Лев Гумилевский - Бутлеров

• Название: Бутлеров
• Автор: Лев Гумилевский
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1952

В настоящем издании представлен биографический роман об Александре Михайловиче Бутлерове (1828–1886), российском химике-органике. А. Н. Бутлеров создал и обосновал теорию химического строения, согласно которой свойства веществ определяются порядком связей атомов в молекулах и их взаимным влиянием. Первым объяснил явление изомерии, синтезировал ряд органических соединений.

---

«Исходя из мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему силы (сродства), — заявил Бутлеров, — я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу. Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением».

Если до Бутлерова химики и старались выяснить связь между атомами внутри молекулы, исходя из предположения, что элементам свойственна определенная валентность, то Бутлеров первый установил тот принцип, который должен лежать в основании этих связей и который составляет сущность структурной теории — принцип химического «сродства», принцип химизма, химического движения, особых химических отношений атомов в молекуле. Именно эти химические отношения и обусловливают механическое строение, то-есть порядок размещения атомов в пространстве.

«Правда, — говорил он, — мы не знаем той связи, которая существует внутри сложной частицы между взаимным химическим действием атомов, ее составляющих, и их механическим размещением — не знаем, например, того, прилегают ли непосредственно один к другому атомы, химически непосредственно действующие друг на друга, но тем не менее даже и тогда, когда оставим в стороне самое понятие о физических атомах, нельзя будет отрицать, что химические свойства сложного тела обусловливаются преимущественно химическим отношением элементов, его составляющих».

Хотя в этих лаконических формулировках Бутлерова принципиальная новизна введенного им понятия «химического строения» выражена вполне определенно, сущность нового учения, отличающая его от всех предшествующих, долгое время оставалась неосознанной.

Бутлерову было совершенно ясно, что его идея «химического строения», созданная да основе современных ему теоретических представлений, — не распространение или усовершенствование их, но принципиально новое теоретическое открытие. В заключении к своему «Введению к полному изучению органической химии» Бутлеров писал:

«Вполне осознав необходимость суждения о способе химического взаимодействия элементарных паев в сложной частице, автор этой книги формулировал свою мысль в 1861 году в статье «О химическом строении веществ». Принцип химического строения был положен им, вслед за тем, в основу своего преподавания и всех научных работ, а потом и в основание этого сочинения, первый выпуск которого был издан более двух лет тому назад. Между тем в химической литературе последних двух лет все чаще и чаще встречались статьи, следующие более или менее тому же принципу. Наконец недавно издана в Германии книга H. L. Buff'a, сполна на нем основанная. Все это позволяет смотреть на принцип химического строения, как на действительно необходимое следствие фактического развития науки, и надеяться, что он скоро найдет себе более решительное и распространенное приложение».

В такой скромной форме Бутлеров указывает на принципиальную новизну понятия «химического строения», введенного им в химию, и напоминает о своем историческом выступлении в 1861 году.

В заключении своего отчета о поездке за границу в 1861 году Бутлеров утверждает свой приоритет, говоря об Эрленмейере, чье имя также очень часто ставится рядом с именем Бутлерова, когда идет речь о структурной теории.

«Я не сомневаюсь, — деликатно пишет Бутлеров, — что этот ученый самостоятельно и необходимо должен был дойти до выводов, одинаких с моими, в силу того хода мыслей, который составляет неотразимое следствие хладнокровного обсуждения фактов и ведет к заключениям, одинаким по существу; но не могу не заметить, что статья его написана позже заседаний в Шпейере, позже наших многочисленных свиданий и разговоров и что, следовательно, я имею право защищать перед ним старшинство моей идеи».

Появились и другие претенденты на разделение славы создателя структурной теории, после того как созданная Бутлеровым теория химического строения получила всеобщее признание.

Именно появление целого ряда претендентов на соавторство побудило Бутлерова предпринять в конце шестидесятых годов свою третью поездку за границу для защиты своего приоритета. Заявление Бутлерова о мотивах, вынуждающих его просить о новой командировке за границу в 1868 году, является, как мы увидим дальше, одним из документов, свидетельствующих о его приоритете в создании структурной теории.

3. ПРОВЕРКА ТЕОРИИ И БОРЬБА С ПРОТИВНИКАМИ

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.