Николай Дмитриевич поручил Шилову изготовление нового химического соединения по методике, описанной Виктором Мейером. Чугаев взялся помогать товарищу. Они вдвоем успешно провели осаждение продукта из раствора, потом, отсосав и промыв полученный осадок эфиром, поставили сушить его на водяную баню. Вскоре осадок был почти сух. Чугаев посоветовал:
— Может быть, еще досушишь?
Шилов согласился. Чугаев, опуская осадок досушиваться, расплескал воду в бане.
Неожиданно раздался оглушительный взрыв. В комнате мгновенно потухли все горелки. Стоявшие вблизи стеклянные приборы разлетелись в мелкие осколки. Шилов с ужасом смотрел на результаты своего опыта, мучительно жалея, что и он не разлетелся, как стеклянная колба… Чугаев опустил голову, чувствуя свою вину.
Николай Дмитриевич вошел в лабораторию. Он был внешне совершенно спокоен и вовсе не рассержен; внимательно расспросив их о ходе опыта, объяснил, что у них в препарат, по-видимому, попала капля воды из водяной бани. Профессор сейчас же вместе с ними повторил все проделанное, нарочито повторяя их ошибку. Снова последовал взрыв.
Ошибку студента Шилова Николай Дмитриевич в дальнейшем использовал для демонстрации как интересный опыт с неустойчивыми соединениями, взрывающимися от действия воды. В опубликованной им работе Зелинский об этом писал:
«Недавно П. Неф в своей прекрасной работе «О строении солей нитропарафинов» обратил внимание на явно выраженную неустойчивость натрийнитрометана. Неф указывает, что взрыв происходит только иногда. Я же могу прибавить, что он происходит всякий раз, когда высушенный в эксикаторе препарат приходит в соприкосновение со следами воды».
Николай Дмитриевич широко развернул научно-исследовательскую работу лаборатории. В нее были включены все лаборанты, ассистенты, привлекались также наиболее способные студенты.
Работа велась по анализу и синтезу различных органических соединений.
Сейчас, когда известны многочисленные методы синтеза органических веществ, когда великолепные физические приборы дают возможность всесторонней характеристики их, работа химика намного легче. В те же годы химики еще подходили к веществу «ощупью», еще только создавались методы его изучения.
Являясь поборником физических методов изучения вещества, Николай Дмитриевич особенно старался пополнить лабораторию новыми приборами.
Ставил он своей целью и разработку новых методов синтеза, и если сейчас мы находим в любом учебнике органической химии описание способа получения различных органических веществ, то многим из них мы обязаны Н. Д. Зелинскому и его школе.
Первые научные работы лаборатории являлись, по существу, продолжением исследований, проводившихся Николаем Дмитриевичем в Одессе. Но, налаживая сложный синтез двухосновных кислот, Николай Дмитриевич неотступно думал о новом направлении, которым решил заниматься, — о нефти.
Марковников еще с 1881 года начал заниматься в лаборатории изучением нефти.
«Мне всегда было непонятно, — писал Марковников, — почему натуралисты не хотят выбрать для своих исследований такой научный вопрос, материалом для которого служила бы русская природа. Тогда мы не были бы свидетелями того, что Россия изучалась… иностранцами».
Когда Марковников начал изучение нефти, многие расценивали это как «измену чистой науке». Но Владимир Васильевич упорно продолжал свои исследования, и вскоре о них стали говорить уже как о крупном достижении.
Штудируя труды Марковникова, Вредена, Бельштейна, Менделеева, Зелинский искал свой самостоятельный путь в этой области.
Давно уже химики поняли, что нефть, эта «кровь земли», не является индивидуальным продуктом.
В. В. Марковников и В. Н. Оглоблин изучили элементарный состав нефти. Следующим шагом было выделение индивидуальных углеводородов, но это оказалось чрезвычайно сложной задачей. Ценою большого труда удалось разделить таинственную черно-коричневую смесь, мерцающую желто-зелеными бликами, на три класса углеводородов с различными свойствами.
