Что бутлеров подразумевал под химическим строением
Другим значимым аспектом теории А. М. Бутлерова стало утверждение, что химическое строение веществ можно установить опытным путём химическими методами и отразить в формуле.
отражены в следующем:
1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности согласно их валентности.
2. Свойства веществ зависят от вида и количества атомов, входящих в состав молекулы, а также от химического строения. Химическое строение определяет взаимное влияние атомов в молекуле.
3. Химическое строение молекулы может быть установлено в результате изучения свойств вещества.
Структуры органических соединений отображаются химическими формулами, в которых показан порядок соединения атомов в молекулах. Такие формулы называют формулами химического строения или структурными формулами.
Структурные формулы отображают только последовательность соединения атомов, но не расположение их в пространстве.
Каждая структурная формула отображает строение одной и той же молекулы пропана, т. к. последовательность соединения атомов в данном случае не изменяется.
Структурные формулы веществ обычно изображают в сокращённом виде `»CH»_3-«CH»_2-«CH»_3`. В сокращённых формулах чёрточки показывают связь атомов углерода друг с другом, но не показывают связи между атомами углерода и водорода. Начиная с бутана возможен различный порядок соединения атомов при одном и том же составе молекулы, т. е. в бутане атомы углерода могут располагаться в виде линейной и разветвлённой цепей.
`»C»-«C»-«C»-«C»`
В первом случае каждый атом углерода соединён с одним (если он концевой) или с двумя (если он находится внутри цепи) соседними атомами углерода; во втором случае – появляется атом углерода, соединённый с тремя соседними атомами углерода. Различному порядку связывания атомов при одном и том же качественном и количественном составе молекулы должны соответствовать разные вещества.
Бутан линейного строения и изобутан различаются температурами кипения.
`»CH»_3-«CH»_2-«CH»_2-«CH»_3`
бутан (т. кип. `-0,5^@»C»`)
изобутан (т. кип. `-11,7^@»C»`)
называют вещества, которые имеют одинаковый состав молекулы, но различное химическое строение.
С увеличением числа атомов углерода в молекуле число возможных изомеров резко возрастает. Различия в химическом строении являются причиной проявления изомерами различных физико-химических свойств.
Теория А. М. Бутлерова завоевала признание. Значение теории химического строения А. М. Бутлерова можно сравнить с Периодическим законом и Периодической системой химических элементов Д. И. Менделеева.
Общую пару электронов иногда обозначают чёрточкой, которая и символизирует внутримолекулярную химическую связь:
создатель теории химического строения, родоначальник «бутлеровской школы»
Содержание
Биография
Адреса в Санкт-Петербурге
Научный вклад
Основные идеи теории химического строения Бутлеров впервые высказал в 1861. Главные положения своей теории он изложил в докладе «О химическом строении вещества», прочитанном в химической секции Съезда немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере (сентябрь 1861). Основы этой теории сформулированы таким образом:
С этим постулатом прямо или косвенно связаны и все остальные положения классической теории химического строения. Бутлеров намечает путь для определения химического строения и формулирует правила, которыми можно при этом руководствоваться. Предпочтение он отдаёт синтетическим реакциям, проводимым в условиях, когда радикалы, в них участвующие, сохраняют своё химическое строение. Однако Бутлеров предвидит и возможность перегруппировок, полагая, что впоследствии «общие законы» будут выведены и для этих случаев. Оставляя открытым вопрос о предпочтительном виде формул химического строения, Бутлеров высказывался об их смысле: «… когда сделаются известными общие законы зависимости химических свойств тел от их химического строения, то подобная формула будет выражением всех этих свойств» (там же, с. 73-74).
Бутлеров впервые объяснил явление изомерии тем, что изомеры — это соединения, обладающие одинаковым элементарным составом, но различным химическим строением. В свою очередь, зависимость свойств изомеров и вообще органических соединений от их химического строения объясняется существованием в них передающегося вдоль связей «взаимного влияния атомов», в результате которого атомы в зависимости от их структурного окружения приобретают различное «химическое значение». Самим Бутлеровым и особенно его учениками В. В. Марковниковым и А. Н. Поповым это общее положение было конкретизировано в виде многочисленных «правил». Уже в XX в. эти правила, как и вся концепция взаимного влияния атомов, получили электронную интерпретацию.
Большое значение для становления теории химического строения имело её экспериментальное подтверждение в работах как самого Бутлерова, так и его школы. Он предвидел, а затем и доказал существование позиционной и скелетной изомерии. Получив третичный бутиловый спирт, он сумел расшифровать его строение и доказал (совместно с учениками) наличие у него изомеров. В 1864 Бутлеров предсказал существование двух бутанов и трёх пентанов, а позднее и изобутилена. Чтобы провести идеи теории химического строения через всю органическую химию, Бутлеров издал в 1864-1866 в Казани 3 выпусками «Введение к полному изучению органической химии», 2-е изд. которого вышло в 1867-1868 на немецком языке.
Бутлеров впервые начал на основе теории химического строения систематическое исследование полимеризации, продолженное в России его последователями и увенчавшееся открытием С. В. Лебедевым промышленного способа получения синтетического каучука.
Педагогическая деятельность
Огромная заслуга Бутлерова — создание первой русской школы химиков. Ещё при его жизни ученики Бутлерова по Казанскому университету В. В. Марковников, А. Н. Попов, А. М. Зайцев заняли профессорские кафедры в университетах. Из учеников Бутлерова по Петербургскому университету наиболее известны А. Е. Фаворский, М. Д. Львов и И. Л. Кондаков. В разное время в бутлеровской лаборатории работали практикантами Е. Е. Вагнер, Д. П. Коновалов, Ф. М. Флавицкий, А.И. Базаров, А. А. Каракау и др. видные русские химики. Отличительной чертой Бутлерова как руководителя было то, что он учил примером — студенты всегда могли сами наблюдать, над чем и как работает профессор.
