Герман Пайнс
Герман Пайнс | |
---|---|
Рожденный | Лодзь , Российская империя. | 17 января 1902 г.
Умер | 10 апреля 1996 г. Сан-Рафаэль, Калифорния , США | (94 года)
Альма-матер | Высшая школа физической электронной химии Лиона |
Известный | Катализ высокооктановых топлив |
Научная карьера | |
Учреждения | Юниверсал Ойл Продактс , Северо-Западный университет |
Герман Пайнс (17 января 1902 - 10 апреля 1996) был американским химиком, родившимся в Российской империи, наиболее известным своей работой с Владимиром Ипатьевым над каталитической конверсией высокооктанового авиационного топлива (и инновациями, которые помогли Королевским ВВС победить Битва за Британию ). [ 1 ] [ 2 ] Благодаря его научному вкладу были разработаны новые процессы изомеризации парафинов , . алкилирования ароматических соединений и органических реакций, катализируемых основаниями [ 3 ] [ 4 ]
Биография
[ редактировать ]Герман Пинес родился 17 января 1902 года в семье Исаака и Евгении (Гринфельд) Пинес, еврейской пары из Лодзи. [ 5 ] (тогда в составе Российской империи , ныне Польша ). Пинес покинул Лодзь в молодости из-за еврейских квот. [ 2 ] [ 6 ] : 119–121 и другие антиеврейские действия не позволяли еврейским студентам посещать университет. [ 6 ] : 119–124 [ 7 ] [ 8 ] Вместо этого Пинс поехал учиться во Францию. В 1927 году Пинс получил степень в области химического машиностроения в Высшей школе химической промышленности Лиона (ныне Высшая школа химической промышленности Лиона ). [ 9 ]
В 1928 году [ 10 ] [ 5 ] Пайнс эмигрировал в США. [ 10 ] Проработав пару лет на рутинных работах, в 1930 году он присоединился к компании Universal Oil Products (ныне UOP LLC) в Маккуке, штат Иллинойс . Он начал с проведения рутинных анализов, а позже был переведен в исследовательский отдел. [ 5 ] К 1930 году Пайнс был аспирантом Чикагского университета и работал в UOP. [ 10 ] Там он познакомился с уроженцем России Владимиром Ипатьевым . Пайнс стал его ассистентом, положив начало двадцатидвухлетнему научному сотрудничеству. [ 2 ] [ 11 ] Первоначально оба экспатрианта использовали французский и русский языки в качестве рабочих языков, поскольку на обоих они говорили лучше, чем на английском. [ 9 ]
Учась по ночам, Пайнс защитил докторскую диссертацию по органической химии в Чикагском университете в 1935 году, защитив диссертацию «Исследование электроотрицательности органических радикалов» . [ 12 ] [ 13 ] В 1941 году Пайнс получил должность профессора-исследователя по совместительству в Северо-Западном университете в Эванстоне, штат Иллинойс. [ 2 ] Он продолжал работать в ЮОП, [ 3 ] с 1945 по 1951 год работал штатным координатором поисковых исследований ОУП. [ 5 ] [ 12 ]
После смерти Ипатьева в 1952 году Пайнс покинул UOP, чтобы сосредоточиться на своей работе в Северо-Западном университете. В 1953 году он стал Ипатьевским профессором-исследовательом химии и директором Ипатьевской лаборатории высокого давления и каталитической лаборатории. Пайнс ушел с этой должности в 1970 году. [ 3 ] но продолжал вести научную деятельность в качестве почетного профессора. [ 12 ] за несколько месяцев до его смерти 10 апреля 1996 года. [ 3 ]
Пайнс высоко оценил готовность США принять беженцев. [ 10 ]
«США — это место смешения всех людей. Здесь тебя ценят за то, кто ты есть и что ты можешь сделать, а не за то, откуда ты родом. Здесь аутсайдеры очень быстро становятся членами сообщества. Люди не понимают, насколько это сложно. находится в другом месте мира, потому что здесь это так легко. Но я знаю». [ 10 ]
Семья
[ редактировать ]Пайнс женился на Дороти Млотек в 1927 году. [ 5 ] Вместе они эмигрировали в Чикаго. Она была ученым и страстной сионисткой. У них родилась дочь Джудит [ 5 ] или Джуди (Пайнс) Зюссмайер. [ 2 ] Разочарованные возможностями получения образования для евреев во время Великой депрессии, они втроем покинули Чикаго и поселились в Израиле. [ нужны разъяснения ] незадолго до начала Второй мировой войны, но разочаровался и вскоре вернулся в Иллинойс.
