XII Российская конференция
«Актуальные проблемы нефтехимии»

(с международным участием)
26-30 октября 2020 года

г. Москва
посвященная памяти А.Е. Фаворского

Алексей Евграфович Фаворский

(1860–1945)

Алексей Евграфович Фаворский

Творчество Алексея Евграфовича Фаворского – целая эпоха в развитии органической химии. Он является учителем нескольких поколений химиков-органиков и основателем крупнейшей научной школы органической химии в нашей стране. А. Е. Фаворский – один из создателей химии ненасыщенных органических соединений; широко известны его исследования в области изомеризации и полимеризации. А. Е. Фаворский дал глубокое теоретическое обоснование явлениям полимеризации ненасыщенных молекул. Работами А. Е. Фаворского в области полимеризации положено начало современной технологии синтетического каучука. В итоге этих работ выдающийся ученик А. Е. Фаворского – академик С. В. Лебедев – основал отечественную промышленность синтетического каучука.

Алексей Евграфович родился 4 марта 1860 года в селе Павлове Нижегородской губернии, в семье местного священника Евграфа Андреевича Фаворского. Учился в гимназии в Нижнем Новгороде, где прошел семь классов; восьмой класс А. Е. Фаворский закончил в Вологодской гимназии. С детских лет А. Е. Фаворский любил природу – степи, леса и реки. По его рассказам и воспоминаниям друзей, А. Е. Фаворский был искусным птицеловом и охотником. В детстве он всегда держал дома разных птиц. Много позже он любил вспоминать, как у него зимовали скворцы: «Зимы были холодные, кур держали на кухне в запечье, и к ним же я пристроил скворца на зимовку. Обстановка для скворца оказалась подходящей, и он прожил всю зиму с толком – усвоил все манеры петуха и воображал себя вожаком кур».

Детская любовь к птицам, животным и цветам не прошла в жизни А. Е. Фаворского как простой эпизод, но определила его увлечение естественными науками. В 1878 г., после окончания Вологодской гимназии, Алексей Евграфович поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета, где в то время работали знаменитые химики – Д. И. Менделеев, А. М. Бутлеров. Исследовательскую работу А. Е. Фаворский начал еще будучи студентом, под руководством А. М. Бутлерова и его ближайшего помощника М. Д. Львова. Однако попасть в лабораторию Бутлерова ему удалось не сразу. Выбрав своей специальностью химию, А. Е. Фаворский записался к Бутлерову. Но Алексей Евграфович оказался шестым, а в лаборатории Бутлерова было всего пять мест. Пришлось стать «медиком поневоле». Он записался к анатому Овсянникову. Студент получил задание от профессора: найти окончания легочных нервов у лягушек. Ножницами он отсек головы бесчисленному числу лягушек... «Загубил я их тьму, – вспоминал впоследствии А. Е. Фаворский, – а нервных окончаний так и не нашел». Внезапно у Бутлерова освободилось место, и Фаворский поспешил занять его. Он с облегчением выбросил ножницы, которыми отрезал лягушкам головы.

Вскоре А. Е. Фаворский сделал свое первое научное открытие – изомерных превращений однозамещенных ацетиленовых углеводородов под влиянием спиртового раствора едкого калия при нагревании. А. Е. Фаворский впервые в истории органической химии установил перемещение тройной связи (ацетиленовой связи) и переход несимметричной молекулы с тройной связью в симметричную. Это открытие сразу же было высоко оценено А. М. Бутлеровым. Дальнейшая разработка открытой А. Е. Фаворским реакции послужила основой для развития нового оригинального направления в органической химии.

В последующих работах А. Е. Фаворский исключительно последовательно и целеустремленно исследует взаимные переходы однозамещенных ацетиленовых углеводородов в двузамещенные и в диэтиленовые углеводороды. Он собрал богатейший экспериментальный материал, позволивший совсем по-новому подойти к изучению органических молекул и химических реакций. А. Е. Фаворский изучил влияние строения отдельных частей молекулы на ход процесса изомеризации, дал теоретическое толкование установленным превращениям и разработал обширную программу дальнейших исследований.

