Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №17/2004

О ЧЕМ НЕ ПИШУТ В УЧЕБНИКАХ

Строение и превращение веществ

А.М.Бутлеров – создатель теории
химического строения органических соединений

Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886)

Александр Михайлович
Бутлеров  (1828–1886)

В историю науки Александр Михайлович Бутлеров вошел как один из самых выдающихся теоретиков химии и блестящих химиков-экспериментаторов. Он был творцом теории химического строения.
Бутлеров окончил Казанский университет со степенью кандидата за сочинение по зоологии «Дневные бабочки Волго-Уральской фауны». Но уже тогда проявились его способности к химии. Совет университета оставил его на кафедре для подготовки к профессорскому званию. В постановлении говорилось: «Факультет уверен, что Бутлеров своими познаниями, дарованием, любовью к наукам и химическим исследованиям сделает честь университету и заслужит известность в научном мире».
Вскоре Бутлеров защитил магистерскую диссертацию «Об окислении органических соединений» и опубликовал свою первую экспериментальную работу «Об окисляющем действии осмиевой кислоты на органические соединения».
В то время работать в области химии было невозможно, не зная, что делается в этой области за рубежом.
Летом 1857 г. Бутлеров получил разрешение на заграничную командировку. Он посещает многие европейские химические лаборатории.
После возвращения в Казань ученый перестроил лабораторию и приступил к выполнению экспериментальных исследований. Он получил йодистый метилен действием алкоголята натрия на йодоформ; при воздействии на йодистый метилен уксуснокислым серебром получил уксусный эфир метиленгликоля, а при омылении эфира вместо ожидаемого метиленгликоля – полимер формальдегида, которому дал название «диоксиметилен». При действии на него аммиаком Бутлеров получил сложное азотсодержащее соединение, так называемый гексаметилентетрамин, позднее под названием «уротропин» нашедшее обширное применение в медицине.
В 1861 г. Бутлеров делает замечательное в истории химии открытие: при действии на диоксиметилен известкового раствора он впервые путем синтеза получает сахаристое вещество – «метиленитан».
Этим замечательным синтезом Бутлеров как бы завершает ряд классических синтезов: Ф.Велер в 1828 г. синтезирует мочевину, А.В.Г.Кольбе в 1845 г. – уксусную кислоту, П.Э.М.Бертло в 1854 г. – жиры и, наконец, А.М.Бутлеров в 1861 г. – сахаристое вещество.
Уже в конце 1858 г. ученый высказывает глубокие и смелые идеи в той области, перед проблемами которой в нерешительности и раздумье стояли признанные корифеи западной науки.
Блестящие идеи шотландского химика А.С.Купера и немецкого химика Ф.А.Кекуле о четырехвалентности углеродного атома и способности углеродистых атомов образовывать углеродные цепи не находили дальнейшего развития. И Купер, и Кекуле остановились как бы на полпути.
Утверждение Ш.Ф.Жерара о невозможности формулами выразить строение и связь атомов в молекуле продолжало господствовать в науке. Купер под ударами критики замолчал. Кекуле относительно рациональных формул строения Купера выразился таким образом: «Что касается меня, то я придаю лишь второстепенное значение подобного рода соображениям».
В это самое время Бутлеров, глубоко убежденный в реальности атомов, совершенно точно и определенно высказывает мысль о возможности выражать формулами строение молекул органических соединений. Он считает также возможным выяснить строение молекул органических соединений не только при помощи физических методов, но и методами изучения их химических превращений.
В сентябре 1861 г. на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере Бутлеров делает свой знаменитый доклад «О химическом строении вещества», в котором развивает новые взгляды на строение органических соединений и впервые предлагает ввести термин «химическая структура» или «химическое строение», подразумевая под этим распределение сил химического сродства или, иначе, связей отдельных атомов, образующих химическую частицу.
Бутлеров так формулирует исходное положение своей теории строения: «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».
Для подтверждения теоретических положений ученый вновь приступает к экспериментальным исследованиям. Главным результатом этих работ стал знаменитый его синтез триметилкарбинола

первого представителя класса третичных спиртов, положивший начало бесконечному ряду синтезов, которые, модифицируясь и трансформируясь, дошли до наших дней. Получение Бутлеровым третичных спиртов, предсказанных теорией химического строения, имело огромное значение для развития и признания последней.
За первым синтезом последовал ряд исследований механизмов реакций получения третичных спиртов, в результате которых были получены новые их представители.
Все эти работы имели фундаментальное значение для понимания явлений изомерии органических соединений, т. е. существования химических соединений, состоящих из одинакового числа атомов одних и тех же элементов, но обладающих тем не менее различными химическими и физическими свойствами. Так, изучая свойства и превращения триметилкарбинола, Бутлеров получил из него новый углеводород, названный им изобутаном. Этот углеводород резко отличался от ранее известного химикам углеводорода с тем же составом, так называемого диэтила (т. е. нормального бутана). Таким образом, Бутлеров впервые экспериментально доказал существование изомерии в ряду углеводородов.
Изучая отношение изобутилена к крепкой серной кислоте, Бутлеров открыл реакцию его полимеризации. Это исследование ученого можно назвать преддверием области высокомолекулярных соединений.
Факт изомерии веществ нашел естественное объяснение в теории химического строения. Основой этой теории является признание химической структуры – определенного распределения химической силы.
Если два одинаковых по составу и молекулярной массе вещества отличаются порядком сцепления атомов, то хотя они и будут иметь одинаковую химическую формулу состава, но будут различаться физико-химическими свойствами. Наличие изомерии углеводородов, экспериментально открытое Бутлеровым, – блестящее подтверждение его теории химического строения.

П.А.КОШЕЛЬ