Мать, братья и дядя Пайнса, а также другие члены его семьи были убиты во время Холокоста . [ 2 ] [ 10 ]
Работа
[ редактировать ]Пайнс и Ипатьев тесно сотрудничали в течение 22 лет, пока Ипатьев не умер и Пайнс не стал его преемником в Северо-Западном университете. [ 14 ] Скромный человек, склонный подчеркивать вклад других, Пайнс, тем не менее, был описан как «один из выдающихся ученых этого столетия». [ 15 ] На протяжении всей своей карьеры Пайнс внес значительный вклад в понимание гетерогенного катализа и химии нефтяных углеводородов . [ 3 ] [ 4 ] [ 9 ]
Ипатьев призывал каждого человека в своем штате тратить 10–15% своего времени на личный проект, приятный их «химической душе». [ 14 ] Вначале Пайнс решил проверить одну из доминирующих доктрин того времени: [ 10 ] [ 14 ] убеждение, что парафиновые углеводороды или алканы являются инертными веществами, не вступающими в реакцию с другими веществами при низких температурах. [ 2 ] [ 14 ] [ 16 ] [ 17 ] Само название «парафин» отражало это убеждение, происходящее от латинского «parum affinis» (ограниченное сродство). [ 15 ]
Пайнсу удалось продемонстрировать, что катализ может происходить при низких температурах, вопреки прежним представлениям. [ 14 ] При низких температурах в присутствии серной кислоты ( H 2 SO 4 ) изопарафины, например изобутан, вступали в реакцию с олефинами. [ 15 ] [ 17 ] [ 18 ] Этот алкилирования процесс [ 4 ] был открыт в 1932 году и коммерциализирован в 1938 году. [ 19 ]
Ипатьев и Пайнс пытались понять сложные химические реакции, на которые влияли многие факторы, включая температуру, концентрацию используемой кислоты и соотношение кислоты к другим соединениям. [ 20 ] [ 21 ] Такие реакции часто приводили к образованию сложной смеси продуктов, в том числе промежуточных, которые могли участвовать в дальнейших реакциях. [ 20 ]
Работая с чистыми углеводородами, а не с нефтяными фракциями, Пайнс смог лучше выделить и понять конкретные химические реакции. [ 12 ] Он подчеркнул, что реакция не может быть понята до тех пор, пока не будут идентифицированы и поняты все продукты реакции. Его ученик Герберт Аппель позже вспоминал, как его учили «никогда не удовлетворяться механизмом, пока он не объяснит все продукты». [ 12 ] : 84
Пайнсу удалось понять и описать изомеризацию бутанов и пентанов. [ 4 ] [ 14 ] Изомеризация — это реакция перегруппировки , при которой одна молекула превращается в другую, содержащую те же атомы в другом расположении. [ 22 ] Пайнс разработал метод каталитического превращения н-бутана в изобутан. Первым шагом было протонирование бутена серной кислотой с образованием реакционноспособного , но недолговечного промежуточного карбениевого иона . [ 15 ] : 157 [ 14 ] Вторым этапом было алкилирование изобутана катионами карбения. [ 14 ] Изомеризация бутана была открыта в 1935 году и коммерциализирована в 1941 году. [ 19 ] Продолжающиеся исследования химических процессов показали, что невозможно добиться изомеризации парафиновых углеводородов без химического катализатора: одного тепла недостаточно. [ 23 ] Чистый н-бутан не будет реагировать без источника олефиновых катионов. [ 12 ]
