Реакция Кучерова

     Неброскую ценность этой кислой жидкости люди осознали давным-давно. Ее использовали как лекарство и приправу к пище, применяли в приготовлении красок. Много веков подряд уксус получали из скисшего вина, не особо интересуясь причинами таких превращений, пока французский микробиолог Луи Пастер в середине XIX века не выявил главных участников процесса – это были бактерии уксусно-кислого брожения и кислород.

Со временем появились и другие способы получения уксусной кислоты – например, сухая перегонка дерева. А еще один, принципиально новый метод открыл в 1881 году русский химик М. Г. Кучеров, сотрудник Лесного и земледельческого института. 

Михаил Григорьевич Кучеров был одним из тех строптивых отпрысков, которые разочаровывают родителей, выбирая свой путь не по отцовской указке, а потом производят на этом пути революцию. Он родился весной 1850 года в семье коллежского секретаря, мелкого дворянина, владевшего маленьким имением в Полтавской губернии. В 12 лет Михаил поступил в Петропавловскую Полтавскую военную гимназию, где стал одним из лучших учеников, а после ее окончания в 1968 году был зачислен в Михайловское артиллерийское училище в Петербурге. Но хватило его всего на несколько месяцев: Кучеров отчислился по собственному желанию и поступил в Земледельческий институт вольным слушателем «по предмету химии». В те годы, как сейчас говорят, набирала популярность новая химическая лаборатория, созданная в институте усилиями А. Н. Энгельгардта – химика, публициста и общественника с передовыми взглядами. Здесь Кучеров быстро освоил количественный анализ и включился в научно-исследовательскую работу. Он перевелся в студенты, а уже через три года защитил диплом «О составе сивушных масел различного происхождения» и поступил на работу лаборантом химической лаборатории. 

Началась «белая полоса»: в журнале Русского химического общества вскоре появилась первая работа М. Г. Кучерова «О получении и исследовании синеродистого дифенила и его производных». В 1876 году он женился, в 1880-м стал ассистентом кафедры химии Лесного института (в который реорганизовался Земледельческий институт).

Работая над сложным органическим веществом, Кучеров выяснил, что под действием окиси ртути оно дает уксусный альдегид (от которого уксусная кислота отличается одним лишним атомом кислорода). По своему составу и строению это вещество было близко к газу ацетилену, и Кучеров предположил, что именно с помощью ацетилена можно получить уксусный альдегид. 

Кстати, а что такое ацетилен? Далеким от химии, но наблюдательным обывателям он знаком по большим белым баллонам с красной надписью. Именно с его помощью ведется автогенная сварка и резка черных металлов: при сжигании ацетилена выделяется такое количество тепла, что температура может достигать 3100 °С. Ацетилен обнаружен на Уране и Нептуне, а на Земле практически не встречается. Довольно долго его добывали простым и довольно опасным способом – заливали водой карбид, сейчас в основном используют термический крекинг газа метана.

Ацетилен с водой в присутствии солей ртути образует уксусный альдегид (а из него присоединением кислорода получается уксусная кислота). Именно это превращение и открыл Кучеров, предложив новый способ получения ацетальдегида – не из дорогого вина, не из драгоценного дерева, а из дешевого газа ацетилена. В 1881 году он опубликовал статью о своем открытии: «Опыт подтвердил мое предположение самым блестящим образом. Ацетилен, взбалтываемый с водой и бромной ртутью, дает альдегид даже при обыкновенной температуре». На языке науки этот процесс называется каталитической гидратацией ацетиленовых углеводородов. Уникальность реакции в том, что Кучерову удалось из «неживых», неорганических соединений получить органическое.

 В 1885 году Михаил Григорьевич получил за свое открытие премию Русского физико-химического общества. (Этим же обществом через 20 лет была учреждена премия имени Кучерова, присуждавшаяся начинающим исследователям-химикам.) То была справедливая оценка коллег, но ведь истинный смысл работы ученого – не наука ради науки, а применение открытий в жизни. Надо сказать, что на конец XIX – начало ХХ века пришелся подъем в российской культуре и науке, который знаменовал вступление страны в эпоху индустриализации, ее вклад в мировую революцию в естествознании, которая происходила благодаря открытиям в физике, биологии, физиологии, географии и других дисциплинах. Достижения в металлургии и химии способствовали тому, что в начале ХХ века Европа и Америка начинали переход с паровых двигателей на двигатели внутреннего сгорания. Новые способы добычи нефти – главного сырья для современных двигателей – были изобретены именно русскими учеными. При этом Россия еще долго использовала паровые двигатели. И примерно по той же схеме сложилась судьба открытия Кучерова. В царской России работы ученого по достоинству не оценили, и промышленный синтез ацетальдегида впервые был освоен в Канаде и Германии в 1914 году, уже после его смерти. 

