marzo 4, 2024
Biografias

Carl Shipp Marvel

Tiempo de lectura estimado: 11 minutos

Carl Shipp «Speed» Marvel (11 de septiembre de 1894 – 4 de enero de 1988) fue un químico estadounidense especializado en química de polímeros.

Hizo importantes contribuciones al programa estadounidense de caucho sintético durante la Segunda Guerra Mundial, y más tarde trabajó en el desarrollo de polibenzimidazoles, polímeros resistentes a la temperatura que se utilizan en la industria aeroespacial, en equipos contra incendios y como reemplazo del amianto.


Carl Shipp Marvel. Químico estadounidense
Carl Shipp Marvel. Químico estadounidense

Ha sido descrito como «uno de los químicos orgánicos más destacados del mundo» y recibió numerosos premios, incluyendo la Medalla Priestley de 1956 y la Medalla Nacional de Ciencia de 1986, presentada por el presidente Ronald Reagan.

Vida temprana y educación de Shipp Marvel

Carl Shipp Marvel nació el 11 de septiembre de 1894 en Waynesville, Illinois, EE. UU., de los granjeros John Thomas Marvel y Mary Lucy Wasson Marvel.

Un tío lo instó a estudiar química. Marvel asistió a la Universidad de Illinois Wesleyan de 1911 a 1915, donde se graduó con un A.B. y M.S. en química. Por recomendación de su asesor, Alfred W. Homberger, Marvel obtuvo una beca de $ 250 para la Universidad de Illinois.

Marvel tuvo que tomar clases adicionales para «ponerse al día» durante su primer año en la Universidad de Illinois. Obtuvo el apodo de «Speed» temprano en su carrera como químico por su hábito de apresurarse al desayuno después de estudiar toda la noche. Mientras estaba en Illinois, Marvel se hizo amigo del compañero estudiante Wallace Carothers. Marvel recibió su M.A. en Química de la Universidad de Illinois en 1916.

Primera guerra mundial

Los estudios de Marvel se interrumpieron debido a la Primera Guerra Mundial. A medida que la guerra cortaba las fuentes anteriores de suministro, se hizo difícil obtener muchos de los productos químicos utilizados en la química orgánica sintética y en procesos industriales relacionados. Clarence Derick estableció la Unidad de Fabricación de Productos Químicos Orgánicos en Illinois para fabricar y vender productos químicos que anteriormente se importaban de Alemania. De 1916 a 1919, Marvel trabajó en la unidad de producción bajo la dirección de Roger Adams.

Su trabajo en la unidad de fabricación de productos químicos orgánicos le dio una amplia experiencia en la preparación de productos químicos. A los estudiantes se les exigía tomar notas detalladas de cada preparación, incluido el costo de los productos químicos, el aparato y el tiempo necesario.

Marvel era conocido por su capacidad para modificar los procedimientos deficientes para hacerlos más efectivos y describir los procedimientos para que otros pudieran seguirlos. Muchos de estos procedimientos de laboratorio se publicaron más tarde, primero como folletos sobre Reactivos Químicos Orgánicos, por Roger Adams, O. Kamm y C.S. Marvel y luego en la revista Organic Syntheses.

Marvel fue miembro de Tau Kappa Epsilon y se inició en Alpha Chi Sigma en el Capítulo Zeta de la Universidad de Illinois en 1918.

En 1919, Marvel regresó a los estudios de posgrado a tiempo completo, apoyado por una beca de DuPont. Marvel recibió su doctorado en química de la Universidad de Illinois en 1920, trabajando con el jefe del departamento, William Albert Noyes. Su tesis fue «Un estudio de la posible asimetría de los compuestos de diazo alifáticos».

Universidad de Illinoins

En 1920, Marvel se unió al Departamento de Química de la Universidad de Illinois como instructor. Fue ascendido a asociado en 1921, a profesor asistente en 1923, a profesor asociado en 1927 y a profesor de Química Orgánica en 1930.

Hasta 1940, también supervisó la Unidad de Fabricación de Productos Químicos Orgánicos, que se convirtió en un programa de verano en el que los estudiantes sintetizaron productos químicos especializados difíciles de obtener. De 1953 a 1961, Marvel fue profesor investigador en el Departamento de Química.

Las investigaciones del profesor Carl "Speed" Marvel sobre polímeros condujeron al desarrollo del caucho y fibra sintéticos. (Imagen cortesía de los Archivos de la UI)
Las investigaciones del profesor Carl «Speed» Marvel sobre polímeros condujeron al desarrollo del caucho y fibra sintéticos. (Imagen cortesía de los Archivos de la UI)

La investigación temprana de Marvel se centró en la química orgánica clásica. Fue un colaborador entusiasta de Organic Syntheses. Aproximadamente el 20% de las 264 preparaciones en el Volumen Colectivo I de Organic Syntheses fueron escritas o revisadas por Marvel.

