Кіріспе
20 ғасырдың басындағы американдық химик және өнертапқыш
Уоллес Хьюм Каротерс (/k/ə/'rʌ/ð/ər/z/; 27 сәуір, 1896 – 29 сәуір, 1937) – американдық химик, өнертапқыш және DuPont компаниясындағы органикалық химия саласының жетекшісі, нейлонды ойлап тапқаны үшін танымал. Каротерс Делавэр штатының Уилмингтон қаласының жанындағы DuPont эксперименталды станциясының зертханасында топ жетекшісі болды, мұнда полимерлерді зерттеудің көп бөлігі жүргізілді. Каротерс – органикалық химик, ол нейлонды алғаш рет жасағаннан бөлек, неопренге негіз салуға да көмектесті. Ph.D. дәрежесін алғаннан кейін бірнеше университеттерде оқытушы болып жұмыс істеді, содан кейін DuPont компаниясы оны фундаментальды зерттеулер жүргізу үшін шақырды. Ол 1936 жылдың 21 ақпанында Хелен Свитманға үйленді. Каротерс жастығынан бастап депрессиямен күресіп келді. Нейлонмен жеткен табысына қарамастан, өзі көп нәрсеге қол жеткізбегенін және жаңа идеяларының таусылғанын сезінді. Оның қайғысы әпкесінің қайтысымен одан да артты, және 1937 жылдың 28 сәуірінде калий цианиді ішіп, өз өмірін өз қолымен аяқтады. Оның қызы Джейн 1937 жылдың 27 қарашасында дүниеге келді.
Білім және академиялық мансап
Каротерс 1896 жылдың 27 сәуірінде Айова штатының Берлингтон қаласында Айра мен Мэри Эвалина Каротерстің отбасында дүниеге келді. Ол төрт баланың үлкені еді. Оның бір інісі мен екі қарындасы болды: Джон, Изабель және Элизабет. Жастық шағында Каротерс құралдар мен механикалық құрылғыларға қызығып, көп уақытын тәжірибелер жасауға арнады. Ол Айова штатының Де-Мойн қаласындағы мемлекеттік мектепке оқуға түсті, онда жауапкершілігі жоғары оқушы ретінде танылды. Бітірген соң, әкесінің қысымымен Каротерс Де-Мойндағы Капитал Сити Коммерциялық колледжіне түсті, онда әкесі вице-президент болып жұмыс істеді. 1915 жылдың шілдесінде ол есеп және хатшылық мамандығы бойынша білімін аяқтады. 1915 жылдың қыркүйегінде Миссури штатындағы Таркио колледжіне қабылданды. Алғашқыда ағылшын тілін оқығанмен, Артур Пардидің, аталған кафедра меңгерушісінің ықпалымен химияға ауысты. Каротерс химияда үлкен жетістіктерге жеткендіктен, бітіру алдында химия оқытушысы болып тағайындалды және Парди Оңтүстік Дакота университетінің химия кафедрасының төрағасы болып кеткен кезде жоғары курс оқыды. 1920 жылы 24 жасында Таркиодан ғылым бакалавры дәрежесін алып бітірді. Содан кейін Иллинойс университетіндегі өнер магистрі дәрежесін алды, оны 1921 жылы профессор Карл Марвелдің жетекшілігімен қорғады. 1921-22 оқу жылында Каротерс Оңтүстік Дакота университетінде химия оқытушысы болып бір жыл жұмыс істеді. Ол Оңтүстік Дакота университетінде тәуелсіз зерттеу жұмыстарын бастады, нәтижесінде Америка химиялық қоғамының журналында мақаласы жарияланды. Бұл мақалада ол фенил изоцианаты мен диазобензол имидінің (қазір фенил азиді деп аталады) физикалық қасиеттерін өлшеді. Бұл қасиеттердің мәндері өте ұқсас болды, бұл оны екінші қосылыстың құрылымы C6H5 N=N=N екеніне, бұрынғыдай сақина емес, үш азот атомы бар сызықтық тізбек екеніне алып келді. Ол докторлық диссертациясын қорғау үшін Иллинойс университетіне оралды. 