Общественная деятельность
Много сил отнимала у Бутлерова борьба за признание Академией наук заслуг русских учёных. В 1882 в связи с академическими выборами Бутлеров обратился непосредственно к общественному мнению, опубликовав в московской газете «Русь» обличительную статью «Русская или только Императорская Академия наук в Санкт-Петербурге?».
Бутлеров был поборником высшего образования для женщин, участвовал в организации Высших женских курсов в 1878, создал химические лаборатории этих курсов. В Казани и Петербурге Бутлеров прочитал много популярных лекций, главным образом на химико-технические темы.
Кроме химии, Бутлеров много внимания уделял практическим вопросам сельского хозяйства, садоводству, пчеловодству, а позднее также и разведению чая на Кавказе. Был основателем и, первое время, главным редактором «Русского Пчеловодного Листка». С конца 1860-х гг. проявлял интерес к медиумизму — спиритизму.
Память о Бутлерове была увековечена только при Советской власти монументом (открыт в 1953) перед зданием химического факультета МГУ; было осуществлено академическое издание его трудов.
В начале девятнадцатого века среди западных химиков безраздельно господствовала электрохимическая теория Дэви — Берцелиуса. Согласно теории Йенса Берцелиуса (1779—1848), в каждом химическом соединении отличали две его части: одну часть, заряженную электроположительно, другую — электроотрицательно. Соответственно сказанному все элементы Берцелиус располагал в ряд, причем кислород самым электроотрицательным элементом, калий самым электроположительным. Наиболее электроотрицательные элементы Берцелиус назвал металлоидами, наиболее электроположительные — металлами.
В дальнейшем огромным шагом вперед в проблеме развития основных химических понятий явилась так называемая унитарная система, или теория французских химиков, Ш. Жерара и О. Лорана. Наиболее существенной чертой этой теории было последовательное приложение к химическим соединениям нового учения. Лорану и Жерару принадлежит заслуга разграничения понятий о частице, атоме и эквиваленте. Однако наиболее принципиальным вопросом, вызвавшим бурные споры между ведущими химиками Запада, был вопрос о возможности выражать формулами строение химических соединений.
Великий реформатор химии, как иногда называли Шарля Фредерика Жерара (1816—1856), пришел к убеждению, что химические явления начинаются лишь тогда, когда вещество изменяется, т. е. перестает существовать как таковое. Поэтому мы можем знать, как выражался Жерар, только прошедшее и будущее вещества, и, следовательно, химические формулы могут выражать не расположение атомов, а лишь известные аналоги веществ. В соответствии с только что сказанным, по Жерару, для каждого вещества можно написать столько рациональных формул, сколько данное вещество может испытывать различных видов превращений.
В 1858 году известный химик Август Кекуле (1829—1896) делает чрезвычайно важный шаг и распространяет положение о четырехатом-ности углерода на соединения, заключающие в своем составе несколько углеродных атомов, и таким образом приходит к выводу о возможности целесообразного сцепления углеродных атомов во многоуглеродистых соединениях. В дальнейшем это правило сцепления Кекуле распространяет и на случаи соединения углеродных атомов с другими многоатомными элементами, такими, например, как кислород, азот и другие.
Позднее Кекуле подошел вплотную к проблеме строения органических соединений, имея отправным пунктом атомность или валентность элементов, но решительного шага в этом направлении не сделал. Так, в конце своей статьи в 1858 году Кекуле пишет: «В заключение я считаю нужным отметить, что сам я рассуждениям подобного рода придаю лишь второстепенное значение. »
К сказанному следует добавить, что Кекуле еще долгое время остается во власти идей Жерара и в своем известном учебнике органической химии, изданном в 1859—1861 годах, широко пользуется «рациональными» формулами в духе Жерара. И хотя чувствовалось приближение нового периода в развитии химии, но нужен был гений Бутлерова, чтобы совершить прорыв.
Александр Михайлович Бутлеров (1828—1886) родился в Бутлеровке, небольшой деревушке неподалеку от Казани, где находилось имение отца. Матери своей Саша не помнил, она умерла через одиннадцать дней после его рождения. Воспитанный отцом, человеком образованным, Саша хотел во всем походить на него.
Сначала он учился в пансионе, а затем поступил в Первую казанскую гимназию. После ее окончания Саша поступил на естественнонаучное отделение Казанского университета, правда, пока только как слушатель, он был еще несовершеннолетним. Лишь в следующем, 1845 году, когда юноше исполнилось 17 лет, имя Бутлерова появилось в списке принятых на первый курс.
В 1846 году юноша заболел тифом и чудом выжил, а вот заразившийся от него отец скончался. Осенью вместе с тетей они переехали в Казань.
Молодой Бутлеров занимался с исключительным усердием, но, к своему удивлению, заметил, что самое большое удовольствие доставляют ему лекции по химии. Он стал регулярно ходить и на лекции Николая Николаевича Зинина, которые читались для студентов физико-математического отделения.
Чтобы получить ученую степень кандидата, Бутлеров должен был представить диссертацию по окончании университета. К этому времени Зинин уехал из Казани в Петербург, и не оставалось ничего иного, как заняться естественными науками. Для кандидатской работы Бутлеров подготовил статью «Дневные бабочки Волго-Уральской фауны». Однако обстоятельства сложились так, что Александру все-таки пришлось вернуться к химии.
Осенью 1850 года Бутлеров сдал экзамены на ученую степень магистра химии и немедленно приступил к докторской диссертации «Об эфирных маслах», которую защитил в начале следующего года.
4 июня 1854 года Бутлеров получил подтверждение о присуждении ему ученой степени доктора химии и физики. События разворачивались с невероятной быстротой. Сразу же после получения докторской степени Бутлеров был назначен исполняющим обязанности профессора химии Казанского университета. В начале 1857 года он стал уже профессором, а летом того же года получил разрешение на заграничную командировку.
