Роберт Браттейн

Р. Роберт Браттейн (21 мая 1911-17 ноября 2002) был американским физиком в Shell Development Company. Он участвовал в ряде секретных проектов во время Второй мировой войны. Он признан одним из ведущих инфракрасных спектроскопистов Америки за его работу по созданию нескольких моделей спектрофотометра и за использование инфракрасного спектрофотометра для определения β-лактама структура пенициллина. Его работа с приборами была важна для последующего изучения и понимания структур в органической химии.

• 1 Биография
• 2 Shell Development Company
  • 2.1 Авиационное топливо
  • 2.2 Синтетический каучук
  • 2.3 Пенициллин
  • 2.4 Нервно-паралитический газ
• 3 Ссылки
• 4 Внешние ссылки

R. Роберт Браттейн родился 21 мая 1911 года в семье Росса Р. Браттейна и Оттилии Хаузер Браттейн. Оба родителя были выпускниками Whitman College ; Оттили Хаузер Браттейн была одаренным математиком. На протяжении большей части детства Роберта Браттейна семья жила на ранчо около Тонаскет, Вашингтон.

Браттейн посещал Колледж Уитмана в Уолла Уолла, Вашингтон, вслед за своим старшим братом, Уолтером Хаузером Браттейном. Затем он получил степень магистра физики в Вашингтонском университете в 1933 году. Затем он поступил в Принстонский университет, изучая физику. Там он встретил Джона Бардина, частого партнера по игре в бридж и боулинг. Роберт Браттейн познакомил Джона Бардена со своим братом Уолтером Браттейном, вместе с которым Бардин получил Нобелевскую премию.

Первоначально интересовавшийся математической физикой, Роберт Браттейн вскоре заинтересовался экспериментальной физикой. После того, как его советник Эдвард Кондон предложил ему помощь, эксперт по инфракрасной спектрометрии, Браттейн увлекся инфракрасными исследованиями и дизайном инструментов. Браттейн, Барнс и другие в лаборатории построили инфракрасный спектрофотометр исследовательского качества, используя призму из каменной соли, полоску платины в качестве источника инфракрасного излучения, термобатарею для измерения излучения и два гальванометра для отображения результатов. Они использовали инструмент, чтобы начать изучение молекулярной структуры органических молекул. После того, как Барнс ушел из Принстона в American Cyanamid, он направил финансирование Браттейну и другим на изучение инфракрасных спектров поглощения органических соединений, таких как бензол, толуол и нафталин.

Из-за финансового давления Великой депрессии Роберт Браттейн покинул Принстон в 1938 году, не получив ученой степени. Он был принят на работу в Shell Development Company в Эмеривилле, Калифорния. Там он начал использовать инфракрасную спектроскопию для изучения молекулярных структур нефти и сопутствующих продуктов. Он был признан одним из первых лидеров в этой области. Работа Браттейна по газовым смесям C. 4была «одним из первых приложений [спектрофотометрии], имеющих большое значение для нефтяной промышленности».

Авиационное топливо

Одной из областей, изученных Браттейном, была изомеры бутана, которые использовались для производства высокооктанового авиационного топлива. Его цель состояла в том, чтобы использовать инфракрасную спектрометрию в качестве аналитического инструмента для контроля промышленных химических процессов, надежно измеряя изомеры в нефтяных смесях.

Браттейн снова начал создавать инфракрасный спектрофотометр исследовательского качества, на этот раз воплотив идеи Э. Брайт Уилсон и в Гарвардском университете. За счет включения двух призм, одной из каменной соли и одной из бромида калия, стало возможно исследовать больший диапазон длин волн инфракрасного излучения. К 1939 году Браттейн смог использовать свой «IRS # 1», чтобы различать изомеры изобутан и н-бутан, измеряя одну длину волны инфракрасного излучения. Продолжая изучать бутаны с IRS # 1, Браттейн разработал более простую модель, IRS # 2, для использования в управлении технологическими процессами на нефтеперерабатывающих заводах Shell. Он представил свои проекты IRS № 1 (исследование) и IRS № 2 (управление технологическим процессом) Американскому физическому обществу в Пасадене, Калифорния, в июне 1941 года.

После доработки, Браттейн предложил новую конструкцию для IRS №4 и обратился к Арнольду Орвиллу Бекману в Национальные технические лаборатории (позже Beckman Instruments), чтобы сделать его. Сотрудничая с Standard Oil, Браттейн смог собрать заказ из 10 инструментов - этого достаточно, чтобы убедить Бекмана начать производство. Главный инженер Beckman Говард Кэри предложил упрощенную конструкцию, которая была одобрена Браттейном как Beckman IR-1. В IR-1 использовалась опора для призмы Литтроу с одной призмой из каменной соли с зеркальной обратной стороной и аналоговый гальванометр для представления результатов. Пользователи могли быстро выбирать между 18 указанными длинами волн. Компания Beckman Instruments поставила первый спектрофотометр 1R-1 компании Shell 18 сентября 1942 года.