1924 жылы оған ғылым докторы (Ph. D.) дәрежесі берілді. Ол органикалық химияға маманданып, физикалық химия және математикадан қосымша білім алды. 1922-1923 жылдары ғылыми көмекші болып жұмыс істеді және 1923-1924 жылдары Карр стипендиясын алды. Бұл сол кездегі университет ұсынған ең беделді сыйлық еді. 1926 жылы Иллинойс университетінің Зета бөлімінде Альфа Чи Сигма ұйымына қабылданды. Докторлық диссертациясын қорғағаннан кейін Каротерс Иллинойс университетінде екі жыл органикалық химиядан оқытушы болып жұмыс істеді. 1926 жылы Каротерс Гарвард университетіне көшті, онда ол қайтадан органикалық химиядан оқытушы болды. Гарвард университетінің президенті Джеймс Б. Конант, өзі де химияшы, Каротерс туралы былай деп жазды: Өзінің зерттеулерінде доктор Каротерс осы кезде-ақ кейінгі жұмыстарындағы жоғары шығармашылықты көрсетті. Ол ешқашан да белгілі жолмен жүруге немесе органикалық реакцияларды қалыпты түсіндіруге келіспеді. Ол Гарвардта оқып жүрген кезінде полимерлендіру және жоғары молекулалық салмақты заттардың құрылымы туралы ойлана бастады. 1927 жылы DuPont компаниясы негізгі, таза зерттеулерді қаржыландыруға шешім қабылдады: ақша табуға бағытталған өнімдерді әзірлеуге бағытталмаған зерттеулер. Каротерс Вилмингтонға (Делавэр штаты) барып, жаңа DuPont зертханасындағы органикалық химия бөлімін басқару мүмкіндігін талқылады.
In his research, Dr. Carothers showed even at this time the high degree of originality which marked his later work. He was never content to follow the beaten path or to accept the usual interpretations of organic reactions. His first thinking about polymerization and the structure of substances of high molecular weight began while he was at Harvard. In 1927, DuPont decided to fund fundamental, pure research: research not deliberately aimed at the development of a money making product. Carothers traveled to Wilmington, Delaware, to discuss the possibility of being in charge of organic chemistry at the new DuPont laboratory for fundamental research.
DuPont- қа ауысу
Академияны тастау шешімі Каротерске қиын болды. Бастапқыда ол "Дюпонттың" жұмысқа орналасу ұсынысынан бас тартты, себебі "Менде невротикалық шаршаулар болады, олардың қабілетімді төмендетуі осы жердегіден гөрі онда ауыр тиюі мүмкін". Осы мойдалауға қарамастан, "Дюпонт" компаниясының басшысы Гамильтон Брэдшоу Гарвардқа сапар шегіп, Каротерсті шешімін өзгертуге көндірді. Оның айлық жалақысы 500 долларға, ал Гарвардта 267 доллар (жылдық 3200 доллар) ғана еді. Кейін Вилко Мачетанцқа, Таркиодағы бөлмедесіне жазған хатында Каротерс өзінің депрессиялық сезімдерін толықтырып айтты: "Қазір де, мен тек жомарттық пен ізгі ниетпен ұсынылған есепке келмейтін игіліктерді қабылдап, жағдайлар мен адамдық сезімдер мен әдептілік талап ететін тіпті ең кішкентай да қайтарымды жасаудан, өрескелдік немесе қорқыныш немесе өзімшілдік немесе жай бейжайлық және сезімнің толық жоқтығынан бас тартамын".