Бутлеров прибыл в Берлин в конце лета. Затем он продолжил поездку по Германии, Швейцарии, Италии и Франции. Конечной целью его путешествия был Париж — мировой центр химической науки того времени. Его влекла, прежде всего, встреча с Адольфом Вюрцем. Бутлеров проработал в лаборатории Вюрца два месяца, именно здесь он начал свои экспериментальные исследования, которые в течение последующих двадцати лет увенчались открытиями десятков новых веществ и реакций. Многочисленные образцовые синтезы Бутлерова — этанола и этилена, динзобутилена, третичных спиртов, уротропина, триоксиме-тилена, полимеризации этиленовых углеводородов — лежат у истоков ряда отраслей промышленности и, таким образом, оказали на нее самое непосредственное стимулирующее влияние.
Занимаясь изучением углеводородов, Бутлеров понял, что они представляют собой совершенно особый класс химических веществ. Анализируя их строение и свойства, ученый заметил, что здесь существует строгая закономерность. Она и легла в основу созданной им теории химического строения.
17 февраля 1858 года Бутлеров сделал доклад в Парижском химическом обществе, где впервые изложил свои теоретические идеи о строении вещества.
Его доклад вызвал всеобщий интерес и оживленные прения:
«Способность атомов соединяться друг с другом различна. Особенно интересен в этом отношении углерод, который, по мнению Августа Кекуле, является четырехвалентным, — говорил в своем докладе Бутлеров — Если представить валентность в виде щупальцев, с помощью которых атомы связываются между собой, нельзя не заметить, что способ связи отражается на свойствах соответствующих соединений».
Подобных мыслей никто до сих пор не высказывал. Может быть, настало время, — продолжал Бутлеров, — когда наши исследования должны стать основой новой теории химического строения веществ. Эта теория будет отличаться точностью математических законов и позволит предвидеть свойства органических соединений».
Через несколько лет, во время второй заграничной командировки, Бутлеров представил на обсуждение созданную им теорию Сообщение он сделал на 36-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере. Съезд состоялся в сентябре 1861 года
Он выступил с докладом перед химической секцией. Тема носила более чем скромное название- «Нечто о химическом строении тел».
В докладе Бутлеров высказывает основные положения своей теории строения органических соединений. Это, прежде всего, определение понятия «химическое строение», которое Бутлеров формулирует следующим образом
«Исходя из мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу».
«Это определение Бутлерова настолько глубоко, — пишет в своей книге академик А Е Арбузов, — настолько содержательно, что в основном оно не расходится с тем, что мы разумеем в настоящее время под химическим строением в свете новейших научных представлений о строении химической частицы (молекулы)
В высшей степени важным, особенно для того времени, является также то место доклада, где Бутлеров говорит о возможности судить о строении молекул вещества химическими методами и, прежде всего, методами синтеза органических соединений.
По этому вопросу Бутлеров в своем докладе говорит: «Заключения о химическом строении веществ, по всей вероятности, можно всего лучше будет основывать на изучении способов их синтетического образования — и преимущественно — на таких синтезах, которые совершаются при температуре мало возвышенной и — вообще — при условиях, где можно следить за ходом постепенного усложнения химической частицы»
Однако наиболее ответственным местом доклада Бутлерова является вопрос о возможности выражать формулами строение того или иного вещества
По этому принципиальному вопросу научная позиция Бутлерова резко отличалась от взглядов и убеждений всех его предшественников. Именно A.M. Бутлеров, в противоположность Жерару, Кекуле, Кольбе и другим химикам, считал возможным и необходимым выражать строение определенного соединения лишь одной формулой. Это место доклада и знаменует, как я выразился, Рубикон, который перешагнул Бутлеров, оно-то и дает нам право утверждать, что Бутлеров является истинным творцом теории химического строения».
Итак, теория заявила свое право на существование. Она требовала дальнейшего развития и экспериментальных доказательств.
В 1863 году Бутлеров, воздействуя диметилцинком на хлористый ацетил, получил впервые в истории химии самый простой третичный спирт — третичный бутиловый спирт, или триметилкарбинол. Вскоре после этого в литературе появились сообщения об успешно проведенном синтезе первичного и вторичного бутиловых спиртов. Теперь уже ни о каком споре и речи быть не могло — существовало четыре различных бутиловых спирта. И все они — изомеры.
Какой это был триумф структурной теории! И как счастлив был ее автор. Триумфом теории химического строения органических соединений Бутлерова явилось правильное объяснение на основе этой теории явлений изомерии. В статье «О различных способах объяснения некоторых случаев изомерии», опубликованной в 1863 году на немецком и в 1864 году на французском языках, Бутлеров сделал вывод: «Если при одинаковом составе вещества отличаются свойствами, то они должны также отличаться и своим химическим строением». Лучшим подтверждением учения Бутлерова об изомерии послужил синтез теоретически предсказанных изомеров — изобутана и изобутилена.
В 1862—1865 годах Бутлеров высказал основное положение теории обратимой изомеризации — таутомерии, механизм которой, по Бутлерову, заключается в расщеплении молекул одного строения и соединении их остатков с образованием молекул другого строения. Успех принес ученому уверенность, но в то же время поставил перед ним новую, более трудную задачу. Необходимо было применить структурную теорию ко всем реакциям и соединениям органической химии, а главное, написать новый учебник по органической химии, где все явления рассматривались бы с точки зрения новой теории строения.
Бутлеров работал над учебником почти два года без перерыва. Книга «Введение к полному изучению органической химии» вышла из печати тремя выпусками в 1864—1866 годах.
Появление этого учебника имело огромное значение для распространения нового учения среди химиков. Книга вызвала настоящую революцию в химической науке. Уже в 1867 году началась работа по ее переводу и изданию на немецком языке.
Издание Бутлеровым на русском и немецком языках руководства по органической химии, где впервые теория химического строения была последовательно проведена через все тогда известные классы органических соединений, наряду с его блестящими синтезами, способствовали широкому признанию и укреплению его теории среди химиков всего мира.
Вскоре после этого вышли издания почти на всех основных европейских языках. По словам немецкого исследователя Виктора Мейера, она стала «путеводной звездой в громадном большинстве исследований в области органической химии».
