Книга: Химия - просто

Глава 8. Органика — наше всё!

Глава 8. Органика — наше всё!

К началу XIX века были известны сотни органических соединений, были сделаны их точные анализы, но вот классифицировать эти соединения учёные ещё не умели. Первые попытки делали Либих и Вёлер, о которых я тебе уже рассказывал, но их методы оставляли слишком большой простор для различных вариаций. Одни и те же вещества в те годы можно было классифицировать по-разному, ведь при классификации органических веществ учёные в основном руководствовались каждый своим «химическим чутьём». Химия же — наука точная и двусмысленностей допускать не должна.

В 1858 году известный немецкий химик-органик, профессор Боннского университета Фридрих Кекуле (1829–1896) выяснил, что метан (он же — болотный газ) содержит один атом углерода и четыре атома водорода. Пользуясь химическими символами и атомистической гипотезой, он выразил состав метана формулой CH₄. Далее, воспользовавшись понятием валентности, которое английский химик Э. Франкланд ввёл в 1853 году, установил, что углерод — это четырёхвалентный элемент.

Фридрих Кекуле

Не остановившись на достигнутом, Кекуле решил заменить водород в молекуле метана другим элементом, например хлором. А в ходе экспериментов убедился, что на хлор можно заменить как один атом водорода, так и все четыре и получить при этом четыре новых соединения:

Далее Кекуле допустил, что атомы углерода могут соединяться между собой в длинные цепочки. Так он получил ряд: метан (CH₄), этан (C₂H₆), пропан (C₃H₈), бутан (C₄H₁₀) и т. д. В те времена были известны углеродные цепи, содержавшие до 50 атомов углерода. В каждом таком соединении любой атом водорода можно заменить на какой — нибудь другой атом, например на хлор, йод, бром и др. И получатся совершенно новые вещества.

А если пойти ещё дальше, то любой атом водорода можно будет заменить на целую углеродную цепочку. Как видишь, теперь наше углеродное соединение выглядит не линейно, а больше похоже на кроссворд. И таких комбинаций существует бесконечное множество. Вот чтобы не запутаться во всём этом множестве органических соединений, учёные и пришли к выводу, что необходимо указывать их структурную формулу. То есть — рисовать взаимное расположение атомов в молекуле.

Помнишь случайно открытое Либихом и Вёлером явление «изомерии»? Они тогда независимо друг от друга, даже не зная друг о друге, почти одновременно открыли вещества одинакового состава, но имеющие разные свойства: гремучую кислоту и циановую кислоту. Оба эти вещества имеют формулу HCNO. Но вот структура у них разная:

Структурную теорию химики всех стран приняли с восторгом. Основные разработки в данном направлении вели уже известный нам Фридрих Кекуле, шотландский химик Арчибалд Купер, французский химик Шарль Вюрц и, конечно же, знаменитый русский химик Александр Бутлеров.

Александр Михайлович Бутлеров

Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886) родился в Казанской губернии. В 16 лет он поступил в казанский университет на химическое отделение, где блистали такие профессора, как К. Клаус, известный исследователь платиновых металлов и первооткрыватель рутения, и органик Н. Зинин, первым получивший искусственным путём анилин и другие важные соединения. Именно они руководили первыми шагами Бутлерова на научном поприще. Поначалу он занимался преимущественно преподавательской работой, но затем его затянуло в научную деятельность. Решающее влияние на судьбу органической химии в России оказала поездка Бутлерова за границу, где он встречался и подолгу беседовал с великими учёными из разных стран мира.

Между прочим, командировка молодых учёных за границу считалась в те времена одним из лучших способов подготовки научных сил. Благодаря такой поездке Бутлеров накопил огромный запас идей для своей будущей научной деятельности в России. Именно в статьях Бутлерова мы впервые встретим потом стройное изложение разных теорий, начисто лишённое противоречий, характерных для работ Вюрца и Кекуле. Все работы Бутлерова были направлены в основном на то, чтобы опытным путём доказать факты, предсказанные теорией строения.

После того как была доказана состоятельность теории строения, все свои старания химики направили на составление структурных формул органических соединений. Чрезвычайно важное значение не только для теории, но и для прикладной химии и физиологии имели опыты знаменитого французского учёного Пьера Бертло, показавшего, как можно получить из углерода большое множество органических соединений. Однако с экономической точки зрения значение его опытов сводилось к нулю. Ведь чтобы получить предложенным им методом хотя бы один грамм масла или сахара, других, более ценных веществ пришлось бы затратить в разы больше. И тогда себестоимость полученных таким путём продуктов поднялась бы до цены золота.

Тем не менее в некоторых отраслях промышленности химический синтез всё-таки нашёл широкое практическое применение. Например, в фармацевтической — для изготовления лекарств. Особенно же большое влияние химический синтез оказал на технику производства красящих веществ, которые прежде получали из растений.

Так, примерно в 1860 году немецкий химик Адольф Байер, ученик Роберта Бунзена, впервые получил искусственный ализарин, который применялся для производства красящих веществ. Среди ассистентов, работавших вместе с ним над ализарином, был, кстати, Эмиль Фишер, открывший впоследствии новое направление — физиологическую химию. За выдающиеся заслуги в этой области Фишер в 1902 году получил Нобелевскую премию.

Адольф Байер

Эмиль Фишер

Общее утверждение, что все процессы в организме человека — это химические реакции и их можно провести в пробирках, высказывалось давно. Но опытного подтверждения этим идеям пока не было. Также высказывались предположения, что методами чистой химии можно решить вопросы жизни и смерти.

Огромное значение исследований Эмиля Фишера и его учеников заключается в том, что они положили начало изучению важнейших классов веществ, играющих первостепенную роль в жизни организмов. Первые из этих исследований касались видового разнообразия сахаров. Получив все виды естественных и искусственных сахаров, Фишер принялся за исследование белковых тел — «кирпичиков», из которых построена живая клетка.

К развитию физиологической химии приложил руку и польский учёный Маркелло Ненцкий. Под руководством Байера он ознакомился с методами органической химии, а затем исследовал химические явления, которые непрерывно протекают в животных организмах и, в совокупности, составляют то, что мы называем жизнью.

В 1890 году в Санкт-Петербурге был открыт Императорский Институт экспериментальной медицины, куда Ненцкий был приглашён в качестве руководителя химического отделения. Институт был оборудован по последнему слову техники, что, собственно, и побудило Ненцкого принять приглашение, променяв Швейцарию на Петербург.

Императорский Институт экспериментальной медицины

Императорский Институт экспериментальной медицины

Однако чтобы описать достижения органической химии и уровень её влияния на все сферы жизни людей, не хватит не то что этой главы — не хватит даже десятитомника.

Главное, просто понять и запомнить: с тех пор как органическая химия вошла в нашу жизнь, её позиции с каждым днём всё больше укрепляются.