Неопрен
Дупонт компаниясында Каротерске жаңа құрылған зерттеу бағдарламасында лауазым берілді, ол Уилмингтон, Делавэр қаласында жақында ғана құрылған еді, және компания оған кез келген зерттеуді таңдауға мүмкіндік берді. Ол полимерлерді зерттеуді таңдады, себебі бұл тақырып теориялық зерттеуді қажет ететін және зор коммерциялық әлеуеті бар сала еді. Каротерс 1928 жылдың 6 ақпанында Дупон эксперименталды станциясында жұмыс істей бастады. Оның басты мақсаты 4200-нен асатын молекулалық салмағы бар полимерді синтездеу болды, бұл көрсеткіш доктор Эмиль Фишерге бұрын жеткен еді. 1928 жылдың жазында Каротерстің штатында Ph.D. дәрежесіндегі химияшылар мен екі консультант болды: оның диссертация жетекшісі доктор Роджер Адамс және Иллинойс университетіндегі органикалық химия оқытушысы доктор Карл Марвел. Бұл ең білікті ғалымдардың жұмыс істеген зертханасы «Тазалық залы» деп аталды. 1929 жылдың ортасына қарай «Тазалық залы» 4000-нан сәл асатын салмақты полимер шығара алмағаны көңіл көншітпеді. 1930 жылдың қаңтар айында доктор Элмер К. Болтон химиялық бөлімнің бас химигінің орынбасары болды, демек, Каротерстің тікелей бастығы аталды. Болтон 1930 жылы нақты нәтижелерді көруді қалады, және оның тілегі орындалды. Болтон Каротерске синтетикалық резеңке жасау мақсатымен ацетилен полимерінің химиясын зерттеуді тапсырды. 1930 жылдың сәуір айында Каротерстің штатындағы доктор Арнольд М. Коллинз хлоропренді бөліп алды, ол полимерленгенде резеңкеге ұқсас қатты материалға айналатын сұйықтық еді. Бұл өнім алғашқы синтетикалық резеңке болды және бүгінде неопрен деп танылады.
Полиэстерлер
Сол жылы Каротерс тобының тағы бір мүшесі, доктор Джулиан У. Хилл, 4000-нан асатын молекулалық салмағы бар полиэстерді жасауға тағы да тырыса бастады. Оның күш-жігері көп ұзамай үлкен жетістікке ие болды, ол шамамен 12 000 молекулалық салмағы бар синтетикалық полимер жасады. Жоғары молекулалық салмақ балқыған полимерді талшықтарға созуға мүмкіндік берді. Осылайша, химияшылар «суперполиэстер» деп атаған алғашқы синтетикалық жібек пайда болды. Полиэстерлер мен полиамидтер – қадамдық өсім полимерлену арқылы түзілген конденсациялық полимерлердің мысалдары. Каротерс қадамдық өсім полимерлену теориясын жасады және мономердің полимерге фракциялық түрленуіне (немесе өнімділігіне) байланысты полимерленудің орташа дәрежесін анықтайтын Каротерс теңдеуін туындырды. Бұл теңдеу жоғары молекулалық салмақ үшін өте жоғары фракциялық түрленудің қажет екенін көрсетеді (тек қадамдық өсім полимерлері үшін ғана). Гилл гликольдар мен диакислоталарды біріктіріп, төмен қысымда қыздырып, сондай-ақ конденсациялық реакцияда пайда болған судың соңғы іздерін жою үшін молекулалық дистилляция қолданып, серпімді және берік синтетикалық талшық жасады. Алайда, өндірілген талшықты коммерциялық түрде пайдалану мүмкін болмады, себебі ол ыстық суға салғанда жабысқақ массаға айналды. Каротерс полимерлерді зерттеуді бірнеше жылға тоқтатты.