В своих исследованиях Бутлеров продолжал развивать структурную теорию. Он задался целью доказать, что разветвленную и прямую углеродные цепи могут иметь все типы органических соединений. Это вытекало непосредственно из теории, но теоретические положения надо было доказать на практике. Разве нельзя получить углеводород — например, бутан, — четыре углеродных атома которого были бы связаны друг с другом не последовательно, а так, как они связаны в триметил-карбиноле? Но чтобы найти правильный метод его синтеза, требовалось множество опытов
И вот, наконец, усилия Бутлерова увенчались успехом. В большой колбе был долгожданный изобутилен. Доказано существование разветвленной цепи углеводородов!
Сегодня, между прочим, получение углеводородов и спиртов, которыми занимался Бутлеров, достигло колоссальных промышленных масштабов, их получают в миллионах тонн.
Приступая к экспериментальной проверке своих теоретических воззрений, Бутлеров правильно решил, что для разъяснения химического строения сложных соединений начинать нужно с изучения химического строения простейших веществ. Он взялся за синтез уксусной кислоты, что ему не только вполне удалось, но и привело к открытию более важному: к синтезу третичных спиртов.
Этот синтез имел чрезвычайно важное значение, так как сразу осветил вопрос об изомерии и в дальнейшем привел к полному разрешению этой важнейшей проблемы, являвшейся пробным камнем для новой теории.
До того как Бутлеров приступил к сбоим исследованиям, было известно довольно значительное число алкоголей, близких по их химической природе к обыкновенному спирту. Исследования некоторых ученых указывали на существование изомерных спиртов, но природа их оставалась неразъясненной и общепринятая теория типов не могла ничего сказать по этому поводу.
Ни одна из господствовавших до Бутлерова химических теорий вообще не могла ответить на вопрос, что такое изомерия.
В самом деле, это явление чрезвычайно странное. Вы имеете два вещества, исследуете их свойства, природу, отношение к другим веществам и ясно видите, что оба они не имеют ровно ничего общего между собою, иной раз даже обладают свойствами, прямо противоположными друг другу. Начинаете изучать их состав и тут убеждаетесь, что не только оба эти вещества состоят из одних и тех же элементов, но и количества их, вошедшие в соединение друг с другом, одни и те же в обоих случаях и по своему составу оба изучаемые вещества должны быть признаны тождественными друг другу.
Никто не мог дать этому явлению никакого разумного объяснения. Жерар пробовал объяснить изомерию, выдвинув свою теорию генераторов. Кольбе признавал и защищал теорию генераторов. Согласно этой теории различие изомерных веществ объяснялось тем, что различны были реакции при их образовании.
Бутлеров опроверг эту теорию опытами своего ученика А. Н. Попова, который одно и то же вещество — метиламилкетон — получил в результате двух разных реакций, то-есть, говоря словами Жерара, при разных генераторах.
«Таким образом, — заключает Александр Михайлович, — само собою естественно вытекло заключение о том, когда получаемые вещества, несмотря на различие ближайших генераторов, должны быть тождественны потому, что представляют случай одинакового распределения химического взаимодействий элементарных атомов, то-есть одинакового химического строения. Раз дойдя до этого, нетрудно было убедиться, что гораздо проще, оставляя в стороне ближайшие генераторы, судить прямо, насколько то возможно, о строении — вещества».
Значит, не генераторы, а только атомы, их размещение в молекуле и их различное взаимоотношение в молекуле данного вещества могут объяснить явление изомерии, — таков вывод из структурной теории.
Александр Михайлович своими классическими исследованиями над группой таких изомерных веществ, известных под именем бутильных алкоголей, показал, в чем дело. Опираясь на свою теорию строения химических соединений, он показал, что атомы, образующие частицу химического соединения, находятся в ней в известном, строго определенном отношении друг к другу. От расположения атомов в частице, от взаимных отношений друг к другу, от порядка и способа их связи друг с другом зависят все свойства данного химического соединения, зависит его способность вступать во взаимодействие с другими веществами.
Вы имеете, например, группу, состоящую из 4 атомов углерода, 8 атомов водорода и 2 атомов кислорода. В одном случае эти атомы группируются так, что из них образуется вещество, обладающее сильно кислыми свойствами, неприятным запахом, энергически взаимодействующее с другими; в другом же случае из того же числа атомов тех же элементов образуется соединение, резко отличающееся от первого: оно совершенно не имеет кислых свойств, обладает приятным ароматом и относится индиферентно к тем веществам, с которыми энергично взаимодействовало первое.
От чего зависит эта разница? Понятно, не от состава: он один и тот же.
Теория химического строения объясняет, в чем дело, и показывает, что атомы углерода, водорода и кислорода в обоих случаях связаны друг с другом неодинаково, и это различие обусловливает разницу в свойствах обоих веществ. Но теория Бутлерова не только объясняет это, но и доказывает.
Исходя из простейших веществ, состоящих из двух элементов, соединившихся в небольшом числе атомов, веществ, в которых взаимное отношение составных частей престо и наглядно, она выводит строго логическим и опытным путем все самые сложные вещества, замещая какую-нибудь из составных частей на другие элементы и группы по их возрастающей сложности. Она показывает самый порядок замещения, способ его и доказывает свои выводы каждый раз теми превращениями, к каким становится способным вновь образовавшееся вещество.
Мало того, она говорит: если атомы таких-то элементов, например углерода, водорода и кислорода, соединятся между собою в таком-то числе и в таком-то порядке, то должно образоваться такое-то вещество, обладающее такими-то свойствами. Исходя из простейших веществ, в которых строение ясно, химик, руководясь этой теорией, начинает создавать предположенное вещество, вводя в избранное простейшее — на место той или другой составной части — нужные для него элементы, и в результате получает именно то вещество, — которое предвиделось теорией, со всеми теми свойствами, которые последняя ему приписывала.
Бесчисленный ряд таких синтезов поставил теорию строения химических соединений на незыблемую почву опыта и факта.