Marvel trabajó con una amplia variedad de compuestos, incluyendo mercurio dialquil, etanos hexa-sustituidos, dieninos, litio alquilo y reactivos de Grignard, compuestos de fosfonio y amonio cuaternarios, preparándolos e investigando sus reacciones. Desarrolló reactivos químicos orgánicos para ser utilizados en la caracterización, identificación y análisis de compuestos químicos.

Gran parte de esta investigación se llevó a cabo antes de que se desarrollaran técnicas como la espectroscopía infrarroja o la espectrometría de masas. Por ejemplo, la exploración de Marvel del enlace de hidrógeno intermolecular se basó en el estudio de solubilidades y calores de mezcla.

Química de polimeros

Pronto se interesó en la química de los polímeros, trabajando nuevamente en métodos de síntesis y determinación de la estructura. Utilizando técnicas como la determinación del análisis elemental, el peso molecular promedio, el análisis del grupo terminal y el examen de los productos, Marvel demostró una metodología química para establecer las características estructurales principales de los polímeros.

Con su capacidad para improvisar y refinar nuevas técnicas, realizó «importantes contribuciones fundamentales» al campo de la ciencia de los polímeros, por lo que ha sido reconocido como el «padre» de la química de los polímeros sintéticos.

A partir de 1933, Marvel comenzó a estudiar polímeros de olefina/dióxido de azufre, determinando suestructura y examinando los efectos de iniciadores como el peróxido o la luz ultravioleta en las reacciones de polimerización. Al examinar los polímeros de vinilo en 1937, Marvel pudo demostrar que los polímeros preparados a partir de policloruro de vinilo tendían a formar una estructura cabeza-cola con átomos de cloro en carbonos alternos, confirmando las ideas estructurales de Hermann Staudinger, en lugar de una estructura cabeza-cabeza con átomos de cloro en carbonos adyacentes.

Este trabajo llevó a la preparación y polimerización de nuevos monómeros. Por su trabajo en SO2, α-olefinas y polímeros de vinilo, Marvel recibió la Medalla William H. Nichols de la Sociedad Americana de Química en 1944. A principios de los años cuarenta, fue uno de los primeros científicos en utilizar monómeros ópticamente activos e iniciadores ópticamente activos para examinar las propiedades de los polímeros estereorregulares.

Paso por el DuPont Central Research

En 1928, Roger Adams recomendó a Marvel como consultor para la investigación central de DuPont. Durante casi 60 años, Marvel brindó 19,000 consultas individuales. Cuando se le pidió que probara el descubrimiento del químico inglés F. E. Matthews de que se podían formar polisulfonas por la reacción de dióxido de azufre y etileno, Marvel confirmó el hallazgo, utilizando ciclohexeno en lugar de etileno.

Fue un amigo cercano y también consultor de Wallace Carothers, quien estaba llevando a cabo un trabajo innovador en nylon y neopreno en DuPont. Marvel también consultó con Ray C. Houtz cuando este estaba desarrollando una fibra sintética hecha de poliacrilonitrilo, Orlon.

Reserva de caucho de Estados Unidos

Marvel participó activamente en el programa estadounidense de caucho sintético cuando se interrumpieron los suministros de caucho natural durante la Segunda Guerra Mundial. La disponibilidad de caucho era esencial para el esfuerzo de guerra. A partir de septiembre de 1940, Marvel trabajó con la Sección C-2, Problemas Sintéticos, de la División B del Comité de Investigación de Defensa Nacional.

En 1941 y 1942 fue presidente de la Sección B-3, Problemas Sintéticos, Analíticos e Inorgánicos, del Comité de Investigación de Defensa Nacional. Entre 1942 y 1945 encabezó un grupo de hasta 100 químicos en diferentes instituciones de Estados Unidos para la Corporación de Reserva de Caucho de EE. UU.

Su trabajo en Illinois sobre la copolimerización de baja temperatura de butadieno y estireno fue importante para la producción comercial exitosa de caucho sintético. Su grupo identificó el tiol como clave en el proceso de polimerización y señaló a los ácidos grasos poliinsaturados, presentes en los jabones utilizados como emulsionantes, como un ingrediente que interfería en las reacciones de polimerización.

En 1946, Marvel viajó a Alemania como parte de un equipo de inteligencia técnica para informar sobre el estado de la tecnología del caucho alemán. Descubrieron que los científicos alemanes estaban utilizando un proceso de polimerización redox a 5 °C, considerablemente más bajo que los procesos anteriores. Marvel y su grupo desarrollaron aún más esta idea, creando un proceso de caucho frío para la industria estadounidense. Con su nuevo proceso, la polimerización podía completarse en solo siete horas.

