Моррис С. Хараш

Моррис С. Хараш
Рожденный	( 1895-08-24 ) 24 августа 1895 г. Российская Империя (Украина)
Умер	9 октября 1957 г. ) ( 1957-10-09 ) ( 62 года
Научная карьера
Известные студенты	Герберт С. Браун Фрэнк Р. Мэйо

Моррис Селиг Хараш (24 августа 1895 – 9 октября 1957) был химиком-новатором-органиком, наиболее известным своими работами в области свободнорадикальных присоединения и полимеризации . Он определил эффект перекиси, объяснив, как антимарковниковской ориентации путем присоединения свободных радикалов. можно достичь Хараш родился в Российской империи в 1895 году и иммигрировал в Соединенные Штаты в возрасте 13 лет. В 1919 году он защитил докторскую диссертацию. получил степень доктора химии в Чикагском университете и провел там большую часть своей профессиональной карьеры.

Большая часть его исследований в 1920-х годах была сосредоточена на ртутьорганических производных. Он синтезировал важное противомикробное соединение алкилртути серы, тимеросал . коммерчески известный как Мертиолат, который он запатентовал в 1928 году и передал фармацевтической компании Eli Lilly and Company . Мертиолат был представлен в качестве консерванта вакцин в 1931 году, а к концу 1980-х годов тимеросал использовался во всех цельноклеточных вакцинах АКДС . Нобелевский лауреат Герберт К. Браун был одним из его учеников в 1930-е годы.

Когда началась Вторая мировая война , правительство США осознало необходимость в синтетическом каучуке и наняло лучших химиков, чтобы помочь в этом усилии. В 1942 году Хараш присоединился к Американской программе исследований синтетического каучука и применил свои знания о радикальных реакциях для полимеризации синтетического стирола . В последние годы жизни Хараш посвятил свое внимание изучению реакции Гриньяра и в 1954 году вместе с О. Рейнмутом написал книгу под названием «Реакции Гриньяра неметаллических веществ» .

Предложение по антимарковниковской добавке: перекисный эффект.

В 1869 году русский химик Владимир Марковников продемонстрировал, что присоединение HBr к алкенам обычно, но не всегда, приводит к определенной ориентации. Правило Марковникова , вытекающее из этих наблюдений, гласит, что при присоединении HBr или другого галогеноводорода к алкену кислый протон присоединяется к менее замещенному углероду двойной связи . Это направленное добавление протона приводит к образованию более термодинамически стабильного промежуточного карбокатиона , что определяется степенью замещения; более высокозамещенные карбокатионы стабилизируются за счет индуктивного эффекта окружающих молекул углерода, выталкивающего электроны .

Хараш в своей основополагающей статье 1933 года, озаглавленной «Добавление бромистого водорода к аллилбромиду», предположил, что антимарковниковское присоединение HBr к аллилбромиду с образованием 1,3-дибромпропана произошло из-за присутствия пероксидов . Он назвал это «эффектом перекиси», который, по его предположению, происходит за счет присоединения свободнорадикальной цепной реакции . В других источниках другие примеры антимарковниковских дополнений наблюдались Уитмором и Хомейером, а также Шерилом, Майером и Уолтером, все из которых отвергли выводы Хараша. Вместо этого они утверждали, что направление, в котором протекает реакция, определяется не наличием или отсутствием пероксидов, а природой растворителя , в котором протекает реакция. В этой статье Хараш поочередно проанализировал влияние температуры, растворителя и света на направление протекания реакции. Он пришел к выводу, что наличие пероксидов является движущей силой антимарковниковских добавок и что любые изменения в температура , растворитель или свет влияли на ориентацию сложения только за счет химии пероксидов.

Когда Хараш начал определять дибромпропановый состав продуктов в различных условиях, он сделал поразительное открытие. При реакции аллилбромида с HBr в вакууме (в отсутствие воздуха или другого источника кислорода ) среднее время реакции занимало около 10 дней с приблизительным выходом 88%, большая часть которого была ожидаемой (по правилу Марковникова )1. ,2-дибромпропан (65-85%). Напротив, когда реакция проводилась в присутствии воздуха или кислорода, она длилась значительно меньше времени (с большими вариациями), в одном случае для завершения потребовалось всего один час. Однако более важно то, что основным продуктом этих добавок был 1,3-дибромпропан, составлявший примерно 87% продукта. Поскольку единственной очевидной переменной, которая изменилась, было присутствие кислорода (другие газы, обнаруженные в воздухе, были проверены индивидуально и не показали такого же эффекта), Хараш предположил, что быстрое антимарковниковское присоединение HBr к аллилбромиду было результатом следовых количества пероксида в реакционной смеси, которые могли возникнуть в результате взаимодействия молекулярного кислорода в его бирадикальном триплетном состоянии и бромистого аллила с образованием пероксида аллилбромида. Отсюда слабая пероксидная связь OO (~ 51 ккал/моль) (3) может быть расщеплена падающим светом, вызывая гомолитическое расщепление и образование перекисного радикала. Даже следовых количеств этого радикала пероксида аллилбромида будет тогда достаточно, чтобы начать цепную реакцию, в ходе которой атом водорода будет отрываться от HBr, оставляя радикал Br. Этот радикал Br затем соединится с электроном двойной связи аллилбромида у менее сильно замещенного углерода, давая более стабильный 2 ^тот радикальный. Реакция этого радикала с другой молекулой HBr привела бы к отрыву еще одного атома H и завершила бы антимарковниковское присоединение. Поскольку радикал Br регенерируется, реакция будет продолжать протекать с довольно высокой скоростью до тех пор, пока реагенты не будут исчерпаны и/или радикальные частицы не прекратят свое существование.

