1912. Реактив Гриньяра
В августе 1914 года миллионы мужчин в Европе были поставлены под ружьё. Среди них оказался 43-летний профессор, получивший в 1912 году Нобелевскую премию по химии.
Вероятно, спустя сто с лишним лет после египетского похода Наполеона военное руководство Французской республики успело забыть завещанные тогда ещё консулом Бонапартом правила особого отношения к людям науки и транспортным средствам: «Армию в каре, ослов и учёных — на середину», и первые месяцы Великой войны капрал Виктор Гриньяр нёс караульную службу в Нормандии. Через несколько месяцев стало ясно, что химик с мировым именем и столь высокой квалификацией может принести больше пользы в тылу, чем на фронте. Гриньяра отозвали из пехоты в Париж, где он сначала консультировал военных и промышленников, налаживая более эффективное производство тринитротолуола, а после газобалонной атаки, подготовленной и осуществлённой под руководством Фрица Габера, разрабатывал способы защиты от химического оружия. Все химики-органики, бесспорно, знают Гриньяра как «человека и реактив» — реактив Гриньяра до сих пор активно применяется в синтезе органических и элементоорганических соединений.
Франсуа Огюст Виктор Гриньяр родился в 1871 году во французском портовом городе Шербур. Его отец сначала занимался шитьём парусов, затем стал руководителем бригады докеров. Виктор Гриньяр успешно учился в школе, что позволило ему в 1889 году поступить в местный педагогический колледж. Когда через два года колледж закрылся, Гриньяр решил продолжить своё образование в Лионском университете. Но что-то пошло не так, какие-то курсы оказались сложными, и, не сдав экзамены, Гриньяр отправился туда, куда и сейчас отправляется большинство студентов мужского пола — служить по призыву. Через год, в 1893 году, демобилизовавшись в чине капрала, Гриньяр вернулся в Лион и доучился в университете. До армейской службы любимым предметом Гриньяра была математика, но после возвращения в университет под влиянием друга он стал уделять больше внимания химии — предмету, который привлекал его все больше и больше. Успехи Виктора в химии привели к тому, что в 1894 году ему было предложено место младшего ассистента в университетской лаборатории. Работодатели настаивали на том, чтобы он продолжал образование, повышая квалификацию и проводя научные исследования. В 1901 году Гриньяр успешно защитил диссертацию, в которой описывались магнийорганические соединения.
К тому времени металлоорганические соединения привлекали и одновременно пугали химиков на протяжении нескольких десятилетий. В 1848 году Эдуард Франкланд нагревал этилйодид с цинком в запаянной посуде и получил вещество, формулу которого, как оказалось позднее, можно было записать как C2H5ZnI. Вскоре после этого он получил метильный аналог — CH3ZnI. Как вскоре оказалось, полученные соединения отличались высокой реакционной способностью. Как описывал Франкланд, когда он промывал ампулу, содержащую небольшое количество полученного соединения, эти остатки «…вспыхнули сине-зелёным пламенем, высотой в несколько футов, а лаборатория заполнилась отвратительным запахом.
Учитель Франкланда, Роберт Бунзен, даже опасался, что его ученик получил смертельное отравление, но, к счастью, Франкланд выжил. Позже Франкланд (и другие) получили еще немало цинкорганических соединений, которые применялись в качестве промежуточных веществ в органическом синтезе. К несчастью, обнаруженными реакциями было сложно управлять, и выход целевых продуктов зачастую был очень низок. Последующие попытки использовать в органическом синтезе другие металлы — ртуть, медь, натрий и калий протекали с разной степенью успеха.
В 1898 году наставник Гриньяра в Лионском университете Филипп Антуан Барбье попытался использовать магнийорганическое соединение в синтезе, в котором цинкорганика оказалась неэффективной. Как и цинксодержащие аналоги, органические производные магния активно реагировали с кислородом воздуха или водой. Для защиты от факторов, которые могли бы разрушить металлоорганические соединения, Барбье использовал реагенты, взвешенные в безводном диэтиловом эфире, испарявшемся достаточно интенсивно, за счет чего понижалась концентрация кислорода и паров воды над реакционной смесью. Строго говоря, применение эфира не было инновационной идеей Барбье — этот растворитель иногда использовал Франкланд для работы с цинкорганическими соединениями. С помощью безводного эфира Барбье смог превратить кетон, содержащий восемь атомов углерода в третичный спирт с девятью атомами углерода — для этого он действовал на октанон-2 йодметаном и металлическим магнием с последующей обработкой реакционной смеси водой. Реакция протекала по плану, но выход целевого продукта не был высоким. Все попытки Барбье использовать магний и его производные для применения к общему методу синтеза органических соединений не приводили к желаемым результатам. В какой-то момент магниевая тема Барбье наскучила и, опубликовав некоторые из своих предварительных наблюдений, он предложил распутать загадку своему аспиранту Виктору Гриньяру в качестве темы диссертационной работы.
Когда Гриньяр начал воспроизводить эксперименты патрона, он столкнулся с теми же трудностями и проблемами, что и Барбье. Так бы эта история и закончилась ничем, и открытие полезных свойств магнийорганических соединений было бы отложено на неопределённое время, но Гриньяру пришла в голову здравая мысль — не смешивать все реагенты сразу в одну кучу, а проводить синтез поэтапно. На первой стадии Гриньяр решил медленно и осторожно прибавлять раствор алкилгалогенида в диэтиловом эфире к металлическому магнию, погружённому в эфир. Вещества прореагировали с образованием алкилмагнийгалогенида, магнийорганического вещества, которое впоследствии стали называть «реактивом Гриньяра» или просто «гриньяром». От воздействия атмосферы магнийорганическое соединение защищала шапка паров эфира, а для предотвращения испарения эфира Гриньяр использовал обратный холодильник, который охлаждал пары эфира — они конденсировались и попадали обратно в колбу с реакционной смесью.
Используя все предосторожности (строго говоря, они были предосторожностями для Гриньяра, а для современных химиков — обычная методология проведения эксперимента) Гриньяр получил более десятка алкил- и арилмагнийгалогенидов R — Mg — X, которые, будучи в эфире, сохраняли устойчивость, но при этом могли использоваться в дальнейших реакциях. Постепенное приливание полученных эфирных растворов к органическим соединениям с подходящими функциональными группами с последующей обработкой продуктов реакции водой или разбавленным раствором соляной кислоты позволяло получать большое количество полезных синтетических продуктов. Казалось, что найден общий подход к главной цели органического синтеза — введение в органическую молекулу новых связей С — С. Некоторые из реакций протекали со значительным выделением теплоты. Поэтому колбу, в которой протекал процесс, необходимо было охлаждать в ледяной бане. Другие, напротив, требовали осторожного нагревания или применения катализатора. Гриньяр выяснил, что растворитель играет важную роль в процессе и предположил, что молекула органилмагнийгалогенида связывается с одной или несколькими молекулами диэтилового эфира. Более поздние исследования доказали правоту Гриньяра, и комплекс, в котором две молекулы эфира связываются с магнием реактива Гриньяра с помощью неподелённых электронных пар кислорода, был выделен и изучен уже современными методами.
