Вильгельм Штрубе - Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

И на "Празднике бензола" в 1890 г., еще при жизни Кекуле, и на торжествах 1929 г., посвященных столетию со дня рождения Кекуле, отмечалось не только важное научное, но и промышленное значение установления строения бензола. Без этого невозможно было бы понять строение сложных углеводородов (нафталина, антрацена, фенантрена), гетероциклических соединений (пиридина, хинолина, тиофена и т. д.) и их производных. Получение синтетических красителей, а также синтез многочисленных лекарственных и взрывчатых веществ были бы невозможны без точного установления их строения (см. разд. "Промышленная химия").

Заслуга А. Кекуле в развитии представлений о пространственном расположении атомов в молекуле была велика, но предложенные им структурные формулы были двухмерными и не могли объяснить различные виды изомерии.

В последней трети XIX в. идеи пространственного расположения атомов в молекуле были развиты в работах нескольких химиков, которые и заложили основы стереохимии. Этому предшествовал длившийся десятилетиями период накопления открытий и гипотез, начало которым положил в 1848 г. Луи Пастер работой, посвященной изучению свойств винной и виноградной кислот. Он обнаружил гемиэдрические плоскости у тартратов (виннокислых солей). Кристаллы двойных солей виноградной кислоты обладали одинаковой величиной вращения, но часть из них вращала плоскость поляризованного света влево, а другая — вправо. На этом основании Пастер сделал вывод об асимметрическом строении кристаллов, а также о различном пространственном строении образующих их молекул [69] Более детально эти вопросы рассмотрены в книгах [217, с. 21; 218, с. 86-87].- Прим. ред. . На это наблюдение обратили внимание лишь после открытия валентности, создания структурной теории и установления строения бензола. К тому времени выяснилось, что использование непространственных формул приводит к некоторым противоречиям. Например, метиленхлорид CH 2CI 2на плоскости может быть изображен двумя способами:

В соответствии с этим должны были бы существовать два различных соединения одного и того же состава, но известно было только одно.

Когда Иоганн Вислиценус обнаружил существование двух форм молочной кислоты СН 3СН(ОН)СООН — оптически активной и оптически неактивной, он пытался объяснить это явление на основе представлений о геометрической изомерии. В 1875 г. в работе, посвященной изучению свойств молочных кислот, он писал, что различие в них, вероятно, обусловлено неодинаковым пространственным расположением атомов [70] Об изомерии молочных кислот и об ее большом значении для развития стереохимических представлений см. в [217, с. 30, 31].- Прим. ред. .

Теоретические основы стереохимии независимо друг от друга заложили Якоб Гендрик (Хендрик) Вант-Гофф и Ж. А. Ле Бель, а И. Вислиценус многое сделал для распространения их идей [71] Подробнее об этом см. в работах [178, с. 300-306; 217, с. 40-66; 218, с. 88-92; 219, с. 45-74].- Прим. ред. . В 1874 г. Вант-Гофф опубликовал брошюру и статью о пространственном расположении атомов, в которых изложил представления об асимметрическом атоме углерода. Однако его ожидания, что по этому поводу сможет возникнуть дискуссия, вначале не оправдались. Положение изменилось только спустя два года, когда известный химик И. Вислиценус попросил у Вант-Гоффа разрешение перевести его работы на немецкий язык. Вислиценус удачно использовал стереохимические представления Вант-Гоффа для объяснения непонятных до того момента фактов пространственной изомерии соединений и оценил эту теорию как выдающееся событие в развитии естествознания.

Познакомившись с опубликованной на немецком языке работой Вант-Гоффа "О расположении атомов в пространстве", другой известный немецкий химик Герман Кольбе писал в издаваемом им "Журнале прикладной химии", что наблюдаемый упадок химических исследований в Германии отражает кризис химического образования. Обрушиваясь на взгляды Вант-Гоффа, Кольбе писал, что натурфилософия, которую он сам презирал с такой же страстью, как ранее Либих, вновь возрождается. Ни одной строки не посвятил бы он работе Вант-Гоффа, если бы ее не рекомендовал такой крупнейший химик, как Вислиценус, ибо "эту работу невозможно критиковать за какие-то отдельные положения, потому что вся она — плод фантазии, совершенно не опирающейся на факты, и абсолютно непонятна здравомыслящему исследователю". Далее Кольбе продолжал: "Стало уже приметой времени, что современные химики считают себя в состоянии всему дать объяснение, и если для этого недостаточно имеющихся опытных данных, то они хватаются за сверхъестественные объяснения. Вислиценус тоже считает допустимым такой подход к научным вопросам, который недалек от веры в ведьм и духов". По мнению Кольбе, таких ученых "следовало бы исключить из рядов настоящих ученых и причислить к лагерю натурфилософов, совсем немногим отличающихся от спиритов" [143, с. 268 и сл.].

Но несмотря на возражения Кольбе и некоторых других химиков, новые идеи были подхвачены учеными и в начале XX в. подтверждены экспериментальным доказательством атомного строения веществ.

В опубликованной в 1874 г. работе "О расположении атомов в пространстве" Вант-Гофф говорил о том, что четыре валентности атома углерода можно расположить в направлении вершин тетраэдра, представив при этом, что атом углерода находится в центре этого тетраэдра. Если четыре заместителя при углероде представляют собой четыре различные одновалентные группы, то образуются два разных тетраэдра, один из которых является зеркальным отображением другого.

Оптическая активность соединения объяснялась наличием в нем асимметрического атома углерода. Оптические изомеры [в современной терминологии — D (dextro — правый) и L (laevo — левый] различают по их способности вращать плоскость поляризованного света соответственно вправо или влево.

Дальнейшее развитие стереохимии связано с именами Адольфа Байера, Виктора Мейера, Артура Ганча, Альфреда Вернера и др. В 1885 г. Байер, основываясь на результатах своих работ по гидрированным производным бензола, предложил "теорию напряжения" [72] О "теории напряжения" Байера см. также в [217, с. 102-103].- Прим. ред. . В 1888 г. Мейер назвал строение молекул с учетом их геометрического расположения "стереохимическим строением" и дал тем самым название новой области химии. В 1890 г. Ганч и Вернер распространили стереохимические представления на азот. Они предположили, что атом азота находится в одной из вершин тетраэдра, а его валентные связи направлены к трем другим вершинам тетраэдра.