Robert Brattain

Una de las áreas que Brattain estudió fueron los isómeros del butano , que se utilizaban para fabricar combustible de aviación de alto octanaje. Su objetivo era emplear la espectrometría infrarroja como herramienta analítica para el control de procesos químicos industriales, midiendo de forma fiable los isómeros en mezclas de petróleo. ^{[ 9 ]}

Brattain volvió a construir un espectrofotómetro infrarrojo de calidad para investigación, incorporando esta vez las ideas de E. Bright Wilson y Harold Gershinowitz de la Universidad de Harvard . Al incorporar dos prismas, uno de sal gema y otro de bromuro de potasio, fue posible examinar un rango mayor de longitudes de onda infrarrojas. En 1939, Brattain pudo usar su "IRS n.° 1" para distinguir entre los isómeros isobutano y n-butano midiendo una sola longitud de onda de radiación infrarroja. ^{[ 9 ]} Mientras continuaba estudiando los butanos con el IRS n.° 1, Brattain diseñó un modelo más simple, el "IRS n.° 2", para su uso en el control de procesos en las refinerías de Shell. Presentó sus diseños para el IRS n.° 1 (investigación) y el IRS n.° 2 (control de procesos) a la Sociedad Estadounidense de Física en Pasadena, California, en junio de 1941. ^{[ 9 ]}

Tras un mayor desarrollo, Brattain propuso un nuevo diseño para el IRS n.° 4 y contactó con Arnold Orville Beckman en National Technical Laboratories (más tarde Beckman Instruments) para que lo fabricara. Al asociarse con John U. White de Standard Oil , Brattain logró reunir un pedido de 10 instrumentos, suficientes para convencer a Beckman de iniciar la producción. El ingeniero jefe de Beckman, Howard Cary, sugirió una simplificación del diseño, que Brattain aprobó como el Beckman IR-1. ^{[ 9 ]} El IR-1 utilizaba una montura de prisma Littrow con un único prisma de sal de roca con un reverso espejado y un galvanómetro analógico para presentar los resultados. Los usuarios podían seleccionar rápidamente entre 18 longitudes de onda específicas. Beckman Instruments envió el primer espectrofotómetro 1R-1 a Shell el 18 de septiembre de 1942. ^{[ 12 ]}

El estudio de los isómeros realizado por Brattain resultó doblemente importante para el esfuerzo bélico. Además de los isómeros de hidrocarburos C4, isobutano y n-butano (importantes en los combustibles de aviación), Brattain logró identificar un conjunto de cuatro butenos : 1-buteno , cis-2-buteno , trans-2-buteno e isobuteno . Los isómeros del butileno fueron cruciales para el desarrollo del caucho sintético, otro material esencial para el esfuerzo bélico. ^{[ 9 ]} En comparación con los métodos de destilación anteriores, la espectrofotometría infrarroja ofreció un enorme ahorro de tiempo, reduciendo el tiempo de análisis de hasta 15 o 20 horas a tan solo 15 minutos. ^{[ 9 ]}

Durante la Segunda Guerra Mundial , Norteamérica se enfrentó a una escasez de caucho natural , ya que la guerra interrumpió los suministros de los países productores de caucho. La Oficina de Reserva de Caucho del gobierno de los Estados Unidos reconoció la necesidad de desarrollar caucho sintético . ^{[ 13 ]} El antiguo profesor de Brattain, R. Bowling Barnes, ahora en Cyanamid, promovió el uso de espectrofotómetros infrarrojos en el programa de caucho sintético de EE. UU. ^{[ 13 ]} En 1942, la Oficina de Reserva de Caucho organizó reuniones secretas en Detroit entre Robert Brattain de Shell Development Company, Arnold O. Beckman de Beckman Instruments y R. Bowling Barnes de American Cyanamid , buscando una fuente de instrumentos fiables para la espectroscopia infrarroja y el análisis de polímeros de butadieno. ^{[ 14 ] : 162–164} Optando por adoptar el diseño existente de Bob Brattain para un espectrofotómetro infrarrojo de haz único, encargaron a Beckman Instruments la producción en masa de instrumentos estandarizados para que los científicos los usaran como parte del esfuerzo bélico del gobierno de EE. UU. con caucho sintético. ^{[ 1 ] : 16–18, 62 [ 13 ] [ 15 ]}