В 1891 г. А. Е. Фаворский защитил диссертацию на степень магистра, материалы которой опубликовал в том же году в своей первой монографии «По вопросу о механизме изомеризации в рядах непредельных углеводородов». Широкое исследование внутримолекулярных перестроек молекул под влиянием спиртового раствора щелочи привело А. Е. Фаворского к созданию схем или механизмов этих превращений, с помощью которых были объяснены переходы от начального к конечному строению молекулы. Им были выявлены наиболее устойчивые структуры молекулы, в ряде случаев установлены положения для предсказания свойств и условий превращения молекулы. Всем этим закладывался фундамент новой, более совершенной теории строения, полнее объясняющей свойства вещества. При изучении действия хлорноватистой кислоты на двузамещенные ацетиленовые углеводороды А. Е. Фаворский получил ряд несимметричных альфадихлоркетонов, способных образовать гидраты. Изучая действие углекислых щелочей на дихлоркетоны, А. Е. Фаворский открывает новый вид изомеризации, давший способ превращения охлоренных кетонов в кислоты акрилового ряда. Эти непредельные кислоты занимают сейчас большое место в производстве органического стекла и синтетических каучуков. Эти работы А. Е. Фаворский обобщил в своей докторской диссертации, которую он защитил в 1895 году. Материалы докторской диссертации были опубликованы им во второй выдающейся монографии «Исследования изомерных превращений в рядах карбонильных соединений, охлоренных спиртов и галоидозамещенных окисей».

Вся дальнейшая научная деятельность А. Е. Фаворского была посвящена достижению одной общей цели – разъяснению природы химического сродства и механизма химических реакций. Основным путем к достижению этой цели А. Е. Фаворский избрал детальное изучение реакций изомерных превращений, происходящих под влиянием различных воздействий. А. Е. Фаворский использовал эти превращения для дальнейшего усовершенствования структурного учения, творцом которого являлся его учитель А. М. Бутлеров. А. Е. Фаворский изучал молекулу органического соединения в ее движении и изменении; его интересовала внутренняя перестройка молекулы, перемещение отдельных атомов и групп атомов, происходящее в результате различных воздействий на органическую молекулу; способ и путь перехода системы из первоначального состояния в конечное и обратно; изменение и перемещение связей при этом и влияние пространственного расположения атомов на их реакционную способность. Эти вопросы изучались А. Е. Фаворским на реакциях различных классов органических соединений, и при этом попутно было синтезировано много новых ценных веществ, принадлежащих к классам непредельных углеводородов, особенно ацетиленового ряда, галоидозамещенных углеводородов, спиртов, эфиров и кетонов, кислот и др.

В результате этих исследований А. Е. Фаворский создал собственную «теорию натяжений», согласно которой между атомами, входящими в состав молекулы, существует «натяжение», которое возрастает от первичных ко вторичным и третичным радикалам. Это «натяжение» ослабляет отдельные связи и является причиной изомерных превращений, происходящих с органической молекулой. Натяжение возрастает при переходе от соединений с прямой цепью к веществам, имеющим разветвленную молекулу.

Важными этапами теоретических исследований А. Е. Фаворского было открытие им явлений изомеризации в ряду циклических моно- и дихлоркетонов, происходящих под действием едкого кали и сопровождающихся изменением цикла. Так, из кетона с шестью атомами углерода в кольце получалась кислота с пятью атомами углерода в цикле, так же точно семичленный цикл превращался в шестичленный. Эта реакция явилась одной из первых, показавших возможность превращения друг в друга циклических соединений с разным числом атомов углерода. Изучение А. Е. Фаворским действия пятибромистого фосфора на циклические кетоны привело к открытию аномального протекания реакции в случае кетонов с разветвленной цепью углеродных атомов и было объяснено как следствие предварительной енолизации кетона под влиянием пятибромистого фосфора.

Принципиально важными для окончательного утверждения структурного учения органической химии явились работы А. Е. Фаворского по установлению возможности существования замкнутых циклических соединений с тройной связью в цикле. Эти исследования были начаты А. Е. Фаворским в 1912 г. и непрерывно продолжались до его последних дней. Первым этапом этих работ А. Е. Фаворского явилось установление порядка отщепления галоидоводородных кислот от галоидопроизводных предельных и циклопредельных углеводородов. А. Е. Фаворский делает вывод, что порядок отщепления хлористого или бромистого водорода от смешанных дигалоидопроизводных соединений зависит от стереохимии (пространственного строения) молекулы. Высшие циклические соединения, начиная с семичленного, благодаря своему строению и возможности в них свободного вращения приближаются, по порядку отщепления того или другого галоидоводорода, к соединениям жирного ряда. Следующим этапом явились попытки ввести тройную связь в карбоцикл. Оказалось, что нельзя получить пяти-, шести- и семичленные замкнутые в кольца органические соединения с тройной связью в кольце, так как возникновение тройной связи в названных циклах создает неустойчивость молекулы, в ней возникает большое напряжение, и цикл стабилизуется благодаря переходу в изомерные и полимерные соединения, не содержащие тройной связи. Высшие же циклы, начиная с восьмичленного, уже могут содержать тройную связь в кольце.

