Циглер (Ziegler), Карл

Немецкий химик-органик Карл Циглер родился в Хельсе, в семье Луизы (Ралл) Циглер и Карла Циглера, лютеранского священника. В 1916 г. он был принят в Марбургский университет, где изучал химию под руководством известного химика-органика Карла фон Ауверса, и в 1920 г. ему была присуждена докторская степень. Три года спустя Циглер получил академическое свидетельство и начал преподавать в Марбургском университете. Проведя 1925 г. в качестве приглашенного лектора во Франкфуртском университете, он переехал в Гейдельберг, где в 1927 г. стал профессором химии. Девять лет спустя Циглер был назначен профессором химии и директором Химического института Галльского университета, а в 1943 г. стал директором Института кайзера Вильгельма по изучению угля в Мюльхайме, где оставался до конца своей научной деятельности.

В Гейдельберге Циглер начал исследовать свободные радикалы (химические соединения, содержащие неспаренные электроны), соединения с большими кольцами и заниматься синтезом металлоорганических соединений. Однако, лишь перейдя работать в Институт кайзера Вильгельма (позднее названный Институтом Макса Планка), он разработал методы полимеризации, которые со временем принесли ему всемирное признание. Циглер и его коллеги изучали механизм реакций полимеризации ненасыщенных углеводородов, таких, как этилен и пропилен. Уже в начале XX в. было известно, что эти легкие вещества способны образовывать гигантские молекулы, связывая тысячи идентичных молекул в длинные цепи. Фактически такие высокомолекулярные полимеры образуют основу многих современных материалов, например пластмасс и синтетических тканей. Однако в то время, когда Циглер приступил к работе над этой темой, не существовало методов химического контроля за организацией молекул внутри цепей. Исследовательская группа Циглера обнаружила, что определенные металлоорганические вещества, например триэтилалюминий, катализируют самоконденсацию этилена с образованием не полиэтилена, а металлоорганических и ненасыщенных молекул промежуточных размеров.

В 1952 г., после четырех лет изучения этой представляющей научный интерес реакции, Циглер пришел к выводу, что следы никеля мешают полимеризации, значительно ускоряя побочно протекающие реакции. Исследовательская группа Циглера приступила тогда к систематическому анализу элементов периодической таблицы в поисках других неорганических соединений, которые вызывали бы подобный эффект. Их цель заключалась в «асептике», как позднее говорил Циглер, т.е. в возможности исключения любых следов катализаторов, которые мешали бы полимеризации. Интересно, что когда они проверяли соответствующее соединение циркония, то обнаружили, что оно не только не препятствует полимеризации, но, напротив, действует сообща с триэтилалюминием и является сильным катализатором в реакции полимеризации этилена. Полиэтилен получался быстро и легко.

Всегда считалось, что этилен чрезвычайно трудно полимеризировать. Полиэтилен, впервые полученный в 1936 г. компанией «Империал кемикал индустриз», потребовал создания очень высоких температур (200°С) и давления (по крайней мере в тысячи атмосфер), а свойства полученного пластика не оправдали ожиданий. Новый комплексный катализатор Циглера не только способствовал полимеризации при значительно более низких температуре и давлении. На нем также получался материал с гораздо лучшими свойствами – более плотный, твердый и устойчивый к высоким температурам. За открытием в ноябре 1953 г. этой новой реакции получения полиэтилена последовало несколько недель удивительно плодотворной работы. Именно в этот период был обнаружен ряд других неорганических соединений с подобными свойствами – соединения таких металлов, как титан, торий и железо. В присутствии тетрахлорида титана, например, реакция полимеризации шла при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении.