Для исследований изомерных веществ Бутлеров воспользовался известным изобутиловым спиртом, который был выделен еще в 1852 году из сивушного масла. По своим химическим свойствам изобутиловый спирт близок к винному спирту. Бутлеров выбрал для исследования изобутиловый спирт потому, что он был наиболее доступным по цене и легко очищался от примесей.
Исходя из теории строения, можно было предвидеть существование бутилового спирта в четырех изомерных видоизменениях. Бутлеров дал этим четырем бутиловым спиртам названия нормального, первичного, вторичного и третичного. Вюрцевский спирт Бутлеров назвал нормальным бутиловым; существование остальных предстояло доказать.
К величайшему торжеству теории химического строения в 1863–1864 годах Бутлеров действием цинкметила на хлорангидрид уксусной кислоты получает триметилкарбинол — простейший и исторически первый третичный спирт. В то же время в других лабораториях были синтезированы вторичный бутиловый спирт, а затем и первичный. Основанные на теории химического строения первые предсказания Бутлерова оправдались самым блестящим образом: Бутлерову удалось не только показать существование изомерии спиртов, но и подтвердить правильность объяснения явления изомерии химическим строением молекул.
Вслед за тем, изучая производные триметилкарбинола, Бутлеров опубликовал не менее важное в истории органической химии исследование, в котором подобным же образом доказал изомерию открытого им изобутана с нормальным бутаном.
Разъяснение сущности чрезвычайно распространенного в органической химии и загадочного явления изомерии было столь блестящим торжеством Бутлерова и проводимых им теоретических воззрений, что, говоря о значении созданной им теории строения, великий русский ученый был вправе сказать:
«Повторяю, что химическое строение является настоящим объяснением причин изомерии. Мы можем прямо сказать, что вещества, содержащие одинаковые элементарные составные части и в одинаковом количестве, бывают различны потому, что зависимость движения между атомами этих составных частей распределена различно в различных случаях. Это все, что можно требовать ныне от химического объяснения. Само собой разумеется, что когда мы будем знать ближе натуру химической энергии, самый род атомного движения, когда законы механики получат и здесь приложение, тогда учение о химическом строении падет, как падали прежние химические теории, но, подобно большинству из них, оно падет не для того, чтобы исчезнуть, а для того, чтобы войти в измененном виде в круг новых и более широких воззрений. Что учение о химическом строении существует ныне законно, что оно отслужило уже не малую службу — доказательством те десятки тысяч фактов, которые были найдены именно благодаря этому учению и которые оно во множестве случаев сумело предсказать заранее. Чего же можно более требовать и ожидать от теории в такой науке, как химия, где мы еще далеки от совершенства теорий механических?»
Продолжая доставлять подтверждения своей теории экспериментальным путем, Александр Михайлович в то же время пользовался каждым случаем для ее пропаганды. Он объясняет свои воззрения на примерах и печатает ряд статей в иностранных журналах. В напечатанной в 1863 году Бутлеровым статье «О различных способах объяснения некоторых случаев изомерии» он разъясняет представителям двух противоположных лагерей — Кекуле и Кольбе, что, по существу, взгляды их во многом сходны и разнятся чаще всего лишь способами выражения в формулах.
Полагая, что многим, в том числе и Кекуле, помехой для принятия теории строения служит авторитет Жерара, Бутлеров указывает, что и сам Жерар, отвергавший конституционные формулы и предсуществование радикалов в химически сложных частицах, в некоторых случаях вынужден был допустить эти радикалы.
Бутлеров пользовался каждым случаем, чтобы показать, к какой непоследовательности и к каким ложным выводам приходят те химики, которые не проводят логически строго основных принципов теории строения. Эта непоследовательность служила особенно частым поводом для критических замечаний, задевавших самолюбие авторитетов, тем более, что подобные же упреки стали делать и молодые ученики Бутлерова.
В 1864 году появились, например, две большие статьи «О систематическом применении принципа атомности для предсказания изомеров и метамеров» Бутлерова и статья В. В. Марковникова «О бромиде аллильного алкоголя и изомерии некоторых веществ пропильного ряда» с примечаниями к ней Бутлерова.
В 1864 году в связи со своей работой над третичными спиртами Бутлеров, разъясняя вопрос о строении углеводородов и алкоголей, указал на возможность существования изомерных предельных углеводородов и изомерных первичных спиртов, между тем, как «сам» Вюрц не признавал возможности изомерии предельных углеводородов. В статье «К вопросу об изомерии акриловой кислоты» Бутлеров критически разобрал с точки зрения теории химического строения работы Франкланда и Дюппа.
Уже в эти годы напряженной и необычайно плодотворной деятельности Бутлеров обнаруживает свою проницательность, свою гениальную способность предвидеть «тень грядущих событий».
В статье «О различных способах объяснения некоторых случаев изомерии» он предвидит рождение новой науки, получившей позднее название стереохимии, составляющей сейчас одну из важнейших дисциплин.
«Вряд ли можно присоединиться к мнению Кольбе, — пишет он, — что положение атомов в пространстве нельзя изобразить в плоскости бумаги; ведь математическими формулами выражается положение точек в пространстве, и можно надеяться, что законы, управляющие образованием и существованием химических соединений, найдут в свое время математическое выражение. Но если атомы действительно существуют, тогда я не понимаю, почему все попытки определения их группировки в пространстве, как это полагает Кольбе, должны быть тщетными, почему будущее нас не научит произвести такие определения?»
В этих строках, предвещавших новый фазис развития химии, Бутлеров как химик-философ с необычайно развитой интуицией проявляется как нельзя более ярко. Через одиннадцать лет, в 1874 году, Вант-Гофф и Лебель положили основание «химии в пространстве», или стереохимии.
А как в это же самое время относились к вопросу о «химии в пространстве» выдающиеся ученые Запада, которых их соотечественники рекламируют как «творцов структурной теории»?