Производство изобутана было необходимым шагом в производстве высокооктанового бензина. [ 14 ] Каталитическое превращение парафинов в изопарафины называют «одним из краеугольных камней нефтяной промышленности». [ 15 ] Объединение процессов алкилирования и изомеризации бутана привело к разработке высокооктановых топлив для использования в авиационных бензинах. [ 24 ] Изобутан C3–C4 и олефины являются побочными продуктами флюид-каталитического крекинга и других процессов каталитической и термической конверсии. Во время процесса алкилирования изопарафины с легкой молекулярной массой , такие как изобутан, могут объединяться с олефинами C3–C4 с образованием изопарафинов или алкилатов с более высокой массой, которые не содержат олефиновых или ароматических углеводородов. [ 24 ] [ 25 ]


Эти методы подготовки держались в секрете американцами во время Второй мировой войны, но топливо было предоставлено союзникам для их «Спитфайров» и «Харрикейнов» и, как говорят, дало Королевским ВВС преимущество в битве за Британию . [ 1 ] [ 16 ] Еще одним достижением Пайнса и его коллег во время войны стал химический анализ топлива немецких самолетов. Это позволило союзникам атаковать шахты и другие объекты, производившие материалы, имеющие решающее значение для военных действий Германии. [ 16 ] С тех пор процессы алкилирования стали использоваться для производства бензина для двигателей, поскольку двигатели стали более мощными. Алкилирование может быть предпочтительным процессом и по экологическим причинам. [ 24 ]
Установив, что такие реакции возможны, Пайнс и его коллеги исследовали механизмы катализа углеводородов. Они изучили различные превращения, включая «полимеризацию, алкилирование, циклизацию, присоединение, отщепление и реакции переноса гидрида». [ 26 ] Они сделали фундаментальные открытия, которые способствовали пониманию механизмов, включающих ионы карбония , карбанионы , свободные радикалы , промежуточные соединения, термические реакции и взаимосвязь между каталитическим поведением и химией поверхности. [ 15 ] [ 27 ] Пайнс изучал как кислотный , так и основной катализ ; каталитические свойства оксидов алюминия ; и ароматизации , дегидрирования и гидрирования металлов. катализаторы [ 12 ]
Он внес вклад в понимание механизма дегидратации спиртов на оксиде алюминия в качестве катализатора и носителя. [ 4 ] [ 15 ] : 89, 211 [ 28 ] Он также исследовал механизмы ароматизации алканов по хрому. [ 4 ] [ 15 ] : 89 [ 29 ] Он проанализировал реакции переноса водорода с участием ароматических углеводородов. [ 4 ] [ 15 ] : 89 [ 30 ] [ 31 ] Его работа оказала влияние на лауреата Нобелевской премии Джорджа Эндрю Олаха , который смог химически стабилизировать карбокатионы и дополнительно исследовать их структуру и активность. [ 15 ] : 157
Открытия Пайнса и Ипатьева о катализе реакций углеводородов заложили фундаментальную основу для нефтеперерабатывающей и химической промышленности. [ 15 ] : 89 В этих отраслях используются различные типы катализаторов для высвобождения насыщенных углеводородов в природном газе и сырой нефти. Процессы с участием благородных металлов, жидких и твердых кислотных катализаторов имеют важное значение для производства энергии и широко используемых промышленных химикатов в двадцатом веке. [ 19 ] [ 32 ] Работа Пайнса, Ипатьева, Луи Шмерлинга , Германа С. Блоха , Владимира Гензеля и других в лаборатории Риверсайд компании Universal Oil Products (UOP) была отмечена презентацией Национального исторического исторического химического памятника в здании лаборатории в Маккуке, штат Иллинойс. 15 ноября 1995 года. [ 12 ] [ 33 ]