Кейінгі мансабы мен депрессия
1931 жылы Каротерс үш басқа DuPont ғалымымен бірге Вилмингтондағы «Виски Эйкерс» деп аталған үйге көшіп келді. Ол жалғыздыққа бойын салған жоқ, бірақ депрессивті көңіл күйінің кесірінен бөлмелестерінің барлық әрекеттеріне қуана қатыса алмайтын. Жақын досы Франсис Спенсерге жазған хатында: «Химиядан басқа өмірімде болған жайттар туралы айтуға көп нәрсе жоқ сияқты. Қазір үш еркекпен бірге елде тұрып жатырмын, олардың әлеуметтік қарым-қатынасқа бейімділігі соншалық, биік шляпалар мен ақ галстуктермен шығып кетеді, ал мен әдеттегідей үйде мұңайып отырамын». Осы шамада Каротерс Джулиан Хиллге сағатының тізбегіне ілген цианид капсуласын көрсеткен. Каротерс жоғары мәртебесін сақтау үшін қажетті көпшілік алдында сөйлеуді жек көретін. 1932 жылдың қаңтар айында Франсис Спенсерге жазған хатында ол былай деді: «Мерзімалық демалыста Нью-Хейвенге барып, органикалық симпозиумда сөз сөйледім. Жақсы қабылданды, бірақ оны жасау туралы ой алдыңғы апталарды уыстады және осы оқиғаға дайындалу үшін көп мөлшерде алкоголь ішуге тура келді. Нервшілігім, көңілімнің тоңуы мен шешім қабылдаудағы қиындықтар уақыт өте келе күшейе түсті, ал ішімдікке жиі жүгіну ешқандай тұрақты жақсартуға әкелмейді. Қазіргі уақытта 1932 жыл мен үшін қараңғы көрінеді». 1932 жылы Каротерстің жұмысқа орналасу шартын доктор Болтон өзгертті. «Тазалық залы» енді «біздің жұмысымыздың түпкі мақсаттары мен компанияның мүдделері арасындағы тығыз байланысты қамтамасыз етуге» бағытталды. Бұл қаражаттың таза зерттеуден практикалық зерттеуге ауыстырылғанын білдірді. Каротерс өзін білікті коммерциялық зерттеуші деп санамады. Ол негізгі жұмысты DuPont мүдделеріне сәйкес келетін екі-үш ұсыныспен шектеуді ұсынды. Осы кезеңде Каротерстің жеке өмірі де қызықты болды. Ол 1933 жылы күйеуінен ажырасуға өтініш берген Сильвия Мур деген үйленген әйелмен махаббатқа түсті. Сонымен қатар ол ата-анасының қаржылық қиындықтары туралы уайымдап, оларды Вилмингтонға көшіруді жоспарлады. Бұл көшудің эмоционалдық салдары туралы ойланбастан, ол Эксперименталды станциядан 16 шақырым қашықтықтағы Арденде үй сатып алып, ата-анасымен бірге көшіп келді. Ол кезде оның жасы 37-ге толыпты. Бірақ көп ұзамай ата-анасымен арақатынасы шиеленісе бастады. Каротерс әлі де Сильвия Мурмен кездесіп жүрді, ол енді жалғыз болды, ал оның ата-анасы бұл қарым-қатынасты мақұлдамады. Үйдегі жағдайдың шиеленісіп кеткенін сезген ата-анасы 1934 жылдың көктемінде Де-Мойнге қайтып оралды.
Полиамидтер
1934 жылы Каротерс қайтадан талшықтарға назар аударды. Енді команда гликольдің орнына диаминдерді қолданып, полиамид деп аталатын полимер түрін жасады. Бұл заттар гликоль қолданып жасалған полиэстерлерге қарағанда әлдеқайда тұрақты болды. Полиамидтердің сутекті байланыс арқылы кристаллдық аймақтар құру қабілеті олардың механикалық қасиеттерін арттырады. Сондықтан, олар күнделікті пайдалануға жарамды синтетикалық жібек шығаруға мүмкіндік береді. Оның зерттеулері бірнеше жаңа полиамидтердің табылуына әкелді. Бұл жобаның зертханалық жұмысын доктор В.Р. Петерсон және доктор Дональд Коффман жүргізді. 1935 жылы доктор Жерар Берше осы полиамид зерттеулеріне жіберілді. Найлонның ойлап табылуынан бұрын, 1934 жылдың жазындағы осы өнімді зерттеу кезеңінде Каротерс жоғалып кетті. Ол жұмысқа келмеді және оның қайда екенін ешкім білмеді. Ол Балтимордағы Джонс Хопкинс ауруханасымен байланысты белгілі Фиппс клиникасының жанындағы Пинэль клиникасы деген шағын психиатриялық клиникада табылған. Көрініпкел, ол настолько депрессияға түскендіктен, Балтиморға психиатрға кеңес алу үшін барған, және психиатр оны клиникаға жатқызған.
