Проектная работа «Вклад А.Е. Арбузова в развитие органической химии»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Большеафанасовская средняя общеобразовательная школа»

Нижнекамского муниципального района

Республики Татарстан

Проектная работа

«Вклад А.Е. Арбузова в развитие органической химии»

Автор: Минезянова Лейсан, ученица 9 класса

Руководитель: Кочнева Н.В., учитель биологии и химии

МБОУ «Большеафанасовская СОШ»

2021 г.

Оглавление

1. Введение…………………………………………………………………3
2. Основная часть………………………………………………………….4

1. Биография А.Е. Арбузова…………………………………………...4
2. Деятельность А.Е. Арбузова на кафедре органической химии КГТУ…………………………………………………………………8
3. Научные разработки А.Е. Арбузова в годы Великой Отечественной войны……………………………………………...10

3. Заключение…………………………………………………………….12
4. Список литературы……………………………………………………14

1. Введение

 «Вспомнив несколько, почти легендарных людей прошлого, мне хотелось бы сейчас вспомнить человека, который сам олицетворяет, можно сказать, живую легенду – академика Александра Ерминингельдовича Арбузова, одну из величайших фигур в органической химии фосфора, и я горжусь нашей с ним дружбой».

Лорд Александр Тодд, лауреат Нобелевской премии, английский химик

Из речи на открытии конгресса Международного Союза чистой и прикладной химии

Москва, 1965 год.

      Казань славится многими именами. И в этом ряду одним из первых стоит имя крупнейшего ученого – Александра Ерминингельдовича Арбузова. Герой Социалистического Труда, лауреат двух Государственных премий СССР, кавалер нескольких орденов Ленина, почетный профессор ряда европейских университетов, Александр Ерминингельдович Арбузов – основатель Казанской научной школы химиков-фосфороргаников. С 2 августа 1947 Институт органической и физической химии (современное название НИИ Казанского научного центра Российской Академии наук) носит его имя. В 1969 году в Советском районе появилась улица Арбузова.  В 1977 году перед фасадом нового здания Института органической и физической химии был торжественно открыт бюст ученого работы А.Н.Костромина. В 1997 году учреждена Международная арбузовская премия. В 2002 году в его честь в Казанском технологическом университете (бывший КХТИ) состоялось открытие мемориальной Арбузовской аудитории. 

Цель работы: определить значимую роль ученого – химика А.Е. Арбузова в развитие органической химии.

Объект: деятельность А.Е. Арбузова в области органической химии.
Предмет: достижения А.Е. Арбузова в области органической химии.
Методы: теоретический, анализа и синтеза,
сравнение, наблюдение, описание.
Задачи: изучить краткую биографию А.Е. Арбузова; рассмотреть основные труды в области химии; охарактеризовать главные открытия А.Е. Арбузова.

Работа состоит из введения, глав основной части, заключения и списка литературы.
Гипотеза: А.Е. Арбузов - великий химик, ученый,  общественный деятель, основатель научной школы фосфороргаников. 

2. Основная часть

2.1. Биография А.Е. Арбузова

        Александр Ерминингельдович Арбузов родился 11 сентября 1877 г. в селе Арбузов-Баран Спасского уезда Казанской губернии в семье обедневшего помещика, учителя по образованию – Ерминингельда Владимировича Арбузова. Его мать Надежда Александровна тоже была учительницей.

Родители Саши Арбузова пользовались большим уважением в округе. Мальчик получил основательную домашнюю подготовку. Читать научился самостоятельно, по картинкам в «Ниве». Мать обучила сына чистописанию, на всю жизнь «подарив» ему четкий и разборчивый почерк, а отец занимался с Сашей математикой. Ерминингельд Владимирович умел производить в уме сложнейшие арифметические вычисления.