Попытки иллюстрировать предполагаемое расположение атомов в пространстве при помощи чертежа Кольбе, например, считал «пустым фокусничаньем с формулами», а о книге Вант-Гоффа «Химия в пространстве» Кольбе, издеваясь над автором, писал:
«Некий доктор Я. Г. Вант-Гофф, служащий ветеринарной школы в Утрехте, повидимому, не имеет никакого вкуса к точному химическому исследованию. Он предпочел сесть верхом на Пегаса (взятого, вероятно, напрокат в ветеринарных конюшнях) и провозглашать в своей «Химии в пространстве» о том, как в продолжение его смелого полета на вершину химического Парнаса атомы казались ему сами себя группирующими во всем мировом пространстве».
В этом злобном выпаде, как в зеркале, отразился весь Кольбе — типичный химик-практик, презирающий теоретические построения, неспособный к философским обобщениям. Противник теории типов, структурной теории, он, естественно, выступил и противником пространственной химии.
Нынешние успехи физико-химических наук подтвердили предвидение Бутлерова о том, что химические, физические, механические и все иные свойства веществ зависят не только от последовательности сцепления атомов в молекулах, то-есть химического строения, но и от размещения атомов в пространстве. Пространственные представления в современной физике и химии стали столь же необходимыми, как и представления об атомах и молекулах.
Отсюда ясно, как глубоко, хотя и опираясь лишь на свою интуицию, Бутлеров проникал в тайны химического строения и как прав был он, предвидя все колоссальное значение созданной им теории химического строения для будущего.
Руководясь ею, не только возможно выяснить причину изомерии громадного числа соединений, но возможно и сознательно выбирать пути к синтезу новых органических соединений, так как из всего огромного числа мыслимых сочетаний атомов способными к существованию оказываются те, которые удовлетворяют основным принципам теории химического строения.
Установление строения органических соединений обратилось в одну из важнейших и труднейших задач органической химии. Для решения вопроса о строении некоторых соединений понадобилось немало труда и времени со стороны исследователей, перед которыми природа ставила все новые и новые загадки. Такой загадкой явился, например, особый вид изомерии, когда вещество способно в одних случаях реагировать, как имеющее одно строение, а в других, как имеющее другое строение.
Для характеристики непосредственного чутья истины в области химических превращений, которым обладал Бутлеров, достаточно указать на тот факт, что возможность взаимных изомерных превращений он предвидел задолго до того, как с этим видом изомерии столкнулись исследователи. Его указание на возможность двойственного поведения вещества в реакциях, вследствие способности вещества к легкому превращению в другое, изомерное ему вещество, кажется каким-то чудом, откровением поэта.
По мнению Бутлерова, сосуществование изомерных веществ в подвижном равновесии могло иметь внешнее проявление, как двойственность свойств одного вещества.
Так Бутлеров правильно объяснил то явление, которое в настоящее время известно под названием таутомерии.
Еще в 1876 году, за десять лет до того, как химик Лаар столкнулся с явлением таутомерии, Бутлеров писал:
«Мыслимо, что частицы некоторых веществ постоянно изомеризуются, переходя из одного видоизменения в другое и обратно…
В огромном большинстве случаев мы имеем дело с веществами, в газообразной или жидкой массе которых при обыкновенных условиях химическому равновесию соответствует присутствие частиц одного определенного строения в бесконечно большем числе, чем частиц других строений, изомерных с первым; но не невероятно, что в некоторых случаях можно встретить и такие тела, масса которых постоянно заключает в заметном количестве изомерные частицы различного химического строения. В первом случае можно смело говорить об определенном химическом строении тела, а во втором… вся эта масса, понятно, будет подвергаться реакциям, свойственным строению, смотря, так сказать, по направлению действия этой реакции».
Идеи Бутлерова о взаимно превращающихся друг в друга изомерах вытекали из основных принципов созданной им теории, из основных его воззрений на химизм. Все это высказано было русским химиком еще в то время, когда в органической химии господствовали представления о неизменности атомных группировок в молекулах.
Правда, Бутлерову в то время казалось еще невозможным решить вопрос о том или ином строении находящихся в таутомерной смеси веществ. Но важно, что в его идее о взаимном превращении веществ, о внутренних перестройках молекул, вопреки укоренившимся взглядам, отражено явление динамической изменчивости молекул.
Дальнейшее усовершенствование методов исследования таутомерных смесей привело к тому, что в ряде случаев удалось по физическим свойствам или различными химическими методами определить, какое процентное количество молекул того или другого рода содержится в смеси при данных условиях, и показать их строение методами структурной химии.
Исследования последнего времени не только доказали правильность взгляда Бутлерова, но и показали, кроме того, как широко распространены явления таутомерии среди органических веществ.
Изучение внутренних переходов органических молекул, начатое Бутлеровым и продолженное его учениками, сыграло огромную роль в развитии органической химии.
Объяснив истинный смысл конституции химических соединений, благодаря последовательному проведению идеи химического строения, Бутлеров не только указал всем последующим химическим работам новое и правильное направление, но и создал совершенно самостоятельную школу в науке.
Как ни полезны были отдельные разъяснения и указания Бутлерова на способ применения его теории к различным отдельным группам органических соединений, все же отсутствие специального труда с последовательным проведением через всю органическую химию принципа химического строения, без сомнения, сильно задерживало его распространение.
Непосредственные ученики Бутлерова не чувствовали этого недостатка. Само учение о химическом строении создавалось у них на глазах, в их присутствии. Они не только могли получить ответ на любой вопрос непосредственно от самого творца этого учения, — они имели возможность следить за всеми изгибами его мысли, улавливать малейшие ее оттенки, усваивая не только конечные результаты, но и видя ход творческой мысли или догадываясь о нем.
Поэтому ученики Бутлерова владели не одним только готовым знанием, но методом его приобретения, и многие из них, как Марковников или Зайцев, уже самостоятельно шли по пути учителя.
Но мировая химическая наука для глубокого понимания сущности учения Бутлерова нуждалась в работе, систематически излагавшей теоретические взгляды Бутлерова и объяснявшей весь фактический материал, накопленный химией на новой основе.
