Wallace Carothers

Wallace Hume Carothers (27 de abril de 1896 - 29 de abril de 1937) fue un químico estadounidense, inventor y líder de química orgánica en DuPont, a quien se le atribuye la invención del nailon.

Carothers era líder de grupo en el laboratorio de la Estación Experimental de DuPont, cerca de Wilmington, Delaware, donde se realizaba la mayor parte de la investigación sobre polímeros. Carothers fue un químico orgánico que, además de desarrollar por primera vez el nailon, también ayudó a sentar las bases del neopreno. Después de recibir su doctorado, enseñó en varias universidades antes de que DuPont lo contratara para trabajar en investigación fundamental.

Se casó con Helen Sweetman el 21 de febrero de 1936. Carothers había sufrido períodos de depresión desde su juventud. A pesar de su éxito con el nylon, sintió que no había logrado mucho y se había quedado sin ideas. Su infelicidad se vio exacerbada por la muerte de su hermana, y el 28 de abril de 1937 se suicidó bebiendo cianuro de potasio. Su hija, Jane, nació el 27 de noviembre de 1937.

Educación y carrera académica

Carothers nació el 27 de abril de 1896 en Burlington, Iowa, de Ira y Mary Evalina Carothers. Era el mayor de cuatro hijos. Tenía un hermano y dos hermanas: John, Isobel y Elizabeth. Cuando era joven, Carothers estaba fascinado por las herramientas y los dispositivos mecánicos y pasó muchas horas experimentando. Asistió a la escuela pública en Des Moines, Iowa, donde era conocido como un estudiante concienzudo. Después de graduarse, y bajo la presión de su padre, Carothers se matriculó en el Capital City Commercial College en Des Moines, donde su padre era vicepresidente, completando el plan de estudios de contabilidad y secretariado en julio de 1915.

En septiembre de 1915, ingresó a Tarkio College en Missouri. Aunque inicialmente se especializó en inglés, cambió a química bajo la influencia de Arthur Pardee, jefe de ese departamento. Carothers se destacó tanto en química que antes de graduarse fue nombrado instructor de química y estudió y enseñó el curso superior cuando Pardee se fue para convertirse en presidente del departamento de química de la Universidad de Dakota del Sur. Se graduó de Tarkio en 1920 a la edad de 24 años con una licenciatura en ciencias. Luego fue a la Universidad de Illinois para obtener su maestría en artes, que recibió en 1921 bajo la dirección del profesor Carl Marvel.

Durante el año escolar 1921–22, Carothers ocupó un cargo de un año como profesor de química en la Universidad de Dakota del Sur. Fue en la Universidad de Dakota del Sur donde comenzó su investigación independiente que resultó en un artículo aceptado por el Journal of the American Chemical Society. En este artículo midió las propiedades físicas del isocianato de fenilo y de la imida de diazobenceno (ahora conocida como azida de fenilo). Las propiedades tienen valores muy similares, lo que le llevó a la conclusión de que la estructura del segundo compuesto es C₆H₅-N=N=N, con los tres nitrógenos átomos en una cadena lineal en lugar de un anillo como se pensaba anteriormente.

Regresó a la Universidad de Illinois para estudiar su doctorado. bajo Roger Adams. Obtuvo su título en 1924. Se especializó en química orgánica y se especializó en química física y matemáticas. Trabajó como asistente de investigación durante 1922-1923 y recibió la beca Carr para 1923-24. Este fue el premio más prestigioso ofrecido por la universidad en ese momento.

Fue iniciado en Alpha Chi Sigma en 1926 como miembro del Capítulo Zeta de la Universidad de Illinois.

Después de recibir su doctorado, Carothers se quedó en la Universidad de Illinois durante dos años como profesor de química orgánica.

En 1926, Carothers se mudó a la Universidad de Harvard. Nuevamente fue instructor de química orgánica. James B. Conant, quien se convirtió en presidente de Harvard College en 1933, dijo de Carothers:

En su investigación, el Dr. Carothers mostró incluso en este momento el alto grado de originalidad que marcó su trabajo posterior. Nunca se contentó con seguir el camino golpeado o aceptar las interpretaciones habituales de las reacciones orgánicas. Su primer pensamiento sobre la polimerización y la estructura de sustancias de alto peso molecular comenzó mientras estaba en Harvard.