Когда Саше минуло восемь лет, его отдали в восьмиклассную сельскую школу. В 1886 году мальчик был определен в приготовительный класс 1-й Казанской мужской гимназии. Скучная, душная атмосфера гимназической муштры подавляла впечатлительную натуру мальчика. Вместе с товарищем Саша решил бросить учебу и отправиться путешествовать. Правда, затея «Робинзона» стала известна взрослым, и путешествие сорвалось. Тогда Саша нашел другое увлечение. Вместо того, чтобы ходить на занятия, он стал рисовать огромную цветную карту Европы. В результате незадачливый географ остался на второй год в четвертом классе. Он «провалился» по латинскому языку. Расстроенный и подавленный вернулся Арбузов в деревню. После разговора с отцом дал слово прилежно относиться к учебе и впоследствии успешно учился в гимназии. В 1896 году он ее закончил. В аттестате значилось: по географии «отлично», по физике, истории и греческому языку – «хорошо», а по остальным языкам (латынь, немецкий) и логике – «удовлетворительно». Химию как отдельный предмет в гимназиях не изучали.

Осенью того же года Арбузов стал студентом знаменитого Казанского университета. В университете все дышало воздухом будущих знаменательных перемен, он жил духом Лобачевского, Клауса, Зимина, Бутлерова. Эти ученые выступали преобразователями не только в избранных ими областях математики и химии, но и в образовании. Повальное увлечение естественными науками, характерное для молодежи девяностых годов XIX столетия, не миновало и юного Арбузова. Он с удовольствием окунулся в новую жизнь. Кафедрой органической химии в Казанском университете заведовал профессор А. Зайцев, крупный химик-органик. Работал на кафедре и другой выдающийся ученый – профессор Ф. Флавицкий. К концу второго курса Арбузов совершил «выбор цели». Ею стала органическая химия. На третьем курсе, увлекшись лекциями по органической химии, Александр Арбузов пришел в лабораторию А.М. Зайцева. В лаборатории профессора Зайцева Александр Арбузов выполнил первую самостоятельную работу, которая была опубликована в журнале Русского физико-химического общества. Эта работа показывала несомненный талант пытливого студента. Она называлась прозаично: «Из химической лаборатории Казанского университета. Об аллилметилфенилкарбиноле Александра Арбузова». Из нее вытекало, что Александр Арбузов независимо от Гриньяра осуществил реакцию, известную сегодня как «реакция Гриньяра»: магнийорганический синтез.

В студенческие годы Арбузов познакомился с приемами стеклодувного искусства. Эта область экспериментальной техники настолько увлекла будущего ученого, что он занимался ею на протяжении всей жизни. Внес в технику лабораторных работ много новшеств: разработал приспособление для перегонки под вакуумом, усовершенствовал газовые горелки, приобрёл новые типы лабораторных реактивов и аппаратуру для дефлегмации. Всем химикам известна знаменитая колба Арбузова.

Свой опыт в стеклодувном деле Александр Ерминингельдович обобщил в «Кратком руководстве к самостоятельному изучению стеклодувного искусства». Эта брошюра издавалась в 1912 и 1928 годах и долгое время была уникальным пособием для многих поколений химиков-экспериментаторов. Не утратила она своего значения и до настоящего времени.

Университет окончен. 30 мая 1900 года на заседании физико-математической испытательной комиссии Александр Арбузов был удостоен диплома первой степени и звания кандидата естественных наук. Там же в 1905 г. защитил магистерскую диссертацию «О строении фосфористой кислоты и её производных», за которую в 1906 г. был удостоен Русским физико-химическим обществом премии имени Н. Н. Зинина и А. А. Воскресенского.

В 1915 г. защитил докторскую диссертацию на тему «О явлениях катализа в области превращений некоторых соединений фосфора» и был утвержден ординарным профессором по кафедре органической химии.

Как исследователь Арбузов сделал себе мировое имя, став основоположником химии фосфорорганических соединений. Эти соединения играют важную роль в химии живого, в создании современных химических материалов и боевых отравляющих веществ. Английский химик-органик А. Тодд, лауреат Нобелевской премии 1957 г., назвал Арбузова в числе «величайших фигур в области химии фосфора», а президент Академии наук СССР А. Н. Несмеянов отметил, что, как признано во всём мире, «современная химия фосфорорганических веществ… арбузовская химия». Особо ценно то, что она послужила фундаментальной колонной, держащей здание «третьей химии» — химии элементорганических соединений.

