому и не удалось. Получить этот краситель удалось лишь в 1897 году, когда о наполеоновском распоряжении давно забыли. Природный синий краситель индиго был очень дорогим. При нагревании индиго со щелочью в 1840 году адьюнкт Ю.Ф.Фрицше получил вещество, которое назвал анилином. Но это же основание (названное кристаллином) в 1826 году выделил из продуктов термического распада О.фон Унфердорбен , а в 1834 году Ф Рунге добыл его же из каменноугольной смолы и назвал кианол. Но способ Фрицше был единственно доступным. В 1842 году Зинин открыл реакцию восстановления ароматических нитропроизводных в ароматические амины действием сероводорода. Из нитронафталина он получил вещество, которое назвал “нафталидам” и тут же усовершенствовал способ его получения. Заметив, что нафталидам обладает основными свойствами и образует с сероводородом соль, он стал добавлять в реакцию аммиак. Изучив свойства нафталидама, Зинин получил аналогичное основание из “нитробензида” (нитробензола). Поученное этим путем вещество он назвал бензидам. Несмотря на то, что его было очень мало, Зинин сумел проделать анализ, определить его формулу С6Н7N и изучить его свойства: “В крепкой азотной кислоте, особенно в присутствии азотистой кислоты, нафталидам переходит в коричневый порошок, легко растворяющийся в спирте, образуя красную или красно-фиолетовую жидкость. После испарения раствора остается неизменный темно-красный порошок; иногда, кроме того, образуются похожие на мурексид кристаллы цвета жуков-бронзовок”. Это не только экспериментальная химия высшей пробы – иначе как художником автора таких наблюдений не назовешь. Здесь описан опыт, где Зинин оценивал способность “бескислородных оснований” к окислению. Этот и другие опыты предварили эксперименты по окислению аминов, которые через 14 лет привели к синтезу первых искусственных красителей. Но главное – это простота и универсальность синтезов, т.к. любые нитросоединения реагировали так же.
R-NO2+ 6H = R-NH2+2H2O
18 марта 1842 года Зинин доложил результаты эксперимента совету факультета и тут же опубликовал статью в журнале “Отечественные записки”. Как только сообщение Зинина дошло до Санкт-Петербурга, Фрицше доказал, что бензидам и анилин – это одно и то же вещество. В то же время Гофман, изучив статью Зинина, пришел к выводу, что не только анилин Фрицше, но и кристаллин Унфердорбена, и кианол Рунге идентичны друг другу.
В 1845 году Зинин открыл перегруппировку гидразобензола под действием кислот – “бензидиновую перегруппировку”. Показал, что амины – основания, способные образовывать соли с различными кислотами.
В 1854–1855 годах Зинин описал открытые им уреиды (производные мочевины), синтезировал, независимо от и де Люка, искусственное горчичное масло (аллиловый эфир изотиоциановой кислоты) на основе йодистого аллила и роданида калия и исследовал его взаимодействие с аминами с образованием соответствующих тиомочевин. Установил, что при взаимодействии этого масла с анилином образуется аллилфенилтиомочевина. Получил (1852 г.) аллиловый эфир изотиоциановой кислоты – “летучее горчичное масло” – на основе йодистого аллила и роданида калия. Исследовал производные радикала аллила, синтезировал аллиловый спирт. Получил (1860-е гг.) дихлор- и тетрахлорбензол, толан и стильбен. Изучал (1870-е гг.) состав лепидена (тетрафенилфурана) и его производных.
С 1857 по 1860 год он производил исследования ацетилбензоина и бензоилбензоина, некоторых производных нафтолидина и азооксибензида. В 1861 году Зинин сообщил о введении водорода в органические соединения, в 1862 – о гидробензоине, продукте воздействия водорода на горько-миндальное масло, о раскислённом бензоине. В 1863 году Зинин описал нитробензил, в 1864 – действие соляной кислоты на азобензид, в 1866 – действие едкого калия на бензоин в отсутствие воздуха, в запаянных трубках; получил лепиден действием соляной кислоты на бензоин, и продукт его окисления – оксилениден и обромления – дибромлепиден. В 1867 году в Париже Зинин представил тамошней академии и напечатал в “Comptes rendus” статью: “О некоторых фактах, относящихся к веществам стильбеноваго ряда”. С 1870 по 1876 год работы Зинина направлены на изучение лепидена и его производных. Последняя его крупная работа посвящена “амаровой кислоте и ее гомологам”.
4. История с динамитом.
Как и другие передовые русские ученые, Н.Н.Зинин понимал, что поражение русской армии в Крымской войне 1853–1856 гг. связано с отсталостью вооружения, нехваткой снарядов, гранат, взрывчатых веществ. Уже с 1853 г. Зинин вместе с В.Ф.Петрушевским – крупным специалистом в области артиллерии и взрывчатых веществ – начали опыты с нитроглицерином для определения его взрывчатых свойств. Эти работы послужили началом развития новой важной отрасли военной техники – техники бризантных взрывчатых веществ.
Есть сведения о том, что открытие Нобеля было заимствованно из работ и изобретений Зинина и Петрушевского (об этом пишет Н.Радивановский в книге “Порох, пирокселин, динамит и другие взрывчатые вещества”. Ч. 1. – Спб.,1881. – С. 61):
“В 1853 и 1854 годах проф. Зинин жил на даче рядом с г. Нобелем, к которому приезжал из-за границы его сын Альфред Нобель.
