Краски, тротил, мелинит, полистирол - почему их было немного до 1920-х?

У большинства людей термин "синтетические красители" ассоциируется со словом "анилиновые". Это не совсем так, я ранее подробно рассказывал про "фенольные" краски, в которых нет анилиновой группы (если кому интересно, можно полистать по блогу вниз).

Но и те, и другие красители обязательно базирутся на ароматических соединениях. Бензол, толуол или фенол - вот обязательный компонент всех синтетических органических красителей (минеральные обходятся без этого).  Ниже приведен рисунок со структурными формулами этих веществ (случайно затесалась ещё и бензойная кислота ).

Откуда же их брали?  С начала XIX века и до 1920-х годов, более века практически единственным источником была коксовая смола, отход от коксования угля.

На рисунке - большая коксовая батарея на современном предприятии

Небольшое количество смолы получали при коксовании торфа, но именно что небольшое. Настолько невеликое, что во многих книгах об этом источнике даже не упоминают.

Ирония ситуации состоит в том, что поначалу эту смолу не знали, куда девать.  Её сбрасывали в окрестные овраги, в пруды, пытались сливать в отработанные шахты, сжигали...

И вдруг немецкий химик Рунге синтезировал первый краситель из коксовой смолы - розоловую кислоту. Затем в 1856 году английский химик Перкин синтезировал яркий фиолетовый краситель мовеин, а в 1857 году российский химик Натансон синтезировал розовый краситель фуксин.

Затем анилиновые красители начали своё победное шествие по миру, однако этим дело не ограничилось.  В 1873 году немецкий химик  Шпренгель доказал, что пикриновая кислота может применяться не только в качестве бледно-лимонного красителя, но и как взрывчатое вещество.

Пикриновая кислота (она же тринитрофенол)

А с 1902 года в германской и американской армии (государства - крупнейшие производители стали, а следовательно - и угольного кокса) начали снаряжать боеприпасы тринитротолуолом (он же тол, он же - тротил).

Всё?  Нет,  далеко нет!  В 1909 году Лео Бакеланд сообщил об открытии бакелита, первого негорючего пластика, получаемого поликонденсацией фенола с формальдегидом.  

Ароматических веществ начало сильно не хватать, но... Никто не станет производить коксовую смолу и выбрасывать кокс.  Поэтому производство сырья для всех прекрасных вышеперечисленных продуктов лимитировалось развитием металлургии (и в основном - производством чугуна).

Примечание: Грустным исключением стала только Российская империя в период 1912-1916 годов, когда чугун выплавляли, а смолу не выделяли, сжигая пары "по месту получения".  Но об этой гпечальной истории стоит писать отдельно.

Итак, откуда же в 1920-30-х годах появилось большое количество ароматических веществ? Ответ коток, но отнюдь не прост. Нефтехимия - вот новый и щедрый источник сырья для всех перечисленных производств.

Вопреки общераспространённому мнению, НПЗ (нефте-перерабатывающие заводы) уже больше века отнюдь не только "простые перегонные кубы".  Нет, мазут, керосин и солярку всё так же отделяют простой перегонкой.  А вот бензи-и-ин...

Ещё наш великий физик Кузьминский (он не особо известен, а зря. Именно Павел Дмитриевич Кузбминский (1840-1900) первым в мире построил паро-газовую турбину (позже ставшую основой двигателей торпед, а нынче - самым передовым способом выработки электроэнергии), был соратником Менделеева и многое другое.

Но для нас сейчас важно, что он доказал, что  чем выше антидетонационные свойства топлива, тем выше КПД у двигателя внутреннего сгорания. 

А у керосина и прямогонного бензина октановое число невысоко, всего 40-45. Нет, были уникальные месторождения, из нефти  котороых  удавалось получать бензин с высоким октановым числом. Но его не хватало даже для нужд авиации и танковых войск, что уж говорить обо всём траспорте? Да и вообще бензина было мало.

Потому уже в начале 1920-х годов американцы выкупили у Шухова его патент на крекинговый процесс, позволяющий получать бензин с октановым числом до 72 (да. именно с этим связано изобилие 72-го бензина на советских заправках, он шёл прямо с крекинговых установок. А заодно там получалось и небольшое количество ароматических веществ.  

А параллельно осваивали процесс дегидроциклизации:

Получение толуола дегидроциклизацией гептана

Этот процесс (гладкую дегидрогенизацию циклогексана и его гомологов в ароматические углеводороды в присутствии платинового и палладиевого катализаторов) впервые  осуществил в 1911 году русский химик Николай Дмитриевич Зелинский. Кстати, работал он в это время в Одессе, моём любимом городе.

Но от лабораторного процесса  до промышленного синтеза прошло немало лет, так что в Первую Мировую все страны (возможно к счастью?) воевали в условиях ограниченного производства ароматических веществ и их производных.