Wallace Carothers

Wallace Hume Carothers (27 de abril de 1896 – 29 de abril de 1937) fue un químico americano, inventor y líder de la química orgánica en DuPont, al que se le atribuye la invención del nylon.

Carothers era un 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 era un químico orgánico que, además de desarrollar primero el nylon, también ayudó a sentar las bases del neopreno. Después de recibir su doctorado, enseñó en varias universidades antes de ser contratado por DuPont para trabajar en investigación fundamental.

Se casó con Helen Sweetman el 21 de febrero de 1936. Carothers había tenido períodos de depresión desde su juventud. A pesar de su éxito con el nylon, sentía que no había logrado mucho y se le habían acabado las 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.

Infografía Wallace Carothers

Educación y carrera académica de Carothers

Wallace 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. De 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 fue conocido como un estudiante concienzudo. Después de la graduación, y bajo la presión de su padre, Carothers se matriculó en el Capital City Commercial College en Des Moines, donde su padre fue vicepresidente, completando el currículo de contabilidad y secretariado en julio de 1915.

En septiembre de 1915, entró en el Tarkio College en Missouri. Aunque al principio se especializó en inglés, se pasó a la química bajo la influencia de Arthur Pardee, jefe de ese departamento. Carothers se destacó tanto en química que antes de su graduación 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 su maestría en artes, que recibió en 1921 bajo la dirección del profesor Carl Marvel.

Fotografía de Wallace Carothers, año desconocido
Fotografía de Wallace Carothers, año desconocido

Durante el año escolar 1921-22, Carothers tuvo un nombramiento de un año como instructor 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 diazobencenoimida (ahora conocida como fenilazida). 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 átomos de nitrógeno en una cadena lineal en lugar de un anillo como se pensaba anteriormente.

Volvió a la Universidad de Illinois para estudiar su doctorado con Roger Adams. Su título fue otorgado en 1924. Se especializó en química orgánica y se especializó en fisicoquímica 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 instructor de química orgánica. En 1926, Carothers se trasladó a la Universidad de Harvard. De nuevo fue instructor de química orgánica.

En 1927, DuPont decidió financiar una investigación fundamental y pura: una investigación que no estuviera deliberadamente dirigida 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 DuPont para investigación fundamental.

Llegada a DuPont

La decisión de dejar la academia fue difícil para Carothers. Al principio rechazó la oferta de empleo de DuPont, explicando que “sufro de ataques neuróticos de capacidad disminuida que podrían constituir una desventaja mucho más seria allí que aquí”. A pesar de esta admisión, un ejecutivo de DuPont, Hamilton Bradshaw, viajó a Harvard y convenció a Carothers de que cambiara de opinión. Su salario era de 500 dólares al mes, comparado con sólo 267 dólares en Harvard (3.200 dólares al año).

Wallace Carothers en su laboratorio
Wallace Carothers en su laboratorio

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 incalculables beneficios ofrecidos por pura magnanimidad y buena voluntad y no haciendo ni siquiera un retorno tan trivial como las circunstancias permiten y los sentimientos humanos y la decencia exigen, por obtusidad o miedo o egoísmo o mera indiferencia y completa falta de sentimiento.”

Desarrollo del neopreno

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 4.200, la masa alcanzada por el Dr. Emil Fischer, era su objetivo principal.

En el verano de 1928, Carothers contaba con un pequeño equipo de químicos con doctorado 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 donde trabajaban estos científicos de alto nivel se conoció como “Purity Hall”. Era desalentador que, a mediados de 1929, el “Purity Hall” no hubiera producido un polímero con un peso muy superior a 4.000.

Wallace H. Carothers, aquí con neopreno, el primer caucho sintético de éxito comercial.
Wallace H. Carothers, aquí con neopreno, el primer caucho sintético de éxito comercial.

En enero de 1930, el Dr. Elmer K. Bolton se convirtió en director químico asistente en el departamento de química, y, por lo tanto, el jefe inmediato de Carothers. Bolton quería resultados prácticos en 1930, y su deseo se cumplió. Bolton 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 los empleados de Carothers, 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 se conoce hoy como Neopreno.

Poliésteres

Ese mismo año, el Dr. Julian W. Hill, otro miembro del equipo de Carothers, comenzó a trabajar de nuevo en el intento de producir un poliéster con un peso molecular superior a 4.000. Sus esfuerzos pronto tuvieron gran éxito cuando produjo un polímero sintético con un peso molecular de alrededor de 12.000. El alto peso molecular permitió que el polímero derretido se extendiera en cuerdas 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 gradual. 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) del monómero en polímero. Esta ecuación muestra que, para un alto peso molecular, se necesita una conversión fraccional muy alta (sólo para polímeros de crecimiento escalonado).

Hill también produjo una fibra sintética que era elástica y fuerte al combinar glicoles y diácidos y calentarla a presión reducida, usando un destilador molecular para eliminar los últimos rastros de agua producidos en la reacción de condensación. Desafortunadamente, la fibra producida no pudo ser comercializada porque se convirtió en una masa pegajosa cuando se colocó en agua caliente. Carothers abandonó sus investigaciones sobre polímeros durante varios años.

Años finales de carrera de Carothers 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 sus estados de ánimo depresivos a menudo le impedían disfrutar de todas las actividades en las que sus compañeros de cuarto participaban.