«Перегруппировка Арбузова», «изомеризация Арбузова», «реакция Арбузова» — три известных химикам синонима, обозначающие открытый в 1905 г. Арбузовым удобный способ получения фосфорорганических соединений, в которых атом фосфора непосредственно связан с атомом углерода. Реакция идёт за счёт перехода из трёхвалентного состояния в пятивалентное. Изучение этих переходов составило новую главу в органической химии.

Продолжая традицию, заложенную А. М. Бутлеровым, Арбузов уделял внимание изучению научного наследия М. В. Ломоносова, Н. Н. Зинина, Д. И. Менделеева, С. В. Лебедева. Итогом организаторской деятельности Арбузова стало создание Научно-исследовательского химического института имени А. М. Бутлерова, Казанского отделения Всесоюзного химического общества имени Д. И. Менделеева, Комиссии по истории химии при Отделении химических наук АН СССР.

В 1956—1964 гг. он был председателем Советского национального объединения историков естествознания и техники. Главное его достижение как педагога-исследователя — основание научной школы фосфороргаников, получившей мировое признание. Арбузов был многогранно одарённой личностью (великолепный музыкант, организатор и участник квартета при Казанском университете), и это создавало вокруг него особую творческую и духовную атмосферу.

Умер Александр Ерминингельдович 21 января 1968 г. в Казани. Его похоронили на Арском кладбище.

2.2. Деятельность А.Е. Арбузова на кафедре органической химии КГТУ

Кафедра органической химии КГТУ была основана в 1930 году на базе химического отделения физико-математического факультета КГТУ. Ее возглавил непосредственный ученик А.М. Зайцева, основатель химии фосфорорганических соединений (ФОС) в России, профессор Александр Ерминингельдович Арбузов. Хотя фосфор – «элемент жизни» (аденозинди– и трифосфаты, нуклеиновые кислоты) был открыт в 18 веке, первые органические соединения фосфора были получены и идентифицированы Кагуром и Гофманом лишь в 1857 году, а их систематическое изучение началось лишь с 1874 года. В России основа интенсивным, а затем и крупномасштабным исследованиям в этой области была заложена работами А.Е. Арбузова. Научные исследования А.Е. Арбузова в области ФОС сформировали одно из основных научных направлений КХТИ-КГТУ – «Химия органических производных фосфора». На всех временных этапах научные исследования были направлены на решение как фундаментальных – новые реакции, их механизмы, новые типы органических соединений фосфора и их тонкая структура, так и практических задач – изучение биологической активности синтезированных соединений и внедрение их в медицинскую практику. А.Е. Арбузов был выдающимся экспериментатором и ученым с большой интуицией. Ему удалось впервые в чистом виде выделить средние эфиры фосфористой кислоты. Он открыл реагент на трехкоординированные соединения фосфора – это одногалоидные соли меди, склонные образовывать с ними комплексы. Особо следует отметить его работы по превращению полных эфиров фосфористой кислоты (триалкилфосфитов) под действием алкилгалогенидов в эфиры алкилфосфоновых кислот.

(RO)3P + R1 Hal → [(RO)3 P+ R1 Hal¯ ] → R1 P(O)(OR)2 + R Hal

Эта реакция вошла в сокровищницу мировой химии, как реакция Арбузова. По образному выражению академика А.Н. Несмеянова реакция Арбузова явилась столбовой дорогой в области синтеза фосфорорганических соединений. Совместно с Л.В. Нестеровым, Н.Н. Сазоновой, Н.А. Разумовой А.Е. Арбузов распространил свою реакцию на ариловые эфиры и циклические эфиры фосфористой кислоты. В случае взаимодействия ароматических эфиров с иодистым метилом в чистом виде были выделены промежуточные продукты реакции и была изучена кинетика их распада.