Установление перекисного эффекта

Механистические основы «перекисного эффекта».

Справедливость предложения Хараша основывалась на существовании перекиси в реакционной смеси, прямых доказательств чего у него не было . Поскольку у него не было средств для выделения предлагаемого пероксида аллилбромида , он выполнил адаптированную версию тиоцианатного теста, аналитического теста , который часто используется для проверки хранящихся на полках реагентов на содержание пероксида. В дополнение к тиоцианатному тесту Хараш также поддержал идею цепной реакции, вызванной перекисью , показав, что добавление антиоксидантов в реакционную смесь заставляет реакцию протекать в аэробных условиях так же, как если бы она происходила в вакууме . медленно образующийся 1,2-дибромпропан. Работа антиоксиданта заключается в том, чтобы действовать как поглотитель радикалов, либо принимая, либо отдавая электрон радикалам . Это то, что радикал эффективно нейтрализуется , а сам антиоксидант становится радикалом. Однако антиоксиданты представляют собой гораздо менее реакционноспособные радикалы, поскольку они обычно представляют собой довольно крупные резонансом соединения, стабилизированные ароматические , и, следовательно, предотвращают возникновение нежелательных окислений. Добавление антиоксидантов в реакционную смесь в этом эксперименте эффективно тушило бы пероксидные радикалы, и, следовательно, реакция затем протекала бы с образованием (в основном) продукта 1,2-дибромпропана, как это наблюдалось.

Влияние температуры на ориентацию добавок

Поскольку другие экспериментаторы сообщали об антимарковниковских продуктах и ​​приписывали их другим факторам, Хараш обратился к нескольким переменным, чтобы увидеть, влияют ли они также на ориентацию добавления HBr к аллилбромиду. Хотя на первый взгляд казалось, что повышение температуры определяет ориентацию добавки к антимарковниковскому продукту, Хараш объяснил, что этот температурный эффект следует рассматривать как вторичный по отношению к эффекту перекиси, примером которого является тот факт, что добавление антиоксидантов при повышенных температурах. температуры могут привести к высокому выходу 1,2-дибромпропана.

Влияние растворителя на ориентацию присоединения

Затем Хараш наблюдал влияние различных растворителей на ориентацию присоединения, что, по мнению его оппонентов, было причиной других наблюдаемых антимарковниковских продуктов. Он выбрал растворители с широким диапазоном диэлектрических проницаемостей (т.е. полярностей). В присутствии воздуха растворители с высокой диэлектрической проницаемостью имели тенденцию к образованию 1,2-продукта, тогда как растворители с низкой диэлектрической проницаемостью имели тенденцию к образованию 1,3-продукта. Однако эти результаты можно рассматривать и в соответствии с теорией пероксидного эффекта; многие растворители с высокой диэлектрической проницаемостью сами были способны действовать как антиоксиданты, тем самым подавляя любое образование радикалов и способствуя присоединению 1,2-, тогда как растворители с низкой диэлектрической проницаемостью часто имели небольшую антиоксидантную способность или вообще не имели ее, и поэтому 1,3- прибавление шло беспрепятственно. Хараш пришел к выводу, что растворитель может способствовать ориентации присоединения, если он 1.) влияет на стабильность пероксида или его радикала, 2.) предотвращает первоначальное образование пероксида или 3.) дифференциально влияет на скорости конкурирующих соединений. реакции присоединения. Хараш пошел дальше и показал, что, когда температура и растворитель изменялись вместе, они по-прежнему действовали независимо друг от друга, как описано выше. Хараш также показал, что сильное освещение при различных длины волн благоприятствовали присоединению 1,3-, но в присутствии сильных антиоксидантов предпочтение отдавалось электрофильному присоединению , демонстрируя, что эта переменная также оказывает свое влияние только за счет влияния на реакционную способность пероксида.

Будущие последствия его работы

Исследование, проведенное Харашем, побудило к дальнейшим исследованиям реакций свободных радикалов. В результате этих продолжающихся исследований были открыты промышленные полимеризации реакции ненасыщенных углеводородов и стало возможным массовое производство синтетического каучука и пластмасс . Посредством аналогичных радикальных процессов стандартные алканы галогенируются и становятся значительно более реакционноспособными. Это позволяет им быть очень полезными промежуточными продуктами в органическом синтезе . Хотя стандартные условия обычно поддерживают одну ориентацию присоединения, в некоторых случаях может быть выгодно иметь галогенид на менее сильно замещенном углероде в антимарковниковском положении. В этом случае стадия присоединения свободных радикалов может быть ключом к получению желаемого конечного продукта, и это возможно благодаря работе Морриса Хараша.

Хронология жизни и творчества Хараша

1895	Родился в Украине
1908	Переезжает в Чикаго
1919	Получил докторскую степень в Чикагском университете.
1928	Патенты Мертиолат (тимеросал)
1931	Тимеросал впервые используется в вакцинах
1933	Публикует «Перекисный эффект при добавлении реагентов к ненасыщенным соединениям».
1936	Основывает журнал органической химии.
1942	Работает над спонсируемым правительством военным проектом «Американская программа исследований синтетического каучука».
1949	Получает премию Скотта от Института Франклина.
1952	Получает медаль Ричардса от Американского химического общества.
1957	смерть

Ссылки

«Перекисный эффект при добавлении реагентов к ненасыщенным соединениям. I. Присоединение бромистого водорода к бромистому аллилу»

Внешние ссылки

• Вестхаймер, Фрэнк Х. (1960). Моррис Селиг Хараш 1895–1957: Биографические мемуары (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. . Доступ 12 января 2018 г.