Создание теории химического строения - Русский ученый А. М. Бутлеров

Первое публичное выступление А. М. Бутлерова по теоретическим вопросам органической химии относится к концу 50-х годов: его доклад на заседании Парижского химического общества 17 февраля 1858 г. В нем говорится, что за радикалы следует считать не только органические группы, но и группировки типа OH, NH2, т. е. характерные для различных классов органических веществ сочетания атомов, которые впоследствии получили название функциональных групп. В этом же докладе Бутлеров впервые употребил и сам термин "структура", относя к одному типу молекулярной структуры метан, хлористый метил, хлористый метилен, хлороформ, четыреххлористый углерод, метиловый спирт. В следующем, 1859 г., А. М.Бутлеров писал:

Экспериментальные исследования дадут нам основание для истинной химической теории, которая будет математической теорией молекулярной силы, называемой нами химическим сродством. Поскольку, однако, сродство есть не только причина превращений, но и причина определенной группировки элементарных атомов в химической молекуле, то оно и должно изучаться не только во время производимого ими движения молекул, но так же и в состоянии равновесия материи.

Таким образом, уже в 1858 г. А. М.Бутлеров вышел за пределы представлений Ш. Жерара в весьма существенном пункте: он считал возможным говорить об определенной группировке атомов в сложных частицах, причем причину этой группировки видел в химическом сродстве. В этих словах содержалась, по существу, одна из основных идей теории химического строения. В более развитой форме идея химического строения была изложена А. М.Бутлеровым три года спустя в докладе "О химическом строении вещества", с которым он выступил, прочитанном в химической секции Съезда немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере (19 сентября 1861) и опубликованном в том же году на немецком[5] и в следующем -- на русском языках[6]. В этом докладе прежде всего говорилось, что теоретическая сторона химии не отвечает фактическому развитию, отмечалась, в частности, некомпетентность теории типов. А. М.Бутлеров при этом был далек о огульного отрицания ее; он справедливо указывал на то, что теория типов имеет и важные заслуги. Однако типические формулы указывали лишь направление возможных реакций замещенияи разложения, но и не могли выразить реакций присоединения(например, образование йодистого этила из этилена и йодистого водорода). Так как вещество может разлагаться по нескольким направлениям, Ш. Жерар и его сторонники допускали возможность употребления нескольких рациональных формул для одного и того же вещества. Бутлеров полемизировал в докладе против утверждения Жерара, что нельзя судить о положении атомов внутри частиц... судить о механическом строении тел

Критическое рассмотрение Бутлеров закончил словами:

Наступает время, когда теория Жерара должна будет уступить место понятию об атомности паев

(т. е. на нашем современном языке - о валентности атомов).

Основы этой теории сформулированы таким образом:

"Полагая, что каждому химическому атому свойственно лишь определенное и ограниченное количество химической силы (сродства), с которой он принимает участие в образовании тела, я назвал бы химическим строением эту химическую связь, или способ взаимного соединения атомов в сложном теле"

"... химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением"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 отдает синтетическим реакциям, проводимым в условиях, когда радикалы, в них участвующие, сохраняют свое 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".

Далее в докладе говорится о путях, которые могут применяться для изучения химического строения. О последнем можно судить, прежде всего, на основании способов синтеза вещества, причем наиболее надежные заключения могут быть сделаны при изучении синтезов,"которые совершаются при температуре мало возвышенной, и вообще при условиях, где можно следить за ходом постепенного усложнения химической частицы". Реакции разложения - преимущественно тоже протекающие в мягких условиях - также дают возможность сделать заключения о химическом строении, т. е. полагать, что "остатки (радикалы) находились готовыми в разложившейся частице". Вместе с тем, А. М. Бутлеров предвидел, что не все реакции пригодны для определения строения: существуют среди них такие, при которых "изменяется химическая роль нескольких паев, а значит, и строение". В переводе на наш современный язык это реакции, сопровождающиеся изомеризацией скелета или переносом реакционного центра.

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". Таким образом, построенная на базе химического строения рациональная формула, подчеркивал А. М.Бутлеров, будет однозначной:

Для каждого тела возможна будет, в этом смысле, лишь одна рациональная формула, и когда сделаются известными общие законы зависимости химических свойств тел от химического строения, то подобная формула будет выражением всех этих свойств. Типические формулы в их нынешнем значении должны бы тогда выйти из употребления... Дело в том, что эти формулы тесны для настоящего состояния науки!

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 веке эти правила, как и вся концепция взаимного влияния атомов, получили электронную интерпретацию.

Большое значение для становления теории химического строения имело ее 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 1844 Бутлеров предсказал существование двух бутанов и трех 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 издание 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.

Похожие статьи




Создание теории химического строения - Русский ученый А. М. Бутлеров

Предыдущая | Следующая