Пайнс был основателем Клуба катализа в Чикаго. [ 34 ] С 1999 года Чикагский клуб катализа и Honeywell-Universal Oil Products (UOP) вручают ежегодную премию Германа Пайнса в знак признания выдающихся исследований в области катализа. [ 34 ] [ 35 ]
Награды
[ редактировать ]- 1946: член Альфа-Гамма-главы Фи Лямбда Ипсилон (Почетное химическое общество) 6 июня 1946 года. [ 30 ]
- 1956: Премия Эрнеста Гюнтера в области химии натуральных продуктов (первоначально Премия Фриче) Американского химического общества. [ 30 ] [ 36 ]
- 1981: Юджина Дж. Удри в области прикладного катализа Премия [ 37 ]
- 1981: Премия Джорджа А. Олаха в области химии углеводородов и нефти от Американского химического общества. [ 38 ]
- 1982: Премия пионера химии от Американского института химиков. [ 39 ]
- 1983: Премия Э. В. Мерфри в области промышленной и технической химии от Американского химического общества. [ 4 ] [ 40 ]
- здание лаборатории в Маккуке, штат Иллинойс , было объявлено Национальным историческим химическим памятником. 1995: 15 ноября 1995 года [ 33 ]
Публикации
[ редактировать ]Пайнс опубликовал не менее 265 научных публикаций. Ему принадлежало 145 патентов США. он был соредактором журнала «Достижения в области катализа» . Более двадцати лет [ 30 ] Он написал три книги: [ 9 ]
- Пайнс, Герман; Сталик, Уэйн М. (1977). Катализируемые основаниями реакции углеводородов и родственных соединений . Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 978-0-12-557150-0 .
- Пайнс, Х. (1981). Химия каталитических превращений углеводородов . Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 9780323155922 .
- Пайнс, Герман (1992). Возникновение и эволюция Ипатьевской каталитической лаборатории Северо-Западного университета, 1930-1970 гг . Химический факультет Северо-Западного университета.
Статьи
[ редактировать ]Документы Пайнса находятся в архивах Северо-Западного университета. [ 30 ] [ 41 ]
- «Документы Германа Пайнса (1902–1996)» . Архивные и рукописные собрания . Северо-Западный университет. [ 41 ]
- «Путеводитель по документам Германа Пайнса (1902–1996) 1935/1996» . ЮНКАП . Библиотека Северо-Западного университета. [ 30 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Тогда: Истребители союзников с двигателями Lab Discovery в битве за Британию» . Северо-Западный университет . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Саксон, Вольфганг (21 апреля 1996 г.). «Герман Пайнс, 94 года, химик, улучшающий топливо» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Захтлер, Вольфганг (19 января 2012 г.). «Герман Пайнс – он произвел революцию в общем понимании катализа» . Североамериканское каталитическое общество . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час «Объявлены лауреаты национальной премии ACS 1983 года: Премия Э. В. Мерфри в области промышленной и инженерной химии» . Новости химии и техники . 60 (37): 57. 13 сентября 1982 г. doi : 10.1021/cen-v060n037.p044 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Сеймур, Раймонд Б.; Фишер, Чарльз Х. (1988). Профили выдающихся американских химиков . Сидней: Litarvan Enterprises Pty. Ltd., стр. 373–374. ISBN 978-0937557051 .
- ^ Jump up to: а б Хеллер, Селия С. (1 января 1994 г.). На грани разрушения: евреи Польши между двумя мировыми войнами . Издательство Государственного университета Уэйна. стр. 107–124. ISBN 978-0814324943 . Проверено 21 октября 2018 г.
