Александр Михайлович Бутлеров

Александр Михайлович Бутлеров (1828-1886)

 
Бутлеров А. М.

историю науки Александр  Михайлович Бутлеров вошёл как один из самых выдающихся теоретиков химии  и блестящих химиков-экспериментаторов. Он был творцом теории химического  строения. Он дал наиболее яркие  её экспериментальные доказательства.

Александр Михайлович Бутлеров родился 6 сентября 1828 года в гор. Чистополе Казанской губернии. Через одиннадцать дней после своего появления на свет А. М. Бутлеров лишился матери, и воспитание ребёнка взяли на себя его дедушка и бабушка Стрелковы. Раннее детство А. М. Бутлеров провёл в глухом местечке - деревне Подлесной Шантале, среди лесной девственной природы. Хотя деревня Подлесная Шантала находилась всего лишь в нескольких километрах от имения Бутлеровых, отец Александра Михайловича не принимал в воспитании сына почти никакого участия. Воспитанием А. М. Бутлерова руководила, главным образом, его тётка. В. А. Стрелкова.

Восьми лет мальчик  был отдан в частный пансион  в Казани, откуда был вскоре переведён  в 1-ю Казанскую гимназию. Уже во время пребывания в пансионе и  гимназии А. М. Бутлеров стал увлекаться химией. Наряду с этим он также интересовался  собиранием коллекций растений, бабочек  и т. п.

В 1844 г., шестнадцати лет, А. М. Бутлеров поступил на Камеральное  отделение юридического факультета Казанского университета. Уже с первого  года своего обучения в университете он начал заниматься химией, обратив  на себя внимание знаменитых профессоров  химии Казанского университета Н. Н. Зинина и К. К. Клауса. Не ограничиваясь  лабораторными занятиями по химии  в университете, А. М. Бутлеров с одобрения  Н. Н. Зинина завёл свою домашнюю лабораторию  и приготовлял в ней весьма сложные препараты, например кофеин, изатин, аллоксантин и многие другие.

Первые учителя А. М. Бутлерова - Н. Н. Зинин и К. К. Клаус - были замечательными экспериментаторами, и несомненно, что под их руководством Александр  Михайлович уже на студенческой скамье получил основательную лабораторную подготовку.

Университет А. М. Бутлеров окончил  в 1849 г. со степенью кандидата за сочинение, как это ни покажется странным, не по химии, а по зоологии на тему "Дневные  бабочки Волго-Уральской фауны". В 1850 г. факультет и Совет университета вынесли решение об оставлении А. М. Бутлерова в университете для  подготовки к профессорскому званию по кафедре химии. Постановление  факультета по этому поводу гласит следующее: "Факультет со своей  стороны совершенно уверен, что Бутлеров своими познаниями, дарованием, любовью  к наукам и к химическим исследованиям  сделает честь университету и  заслужит известность в учёном мире, если обстоятельства будут благоприятствовать его учёному призванию". Так  же верил в дарования А. М. Бутлерова  и знаменитый Н. И. Лобачевский, исполнявший  в то время обязанности попечителя округа. Двадцатидвухлетнему А. М. Бутлерову  было поручено преподавание неорганической химии студентам I курса естественного  и математического отделений.

В феврале 1851 г. А. М. Бутлеров защитил магистерскую диссертацию "Об окислении органических соединений" и вслед за этим был избран адъюнктом  по кафедре химии. В начале следующего года А. М. Бутлеров напечатал свою первую экспериментальную работу "О действии осмиевой кислоты на органические соединения". В 1854 г. он блестяще сдал в Московском университете экзамен на степень  доктора химии, защитил диссертацию "Об эфирных маслах" и вскоре был избран экстраординарным профессором  Казанского университета.

