Тайна патента Уильяма Перкина

Мовеиновый красно-фиолетовый Уильяма Перкина — первый синтетический краситель, случайно полученный при переработке каменноугольной смолы в 1856 году, — изменил химическую промышленность викторианской Великобритании, а потом и всего мира. Он же подарил Перкину мировую известность. Как показывают результаты Джона Плейтера из Абердинского университета, Перкин мог гораздо тщательнее контролировать химические процессы, лежащие в основе производства этих красителей, чем считалось раньше («Journal of Chemical Research», 2016, 40, 11, 648—651, doi: 10.3184/174751916X14725625519561). Он был не просто человеком, которому однажды повезло, а настоящим первопроходцем.

Мовеиновый краситель Перкина (см. «Химию и жизнь», 2007, 2) был сложной по составу композицией, смесью хромофорных молекул. Дело в том, что и Перкин, и другие производители использовали как исходное вещество анилин (полученный из каменноугольной смолы), в котором присутствовали изомеры толуидина. Их превращения также влияли на состав, а следовательно, и на цвет продукта.

Именно благодаря примесям в исходных веществах качественный и количественный состав красителя был индивидуальным, как отпечатки пальцев. Сегодня по составу красителя в различных образцах можно четко определить место, время и метод синтеза пигмента. Очевидно, что разные смеси имеют различные оттенки: сам Перкин говорил о красителе с синим оттенком и более привлекательном образце с красным оттенком.

Плейтер провел настоящее детективное расследование и расшифровал состав красящих композиций из различных источников. Объекты для анализа, в том числе хранящиеся в бутылке образцы красителей, а также окрашенные ими ткани предоставили различные музеи Великобритании и США, включая Лондонский и Манчестерский музеи естественной науки и музей Университета Колумбии в Нью-Йорке. Однако самым доступным объектом оказались марки викторианской эпохи — краситель Перкина использовали для печати сиренево-фиолетовых шестипенсовых марок во второй половине XIX века. Таких марок было напечатано огромное количество, многие из них дожили и до нашего времени. С помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии Плейтер определил состав мовеинового красителя в нескольких марках, а также в образце красителя из Манчестерского музея.

Анализ выявил интересные нюансы: все мовеиновые красители, сделанные на мануфактуре, которую Перкин организовал совместно с отцом и братом, практически не различались, а вот мовеиновые красители, изготовленные на других производствах по патенту, оформленному Перкином в 1856 году (WH Perkin, Patent, AD 1856 No 1984), зачастую серьезно отличались по составу и от продукции семейного предприятия Перкина, и друг от друга.

Сам Плейтер пытался много раз воспроизвести описанную в патенте Перкина методику, подбирая состав подвергавшихся окислению аминов, но ему так и не удалось добиться воспроизводимых результатов. В каждом эксперименте он получал смеси хромофоров, различавшиеся по количественному и качественному составу («Journal of Chemical Research», 2015, 39, 5, 251—259, doi: 10.3184/174751915X14303016711715). По словам Плейтера, следование протоколу, описанному в патенте, давало смесь четырех типов мовеиновых хромофоров. Между тем красители, выделенные из почтовых марок (наряду с музейным образцом), содержали только два ключевых вещества, обладая при этом более желаемым «красным оттенком». Реконструировав химические процессы, протекавшие в ходе синтезов, и химические превращения, которые мог осуществлять Перкин, Плейтер предположил, что одним из исходных веществ, применявшихся на семейном предприятии Перкина наряду с анилином, было производное толуидина, которое увеличивало выход красящей композиции и позволяло получить более простой состав. Перкин наверняка знал об этой тонкости производства, скорее всего, он сам ее и разработал, но никогда не описывал.

Как заявляет Генри Ржепа из Имперского колледжа Лондона, сотрудничавший с Плейтером в анализе мовеиновых красителей, описанный Перкином в патенте метод содержит только часть правды. Увы, это стало традиционной проблемой описаний методик в патентах и заявках на изобретения. В конкретном случае тайна исторического детектива о рецепте Перкина была раскрыта, однако многим химикам и химикам-технологам ежедневно приходится иметь дело с методиками, которые не воспроизводятся. Это не так увлекательно, как работа Плейтера, и явно не сможет стать основой для публикаций в журналах с высоким рейтингом.