Весьма существенным в развитии теории химических реакций, происходящих с отщеплением воды, явилось получение А. Е. Фаворским оксониевых соединений спиртов и гликолей с кислотами. А. Е. Фаворский использовал их образование для объяснения механизма протекания таких реакций, как дегидратация спиртов и гликолей. Он принимает, что оксониевые соединения кислородосодержащих соединений с минеральной кислотой являются первым и важным этапом в процессах образования углеводородов простых эфиров, альдегидов и кетонов из спиртов и гликолей. Впоследствии эти взгляды были перенесены на реакцию полимеризации простых виниловых эфиров.

Большие достижения были получены А. Е. Фаворским в области разработки методов синтеза ряда органических соединений. Длительный период деятельности А. Е. Фаворского был посвящен разработке открытого им в 1905–1906 гг. метода синтеза ацетиленовых спиртов взаимодействием кетонов с ацетиленовыми углеводородами в присутствии едкого кали. Ацетиленовые спирты приобрели в настоящее время большое значение в области синтетического каучука и пластмасс; так, из ацетона и ацетилена образуется диметилацетиленилкарбинол, являющийся исходным продуктом в синтезе изопрена по методу Фаворского.

К периоду открытия указанной реакции относится также и ряд других работ А. Е. Фаворского: исследование изомерных превращений ацетиленовых и циклических непредельных углеводородов на примере ряда новых соединений, установление явлений равновесной изомерии бромозамещенных соединений при их нагревании и выяснение механизма дегидратации гликолей. При изучении взаимодействия этиленгликоля с серной кислотой А. Е. Фаворским был открыт простой способ приготовления простого эфира этиленгликоля диоксана.

Основная деятельность А. Е. Фаворского в 1900–1918 гг. развивалась главным образом в Петербургском университете. Наряду с этим часть его работ протекала на кафедре органической химии Петербургского технологического института, а также на Высших женских курсах, куда А. Е. Фаворский был приглашен в 1900 г. и работал вплоть до их слияния с университетом (1919 г.). Здесь А. Е. Фаворский вместе со своим ближайшим помощником К. И. Дебу организовал большую лабораторию органической химии и обеспечил не только хорошую постановку курса органической химии по расширенной программе, но и развитие научной работы.

Начиная с 1918 г., А. Е. Фаворский провел ряд выдающихся работ в области изомерных превращений ацетиленовых и диэтиленовых углеводородов и реакций одновременного восстановления и окисления. К этому периоду относятся завершение уже описанных ранее работ по изомерным превращениям циклических монохлоркетонов, а также стереохимические исследования реакций смешанных галоидопроизводных. Далее А. Е. Фаворским была исследована изомеризация третичных карбинолов и найдены закономерности, управляющие перегруппировкой, происходящей при этом процессе.

Выдающейся работой этого периода было исследование реакций одновременного восстановления и окисления и их связи с изомерными превращениями. А. Е. Фаворский разбивает случаи изомерных превращений на три группы: 1) происходящие с выделением воды, 2) с присоединением элементов воды и 3) превращения, совершающиеся с сохранением состава исходного вещества. Механизм реакций первой группы был объяснен им ранее. Превращения второй группы А. Е. Фаворский объясняет, принимая промежуточное образование окисей, перегруппировка которых в ходе реакции приводит к тому, что одна часть молекулы восстанавливается, другая окисляется. Эта схема представляет обобщенный механизм превращений, изученных А. Е. Фаворским на примере дихлоркетонов, хлоркетонов, гликолей, оксикетонов и оксиальдегидов. На основе этих исследований А. Е. Фаворский сделал ряд теоретических предсказаний, которые блестяще оправдались. Не ограничившись этим, А. Е. Фаворский распространил свои взгляды на биологические процессы и дал интересную схему процесса спиртового брожения. Этот сложнейший процесс, имеющий важное биологическое и техническое значение, А. Е. Фаворский объясняет так, что сначала происходит распад глюкозы на две молекулы глицеринового альдегида; последний превращается в метилглиоксаль, взаимодействующий с глицериновым альдегидом, с образованием глицерина и пировиноградной кислоты, распадающейся далее на угольный ангидрид и уксусный альдемид. Последний взаимодействует с молекулой метилглиоксаля. При этом происходит одновременное окисление и восстановление, приводящее к образованию спирта.

