Марвел, Карл Шипп

Карл Шипп Марвел родился 11 сентября 1894 года в Уэйнсвилле, штат Иллинойс^[англ.], США, в семье фермеров Джона Томаса Марвела и Мэри Люси Уоссон Марвел. Дядя уговаривал его изучать химию. Марвел учился в Уэслианском университете Иллинойса (англ. Illinois Wesleyan University) с 1911 по 1915 год и получил степень бакалавра и магистра химии.

По рекомендации своего советника Альфреда В. Хомбергера Марвел получил стипендию в размере 250 долларов для обучения в Иллинойсском университете. Марвелу пришлось брать дополнительные занятия, чтобы «наверстать упущенное» в течение первого года обучения там. Он получил прозвище «Спид» (с англ. Speed - Скорость) в начале своей карьеры химика из-за своей привычки спешить на завтрак после ночной учебы. Находясь в Иллинойсе, Марвел подружился с однокурсником Уоллесом Карозерсом. Марвел получил степень магистра химии в Иллинойсском университете в 1916 году.

Исследования Карла Шиппа были прерваны Первой мировой войной. Поскольку война отрезала предыдущие источники поставок, стало трудно получать многие химические вещества, используемые в синтетической органической химии и связанных с ней промышленных процессах. Кларенс Дерик создал в Иллинойсе подразделение по производству органических химических веществ, которые ранее импортировались из Германии, чтобы производить и продавать их. С 1916 по 1919 год Марвел работал в производственном подразделении под руководством Роджера Адамса. Его работа в подразделении органических химических производств дала ему обширный опыт в синтезе. ^[3][5] Студенты должны были вести тщательные записи в тетрадях о каждом продукте, включая стоимость химикатов, оборудование и необходимое время. Марвел был известен своей способностью модифицировать и переписывать плохие методики, чтобы сделать их более эффективными и другие могли им следовать. Многие из этих методик были позже опубликованы: сначала в виде брошюр «Органические химические реагенты» (авторы Роджер Адамс, О. Камм и К.Ш. Марвел), а затем в журнале Organic Syntheses^[англ.].

Марвел был членом Тау Каппа Эпсилон^{[англ.] [6]}. Он был также посвящен в Альфа Хи Сигма в отделении Дзета Университета Иллинойса в 1918 году. ^[7]

В 1919 году Марвел вернулся к учебе в аспирантуре при поддержке стипендии от DuPont. ^[3] В 1920 году Марвел получил докторскую степень по химии в Университете Иллинойса, работая с заведующим кафедрой Уильямом Альбертом Нойесом. ^[5] Его диссертацией было «Исследование возможной асимметрии алифатических диазосоединений». ^[3]

Марвел пришел на химический факультет Иллинойского университета в качестве преподавателя в 1920 году. Он получил звания доцента в 1923 году и профессора органической химии в 1930 году. До 1940 года он также руководил подразделением по производству органических химических веществ, в котором студенты синтезировали труднодоступные специальные химические вещества. С 1953 по 1961 год Марвел был профессором-исследователем химического факультета.

Ранние исследования Марвела касались классической органической химии. Он активно сотрудничал с журналои Organic Syntheses. Приблизительно 20% из 264 препаратов в Коллективном I томе Органического синтеза были либо написаны, либо проверены им. ^[3]

Марвел работал с широким спектром соединений, включая диалкилртуть, гексазамещенные этаны, диенины, алкилы лития и реактивы Гриньяра, соединения фосфония и аммония. Он разработал органические химические реагенты для определения характеристик, идентификации и анализа химических соединений. Большая часть этих исследований была проведена до того, как были разработаны такие методы, как инфракрасная спектроскопия или масс-спектрометрия. Исследование Марвелом межмолекулярных водородных связей основывалось на изучении растворимости и теплоты смешения. ^[3]

Вскоре он занялся химией полимеров, снова работая над методами синтеза и определением структуры. Используя такие методы, как элементный анализ, определение средней молекулярной массы и анализ концевых групп, Марвел продемонстрировал методологию для установления основных структурных особенностей полимеров. ^[3] Обладая способностью импровизировать и совершенствовать новые методы, он внес «крупный фундаментальный вклад» в область науки о полимерах ^[3], за что был признан «отцом» химии синтетических полимеров. ^[5]