Еще до публикации научной статьи об этой работе Циглер получил лицензию на этот процесс, и многие стали совершенствовать научный и технологический аспекты этой реакции. Итальянский химик Джулио Натта, который еще раньше получил лицензию, открыл аналогичные реакции превращения пропилена в полипропилен. Натта использовал также замечательные структурные свойства и стереоспецифичность реакций, называемых катализаторами Циглера – Натта. Иначе говоря, было обнаружено, что эти катализаторы позволяют химикам осуществлять ни с чем не сравнимый контроль над точной структурой и пространственной ориентацией новых полимеров. Химики давно уже знали, что чрезвычайно тонкие различия в архитектуре молекул могут приводить к радикальным различиям в свойствах веществ, к таким, например, как различия между полиэтиленом низкой и высокой плотности (соответственно полиэтиленом высокого и низкого давлений). Появилась возможность, применяя катализаторы Циглера – Натта, синтезировать материал, который был абсолютно идентичен натуральному каучуку. Эти открытия произвели революцию в производстве пластических материалов, а также в других способах получения полимеров. Уже в 1955 г. было получено 200 метрических тонн нового полиэтилена, к 1958 г. его производство выросло до 17 тыс. тонн, а к 1962 г. – до 120 тыс. тонн, и все это в результате различных процессов, которые прямо или косвенно брали свое начало в работе Циглера.

В 1963 г. Циглеру совместно с Натта была присуждена Нобелевская премия по химии «за открытия в области химии и технологии высокомолекулярных полимеров». В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук Арне Фредга отозвался об исследовании, проведенном Циглером, как «о блестящей работе по металлоорганическим соединениям, [которая] неожиданно привела к новым реакциям полимеризации и, таким образом, проложила путь новым, чрезвычайно плодотворным производственным процессам». В своей Нобелевской лекции Циглер проследил развитие открытого им метода, сравнив недавнее «стремительное распространение макромолекулярной химии и ее промышленного применения... со взрывом».

Несмотря на огромные масштабы промышленного применения своей работы, Циглер всегда заявлял, что он по сути своей представитель чистой науки. Исследования, которые он проводил на протяжении всей научной деятельности, были направлены не на изобретательство, а на научные открытия. Такая исследовательская программа демонстрирует замечательное, всеобъемлющее единство. Например, изучение полимеризации этилена основывалось на более ранних исследованиях реакций с участием металлоорганических соединений, а эта работа вытекала из первоначально возникшего у Циглера интереса в период подготовки докторской диссертации к свободным радикалам, которые были открыты незадолго до этого.

Когда Циглер в 1943 г. вел переговоры с Институтом кайзера Вильгельма по изучению угля, он настаивал на том, чтобы при условии его перехода туда никакие ограничения не накладывались на предмет проводимых им исследований. Как он позднее объяснял, такие ограничения «высушили бы все родники» его «творческой активности». Характер своего творчества Циглер описал в Нобелевской лекции: «Я никогда не начинал с какого бы то ни было подобия формально изложенной проблемы. Все мои усилия развивались совершенно спонтанно, начинаясь с чего-то, по сути дела, иррационального в природе... Мой метод напоминал блуждание по новой, неизведанной земле, в ходе которого постоянно открываются интересные перспективы... однако такие, что никто точно не знает, куда это путешествие приведет». Несмотря на то что Циглер всегда выступал против того, чтобы его называли инженером-химиком, он защищал свои финансовые интересы, вытекающие из сделанных им открытий. Ученый получал огромные отчисления как владелец патента с применяемых на производстве разработанных им процессов и незадолго до ухода в отставку, в 1969 г., учредил Фонд Циглера с вкладом 40 млн. марок.

Человек очень скромный и дружелюбный, Циглер был известен как талантливый и самоотверженный преподаватель, который являлся научным руководителем у 150 претендентов на докторскую степень. В 1922 г. он женился на Марии Куртц. У супругов было двое детей, Марианна и Эрхарт, и 10 внуков. Мария пережила своего мужа, а Циглер умер в Мюльхайме в 1973 г., в канун 52-й годовщины их свадьбы.

Помимо Нобелевской премии, Циглер был удостоен награды Карла Дюизберга Германского химического общества (1953), медали Лавуазье Французского химического общества (1955) и медали Суинберна лондонского Института пластмасс и каучука (1964). Он был почетным доктором технических университетов Ганновера и Дармштадта, Гейдельбергского и Гессенского университетов.