- ^ Ауэрбах, Карен. «Польское еврейство между войнами» . Мое еврейское образование . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ Бодо, Бела. «Роль антисемитизма в изгнании неарийских студентов, 1933-1945» (PDF) . Ресурсный центр Шоа . Международная школа исследований Холокоста . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д Дэвис, Берт (2013). «Основатели и новаторы науки о катализе, Часть 2: Герман Пайнс (1902–1996)» (PDF) . Энергея . 24 (3): 3. Архивировано из оригинала (PDF) 9 сентября 2015 года . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Маллен, Уильям (15 июля 1990 г.). «Маловероятный герой: выдающаяся роль польского иммигранта в победе в битве за Британию» . Чикаго Трибьюн . Чикаго, Иллинойс, стр. 23–27 . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ Пайнс, Герман (3 июня 1983 г.). «Глава 3: В. Н. Ипатьев: Каким я его знал». Гетерогенный катализ . Серия симпозиумов ACS. Том. 222. Американское химическое общество. стр. 23–32. дои : 10.1021/bk-1983-0222.ch003 . ISBN 978-0-8412-0778-3 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Хоффман, Норман Э. (3 июня 1983 г.). «Глава 7 Герман Пайнс и органический гетерогенный катализ». Гетерогенный катализ: избранные истории Америки: на основе симпозиума, спонсируемого Отделом истории химии, на 183-м собрании Американского химического общества, Лас-Вегас, Невада, 28 марта - 2 апреля 1982 г. Серия симпозиумов ACS. Том. 222. Американское химическое общество. стр. 77–87. дои : 10.1021/bk-1983-0222.ch007 . ISBN 9780841210479 .
Среди областей, которые он исследовал, - кислотный катализ, основной катализ, оксиды алюминия, катализаторы ароматизации и дегидрирования, а также катализаторы гидрирования металлов.
- ^ Пайнс, Герман (1937). Исследование электроотрицательности органических радикалов . Чикаго, Иллинойс: Чикагский университет.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Шмерлинг, Льюис (1975). Владимир Николаевич Ипатьев 1867–1952 Биографические воспоминания (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Зекчина, Адриано; Калифано, Сальваторе (28 февраля 2017 г.). Развитие катализа: история ключевых процессов и персонажей в каталитической науке и технологиях . Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. стр. 83–91, 156–157, 211. ISBN. 9781119181286 .
- ^ Jump up to: а б с Хейсе, Кенан (13 апреля 1996 г.). «Герман Пайнс, 94 года, изобретатель, подаривший миру высокооктановое топливо» . Чикаго Трибьюн . Проверено 20 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Линн, Карл Б.; Гросс, Аристид В. (октябрь 1945 г.). «Алкилирование изопарафинов олефинами в присутствии фтористого водорода». Промышленная и инженерная химия . 37 (10): 924–929. дои : 10.1021/ie50430a012 .
- ^ Ипатьев В.Н.; Гросс, Аристид В.; Пайнс, Герман; Комаревский, В.И. (июнь 1936 г.). «Алкилирование парафинов олефинами в присутствии хлорида алюминия». Журнал Американского химического общества . 58 (6): 913–915. дои : 10.1021/ja01297a018 .
- ^ Jump up to: а б с Гембицки, Стэнли А. (2000). «Новые прорывные технологии на основе твердых кислот» . В Корме, А.; Мело, ФВ; Мендиорос, С.; Фиерро, JLG (ред.). 12-й Международный конгресс по катализу: материалы 12-го ICC, Гранада, Испания, 9–14 июля 2000 г. (1-е изд.). Эльзевир. п. 148. ИСБН 9780080528632 . Проверено 22 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Ипатьев В.Н.; Пайнс, Герман (1936). «Конъюнктивная полимеризация - влияние температуры, концентрации и количества серной кислоты на полимеризацию олефинов». Журнал органической химии . 1 (5): 464–489. дои : 10.1021/jo01234a003 .