En 1927, DuPont decidió financiar la investigación pura y fundamental: investigación que no apunta deliberadamente al desarrollo de un producto lucrativo. Carothers viajó a Wilmington, Delaware, para discutir la posibilidad de estar a cargo de la química orgánica en el nuevo laboratorio de investigación fundamental de DuPont.

Pasarse a DuPont

La decisión de dejar la academia fue difícil para Carothers. Al principio rechazó la oferta de empleo de DuPont, explicando que "sufro episodios neuróticos de disminución de la capacidad que podrían constituir una desventaja mucho más grave allí que aquí". A pesar de esta admisión, un ejecutivo de DuPont, Hamilton Bradshaw, viajó a Harvard y convenció a Carothers para que cambiara de opinión. Su salario era de $500 al mes en comparación con solo $267 en Harvard ($3200 por año).

Más tarde, en una carta a Wilko Machetanz, su compañero de habitación en Tarkio, Carothers amplió sus sentimientos de depresión: "Me encuentro, incluso ahora, aceptando beneficios incalculables ofrecidos por pura magnanimidad y buena voluntad y sin poder compensar retorno tan trivial como lo permitan las circunstancias y lo exijan el sentimiento humano y la decencia, por estupidez o miedo o egoísmo o mera indiferencia y falta total de sentimiento."

Neopreno

En Dupont, a Carothers se le otorgó un puesto en su nuevo programa de investigación fundamental que se estableció recientemente en Wilmington, Delaware, y la compañía le permitió elegir cualquier investigación de su elección. Eligió la investigación de polímeros porque el tema necesitaba exploración teórica y tenía inmensas implicaciones comerciales. Carothers comenzó a trabajar en la Estación Experimental de DuPont el 6 de febrero de 1928. La síntesis de un polímero con un peso molecular de más de 4200, la masa lograda por el Dr. Emil Fischer, fue su objetivo principal.

Para el verano de 1928, Carothers tenía un pequeño personal de Ph.D. químicos y dos consultores: el Dr. Roger Adams, su asesor de tesis, y el Dr. Carl Marvel, su instructor de química orgánica en la Universidad de Illinois. El laboratorio en el que trabajaban estos destacados científicos se conoció como "Purity Hall". Fue desalentador que a mediados de 1929, "Purity Hall" no había producido un polímero con un peso de mucho más de 4.000.

En enero de 1930, el Dr. Elmer K. Bolton se convirtió en director químico asistente en el departamento químico y, por lo tanto, Carothers' jefe inmediato. Bolton quería resultados prácticos en 1930 y su deseo se cumplió. Bolton le pidió a Carothers que examinara la química de un polímero de acetileno con el objetivo de crear caucho sintético. En abril de 1930, uno de Carothers' El personal, el Dr. Arnold M. Collins, aisló el cloropreno, un líquido que se polimerizó para producir un material sólido que se parecía al caucho. Este producto fue el primer caucho sintético y hoy se conoce como Neopreno.

Poliésteres

En el mismo año, el Dr. Julian W. Hill, otro miembro del equipo de Carothers, comenzó a trabajar nuevamente para intentar producir un poliéster con un peso molecular superior a 4000. Sus esfuerzos pronto fueron recibidos con gran éxito cuando produjo un polímero sintético con un peso molecular de alrededor de 12.000. El alto peso molecular permitió que el polímero fundido se estirara en hilos de fibra. Así se creó la primera seda sintética, descrita por los químicos como un superpoliéster.

Los poliésteres y las poliamidas son ejemplos de polímeros de condensación formados por polimerización de crecimiento escalonado. Carothers elaboró la teoría de la polimerización por crecimiento escalonado y derivó la ecuación de Carothers que relaciona el grado medio de polimerización con la conversión fraccionada (o rendimiento) de monómero en polímero. Esta ecuación muestra que para un peso molecular alto, se necesita una conversión fraccionaria muy alta (solo para polímeros de crecimiento escalonado).

Hill también produjo una fibra sintética que era elástica y fuerte mediante la combinación de glicoles y diácidos y el calentamiento a presión reducida, utilizando un alambique molecular para eliminar los últimos rastros de agua producidos en la reacción de condensación. Desafortunadamente, la fibra producida no pudo comercializarse porque se convirtió en una masa pegajosa cuando se colocó en agua caliente. Carothers abandonó su investigación sobre polímeros durante varios años.