Один раз г. Зинин производил в кузнице опыты с нитроглицерином… выстрелами при пробе нитроглицерина была привлечена любопытная публика, в ряду которой находился и А. Нобель. Конечно, чудеса, производимые взрывом нитроглицерина, заинтересовали всех, а инженера тем более, потому г. Нобель и постарался познакомиться с г. Зининым и расспросить его обо всем. Г. Зинин, известный своей преданностью науке, легко со всеми делился своими познаниями, а потому г. Нобелю не трудно было удовлетворить свое любопытство и многое узнать о нитроглицерине.
Кроме того, совместные опыты профессора Зинина и академика Якоби, а также опыты, произведенные инженерным корпусом в Кронштадте, обратили особое внимание А.Нобеля, после чего, побывав за границей, он предложил изобретенный им порох, который оказался смесью обыкновенного пороха с нитроглицерином. Из изложенного ясно, что шведскому инженеру Альфреду Нобелю совершенно неосновательно приписывают честь применения нитроглицерина к технике, когда, по законному праву, она принадлежит, главным образом, профессору Зинину, затем генерал-майору Герну, как предложившему нитроглицерин для инженерных работ, и генерал-майору Петрушевскому, как доставившему своими познаниями техническую возможность приготовления большого количества нитроглицерина без всяких несчастных при этом случаев.
Вот, значит, кому надо приписать эту честь применения, а не А. Нобелю”.
Но было бы ошибочно умолять заслуги А.Нобеля, который нашел безопасный способ приготовления и хранения нитроглицерина, что позволило широко применять это сильное взрывчатое вещество в мирных и военных целях.
5. Особенности личности.
При всём внешнем благополучии и несомненных творческих удачах Зинин, по воспоминаниям современников, был лишён душевного равновесия и раздражался в тех случаях, где другие учёные проявили бы искреннюю заинтересованность.
Немецкому ученому А.Гофману удалось модифицировать метод получения анилина из нитробензола, открытый Зининым. Гофман заменил сульфид аммония другим восстановителем – водородом в момент выделения. На основе модифицированного метода он организовал промышленное производство анилина, что вызвало раздраженную реакцию Зинина, приоритет которого никто не оспаривал: “Вечно немцы уводят открытия у нас из-под носа”.
Когда А.Нобель, помнивший рассказы Зинина о том, что нитроглицерином следует пропитывать порошкообразные вещества, использовал инфузорную землю, насыпанную между бутылями для предупреждения возможного удара и оценил свойства образовавшейся композиции, получил динамит, принёсший ему громадные прибыли, то Зинин, узнав об этом, заметил: “Этот Альфред Нобель выхватил у нас динамит из-под носа”.
Однако нет никаких оснований полагать, что Зинин был тщеславен и болезненно ревниво относился к успехам коллег. Скорее всего отсутствие внутренней гармонии – результат интуитивного ощущения того, что в другой области – в математике – он, возможно, сумел бы достичь большего. До последних дней самым любимым его занятием было чтение различных математических работ. И только сын Зинина Николай Николаевич Зинин-младший стал ученым и достиг успехов на том поприще, которое отцу пришлось оставить. Профессор математики Н.Н.Зинин долгие годы преподавал в Варшавском университете и поражал окружающих как своей практической сметкой, так и недюжинной физической силой, атлетическими упражнениями. Все эти особенности нисколько не казались удивительными для тех, кто знал его отца. В последние годы жизни Зинин-младший стал директором только что основанного Новочеркасского политехнического института.
6. Итоги.
Заслуги Н.Н.Зинина были оценены еще при жизни. В 1865 году Зинин получает звание академика. В 1867–1868 годах Николай Николаевич принимал активное участие в организации Русского химического общества. В течение первых десяти лет существования этого общества Зинин – его президент, а затем – первый почётный член. Зинин пользовался широкой известностью среди европейских учёных – он был членом-корреспондентом Французской Академии наук, Берлинского и Лондонского химических обществ.
Зинин имел обширный круг обязанностей и поспевал всюду. Вот как характеризует его А.П.Бородин: "Сильный духом и телом, вечно бодрый и весёлый, он умел делить своё время между аудиторией, кабинетом, канцелярией, бесчисленными заседаниями, комитетами и комиссиями, переходя непрерывно от одного дела к другому; отдых заключался для него, собственно, только в перемене занятий. Благодаря обширным сведениям и феноменальной памяти, он был живою ходячею справочною энциклопедией по всевозможным отраслям знания...”. До конца своих дней Зинин оставался передовым учёным своего времени. Умер он в 1880 году – 68 лет от роду. В речи, посвященной памяти академика Зинина, Гофман сказал: “Если бы Зинин не научил нас ничему более (кроме синтеза анилина) – и тогда имя его осталось бы записанным золотыми буквами в историю химии”.
Имя Зинина прочно вошло в историю русской науки. Вот так оценил А.М.Бутлеров роль своего учителя в мировой науке: “Зинину обязана русская химия своим вступлением в самостоятельную жизнь... Его труды впервые заставили учёных Западной Европы отвести русской химии почётное место”.
Литература.
- Бородин А. П. и Бутлеров А. М.