- ^ Лафферти, У.Л. младший; Стокелд, RW (1971). «Алкилирование и изомеризация» . Происхождение и переработка нефти . Достижения химии. Том. 103. С. 130–149 . дои : 10.1021/ba-1971-0103.ch007 . ISBN 978-0-8412-0120-0 .
- ^ Спейт, Джеймс Г. (31 августа 2018 г.). Механизмы реакций в экологической инженерии: анализ и прогноз . Баттерворт-Хайнеманн. п. 357. ИСБН 978-0128044223 . Проверено 23 сентября 2018 г.
- ^ Асингер, Ф.; Штайнер, HME (5 марта 2016 г.). Парафины: химия и технология . Эльзевир Наука. стр. 695–696. ISBN 9781483146621 . Проверено 23 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с Даттон, Джон А. «Алкилирование» . FSC 432 Нефтепереработка . Пенсильванский штат . Проверено 22 сентября 2018 г.
- ^ «Алкилирование является важным источником октана в бензине» . Управление энергетической информации США . 13 февраля 2013 года . Проверено 22 сентября 2018 г.
- ^ Эломари, Салех А.; Тимкен, Хе-Гён К. «Заявка на патент США US20100147740A1. Восстановление и использование конъюнктивных полимеров из ионных жидких катализаторов» . Гугл Патенты . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ Пайнс, Х. (1981). Химия каталитических превращений углеводородов . Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 9780323155922 .
- ^ Пайнс, Герман; Манассен, Йост (1966). Механизм дегидратации спиртов на глиноземных катализаторах . Том. 16. С. 49–93. дои : 10.1016/S0360-0564(08)60351-X . ISBN 9780120078165 .
{{cite book}}
:|journal=
игнорируется ( помогите ) - ^ Пайнс, Герман; Гетшель, Чарльз Т. (октябрь 1965 г.). «Глинозем: катализатор и носитель. XXIV. Обсуждение механизма ароматизации алканов в присутствии хромооксидных катализаторов». Журнал органической химии . 30 (10): 3530–3536. дои : 10.1021/jo01021a058 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Путеводитель по документам Германа Пайнса (1902–1996) 1935/1996» . ЮНКАП . Библиотека Северо-Западного университета . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ Пайнс, Герман; Сталик, Уэйн М. (1977). Катализируемые основаниями реакции углеводородов и родственных соединений . Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 978-0-12-557150-0 .
- ^ Соммер, Дж.; Йост, Р. (2000). «Карбений и ионы карбония в активации малых алканов, катализируемой жидкостью и твердой суперкислотой» (PDF) . Чистое приложение. Хим . 72 (12): 2309–2318. дои : 10.1351/pac200072122309 . S2CID 46627813 . Архивировано из оригинала (PDF) 22 октября 2018 года . Проверено 20 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б «Риверсайдская лаборатория Universal Oil Products (UOP)» . Химические ориентиры . Американское химическое общество . Проверено 20 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б «Награды CCSS» . Центр катализа и науки о поверхности (CCSS) . Северо-Западный университет . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ МакМахон, Майк М. (апрель 2017 г.). «Химик с Северо-Запада получает премию Германа Пайнса за катализ» . Новости Северо-Западного кампуса . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ «Премия Эрнеста Гюнтера в области химии натуральных продуктов» . Американское химическое общество . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ «Премия Юджина Дж. Худри в области прикладного катализа» . Североамериканское каталитическое общество . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ «Премия Джорджа А. Олаха в области химии углеводородов и нефти» . Американское химическое общество . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ «Лауреаты премии «Пионер химической промышленности»» . Американский институт химиков . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ «Премия Э.В. Мерфри в области промышленной и инженерной химии» . Американское химическое общество . Проверено 12 сентября 2018 г.
- ^ Jump up to: а б «Документы Германа Пайнса (1902–1996)» . Архивные и рукописные собрания . Северо-Западный университет . Проверено 13 сентября 2018 г.