Найлон
Клиникадан шыққаннан кейін көп ұзамай Каротерс DuPont компаниясына оралды. Болтон Каротерске полиамидтермен жұмыс істеуді тапсырды. Каротерстің сызықтық суперполимерлердегі жұмысы ешқандай нақты мақсаты жоқ, белгісіздікке батыл кіру ретінде басталды. Бірақ бұл зерттеу химияның жаңа саласы болды және DuPont кез келген жаңа химиялық жаңалық компания үшін құнды болады деп сенді. Зерттеу барысында Каротерс жоғары температурада тұтқыр қатты денеге айналатын суперполимерлер алды, және балқыған полимерге таяқты малып, шығарғанда осы материалдан жіпшелер жасауға болатыны байқалды. Осы жаңалықтан кейін жобаның назары осы жіпшелерге ауысты, нәтижесінде «Нейлон» пайда болды. 1935 жылдың 28 ақпанында Жерар Берше Каротерстің жетекшілігімен гексаметилендиамин мен адипин қышқылынан жарты унция полимер шығарып, полиамид 6 6-ны жасады – бұл кейіннен Нейлон деп аталатын зат. Онымен жұмыс істеу жоғары балқу температурасының кесірінен қиын болды, бірақ Болтон осы полиамидті коммерциялық өндіріс үшін таңдады. Ол доктор Джордж Грейвсті Каротерспен бірге жобаны жүзеге асыру үшін таңдады. Ақырында Грейвс Каротерстің орнын басып, полиамид жобасының жетекшісі болды. Сонымен қатар, ондаған химиктер мен инженерлер полиамид 6 6-ны коммерциялық өнімге айналдыру үшін жұмыс істеді.
Неке және қайтыс болу
1936 жылғы 21 ақпанда Каротерс 1934 жылдан бері танысқан Хелен Свитманға үйленді. Свитман химия мамандығы бойынша бакалавр дәрежесін алған және DuPont компаниясында патенттік өтінімдерді дайындау бойынша жұмыс істеген. Өмірінде достары оның Хеленмен некесін Сильвия Мурмен бұрынғы қарым-қатынасына қарағанда нашар деп бағалаған. Көп ұзамай, 1936 жылғы 30 сәуірде Каротерс Ұлттық ғылым академиясына сайланған алғашқы өнеркәсіптік органикалық химик болды, бұл өте үлкен құрмет. Дегенмен, 1936 жылғы маусым айында оның ғылымға қосқан үлесін растаған осы құрметке қарамастан, Каротерс жұмыс істеуге кедергі келтіретін депрессиядан құтыла алмады. Маусымның басында оны психиатр доктор Кеннет Аппел бақылауындағы Пенсильвания ауруханасының Филадельфия институтына, беделді психиатриялық ауруханаға, міндетті түрде жатқызды. Бір айдан кейін оған институтты тастап, достарымен Тироль Альпі тауларында серуендеуге рұқсат берілді. Ол екі апта бойы доктор Роджер Адамс пен доктор Джон Флэкпен күндізгі сапарға шықты. Олар кеткеннен кейін ол ешкімге, тіпті әйеліне де хабар бермей, жалғыз өзі саяхатын жалғастырды. 14 қыркүйекте ол күтпеген жерден эксперименталды стансадағы әйелінің үстеліне келді. Осы сәттен бастап Каротерстен тәжірибелік стансада нақты жұмыс істеу күтілмеді. Ол жиі келіп-кетіп тұратын. Әйелі доктор Аппелмен келіскеннен кейін, оның Каротерсті бақылауға жеткілікті күші жоқ екенін білген соң, ол қайтадан Виски Акресте тұруын бастады. 1937 жылғы 8 қаңтарда Каротерстің әпкесі Изобель пневмониядан қайтыс болды. Уоллес пен Хелен Каротерстер оның жаназасына қатысу үшін Чикагоға, содан кейін жерлеу рәсіміне Дес-Мойнге сапар шекті. Ол әлі де Филадельфияға психиатры доктор Аппелге барып тұрды, ол Каротерстің досына оның жағдайында өзіне-өзі қол жұмсау ықтималды екенін айтқан. 1937 жылғы 28 сәуірде Каротерс эксперименталды стансаға жұмысқа барды. Келесі күні сағат 17:00 шамасында ол қонақүй бөлмесінде өлі күйде табылған. Жанында сығылған лимон мен цианид тұзы болған. Ешқандай хат табылған жоқ. Ол 1982 жылы қайтыс болғаннан кейін Alpha Chi Sigma Даңқ залына енгізілді.