      А.Е. Арбузовым были синтезированы и установлены структуры многих сложных органических соединений фосфора, в числе которых можно отметить эфиры пирофосфористой, субфосфорной и пирофосфорной кислот. Некоторые из этих соединений, как оказалось впоследствии, являются мощными инсектицидами. Им был разработан изящный метод получения свободных радикалов трифенилметанового ряда при помощи фосфорных соединений, а именно, действием диэтилфосфористого натрия на триарилбромметаны. Благодаря работам А.Н. Несмеянова и М.И. Кабачника в начале пятидесятых годов прошлого столетия получила развитие проблема двойственной реакционной способности органических соединений, имеющих амбидентную систему. В этом плане была актуальной работа А.Е. Арбузова совместно с Е.А. Красильниковой, где было показано, что серебряные соли диалкилфосфористых кислот (амбидентные нуклеофилы) реагируют с триарилметилбромидами без переноса реакционного центра, когда Х=Cl и с его переносом при Х=Ме. (RO) 2POC (C6H4 Cl)3 (ХС6Н4) 3 СВr + (RO) 2 POAg (RO)2 P(O)C(C6H4 Me)

     В публикации, посвященной 80-летию А.Е. Арбузова, один из ярких талантливых его учеников – профессор А.И. Разумов писал: «Этот второй казанский период развития химии органических соединений фосфора – с начала нашего века и до сороковых годов нашего столетия – следует с полным правом назвать периодом Арбузова.

2.3. Научные разработки А.Е. Арбузова в годы Великой Отечественной войны

       Во время второй мировой войны стало известно, что в Германии разработано новое отравляющее вещество – зарин (изопропиловый эфир метилфторфосфоновой кислоты Me(i-PrО)P(O)F. В арсенале боевых отравляющих веществ в СССР не было этого вещества. Было необходимо срочно синтезировать зарин, изучить его свойства и наработать опытную партию. Государственный комитет обороны поручил выполнение этого важного задания Казанской школе химиков во главе с академиком А.Е. Арбузовым. Была составлена рабочая группа по выполнению этого задания, куда из сотрудников КХТИ входили Г.Х. Камай и А.И. Разумов. Зарин был синтезирован, наработана опытная партия и Г.Х. Камай сам доставил ее к месту назначения. Высоко оценив заслуги ученых, правительство присудило А.Е. Арбузову (дважды: в 1943 и 1947 г.г.) и Г.Х. Камаю (в 1952 г.) Государственную премию (в то время Сталинскую).

В феврале 1942 г. сотрудники лаборатории люминесценции под руководством С. И. Вавилова организовали производство необходимых для авиационных приборов свето-составов постоянного действия и люминесцентных ламп особой конструкции для военно-морского флота. В 1943 г. в лаборатории были получены и затем исследовались фосфоры с двумя редкоземельными активаторами, дающие яркую (зеленую или красную) вспышку под действием инфракрасных лучей. Для этого класса фосфоров инфракрасный свет действует, как спусковой механизм, освобождающий энергию, запасенную в фосфоре ранее, при возбуждении. На основе тонких экранов из фосфоров были созданы приборы для обнаружения источников инфракрасного излучения БИ-6 и БИ-8 («бинокль инфракрасный) которые успешно прошли в ноябре — декабре 1943 г. государственные испытания на военных кораблях в Батуми и были приняты на вооружение.

Большую помощь в создании выше названных приборов оказал выдающийся ученый, основоположник химии фосфорорганических соединений – Александр Арбузов. В марте 1943 г. по просьбе С.И. Вавилова в лаборатории А.Е. Арбузова начали изготовлять 3,6-диаминофталимид:

Именно этот препарат обладал ценными свойствами в отношении флуоресценции и адсорбции и был необходим для изготовления нового оборонного оптического прибора. Значительно позднее Арбузов узнал, что изготовленного им препарата было достаточно для снабжения оптики танковых частей нашей армии и имело значение для обнаружения врага на далеком расстоянии. В дальнейшем Арбузов выполнял и другие заказы оптического института на изготовление различных реактивов. Исследования Арбузова в годы войны были всецело посвящены нуждам обороны и медицины.

      Отдельная группа экспериментальных работ, выполненных Арбузовым и его учениками, — исследования по военной тематике. В частности, учёным был произведён ресинтез (расшифровка) трофейных боеприпасов фашистской Германии.

3. Заключение

       Александр Ерминингельдович Арбузов - выдающийся ученый, основоположник одного из новейших направлений науки – химии фосфорорганических соединений, советский химик-органик, с 1942 года – академик.