Como resultado de su trabajo durante la guerra, Marvel recibió el Certificado de Mérito del Presidente para Civiles en la Segunda Guerra Mundial.

Enseñanza en Illinois

Marvel, junto con Roger Adams y Reynold C. Fuson, se le atribuye haber convertido el programa de química orgánica en Illinois en «preeminente en los Estados Unidos». Como instructor, Marvel vio la importancia de trabajar en problemas esenciales y también enfatizó «que el producto esencial de la investigación académica eran los estudiantes». Marvel supervisó a 176 estudiantes doctorales exitosos y al menos 150 estudiantes postdoctorales durante su carrera.

Entre sus estudiantes se encontraban H. E. Carter, Wallace Carothers, George Graves, William J. Sparks, Samuel M. McElvain, Arnold Beckman y futuros ganadores del Premio Nobel Vincent du Vigneaud y Edwin G. Krebs.

En 1961, Marvel se «retiró» formalmente de Illinois, pero continuó siendo profesor investigador emérito desde 1961 hasta 1988. En 1963, recibió un doctorado honoris causa en ciencias de la Universidad de Illinois.

Universidad de Arizona

De 1961 a 1988, Marvel también fue catedrático del Departamento de Química de la Universidad de Arizona, donde continuó el trabajo que había iniciado en Illinois, el estudio de los polímeros de alta temperatura.

Polímeros de alta temperatura

Marvel hizo importantes avances en el desarrollo de polímeros de alta temperatura, incluyendo polibenzimidazoles y polímeros de escalera, utilizando técnicas de poliadición y ciclopolidimerización.

En la década de 1950, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos se puso en contacto con Marvel porque necesitaban un material adecuado para los paracaídas de arrastre. Necesitaban un material que retuviera su resistencia cuando se sometía a temperaturas extremadamente altas. Investigando sobre polímeros estables a altas temperaturas, Marvel fue el primero en sintetizar polibenzimidazol (PBI), un polímero de condensación con unidades repetitivas aromáticas y heteroaromáticas.

Luego trabajó con Herward Vogel, primero en la Universidad de Illinois y luego en la Universidad de Arizona, para mejorar la calidad del polímero y desarrollar la fibra de polibenzimidazol. Su mejor PBI era no inflamable y estable a temperaturas de hasta 600 °C. Registraron patentes para polímeros de condensación de alto peso molecular en la década de 1960.

Debido a su estabilidad térmica y oxidativa, la NASA adoptó el PBI en la década de 1960para su uso en aplicaciones aeroespaciales y de defensa. En 1978, el PBI comenzó a usarse en equipos de los servicios de bomberos de los Estados Unidos.

Polímeros escalera

Marvel también propuso el desarrollo de «moléculas de escalera» (polímeros de escalera), polímeros de próxima generación que serían aún más estables que los polibenzimidazoles. Marvel dio los primeros pasos hacia un proceso para crear polímeros tipo escalera tan pronto como en 1938, cuando intentó la ciclización de poli(metil vinil cetona).

En la década de 1950, esbozó un enfoque precursor para la creación de poli(para-fenileno) (PPP), un proceso particularmente difícil. El enfoque de Marvel contenía los elementos clave de soluciones que no se desarrollarían durante otros treinta años: la polimerización de crecimiento de cadena de un monómero de ciclohexadieno y su posterior aromatización. Por lo tanto, su trabajo se considera «un hito importante en la historia de la síntesis de PPP».

Durante las décadas de 1960 y 1970, continuó trabajando como contribuyente principal en el programa de la Fuerza Aérea de EE. UU. sobre la síntesis de polímeros de alta temperatura, incluyendo la síntesis de poli(pirrolona) de escalera o parcialmente de escalera térmicamente estable.

Por su trabajo, Marvel recibió el Premio al Servicio Distinguido (1966) del Laboratorio de Materiales de la Fuerza Aérea de EE. UU. y el Premio al Logro Sobresaliente (1966) del Comando de Sistemas de la Fuerza Aérea.

Retiro y fallecimiento de Shipp Marvel

Oficialmente «se retiró» como profesor investigador en la Universidad de Arizona en 1978, pero aún continuó con algunas investigaciones, con la ayuda de estudiantes postdoctorales, hasta su muerte en 1988. La Universidad de Arizona nombró los «Laboratorios de Química Carl S. Marvel» en su honor. Marvel Hall, una sala de conferencias en el Edificio de la Sociedad Química Americana en Washington, D.C., también lleva su nombre.

Para más información Oral history interview with Carl S. Marvel

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