Такую работу считал необходимым сделать и сам Александр Михайлович, и, можно сказать, она создавалась одновременно и параллельно с развитием его теоретических представлений. Работу над книгой «Введение к полному изучению органической химии» он вел в течение нескольких лет.
Начатое в 1864 году издание «Введения к полному изучению органической химии» было закопчено лишь в 1866 году, появляясь отдельными выпусками в течение трех лет. В заключении к книге Бутлеров писал «Предлагая это сочинение учащимся читателям, автор находит нелишним высказать, что он считает свой труд пособием по преимуществу для тех, кто намерен изучать химию вполне и для нея самой. Здесь, слишком много подробностей и обобщений для нуждающегося в химических знаниях, как в средстве для других целей, но для всякого — слишком мало фактических подробностей. Отсюда название «Введение к полному изучению», которое автор счел приличным дать своему учебнику».
Обращаясь далее к тому ограниченному кругу читателей, для которых, собственно, и предназначалась книга, Бутлеров подчеркивает:
«Учащийся будущий химик пусть позволит заключить это сочинение советом: окончив чтение, приняться за него еще раз, с начала. То, что успел извлечь он, внимательно прочитав эту книгу до конца, будет достаточно для того, чтобы многое, при повторном чтении, представилось ему с большею отчетливостью и ясностью, чтобы ко многому он мог отнестись теперь с более самостоятельной, критической точкой зрения и, не принимая на веру прочитанного, оценил, с одной стороны, взаимные отношения различных фактов и соображений, с другой — достоинства и недостатки этих последних».
Формально названное учебником, «Введение» Бутлерова, по сути дела, откровение химика-философа, химика-практика, перестроившего весь накопленный наукой материал на основе установленного им нового принципа химического строения.
Мы можем гордиться тем, что в России, на русском языке, появилось впервые подробно изложенное учение, которое вот уже скоро сто лет является, по словам известного химика, современника Бутлерова, Виктора Мейера, «путеводной звездой для громадного большинства исследований в области органической химии».
Только после выхода в свет книги в России Бутлеров предоставил в 1867 году право издания ее заграничным издателям. «Введение» вышло в Лейпциге на немецком языке. В то время когда подготовлялось это издание, в Лейпциге у Кольбе работал В. В. Марковников, который принимал некоторое участие как в переговорах с издателями, так и в просмотре перевода с помощью одного из молодых немецких химиков.
«В интересах науки и моего учителя я не мог не радоваться появлению этого перевода, — говорит он. — Прожив два года в Германии и ознакомившись со многими химиками, я убедился, как было необходимо такое издание. Только немногие усвоили тогда новые взгляды во всем их объеме, и мне не раз приходилось слышать от людей, составивших уже себе имя в науке, такие вопросы, которые объяснялись Ал. М. в его элементарном курсе студентам. Особенно памятен мне следующий вопрос, наиболее простой с точки зрения теории строения, поставленный мне Гребе: «Почему хлор в хлористом ацетиле так резко отличается от хлора в хлористом этиле?» Я не могу не вспомнить при этом также о многочисленных и продолжительных дебатах, которые мне приходилось иметь с Кольбе. Мое положение в его лаборатории было несколько иное, чем всех остальных. Уже три года как я был магистром и работал на собственные темы. Уже в первый год по приезде в Германию я убедился, что казанская лаборатория в теоретическом отношении далеко опередила все лаборатории Германии; курсы же лекций были слишком элементарны. Не особенно много также пришлось пользоваться и практическими указаниями профессоров… Кольбе очень часто подходил ко мне и после обыкновенного вопроса: «Что вы делаете, господин доктор?», нередко начинал оживленный спор о каком-нибудь теоретическом вопросе, и вся лаборатория с ассистентами собиралась вокруг нас. Кольбе упорно держался раз усвоенных им взглядов и, повидимому, считал совершенно излишним читать работы, в которых ему возражали. Положение мое, как работающего в его лаборатории, при этих дебатах было несколько неловко. Но сила вещей была на моей стороне. Ошибочные выводы Кольбе происходили большею частью оттого, что он употреблял тогда в своих формулах старый атомный вес кислорода, и как я ни убеждал его попробовать выразить свою мысль с удвоенным паем кислорода, он отказывался, уверяя, что это все равно. Кольбе, конечно, мало придавал значения моим возражениям и упорно стоял на своем, несмотря на факты, противоречившие его взглядам, и часто кончал спор фразой: «Вы увидите, что я буду прав. Многое, что я давно утверждал, не хотели признавать, а теперь говорят то же самое. Так будет и в этом случае». Когда профессор уходил, то более смелые из его ассистентов решались сказать, что он неправ. Это было лестно моему молодому самолюбию, но я не мог внутренне не чувствовать, что победой я обязан своему казанскому учителю, на что и обращал внимание своих немецких товарищей. Перед отъездом из Лейпцига я счел долгом передать свою работу Кольбе для напечатания, хотя он не принимал в ней никакого участия. Прочитав ее, он пригласил меня к себе в кабинет и указал на одно из моих объяснений, по его мнению, неправильное. Спор сводился к старой кислородной истории. «Вы меня не понимаете, потому что не привыкли к моим формулам, — заметил Кольбе, — я выражу свою мысль вашими формулами». Ну, подумал я, теперь вы, г. профессор, попались. Мне только это и было нужно. Он начал писать и остановился на половине формулы, подумал с минуту и положил карандаш. «Да, вы правы!» Потом дописал формулу и снова повторил: «Да, да, это верно, вы правы!», и несколько сконфуженно начал что-то объяснять. Я быстро ретировался, щадя самолюбие почтенного ученого. Через год я получил от него брошюру по другому нашему спорному вопросу. В ней он подробно развивал свою идею о коренном углероде, но пай кислорода писал уже новый».
Книга Бутлерова на немецком языке много способствовала распространению нового учения и окончательному признанию теории химического строения передовыми учеными всего мира.