       Вся жизнь и деятельность его были неразрывно связаны с прославленной Казанской школой химиков.

        В 1900-1911 годах работал в Новоалександрийском институте сельского хозяйства и лесоводства (с 1906 года – профессор), в 1911-1930 гг. – профессор Казанского университета, в 1930-1963 гг. – профессор Казанского химико-технологического института. В 1946-1965 гг. – председатель Президиума Казанского филиала АН СССР.

        Основные научные исследования Арбузова посвящены химии фосфорорганических соединений, основоположником которой он является. В 1900 году Арбузов впервые в России осуществил синтез аллилметилфенилкарбинола через магнийорганическое соединение. В 1905 году установил строение фосфористой кислоты, получил в чистом виде её эфиры, открыл каталитическую изомеризацию средних эфиров фосфористой кислоты в эфиры алкилфосфиновых кислот (перегруппировка Арбузова), ставшую универсальным методом синтеза фосфорорганических соединений. Открыл реакцию образования комплексных соединений трёхвалентного фосфора с одногалоидными солями меди.

      В 1910-1913 годах исследовал каталитическое разложение гидразонов, разработал новые способы синтеза индолов и нитрилов, нашёл способы разделения три– и диалкилфосфитов.

      В 1914 году подвёл первые итоги своих работ по изучению каталитических превращений фосфорорганических соединений, впервые после В.Ф. Оствальда обобщив все важнейшие данные о катализе. В том же году получил эфиры фосфиновых кислот, положив тем самым начало новой области исследований – химии фосфорорганических соединений со связью Р – С (систематическое изучение их было начато в СССР и за рубежом в 1920-1930 годы).

     При исследовании строения «хлорангидрида Бойда» совместно с Б.А. Арбузовым открыл (1929 год) реакцию образования свободных радикалов триарилметилового ряда из триарилбромметана. Получил и исследовал эталонный радикал дивинилпикрилгидразил. Исследуя отечественные источники органических соединений, совместно с Б. А. Арбузовым разработал новый метод подсочки хвойных деревьев, теорию истечения живицы и технику её сбора без потери летучих компонентов. Открыл и исследовал (1930-1940 годы) новые классы фосфорорганических соединений – производные субфосфорной, пирофосфорной, пирофосфористой и фосфористой кислот.

Открыл (1947 год) реакцию присоединения диалкилфосфористых кислот к карбонильной группе, явившуюся новым универсальным методом синтеза фосфорорганических соединений. Установил физиологическую активность ряда открытых им соединений, одни из которых оказались инсектицидами, другие – лекарственными препаратами. Обнаружил миотическое действие пирофоса, что легло в основу использования его для лечения глаукомы (медицинское название – фосарбин). Организовал производство фосарбина в Казани.

    Предложил ряд лабораторных приборов (колбы, колонки). Автор работ по истории химии, показывающих вклад русских химиков, и в частности учёных казанской школы, в развитие мировой науки.  

4. Список литературы

Арбисман Я. С., Очерки развития фосфорорганической химии в России.

Нестеров, Л.В. Влияние величины и строения радикалов на скорость изомеризации эфиров фосфористой кислоты: автореф. дис. канд. хим. наук / Л.В. Нестеров. – Казань, 1953. – 16 с. 5.

Сазонова, Н.Н. Получение и изучение свойств фениловых эфиров фосфористой кислоты с различными заместителями в ядре: автореферат дис. канд. хим. наук / Н.Н. Сазонова. – Казань, 1960. – 12 с.

Разумова, Н.А. Синтез и изучение пропиленгликольфосфористой кислоты и ее производных: автореферат дис. канд. хим. наук / Н.А. Разумова. – Казань, 1954. – 17 с.  Арбузов А.Е., Нестеров Л.В. // Изв. АН СССР. Сер. Хим. – 1954. – с. 427.

Разумов А.И. // Труды КХТИ им. С.М. Кирова. – 1957. – Вып. 23. – с. 15.
Казанские истории. Казань вчера, сегодня, завтра. История в лицах. ЖЗЛ - казанская серия. Александр Арбузов: жизнь как легенда.