Синтетический каучук

Исследование изомеров, проведенное Браттейном, оказалось вдвойне важным для военных действий. В дополнение к изомерам углеводородов C4 изобутану и н-бутану (важным для авиационного топлива) Браттейн смог идентифицировать набор из четырех бутенов, 1-бутена, цис- 2-бутен, транс-2-бутен и изобутен. Изомеры бутилена сыграли решающую роль в разработке синтетического каучука, еще одного важного материала для военных нужд. По сравнению с предыдущими методами дистилляции, инфракрасная спектрофотометрия позволила значительно сэкономить время, сократив время тестирования с 15 или 20 часов до 15 минут.

Во время Второй мировой войны Северная Америка была столкнулся с нехваткой натурального каучука, потому что война прервала поставки из стран, выращивающих каучук. Управление резерва каучука правительства США признало необходимость разработки синтетического каучука. Бывший профессор Браттейна Р. Боулинг Барнс, ныне работающий в Cyanamid, продвигал использование инфракрасных спектрофотометров в программе синтетического каучука в США. В 1942 году Управление Rubber Reserve организовало секретные встречи в Детройте между Робертом Браттейном из Shell Development Company, Арнольдом О. Бекманом из Beckman Instruments и Р. Боулингом Барнсом из American Cyanamid, ищу источник надежных инструментов для инфракрасной спектроскопии и анализа полимеров бутадиена. Решив принять существующую конструкцию Боба Браттейна для однолучевого инфракрасного спектрофотометра, они поручили компании Beckman Instruments массовое производство стандартизированных инструментов для ученых, которые будут использоваться в рамках военных усилий правительства США по искусственному каучуку.

Инструментам был присвоен рейтинг приоритета AAA, который гарантировал им доступ к ограниченным ресурсам военного времени. Однако инструменты могли быть проданы только клиентам, имеющим сертификат AAA, а исследования, дизайн инструментов и инструменты оставались засекреченными до окончания войны. Никому не разрешалось публиковать или обсуждать что-либо, связанное с новыми машинами. По заказам как правительства, так и промышленности Национальные технические лаборатории к 1945 году изготовили и отгрузили 77 Beckman IR-1. Они внесли решающий вклад в военные усилия. Это сотрудничество при поддержке правительства привело к быстрой разработке и быстрой передаче технологии в сети компаний военного времени, но ограничения секретности ограничили степень, в которой работа Браттейна-Бекмана стала общеизвестной. Такие компании, как Perkin-Elmer, чья работа не была столь ограничена, смогли опубликовать о своей работе в области инфракрасной спектроскопии до того, как Браттейн и Бекман смогли это сделать. После войны такие инструменты получили широкое распространение среди химиков, поскольку они были просты в использовании, надежны и имели умеренную цену.

Пенициллин

Пенициллин, мощный антибиотик, был обнаружен в 1928 году шотландским ученым сэром Александром Флемингом. Во время Второй мировой войны препарат был востребован как для лечения ран, так и для лечения таких опасных для жизни заболеваний, как менингит, пневмония и сифилис. Производство пенициллина увеличилось с 400 миллионов единиц в начале 1943 года до более чем 650 миллиардов единиц в месяц к концу войны. Было огромное давление, чтобы найти способы увеличить производство. Исследователи надеялись, что, поняв химическую структуру пенициллина, они смогут найти способ его синтезировать. Были выдвинуты гипотезы о нескольких возможных структурах, включая структуру оксазалона с 2 связанными 5-членными кольцами и β-лактамную структуру, включающую 4-членное кольцо, чего не наблюдалось в естественных условиях.

Был проведен трансатлантический исследовательский проект. разработан для определения структуры пенициллина. В него вошли исследователи инфракрасной спектроскопии в Кембридже (GBBM Sutherland ), в Оксфорде (Гарольд Уоррис Томпсон ), а также в университетах и ​​компаниях США (факультет физики Мичиганского университета)., Shell Development Company, Merck Co., Pfizer и Институт Рассела Сейджа Медицинского колледжа Корнельского университета). Летом 1944 года Управление научных исследований и разработок США обратилось в Shell, и Роберт Браттейн собрал команду для изучения проблемы с помощью инфракрасной спектрофотометрии. Другая команда Shell использовала методы химического синтеза. К ноябрю 1944 г. обе группы пришли к выводу, что пенициллин имеет β-лактамную структуру. Только эта структура объясняет наличие сильных полос на частотах 1785, 1740, 1667 и 1538 см-1 по результатам спектроскопии. Браттейн и его сотрудники представили правительству отчет с описанием своих результатов в 1944 году. Полный отчет о международной работе по инфракрасной спектроскопии появился в 1949 году.

Независимо работая в Великобритании, Дороти Кроуфут и Барбара Лоу из Оксфорда, Англия использовали дифракцию рентгеновских лучей для изучения структуры пенициллина, как и исследователи из Imperial Chemical Industries. Практически одновременно с группой Браттейна группа рентгеновской кристаллографии Дороти Кроуфут нашла результаты, подтверждающие вывод о том, что пенициллин имеет β-лактамную структуру. Ее исследование было опубликовано в начале 1945 года. За это и другие исследования с использованием дифракции рентгеновских лучей Дороти Кроуфут в конечном итоге получила Нобелевскую премию.

Нервный газ

После войны Браттейн попросили провести опасное исследование, изучающее структуру немецких нервно-паралитических газов, которые использовались во Второй мировой войне.

После выхода на пенсию Роберт Браттейн жил в Монтерее, Калифорния.