Начиная с 1933 года, Марвел начал изучать полимеры на основе олефинов и диоксида серы, определяя их структуру и исследуя влияние инициаторов, таких как пероксиды или ультрафиолетовое излучение, на реакции полимеризации. ^[3] Исследуя виниловые полимеры в 1937 году, Марвел смог продемонстрировать, что полимеры, полученные из поливинилхлорида имеют тенденцию образовывать структуру «голова к хвосту» с атомами хлора на чередующихся атомах углерода (подтверждая структурные идеи Германа Штаудингера) с большей вероятностью, чем «голова к голове», в которой атомы хлора расположены на соседних атомах углерода. ^[5] Эта работа, в свою очередь, привела к получению и полимеризации новых мономеров. ^[8] За работу над SO₂, α-олефинами и виниловыми полимерами, Марвел получил медаль Уильяма Х. Николса от Американского химического общества в 1944 году ^[9] В начале сороковых годов он был одним из первых ученых, которые использовали оптически активные мономеры и оптически активные инициаторы для изучения свойств стереорегулярных полимеров. ^[3][10]

В 1928 году Роджер Адамс порекомендовал Марвела в качестве консультанта DuPont Central Research^[3]. В течение почти 60 лет Марвел провел для компании 19 000 индивидуальных консультаций. ^[8] Когда его попросили проверить открытие английского химика Мэтьюса о том, что полисульфоны могут образовываться в результате реакции диоксида серы и этилена, Марвел подтвердил открытие, используя циклогексен, а не этилен. Он был близким другом, а также консультантом Уоллеса Карозерса, который проводил новаторские работы по нейлону и неопрену в Dupont. Он также консультировал Рэя Хаутца, когда велась разработка синтетического волокна из полиакрилонитрила.

Марвел активно участвовал в программе США по производству синтетического каучука, когда поставки натурального каучука были прерваны из-за Второй мировой войны. Доступность каучука была важна для военных действий. Начиная с сентября 1940 года он работал с Национальным исследовательским комитетом обороны. ^[3] В 1941 и 1942 годах он был председателем секции «Синтетические, аналитические и неорганические проблемы» Национального исследовательского комитета обороны. ^[9] В период с 1942 по 1945 год он возглавлял группу из 100 химиков в различных учреждениях Соединенных Штатов для Корпорации резервов каучука США. ^[8] Его работа в Иллинойсе по низкотемпературной сополимеризации бутадиена и стирола был важна для успешного коммерческого производства синтетического каучука. ^[3] Его группа определила тиолы как ключ к процессу полимеризации, а полиненасыщенные жирные кислоты, присутствующие в мылах, используемых в качестве эмульгаторов, как ингредиент, который мешает реакциям полимеризации. ^[11]

В 1946 году Марвел отправился в Германию в составе группы технической разведки, чтобы доложить о состоянии немецкой резиновой технологии. Они обнаружили, что немецкие ученые использовали процесс окислительно-восстановительной полимеризации при 5°C, что значительно ниже. Марвел и его группа развили эту идею, создав процесс создания холодной резины для американской промышленности. ^[3] Благодаря их новому процессу полимеризация проходила всего за семь часов. ^[12]

В результате своей работы во время войны Марвел получил Почётную грамоту Президента за заслуги перед гражданскими лицами во Второй мировой войне. ^[3]

Считается, что Карл Ш. Марвел вместе с Роджером Адамсом и Рейнольдом К. Фьюзоном создали программу органической химии в Иллинойсе, которую в Соединенных Штатах считали выдающейся. Он подчеркнул, что «основным продуктом научных исследований являются студенты». [21] За свою карьеру Марвел руководил 176 успешными докторантами и не менее 150 постдокторантами. ^[8] Его учениками были Х. Э. Картер, Уоллес Карозерс, Джордж Грейвс, Уильям Дж. Спаркс, Сэмюэл М. МакЭлвейн, Арнольд Бекман и будущие лауреаты Нобелевской премии Винсент дю Виньо и Эдвин Г. Кребс. ^[3]

В 1961 году Марвел официально «ушел на пенсию» из Иллинойса, но продолжал оставаться почетным профессором-исследователем с 1961 по 1988 год. В 1963 году он был удостоен звания почетного доктора наук — степень Иллинойсского университета.

С 1961 по 1988 год Марвел также занимал должность профессора кафедры химии Аризонского университета. В Аризоне он продолжил работу, начатую в Иллинойсе, по изучению высокотемпературных полимеров. ^[13]

Марвел добился значительных успехов в разработке высокотемпературных полимеров, включая полибензимидазолы и лестничные полимеры, с использованием методов полиприсоединения и циклополимеризации. ^[11]

