Метод озонирования полимеров углеводородов ряда дивинила с последующим подробным количественным исследованием продуктов разложения озонидов водой дает возможность химику установить структуру полученных полимеров, а сочетая изучение этой структуры с условиями получения полимеров и одновременно устанавливая их технические свойства, он может наметить и рациональные пути синтеза каучука.

Метод озонирования впервые был применен к установлению структуры натурального каучука немецким химиком Гарриесом. Несколькими годами позже, как раз в период изучения процессов полимеризации эфиров акриловой кислоты, С. В. Лебедев пытался применить метод озонирования к получаемым полимерам. Но ведь в этом случае полимеры не имели в своем составе двойных связей и озону некуда было присоединиться. Возможно, это и побудило в какой-то мере Сергея Васильевича переменить объект исследований. Изучая полимеризацию эфиров акриловой кислоты, он мог выяснить только вопросы, связанные с изменениями скорости процесса различных представителей этого класса соединений. Изучение же полимеризации двуэтиленовых углеводородов позволяло, кроме того, при помощи метода озонирования выяснить и структуру получаемых полимеров. А ведь отсутствие способов изучения структуры полимеров и задерживало многие годы развитие химии полимеров! Направление поисков было нащупано верно…

Окончив критический обзор и анализ литературных данных по полимеризации изопрена и аналогичных ему соединений, С. В. Лебедев пришел к выводу, что реакция полимеризации в широкой степени свойственна и двуэтиленовым углеводородам. Однако систематических работ в этой области до тех пор не проводилось. Это была своеобразная научная «целина».

Какие все-таки задачи поставил перед собой С. В. Лебедев, приступая к намеченным исследованиям?

Сам исследователь следующим образом определил их.

«Большинство непредельных органических соединений, — писал он, — может быть заполимеризовано лишь при помощи энергично действующих агентов, так сказать, насильно. Неизбежным последствием этого должно быть затемнение основного процесса вторичными процессами разложения, изомеризации, новой полимеризации и т. д. Поэтому особенную теоретическую ценность должны представлять те процессы полимеризации, которые протекают самопроизвольно при температурах не высоких, когда исследователь может иметь в руках в неизменном состоянии те формы, в которые складываются молекулы и совокупность которых рисует картину процесса.

Этими соображениями определяется задача настоящего исследования: изучение процессов полимеризации, протекающих самопроизвольно. Объем исследований ограничен изучением лишь того класса соединений, в котором полимеризация не только совершается с чрезвычайной легкостью, но может быть признана характерным признаком. Это класс двуэтиленовых углеводородов».

А заключал он свое исследование следующими словами:

«Сфера явлений полимеризации настолько нова и обширна, что настоящее исследование является лишь фрагментом преимущественно экспериментальной стороны того образа, который получит со временем эта область. Большое теоретическое значение и непосредственное соприкосновение с техникой приготовления искусственных каучуков обещают ей быстрое развитие».

Это уже был прогноз, и притом весьма смелый…

Если, приступая к изучению полимеризации двуэтиленовых углеводородов, Сергей Васильевич преследовал в первую очередь научные цели, в применении результатов этих исследований для практических целей видел лишь естественное их следствие, то совершенно иные цели преследовали исследователи, работавшие в то время в этой области в других странах.

В 1906 году в Германии к работам по синтезу каучука подключилась группа молодых специалистов, среди которых особо должен быть отмечен талантливый химик Гофман. В 1936 году Гофман подробно описал предысторию своих работ в области синтеза каучука. Из случайно попавшего в его руки в 1906 году английского журнала он узнал, что один английский профессор-ботаник усиленно убеждал своих соотечественников ответить на угрозу недостатка каучука разработкой синтеза этого продукта. Для Гофмана, как он об этом сам рассказывал, слово «синтез» прозвучало исключительно заманчиво. Ведь Германия не обладала даже ограниченными рынками натурального каучука, какие контролировала Британия. Гофман имел самые общие сведения о каучуке, по сути дела исчерпывавшиеся тем, что ему было известно — каучук в химическом отношении представляет из себя углеводород. Это отнюдь не помешало ему уверовать в принципиальную возможность осуществления синтеза. Только после этого обратившись к справочникам, он впервые узнал об изопрене, о работах Бушарда по превращению изопрена в каучук и работах Гарриеса по изучению химической природы натурального каучука.

Попав к одному из крупнейших представителей химической промышленности Германии, Карлу Дюисбергу, и поведав ему свои более чем дерзкие планы в области синтеза каучука, Гофман с некоторым изумлением услышал ответ:

«Пусть это будет дорого стоить и долго продолжаться, но коль скоро имеется надежда на успешное выполнение наших планов, мы рискнем…»

Но ему было поставлено жесткое условие: если через десять лет он не найдет желанное сокровище…

— Идет! — заявил Гофман.

Так немецкие химики, не имея еще никакого практического опыта в области синтеза каучука, сразу же получили необходимые материальные средства для проведения исследований по обширной программе.

Германия готовилась к грядущей войне.

Совсем в других условиях работал Сергей Васильевич. Анна Петровна Остроумова-Лебедева пишет, что он в тот период отказался от всяких побочных занятий и заработков, чтобы освободить время для научной работы. Они сократили елико возможно свои потребности. Сергей Васильевич любил домашний уют и комфорт, но был противником всего лишнего, всякой пышности, какого бы то ни было намека на роскошь. В домашнем быту признавал только самое необходимое, простое и скромное. Числясь в университете все на той же должности лаборанта, Сергей Васильевич продолжал получать оклад 800 рублей в год, что составляло в месяц 66 рублей.

Исследования, которые задумал Сергей Васильевич, были исключительно трудоемки. Чтобы исследовать скорость полимеризации того или иного углеводорода, надо было сначала получить его в сравнительно больших количествах. А в то время это было далеко не легким делом, так как доступные методы получения этих соединений, как уже упоминалось, не были разработаны.

Для получения изопрена — наиболее подробно изученного в то время представителя класса двуэтиленовых углеводородов — Сергей Васильевич выбрал способ высокотемпературного разложения скипидара. Но при этом реальный выход изопрена был ничтожен. Вдобавок он был загрязнен другим углеводородам— триметилэтиленом, который, как показал еще В. А. Мокиевский, содержался в продуктах реакции примерно в одинаковых количествах с изопреном. Разделение этих веществ физическими методами, например при посредстве широко применяемой в лабораторной работе для разделения жидкостей ректификации, при отсутствии в то время хороших ректификационных колонок было делом практически неосуществимым. И вот чтобы получить изопрен необходимой чистоты и в мало-мальски достаточном количестве, приходилось применять трудоемкие химические методы, налаживать многостадийный процесс, требующий участия различных химических реагентов, что еще больше усложняло задачу.

Для получения чистого изопрена Сергей Васильевич воспользовался оригинальным способом, разработанным в лаборатории А. Е. Фаворского. Этот способ был «относительно удобен» и давал очень чистый продукт. Но сколько времени и труда требовал этот «удобный» метод!

Начиналось все с разложения скипидара. Затем полученные продукты надо было разогнать на ректификационной колонке и выделить вещества, кипящие в сравнительно узких температурных пределах, близких к температуре кипения изопрена. Затем выделенный продукт надо было охладить и прибавить к нему уксусную кислоту, после чего прибавить определенное количество бромистого водорода. В результате происходившей при этом реакции образовывалась смесь бромидов изопрена и триметилэтилена, которые осаждались водой, промывались и сушились.