En una carta a un amigo cercano, 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 todos ellos con inclinación social han salido con sombreros altos y corbatas blancas, mientras que yo, según mi antigua costumbre, me siento hoscamente en casa” Más o menos en esta época, Carothers le mostró a Julian Hill que guardaba una cápsula de cianuro pegada a la cadena de su reloj.

Carothers odiaba el discurso público 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, morosidad y vacilación empeoran con el paso del tiempo, y el frecuente recurso a la bebida no trae ninguna mejora permanente. El año 1932 me parece bastante negro ahora mismo

En 1932, el acuerdo bajo el cual Wallace Carothers fue contratado fue modificado por el Dr. Bolton. “Purity Hall” se centraría ahora en “establecer una relación más estrecha entre los objetivos finales 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 hábil investigador comercial. Propuso que el trabajo fundamental se limitara a dos o tres propuestas, lo que sería coherente con los intereses de DuPont.

La vida personal de Carothers durante este tiempo estaba ocupada. Tenía una aventura con una mujer casada, Sylvia Moore, que pidió el divorcio a su marido en 1933. Al mismo tiempo se preocupaba por los problemas financieros de sus padres y planeaba llevarlos a Wilmington. Sin pensar en las posibles ramificaciones emocionales de este traslado, compró una casa en Arden a unos 16 km de la Estación Experimental y se mudó a ella con sus padres. Tenía 37 años en ese momento.

Las interacciones con sus padres pronto se volvieron tensas. Carothers seguía viendo a Sylvia Moore, que ahora estaba soltera, y sus padres desaprobaban mucho la relación. Al encontrar que la tensión en el hogar también se desgastaba, sus padres volvieron a Des Moines en la primavera de 1934.

Wallace Carothers descubre las poliamidas

En 1934, Carothers volvió a prestar atención a 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 con los glicoles. La capacidad de las poliamidas para formar dominios cristalinos a través de la unión de hidrógeno les da mayores propiedades mecánicas. Por lo tanto, podrían producir una seda sintética que sería práctica para el uso diario.

Su investigación dio lugar a la invención de una serie de nuevas poliamidas. 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 de la poliamida.

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

El éxito del Nylon

Poco después de salir de la clínica, Wallace 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 en lo desconocido, sin ningún objetivo práctico en mente. Pero la investigación era en un nuevo campo de la química y DuPont creía que cualquier nuevo avance químico sería probablemente de valor para la empresa.

Una pierna gigante, de 35 pies de altura, anunciaba medias de nylon para el área de Los Ángeles.
Una pierna gigante, de 35 pies de altura, anunciaba medias de nylon para el área de Los Ángeles.

En el curso de la investigación, Wallace Carothers obtuvo algunos superpolímeros que se convirtieron en sólidos viscosos a altas temperaturas, y se observó que se podían hacer filamentos de este material si se sumergía una varilla en el polímero fundido y se retiraba. En este descubrimiento, el foco del proyecto se desplazó a estos filamentos y el resultado fue el ‘Nylon’.

El 28 de febrero de 1935, Gerard Berchet, bajo la dirección de Carothers, produjo media onza de polímero de hexametilendiamina y ácido adípico, creando la poliamida 6-6, la sustancia que vendría a conocerse como Nylon. Era difícil trabajar con ella debido a su alto punto de fusión, pero Bolton eligió esta poliamida como la que se desarrollaría comercialmente. Seleccionó al Dr. George Graves para trabajar con Carothers en el proyecto. Finalmente, Graves sustituyó a Carothers como líder del proyecto de poliamida. Además, docenas de químicos e ingenieros trabajaron en la refinación de la poliamida 6-6 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 especialidad en química y trabajó para DuPont en la preparación de solicitudes de patentes.

Poco después, el 30 de abril de 1936, Carothers fue elegido para la Academia Nacional de Ciencias, un honor muy alto. Carothers fue el primer químico orgánico industrial en recibir este honor. Sin embargo, en junio de 1936, a pesar de este honor que validaba sus contribuciones a la ciencia, Carothers no pudo sacudirse la depresión que le impedía trabajar.

A principios de junio, fue admitido involuntariamente en el Instituto de Filadelfia del Hospital de Pennsylvania, un prestigioso hospital mental, donde su psiquiatra era el Dr. Kenneth Appel. Un mes más tarde, se le dio permiso para salir del instituto para ir de excursión a los Alpes tiroleses con amigos. El plan era que hiciera una caminata de un día con el Dr. Roger Adams y el Dr. John Flack durante dos semanas. Después de que se fueron, se quedó, haciendo senderismo solo, sin enviar una palabra a nadie, ni siquiera a su esposa. El 14 de septiembre, apareció de repente 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 a visitarla. Empezó a vivir en Whiskey Acres de nuevo, después de que su mujer acordara con el Dr. Appel que no era lo suficientemente fuerte para vigilar a Carothers.

El 8 de enero de 1937, la hermana de Carothers, Isobel, murió de neumonía. Wallace y Helen Carothers viajaron a Chicago para asistir a su funeral y luego a Des Moines para su entierro. Aun así, 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 del caso de Carothers.

El 28 de abril de 1937, Wallace Carothers fue a la Estación Experimental a trabajar. Se suicidó en una habitación de hotel en Filadelfia al día siguiente tomando cianuro disuelto en jugo de limón, sabiendo que la ingestión de cianuro en una solución ácida intensificaría enormemente la velocidad y el efecto del veneno. No se encontró ninguna nota.

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

Para más información A History of Nylon