Carrera posterior y depresión

En 1931, Carothers se mudó a una casa en Wilmington, que se conoció como Whiskey Acres, con otros tres científicos de DuPont. No era un recluso, pero su estado de ánimo depresivo a menudo le impedía disfrutar de todas las actividades en las que participaban sus compañeros de cuarto. En una carta a una amiga cercana, Frances Spencer, dijo: "No parece haber mucho que informar sobre mis experiencias fuera de la química". Estoy viviendo en el campo ahora con otros tres solteros, y ellos, por sus inclinaciones sociales, han salido todos con sombreros de copa y corbatas blancas, mientras que yo, siguiendo mi antigua costumbre, me siento malhumorado en casa." Aproximadamente en ese momento, Carothers le mostró a Julian Hill que tenía una cápsula de cianuro unida a la cadena de su reloj.

Carothers odiaba hablar en público, lo que era necesario para mantener su alto perfil. En una carta a Frances Spencer en enero de 1932, relató: “Fui a New Haven durante las vacaciones e hice un discurso en el simposio orgánico. Fue bastante bien recibido pero la perspectiva de tener que hacerlo arruinó las semanas anteriores y fue necesario recurrir a cantidades considerables de alcohol para calmar mis nervios para la ocasión. … Mi nerviosismo, mal humor y vacilación empeoran a medida que pasa el tiempo, y el recurso frecuente a la bebida no produce ninguna mejora permanente. 1932 me parece bastante negro en este momento."

En 1932, el Dr. Bolton modificó el acuerdo bajo el cual se contrató a Carothers. "Salón de la pureza" ahora se centraría en "efectuar una relación más estrecha entre los objetivos últimos de nuestro trabajo y los intereses de la empresa". Esto significó que los fondos se trasladaron de la investigación pura a la investigación práctica. Carothers no se veía a sí mismo como un investigador comercial hábil. Propuso que el trabajo fundamental se limite a dos o tres propuestas, lo que sería coherente con los intereses de DuPont.

Carothers' La vida personal durante este tiempo estuvo ocupada. Estaba teniendo una aventura con una mujer casada, Sylvia Moore, quien junto con su esposo solicitó el divorcio en 1933. Al mismo tiempo, se preocupó por los problemas financieros de sus padres y planeó llevarlos a Wilmington. Sin pensar en las posibles ramificaciones emocionales de esta mudanza, compró una casa en Arden a unas diez millas (16 km) de la Estación Experimental y se mudó allí con sus padres. Tenía 37 años en ese momento. Las interacciones con sus padres pronto se volvieron tensas. Carothers todavía salía con Sylvia Moore, que ahora estaba soltera, y sus padres desaprobaban mucho la relación. Al encontrar que la tensión en el hogar era demasiado agotadora, sus padres regresaron a Des Moines en la primavera de 1934.

Poliamidas

En 1934, Carothers volvió a centrar su atención en las fibras. Ahora, el equipo sustituyó los glicoles por diaminas para producir un tipo de polímero llamado poliamida. Estas sustancias eran mucho más estables que los poliésteres formados usando los glicoles. La capacidad de las poliamidas para formar dominios cristalinos a través de enlaces de hidrógeno les confiere propiedades mecánicas mejoradas. Por lo tanto, podrían producir una seda sintética que sería práctica para el uso diario. Su investigación resultó en la invención de varias poliamidas nuevas. El trabajo de laboratorio para este proyecto fue realizado por el Dr. W. R. Peterson y el Dr. Donald Coffman. En 1935, el Dr. Gerard Berchet fue asignado a esta investigación sobre poliamidas.

Fue durante este productivo período de investigación, en el verano de 1934, antes de la eventual invención del nailon, que Carothers desapareció. No vino al trabajo, y nadie sabía dónde estaba. Fue encontrado en una pequeña clínica psiquiátrica, Clínica Pinel, cerca de la famosa Clínica Phipps asociada con el Hospital Johns Hopkins en Baltimore. Aparentemente, se había deprimido tanto que condujo hasta Baltimore para consultar a un psiquiatra, quien lo puso en la clínica.

Nail

Poco después de salir de la clínica, Carothers regresó a DuPont. Bolton instruyó a Carothers para que trabajara con poliamidas.