В 1929 г. А. Е. Фаворский был избран действительным членом Академии наук СССР и приступил к созданию лаборатории органического синтеза. В лаборатории решались вопросы получения синтетического каучука; продолжались работы по спиртовому брожению; исследования в области синтеза ацетиленовых спиртов и изопренового каучука проводились уже в кооперации с промышленностью, причем А. Е. Фаворский создал крупную лабораторию на опытном заводе синтетического каучука.

На основе лабораторий А. Е. Фаворского, Н. Д. Зелинского, В. Н. Ипатьева, А. Е. Чичибабина в 1934 г. был образован Институт органической химии Академии наук СССР; А. Е. Фаворский был одним из его организаторов и его первым директором.

В то же время продолжает развиваться основное направление школы А. Е. Фаворского – синтезы на базе ацетилена и винилацетилена. Открытая А. Е. Фаворским реакция образования ацетиленовых спиртов при взаимодействии ацетилена и кетонов в присутствии едкого кали нашла развитие в работах его ученика И. Н. Назарова. В результате своих исследований в области синтезов на базе винилацетилена и целого ряда кетонов И. Н. Назаров создал новое направление в развитии современной органической химии – химию винилэтинилкарбинолов. В результате были синтезированы сотни новых органических соединений, среди которых вещества большого практического и научного значения. Следует упомянуть так называемый «карбинольный клей» – продукт полимеризации одного из этих карбинолов, отличающийся исключительными склеивающими способностями.

Второе направление – синтезы простых виниловых эфиров и их превращения – изучается М. Ф. Шостаковским. Теоретическое и технологическое изучение синтеза простых виниловых эфиров позволило получить большой ассортимент соединений, способных к самым разнообразным превращениям. В процессе исследования реакций присоединения, гидролиза и полимеризации простых виниловых эфиров установлены теоретические положения, обеспечившие создание новой технологии процессов полимеризации и побудившие к новым исследованиям в области виниловых эфиров.

Подводя итоги своим работам в этой области, А. Е. Фаворский в докладе Академии наук СССР отмечал: «Нет сомнения, что дальнейшее углубленное исследование свойств и превращений высоконепредельных углеводородов и их производных даст не только результаты исключительно теоретического значения, но и практические результаты, значение которых нельзя ни предвидеть, ни ограничивать. Вообще нужно признать раз навсегда, что не существует «науки для науки», как еще иногда называют у нас теоретическую науку, и что только на основе ее развития возможен быстрый промышленный прогресс».

А. Е. Фаворский много сил вложил в подготовку учеников. Кроме Петербургского университета, он преподавал органическую химию в Петербургском технологическом институте, где заведовал кафедрой органической химии (1887–1909 гг.; 1922–1932 гг.), Михайловском артиллерийском училище и Михайловской артиллерийской академии (1891–1894 гг.), Петербургских Высших женских курсах (1900–1919 гг.). В числе его учеников – академик А. Е. Порай-Кошиц, член-корреспондент С. Н. Данилов, профессора И. Н. Назаров, М. Ф. Шостаковский и многие другие. Алексея Евграфовича по праву можно считать основоположником химии ацетиленов и родоначальником школы химиков-«ацетиленщиков» в России. Его учениками были созданы научные центры, которые продолжают плодотворно работать в этой области. С 1900 г. А. Е. Фаворский состоял бессменным редактором основного химического журнала в СССР – «Журнала Русского физико-химического общества», ныне «Журнала общей химии».

Алексей Евграфович Фаворский скончался 8 августа 1945 года.

А. Е. Фаворский пользовался широкой известностью и авторитетом среди химиков всего мира. Французское химическое общество в 1925 г, избрало его своим почетным членом; он был членом американского химического общества. Отмечая его выдающиеся заслуги, Русское физико-химическое общество в 1929 г. присудило ему премию имени А. М. Бутлерова. Алексей Евграфович – лауреат Сталинской премии первой степени, награжден четырьмя орденами Ленина, орденом Трудового Красного Знамени и удостоен звания Героя Социалистического Труда.

Литература

  1. Фаворская Т.А. Фаворские. Жизнь семьи университетского профессора. 1890–1953. Воспоминания. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГУ, 2019.
  2. Данилкина Н.А., Васильева А.В., Балова И.А. Научное наследие А.Е. Фаворского в современной органической химии: прототропная ацетилен-алленовая изомеризация и реакция «ацетиленовой молнии» // Успехи химии. 2020. Т. 89. № 1. С. 125–171.
  3. Фаворская Т.А. Алексей Евграфович Фаворский (I860–1945). Сер. Академия Наук СССР. Научно-биографическая серия. Наука, Ленинград, 1980.