Детальный химический анализ веществ, составлявших самую значительную часть нефти, показал, что это углеводороды, построенные в виде открытых цепей, в которых атомы углерода, связанные с водородом, образуют соединенные друг с другом звенья. В этих соединениях не было свободных связей, которые побуждали бы их стремиться присоединить к себе другие атомы, и потому они были химически инертны. Им и было дано название «парум аффинус», что значит — малодеятельный. Низкокипящие фракции парафинов использовались как горючее (бензин, керосин), следующие фракции давали горючие и смазочные масла, затем оставались уже ни на что не пригодные твердые продукты, которые являлись балластом производства. Одно время пытались использовать твердые парафины для изготовления свечей, но они не выдержали конкуренции с появившимися вскоре стеариновыми свечами. Ученые окрестили парафины «химическими мертвецами», так как все попытки заставить их вступить в химические реакции оставались тщетными.
Ф. Ф. Бельштейну и А. А. Курбатову принадлежит заслуга открытия в нефти класса углеводородов, названных Марковниковым нафтенами. Марковников провел глубокое их изучение; выяснилось, что у нафтенов углеводородные звенья связаны в замкнутые кольца (циклы), состоящие большей частью из 5 и 6 членов. Они тоже не имели свободных химических связей и были малоактивны. В основном нафтены являлись составной частью смазочных масел.
Только представители третьего класса углеводородов, содержание которых в нефти очень невелико, проявили себя как химически активные соединения. Эти углеводороды имели, как и нафтены, замкнутое циклическое строение, но они были не насыщены водородом и имели свободные химические связи. Эти соединения назвали «ароматическими» за присущий многим из них приятный запах. Они вскоре стали исходным сырьем для изготовления всевозможных химических продуктов: красок, медикаментов, взрывчатых, душистых веществ. Марковников писал о них: «Можно ли было ожидать, что, берясь за вонючую нефть, окажешься в соседстве с веществами, которые в драгоценных флаконах являются на туалетных столиках самых прихотливых красавиц?»
Итак, к концу 90-х годов считалось уже окончательно установленным, что главными составными частями нефти различных месторождений являются углеводороды трех классов: парафиновые, нафтеновые и ароматические.
Однако при выделении из этих составных частей нефти индивидуальных углеводородов большей частью получались не чистые вещества, а смеси их, разделить которые полностью не удавалось. Выяснить точно, получены ли чистые продукты или их смеси, можно было бы, если синтетически приготовить углеводороды такого же состава и строения и установить сходство их с выделенными. Это было логическим продолжением проведенных Марковниковым и другими учеными исследований, и за них-то и взялся Н. Д. Зелинский.
Итак, синтез основных представителей углеводородов нефти (эталонов для сравнения) — вот задача, которую он себе поставил.
Но как подойти к этому делу? Методы, имевшиеся до сих пор в распоряжении исследователей, приводили к смеси углеводородов.
А почему бы не попытаться в качестве основы взять не циклан, а соединения с открытой цепью и затем замкнуть ее, как делал он когда-то для получения тиофена? Это открыло бы совсем новый путь для синтеза. Мысль была смелой и понравилась Николаю Дмитриевичу.
Синтез двухосновных кислот разработан им детально в его докторской диссертации, какую же из кислот выбрать? Он остановился на пимелиновой кислоте, состоящей из пяти углеводородных звеньев, которые должны были в дальнейшем составить скелет циклической молекулы.
Вот над этой-то работой и проводил Николай Дмитриевич долгие вечерние часы. Вечерами работать было хорошо. Исчезал поток шумной, говорливой молодежи, оставались только ближайшие сотрудники, как и их руководитель, энтузиасты химического синтеза. Здесь работали молодые Шилов и Чугаев, еще студенты, но уже неоценимые помощники. Сюда приходили освободившиеся от занятий со студентами Дорошевский, Крапивин и другие лаборанты.