El trabajo de Carother en superpolímeros lineales comenzó como una incursión sin restricciones hacia lo desconocido, sin ningún objetivo práctico en mente. Pero la investigación estaba en un nuevo campo de la química y Du Pont creía que cualquier nuevo avance químico probablemente sería valioso para la empresa. En el curso de la investigación, Carothers obtuvo algunos superpolímeros que se convirtieron en sólidos viscosos a altas temperaturas, y se hizo la observación de que se podían fabricar filamentos de este material si se sumergía una varilla en el polímero fundido y se retiraba. En este descubrimiento, el enfoque del proyecto se desplazó a estos filamentos y 'Nylon' fue el resultado.

El 28 de febrero de 1935, Gerard Berchet, bajo la dirección de Carothers, produjo media onza de polímero a partir de hexametilendiamina y ácido adípico, creando poliamida 6-6, la sustancia que se conocería como nailon. Era difícil trabajar con ella debido a su alto punto de fusión, pero Bolton eligió esta poliamida como la que desarrollaría comercialmente. Seleccionó al Dr. George Graves para trabajar con Carothers en el proyecto. Eventualmente, Graves reemplazó a Carothers como líder del proyecto de poliamida. Además, docenas de químicos e ingenieros trabajaron para refinar la poliamida 6-6 y convertirla en un producto comercial viable.

Matrimonio y muerte

El 21 de febrero de 1936, Carothers se casó con Helen Sweetman, con quien había estado saliendo desde 1934. Sweetman tenía una licenciatura con especialización en química y trabajaba para DuPont en la preparación de solicitudes de patentes. Durante su vida, sus amigos a menudo juzgarían su matrimonio con Helen en comparación con su relación anterior con Sylvia Moore, afirmando que pensaban que Moore era una mujer mejor.

Poco después, el 30 de abril de 1936, Carothers se convirtió en el primer químico orgánico industrial en ser elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias, un gran honor. Sin embargo, en junio de 1936, a pesar de este honor que validaba sus contribuciones a la ciencia, Carothers no podía librarse de la depresión que le impedía trabajar. A principios de junio, fue internado involuntariamente en el Instituto de Filadelfia del Hospital de Pensilvania, un prestigioso hospital psiquiátrico, bajo el cuidado del psiquiatra Dr. Kenneth Appel. Un mes después, se le dio permiso para dejar el instituto para ir de excursión a los Alpes tiroleses con amigos. El plan era que hiciera una excursión de un día con el Dr. Roger Adams y el Dr. John Flack durante dos semanas. Después de que se fueron, siguió caminando solo, sin avisar a nadie, ni siquiera a su esposa. El 14 de septiembre, apareció repentinamente en su escritorio en la Estación Experimental. A partir de ese momento, no se esperaba que Carothers realizara ningún trabajo real en la Estación Experimental. A menudo entraba y visitaba. Comenzó a vivir en Whiskey Acres nuevamente, después de que su esposa estuvo de acuerdo con el Dr. Appel en que no era lo suficientemente fuerte como para cuidar a Carothers.

El 8 de enero de 1937, Carothers' la hermana Isobel murió de neumonía. Wallace y Helen Carothers viajaron a Chicago para asistir a su funeral y luego a Des Moines para su entierro. Todavía viajó a Filadelfia para visitar a su psiquiatra, el Dr. Appel, quien le dijo a un amigo de Carothers que pensaba que el suicidio era el resultado probable de la muerte de Carothers. caso.

El 28 de abril de 1937, Carothers fue a la Estación Experimental a trabajar. Alrededor de las 5 de la tarde del día siguiente, lo encontraron muerto en su habitación de hotel con un limón exprimido y un poco de sal de cianuro cerca. No se encontró ninguna nota.

Fue incluido póstumamente en el Salón de la Fama de Alpha Chi Sigma en 1982.

Patentes

• U.S. Patent 1,995,291 "Alkylene Carbonate and Process of Making It", presentado en noviembre de 1929, emitido en marzo de 1935
• U.S. Patent 2,012,267 "Alkylene Ester of Polybasic Acids", presentado en agosto de 1929, emitido en agosto de 1935
• U.S. Patent 2,071,250 "Linear Condensation Polymers", presentado en julio de 1931, emitido en febrero de 1937