La producción de los instrumentos recibió una calificación de prioridad AAA, lo que garantizó el acceso a los limitados recursos de la guerra. Sin embargo, los instrumentos solo podían venderse a clientes con certificación AAA, y la investigación, el diseño y los instrumentos se mantuvieron clasificados hasta después de la guerra. ^{[ 15 ]} Nadie tenía permitido publicar ni discutir nada relacionado con las nuevas máquinas. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Con pedidos tanto del gobierno como de la industria, los Laboratorios Técnicos Nacionales produjeron y enviaron 77 Beckman IR-1 para 1945. Fueron una contribución crucial al esfuerzo bélico. ^{[ 9 ]} Esta colaboración apoyada por el gobierno condujo a un rápido desarrollo y una rápida transmisión de la tecnología dentro de una red de empresas de la época de la guerra, pero las restricciones de secreto limitaron el alcance del conocimiento público del trabajo de Brattain y Beckman. ^{[ 16 ]} Empresas como Perkin-Elmer, cuyo trabajo no estaba tan restringido, pudieron publicar sobre su trabajo en espectroscopia infrarroja antes que Brattain y Beckman. ^{[ 1 ] : 16 [ 15 ]} Después de la guerra, estos instrumentos fueron ampliamente adoptados por los químicos porque eran fáciles de usar, fiables y de precio razonable. ^{[ 15 ]}

La penicilina , un potente antibiótico , fue descubierta en 1928 por el científico escocés Sir Alexander Fleming . Durante la Segunda Guerra Mundial, el fármaco fue muy demandado para tratar tanto heridas como enfermedades potencialmente mortales como la meningitis , la neumonía y la sífilis . La producción de penicilina aumentó de 400 millones de unidades a principios de 1943 a más de 650 mil millones de unidades al mes al final de la guerra. Existía una enorme presión para encontrar formas de aumentar la producción. Los investigadores esperaban que, al comprender la estructura química de la penicilina, pudieran encontrar una forma de sintetizarla. ^{[ 17 ]} Se plantearon varias hipótesis sobre posibles estructuras, incluyendo una estructura de oxazalona con 2 anillos de 5 miembros unidos, ^{[ 18 ]} y una estructura de β-lactama que involucra un anillo de 4 miembros, algo que no se había observado de forma natural. ^{[ 19 ]}

Se desarrolló un proyecto de investigación transatlántico para determinar la estructura de la penicilina. Incluyó investigadores de espectroscopia infrarroja en Cambridge ( GBBM Sutherland ), en Oxford ( Harold Warris Thompson ), y universidades y empresas en los Estados Unidos (el Departamento de Física de la Universidad de Michigan, Shell Development Company, Merck & Co. , Pfizer y el Instituto Russell Sage de la Facultad de Medicina de la Universidad de Cornell). ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} La Oficina de Investigación y Desarrollo Científico de los Estados Unidos se acercó a Shell durante el verano de 1944, y Robert Brattain reunió un equipo para estudiar el problema utilizando espectrofotometría infrarroja. Otro equipo en Shell utilizó técnicas de síntesis química. ^{[ 7 ]} Para noviembre de 1944, ambos equipos coincidieron en que la penicilina tenía una estructura β-lactámica. Solo esa estructura explicaba la presencia de bandas fuertes en frecuencias de 1785, 1740, 1667 y 1538  cm-1 en los resultados de la espectroscopia. ^{[ 19 ]} Brattain y sus colaboradores publicaron un informe al gobierno describiendo sus resultados en 1944. ^{[ 7 ]} Un informe completo del trabajo internacional de espectroscopia infrarroja apareció en 1949. ^{[ 21 ]}

Trabajando de forma independiente en Gran Bretaña, Dorothy Crowfoot y Barbara Low en Oxford, Inglaterra, utilizaron la difracción de rayos X para estudiar la estructura de la penicilina, al igual que los investigadores de Imperial Chemical Industries . Casi al mismo tiempo que el grupo de Brattain, el grupo de cristalografía de rayos X de Dorothy Crowfoot obtuvo resultados que respaldaban la conclusión de que la penicilina tenía una estructura β-lactámica. ^{[ 7 ]} Su investigación se publicó a principios de 1945. Por esta y otras investigaciones que utilizaron la difracción de rayos X, Dorothy Crowfoot finalmente ganaría el Premio Nobel . ^{[ 9 ]}

Después de la guerra, se le pidió a Brattain que realizara una investigación peligrosa para estudiar la estructura de los gases nerviosos alemanes que se habían utilizado en la Segunda Guerra Mundial. ^{[ 7 ]}

Después de jubilarse, Robert Brattain vivió en Monterey, California . ^{[ 22 ]}