В 1884-м Кучеров похоронил двух дочерей и жену, оставшись с тремя маленькими детьми – старшему было пять лет. Заработок и прежде не позволял семье барствовать, а теперь для детей нужно было нанимать няню. Кучеров поступает на службу в качестве младшего техника Технического комитета при департаменте неокладных сборов Министерства финансов, чтобы следующие 25 лет сочетать труд ученого с работой техника, а потом заведующего специальной химической лабораторией того же Министерства. Теперь в его работу входили исследования прикладного характера – очистка спиртов, определение примесей. Вот здесь достижения Кучерова оценили сразу: его способ определения сивушного масла в спиртах получил премию Минфина и сразу стал официальным в акцизной практике. В 1895 году ученого командировали в Англию, Францию и Австрию – знакомиться с устройством лабораторий, организованных для нужд финансового ведомства, а главное – с тем, как иностранцы борются с фальсификацией вин и пищевых продуктов в целом.

Насколько велико практическое значение реакции Кучерова, выяснилось, когда по его методу в заводских масштабах начали получать большое количество уксусного альдегида. Как пишет один из современных исследователей истории химии: «Высокие заводские корпуса, в которых осуществляется гидратация ацетилена в уксусный альдегид, — это своеобразные памятники выдающемуся русскому химику-органику».

Сам Кучеров значение своего открытия для будущего прекрасно понимал и продолжал исследования в этой области всю жизнь. Ледяная (чистая) уксусная кислота, получаемая с помощью окисления ацетальдегида, используется в сотнях отраслей промышленности: из нее изготовляют ацетон, необходимый в производстве кинопленки, при крашении тканей, изготовлении фармацевтических препаратов, каучука, камфоры, янтаря и т. д. На основе конденсации ацетальдегида производят много новейших химических препаратов. Из ацетальдегида получают искусственные смолы для производства пластмасс, а также обычный этиловый спирт.

В лаборатории и промышленности уксусную кислоту используют как реакционную среду для окисления органических веществ, в медицине – как основу для лекарств (например, аспирина и уксуснокислых солей алюминия и свинца, которые применяются при лечении воспалительных заболеваний в качестве вяжущих средств). Она используется в книгопечатании и крашении; при получении лекарственных и душистых веществ; в качестве растворителя (например, в производстве ацетилцеллюлозы, ацетона). И конечно, без 3–9-процентного уксуса не обойтись в пищевой промышленности и на любой кухне – при солении, мариновании, для ароматизации продуктов и в качестве приправы.

 Сегодня реакцию Кучерова на практике применяют редко, поскольку продукты ее содержат примеси ртути – катализатора. Ее заменяют безртутными процессами; но до середины ХХ века (а во многих случаях и до сих пор) она была основой промышленных способов производства уксусного альдегида и важнейших химических продуктов. И по-прежнему реакция Кучерова имеет большое будущее как основа для возникновения новых отраслей производства.

 Несмотря на свои научные заслуги, Михаил Григорьевич Кучеров за всю жизнь не получил официальных ученых степеней и звания ординарного профессора – видимо, потому, что дружил с профессорами Лесного института – Энгельгардтом, Соколовым и Лачиновым: они находились под негласным надзором полиции, а Энгельгардт даже год просидел в Петропавловской крепости, после чего высылался из Петербурга вместе с П. А. Лачиновым. Надо сказать, что и к занятиям со студентами в Лесном институте Кучеров поначалу был допущен только частным образом. В штат его зачислили только спустя полгода, и лишь через 20 лет Кучеров был утвержден доцентом, а затем – исполняющим обязанности экстраординарного (сверхштатного) профессора.

Лектором он был отличным, увлекался сам и умел увлечь студентов, ценивших в нем не только профессионала, но и друга, который поддерживал их во времена борьбы за свободную высшую школу. Через 18 лет после присуждения премии Русского физико-химического общества (той самой, которой коллеги отметили вклад реакции Кучерова в будущее промышленности) он вернул эту сумму (500 рублей!) президенту химического общества Н. Н. Бекетову с пожеланием использовать материальный состав награды еще раз для поддержки молодых исследователей. 

Талант химика и широта души дополнялись у Кучерова талантом художника и музыканта. Он мог целиком спеть арию, а его живописные работы одобрял художник Бенуа. Картина ученого «Художественная лаборатория» до сих пор хранится в Лесотехническом университете. С 1911 года, когда Михаила Григорьевича Кучерова не стало, и до 2014-го она оставалась единственным произведением искусства, увековечившим его память. А этой весной на главном здании Петербургского государственного лесотехнического университета установили мемориальную доску в честь химика, занимающего одно из первых мест в истории органического синтеза, и его открытия, сделанного в этих стенах.