Каучук перестаёт быть загадкой

История синтеза каучука начинается с изучения состава и строения натурального каучука.  Люди долгое время пользовались каучуком, не зная, из чего он состоит и какова его химическая природа. Вместе с тем, каучук, обладающий столь необычными свойствами, всё более и более привлекал внимание исследователей.

Первая попытка произвести научный анализ состава каучука принадлежит известному английскому физику и химику М. Фарадею. В 1826 г. он правильно указал на углеводородную природу каучука и, пользуясь, данными элементарного анализа, т. е. анализа, позволяющего установить относительное содержание атомов отдельных  элементов в молекуле исследуемого вещества, предложил эмпирическую формулу натурального каучука, которая впоследствии была уточнена другими исследователями. Первоначальная формула каучука была C5H8 но, как мы увидим дальше, это не соответствовало действительности: формула была слишком проста для такого сложного вещества, как каучук.

Большую помощь в установлении состава каучука оказала сухая перегонка. В 30-х годах прошлого столетия ряд учёных произвели разложение каучука при нагревании без доступа воздуха. Таким путём учёные стремились найти то первоначальное вещество, из которого построены сложные молекулы каучука. Каучук, нагретый до высокой температуры без доступа воздуха разлагается на свои простейшие составные части. Исследование состава каучука методом сухой перегонки можно образно сравнить с таким процессом: захотев узнать, из чего построен каменный дом, мы разрушили бы его и в груде обломков, не зная в точности,  из чего дом построен, искали бы составляющие его простейшие звенья — кирпичи.

Рис. 4. При сухой перегонке каучук разлагается и образующиеся пары конденсируются; в конденсате находится изопрен.

При сухой перегонке кусочек каучука подвергали постепенному нагреванию в стеклянной реторте. Когда температура достигала 120°, каучук размягчался. При 250° он начинал разлагаться — в реторте появлялись белые пары. По мере дальнейшего повышения температуры каучук превращался в густое масло бурого цвета. Концом сухой перегонки считалось прекращение выделения паров из реторты. После перегонки на дне реторты оставался чёрный твёрдый кусочек.

Пары, выделяющиеся из реторты, сжижали в холодильнике. Получавшаяся при этом жидкость (конденсат) состояла из смеси различных жидких углеводородов. Для разделения её подвергали так называемой фракционной перегонке: смесь нагревали, при этом вначале испарялись части смеси с наиболее низкой температурой кипения, а затем, по мере повышения температуры,— части, имеющие более высокую точку кипения. Фракции, т. е. составные части смеси, собирались после конденсации в холодильнике в отдельные сосуды, после чего изучался химический состав собранных жидкостей.

Первая сухая перегонка была произведена учёным Химли в 1835 г. Он и другие исследователи заметили, что  в зависимости  от  условий сухой перегонки, каучук даёт  фракции разного состава, но всегда можно было выделить значительное количество жидкости, кипящей при 33—34°. Это — углеводород изопрен, имеющий формулу C5H8.

В честь первого исследователя состава каучука Химли назвал  выделенную им при сухой перегонке каучука жидкость, кипящую при 33—34°, фарадеином, а вещество состава C10H16 с температурой кипения 171,5° — каучином. Однако эти названия не внесли ясности в тайну строения молекулы каучука; он  продолжал оставаться загадкой. Многие стали подражать первым исследователям каучука и получали, в зависимости от условий опыта, самые различные фракции перегонки. Далее, по мере изучения каучука, стало очевидным, что действительная формула каучука имеет состав (C5H8)n и что каучук является полимером (от греческих слов «поли» — много, «мерос» — часть) с молекулой сложного строения.

Но такое предположение требовало строгого научного доказательства. И оно было найдено.

Химик Вильямс, исследуя в 1860 г. изопрен, который он выделил при сухой перегонке каучука, отметил способность этой резко пахнущей подвижной жидкости загустевать при стоянии на воздухе, но не придал этому значения, считая явление случайным. В 1879 г. исследователь Т. Бущарда, действуя на изопрен концентрированной соляной кислотой и нагревая его, получил каучукоподобный продукт. Это лабораторное открытие имело большое принципиальное значение в истории научного синтеза каучука. Впервые было произведено получение полимера изопрена в присутствии катализатора. Был указан путь, которому надо идти исследователям. Однако получать  синтетический каучук из изопрена, в то время не имело смысла: сам изопрен получался путём сухой перегонки каучука. Каучук — из каучука! Тем не менее каучук Бушарда был по существу искусственным синтетическим  каучуком.

Через 13 лет, в 1892 г., английский профессор химии Тильден, делая научный доклад в Бирмингамском философском обществе, заявил:
«Несколько недель тому назад я был крайне поражён, найдя сохранявшийся в склянках изопрен, добытый из скипидара, совершенно изменившимся с виду. Вместо прозрачной, бесцветной жидкости, в склянках оказался густой сироп, в котором плавало несколько больших масс желтоватого цвета. При исследовании эти комки оказались каучуком».

Однако Тильден не смог повторить это случайное наблюдение. Интересным и новым в опыте этого учёного является получение изопрена не сухой перегонкой каучука, как это делали до него, а новым путём  — разложением скипидара при пропускании через накалённую докрасна железную трубку.

В результате этих и многих других работ учёные пришли к мысли, что изопрен является тем углеводородом, из которого в природных условиях под влиянием каких-то неизвестных по характеру воздействий получается полимер изопрена — натуральный каучук. Такого  рода взгляды были впервые высказаны ещё в 60-х годах прошлого столетия.