Преемник Бутлерова в Казанском университете и его ученик А. М. Зайцев говорит о своем учителе в связи с появлением его книги:
«Обозревая всю массу его почтенных экспериментальных трудов, видим, что большая часть их касается весьма интересных и очень важных теоретических вопросов органической химии и что для решения затронутых им вопросов он не щадил ни труда, ни времени для того, чтобы полученные результаты отличались точностью и полной определенностью. Одним словом, по важному значению поставленных для решения задач, по изяществу открытых превращений и по определенности сообщенных результатов экспериментальным исследованиям нашего знаменитого покойного ученого должно быть отведено одно из самых почетных мест в ряду химических исследований его времени. На страницах химических русских и иностранных журналов и в его классическом «Введении к полному изучению органической химии» мы встречаем ряд новых воззрений, элегантно и просто разъясняющих многие важные вопросы из области теоретической химии. Кроме того, на страницах тех же журналов мы находим большое число экспериментальных исследований, принадлежащих ученикам покойного, — исследований, которые были предприняты по его указанию и в исполнении которых он принимал самое живое и теплое участие».
Появление «Введения к полному изучению хи-. мии» явилось событием и в личной жизни Бутлерова. И не столько потому, что эта книга устанавливала за ним первенство и славу творца структурной теории, сколько потому, что с окончанием ее освобождались ум и сердце ученого для иных забот, дотоле отстранявшихся и откладывавшихся.
Это освобождение было тем ощутительнее, что к этому времени Александр Михайлович освободился и от обязанностей ректора, так его тяготивших. Еще до поездки своей за границу летом 1861 года Бутлеров заявил совету университета о своем намерении отказаться от ректорства. Но в начале 1862/63 учебного года было восстановлено в университетах право избрания ректора, и в октябре 1862 года совет университета произвел баллотирование всех профессоров в ректоры. Несмотря на отказы Бутлерова от ректорства, при баллотировке он получил большинство — 14 шаров против 8 и оказался избранным, а 19 ноября был утвержден в должности.
Читайте также
ПРОВЕРКА ОТРЯДА
ПРОВЕРКА ОТРЯДА Через несколько дней после нашего прибытия в Либёнж молоденькая связная оповестила нас о предстоящей проверке нашего отряда командующим округом Домбровского бассейна «Томеком» — Станиславом Лациньским[13]. Сердца партизан забились сильнее при виде
Проверка на анашу
Проверка на анашу С одним колумбийцем в Фишкиллской тюрьме у меня произошел серьезный конфликт. Летом 1998 года я угодил на неделю в карцер. Поскольку нью-йоркские тюрьмы всегда наполнены под завязку, койку в этом случае за заключенным не сохраняют. После освобождения из
Проверка
Проверка Проверка — это попытка одних продать убогие знания и умения за высокие баллы, а других как можно дольше делать вид, что они не продаются. Проверка командующего ВДВ — это событие. Расписание составлено — хуже не придумаешь. «Москвичи» буквально рвали
КАК БОРОТЬСЯ С ПРОТИВНИКАМИ?
КАК БОРОТЬСЯ С ПРОТИВНИКАМИ? В борьбе с противниками теории относительности в варианте Эйнштейна применяются самые разнообразные методы, которые меняются в зависимости от времени и обстоятельств и могут быть классифицированы так:а) прямой подлог и использование чужих
Война с противниками фагоцитарной теории разгорается
Война с противниками фагоцитарной теории разгорается Первые годы своей работы в Париже Мечников посвятил защите фагоцитарной теории. Мы уже знаем, что согласно учению Мечникова важнейшим защитным свойством организма является способности фагоцитов к заглатыванию и
«ЦЕЛЬЮ ВСЕЙ МОЕЙ ПОЛИТИКИ БУДЕТ БОРЬБА ЗА РОДИНУ, БОРЬБА ЗА АРМИЮ. «
Еще одна проверка
Еще одна проверка Советскому человеку надеть на голову фуражку с эмблемой-черепом — нелегко. В особенности, если представишь себе, какие мысли роились под этой черной фуражкой в голове гитлеровца.Фуражка хранила запах фиксатуара и еще чего-то до тошноты отвратительно
ПРОВЕРКА
ПРОВЕРКА Ожидали на одном эсминце в Североморске плановую проверку Командующего Северным Флотом. Всё как обычно, все до одури готовятся, учат инструкции, красят, маршируют до одури, сидят сутки напролёт на борту, зная, что вывод будет один: с первого захода вряд ли удастся
ПРОВЕРКА НА ПРОЧНОСТЬ
ПРОВЕРКА НА ПРОЧНОСТЬ Эта история произошла в морской пехоте, в батальоне радиотехнических войск ПВО, где служил мой школьный товарищ. Радиотехнические войска всегда размещались основательно – большая часть сидела в подземных КП, а операторы радиолокационных станций
Проверка самолета
Проверка самолета Этот военный самолет был предоставлен лучшим другом Советского Союза, Ласаром Карденасом, бывшим президентом Мексики с 1934 по 1940 год, а сейчас дивизионным генералом. Предоставленный им военный самолет перед полетом прошел тщательную проверку и был в
Проверка
Проверка Сошлись приятели и толкуют, на чем лучше проверять уровень Культуры в странах. Один советовал разглядеть программу школ и учительский состав. Другой настаивал на уровне искусства и библиотек. Третий посылал на фабрики и в земледелие. Четвертый напоминал о
10. ПРОВЕРКА ЖИЗНЬЮ
10. ПРОВЕРКА ЖИЗНЬЮ Я помнил обещание Никиты Сергеевича — во время его предстоящей поездки в Москву познакомить Союзное правительство с докладной запиской института.Это и радовало и тревожило меня.Теперь нужно было во что бы то ни стало и в самые короткие сроки доказать
Глава 3. Внутрипартийные разногласия, классовая борьба и борьба за власть
Глава 3. Внутрипартийные разногласия, классовая борьба и борьба за власть После краха военной интервенции и блокады инициаторы прямого военного вмешательства в дела Советского Союза, казалось, были вынуждены изменить свои дальнейшие шаги. Их представители видели в
