Долгое время алюминийорганические соединения, впервые
полученные в 1865 г. Дж. Бактоном и У. Одлингом при нагревании алюминия с
диалкилртутью, не представляли хоть сколько-нибудь заметного практического
интереса. Ситуация коренным образом изменилась в начале 50-х гг. XX в., когда были открыты
алюминийорганические катализаторы полимеризации олефинов.
Достаточно давно было известно, что триэтилалюминий
реагирует с этиленом. При этом молекула этилена внедряется в связь
алюминий-утлерод:
Однако для получения полимера такая реакция не годится —
идёт медленно, да и цепочки получаются коротенькие.
В 1953 г. немецкий химик Е. Хольцкамп, изучая эту
реакцию, получил совершенно неожиданный результат: вместо жидкого
триалкилалюминия автоклав заполнила твёрдая белая масса, оказавшаяся
полиэтиленом. Эксперимент долго не удавалось воспроизвести. В конце концов
выяснилось, что лаборант просто забыл тогда отмыть автоклав от соединений
никеля. В результате реакции восстановления триэтилалюминием в одной из трещин
образовались мельчайшие частички никеля. Благодаря его присутствию и произошла
полимеризация. После того как это обнаружилось, уже вся лаборатория, в которой
под руководством Карла Циглера (1898— 1973) работал Хольцкамп, перебирала
добавки к триэтилалюминию. Оказалось, что полимеризация происходила при
добавлении галогенидов переходных металлов из групп титана, ванадия и хрома.
Но наибольший эффект наблюдался при использовании TiCl4. Полимеризация этилена в присутствии TiCl4 и (С2Н5)3Аl шла и при атмосферном давлении и комнатной
температуре, но сильно ускорялась при их повышении. Разработки лаборатории
Циглера стали основой промышленного производства полиэтилена, организованного
знаменитой фирмой «Дюпон». Полимер, получаемый при помощи катализатора
Циглера, имеет линейную структуру и обладает гораздо большей прочностью и
термостойкостью, чем разветвлённый, который образуется при некаталитической
реакции полимеризации.
В лаборатории итальянского химика Джулио Натты
(1903—1979) проводились исследования полимеризации другого алкена — пропилена.
В этом случае задача оказалась значительно сложнее: для полипропилена важную
роль играет регулярность строения полимера. Было установлено, что при
использовании катализатора, предложенного ранее Циглером, полипропилен
получается с высоким содержанием изотактических полимерных молекул, а значит,
обладает высокой прочностью и упругостью. Дело в том, что изотактические
молекулы в твёрдом состоянии сворачиваются в спираль, образуя некое подобие
молекулярной пружины. Такая конструкция обладает большей способностью к растяжению,
чем линейная молекула полиэтилена.
В 1963 г. за разработку катализаторов полимеризации
алкенов Карл Циглер и Джулио Натта были удостоены Нобелевской премии, а подобные
катализаторы стали называться катализаторами Циглера — Натты |