С Марвелом связалась база ВВС Райт Паттерсон в 1950-х годах, потому что ВВС США нуждались в материале, подходящем для тормозных парашютов. Им нужен был материал, который сохранял свою прочность при воздействии экстремально высоких температур. Исследуя высокотемпературные стабильные полимеры, Марвел первый синтезировал полибензимидазол. Затем он работал с Хервардом Фогелем, сначала в Университете Иллинойса, а затем в Университете Аризоны, над улучшением качества полимера и разработкой полибензимидазольного волокна. ^[3] Их лучший полибензимидазол был негорючим и стабильным при температурах до 600 °C. ^[11] Они зарегистрировали патенты на высокомолекулярные конденсационные полимеры в 1960-х годах. ^[14] Из-за его термической и окислительной стабильности полибензимидазол был принят НАСА в 1960-х годах для использования в аэрокосмической и оборонной промышленности. ^[15] В 1978 году полибензиимдазол начали использовать в оборудовании пожарной службы США. ^[16]Марвел также предложил разработку «лестничных молекул», полимеров следующего поколения, которые были бы еще более стабильными, чем полибензимидазолы. ^[17][18] Марвел сделал первые шаги к процессу создания полимеров лестничного типа еще в 1938 году, когда он попытался циклизировать полиметилвинилкетон. ^[19] В 1950-х годах он изложил предварительный подход к созданию полипарафенилена. Подход Марвела содержал ключевые элементы решений, которые еще в течение следующих тридцати лет будут неизменны: цепная полимеризация циклогексадиена и его последующая ароматизация. Поэтому его работа считается «важной вехой в истории синтеза полипарафенилена». ^[20]На протяжении 1960-х и 1970-х годов он продолжал работать в качестве основного участника программы ВВС США по синтезу высокотемпературных полимеров, включая синтез термостабильных лестничных или частичных лестничных полипирролонов. ^[21] За свою работу Марвел был награжден Премией за выдающиеся заслуги (1966 г.) Лабораторией материалов ВВС США и Премией за выдающиеся достижения (1966 г.) командованием систем ВВС. ^[3]

Он официально «вышел на пенсию» в качестве профессора-исследователя в Университете Аризоны в 1978 году, но все же продолжал некоторые исследования с помощью докторантов до своей смерти в 1988 году. ^[11] Университет Аризоны назвал лабораторию в его честь. ^[22] Marvel Hall, конференц-зал в здании Американского химического общества в Вашингтоне, также назван в его честь.

Марвел опубликовал около 500 статей в научных журналах по всему миру и четыре книги, включая «Введение в органическую химию высоких полимеров». Он работал в редакционной коллегии журналов, включая Macromolecules, Journal of Organic Chemistry, Journal of the American Chemical Society и Journal of Polymer Science. ^[23] Он также имел 52 патента. ^[8]

Заядлый орнитолог на протяжении всей своей жизни. Публикации Марвел включают статьи о наблюдении за птицами, такие как «Необычные привычки кормления капской камышевки» (1948) и «Голубой гросбек в Западном Онтарио» (1950). ^[23]

• 1938 Избран в Национальную академию наук^[24]
• 1944 Медаль Уильяма Х. Николса, Американское химическое общество ^[9]
• 1945 Президент Американского химического общества^[25]
• 1945 Избран в Американское философское общество^[26]
• 1950 Премия Уилларда Гиббса, Американское химическое общество^[27]
• 1955 Золотая медаль Американского института химиков ^[28]
• 1956 Медаль Пристлиl, American Chemical Society^[29]
• 1960 Избран в Американскую академию искусств и наук^[30]
• 1964 Первый лауреат премии ACS в области химии полимеров^[31]
• 1964 Международная премия, Society of Plastics Engineers
• 1965 Медаль Перкина, Американская секция Общества химической промышленности^[32][33]
• 1966 Награда за выдающиеся заслуги, Лаборатория материалов ВВС США ^[3]
• 1966 Премия за выдающиеся достижения, командование систем ВВС ^[3]
• 1967 Премия пионера химии, Американский институт химии ^[34]
• 1986 Национальная научная медаль США, врученная президентом Рональдом Рейганом^[35]
• 1988 Посвящен в Зал славы Альфа Хи Сигма ^[7]

Карл Шипп Марвел женился на Альберте Хьюз 26 декабря 1933 года. У них было двое детей: Мэри Кэтрин (1935–2017) и Джон Томас Марвел (1938–2010). Джон Томас Марвел женился на Джойс Стрэнд. У них было трое сыновей: Скотт Томас, Крис Эндрю и Карл Рэндалл Марвел. Скотт Томас Марвел женился на Шерри Коун Флуше, у него есть дочь Эстель Марвел и два приемных сына Зейн и Карсон Флуше. Карл Рэндалл Марвел женился на Дженнифер Прайс. У них было двое детей: Кристиан Рид и Брук Мари Марвел. Карл Шипп Марвел умер 4 января 1988 года.