После защиты докторской диссертации  А. М. Бутлеров поехал из Москвы в Петербург  повидаться со своим учителем Н. Н. Зининым. Эта встреча имела для него весьма важные последствия. Позже он неоднократно говорил, что "непродолжительных  бесед с Н. Н. Зининым в это  моё пребывание в Петербурге было достаточно, чтобы время это стало  эпохой в моём научном развитии". Вернувшись после этого в Казань, А. М. Бутлеров деятельно принимается  за расширение своего научного кругозора. В 1857 г. он выехал в заграничную командировку. В течение года он посетил все  лучшие европейские лаборатории, слушал лекции выдающихся химиков и общался  с виднейшими представителями западноевропейской химической науки.

Большую часть своей командировки А. М. Бутлеров провёл во Франции, где  работал в лаборатории известного химика А. Вюрца, основателя Парижского химического общества. Там он выполнил весьма интересную работу, получив иодистый метилен действием алкоголята натрия на иодоформ. Результаты этой работы были доложены А. М. Бутлеровым Парижской академии наук. В Париже А. М. Бутлеров посещал лекции крупнейших учёных того времени - Буссенго, Пелиго, Сен-Клер-Девилля, Беккереля, Реньо, Баляра, Вюрца и других.

Во время пребывания в  Германии А. М. Бутлеров посетил все  лучшие немецкие лаборатории. В Гейдельберге он познакомился с молодым Кекуле, впоследствии знаменитым химиком. А. М. Бутлеров поехал за границу не только с солидными знаниями химии и химической литературы, но и с огромным запасом здоровой научной критики тех положений, которые казались неправильными его молодому уму. Это был не просто талантливый ученик, а зрелый, полный энергии учёный, жаждущий разрешения многочисленных сложных и спорных вопросов теоретической химии.

По возвращении в Казань А. М. Бутлеров в короткий срок перестроил лабораторию и приступил к  выполнению первоклассных экспериментальных  исследований. А. М. Бутлеров успешно  продолжил свои исследования над  иодистым метиленом, полученным им в лаборатории Вюрца.

При действии на иодистый метилен уксуснокислым серебром он получил уксусный эфир метиленгликола, а при омылении эфира вместо ожидаемого метиленгликола - полимер формальдегида, которому даёт название "диоксиметилен". При действии на него аммиаком А. М. Бутлеров получил сложное азотосодержащее соединение, так называемый гексаметилентетрамин, позднее нашедшее под названием "уротропин" обширное применение в медицине.

В 1861 г. А. М. Бутлеров делает замечательное в истории химии  открытие: при действии на диоксиметилен известкового раствора он впервые путём синтеза получает сахаристое вещество, которому даёт название "метиленитана".

Этим замечательным синтезом А. М. Бутлеров как бы завершает ряд  классических синтезов: Велер в 1826 г. синтезирует щавелевую кислоту, в 1828 г. мочевину; Кольбе в 1848 г. синтезирует уксусную кислоту; Вертело в 1854 г. синтезирует жиры и, наконец, Бутлеров в 1861 г. синтезирует сахаристое вещество.

Уже этих кратко перечисленных  открытий А. М. Бутлерова было бы достаточно, чтобы его имя сохранилось  в истории химии как имя  первоклассного синтетика. Однако эти  исследования являются как бы вступительными к его дальнейшей замечательной  научной деятельности. Одновременно с развёртыванием его таланта  как первоклассного экспериментатора в нём пробуждается гений химика-теоретика.

Уже в конце 1858 г. А. М. Бутлеров высказывает глубокие и смелые идеи в той области теоретической  химии, перед проблемами которой  в нерешительности и раздумье стояли признанные корифеи западноевропейской науки.

Блестящие идеи английского  химика Коупера и немецкого химика Кекуле о четырёхвалентности углеродного атома и способности углеродистых атомов образовывать углеродные цепи не находили дальнейшего развития. И Коупер и Кекуле остановились как бы на полпути.

Утверждение Жерара о невозможности формулами выразить строение и связь атомов в молекуле продолжало господствовать в науке. Коупер под ударами критики замолчал. Кекуле относительно рациональных формул строения Коупера выразился таким образом: "Что касается меня, то я придаю лишь второстепенное значение подобного рода соображениям".

В это самое время А. М. Бутлеров, глубоко убеждённый в  реальности атомов, совершенно точно  и определённо высказывает твёрдое  убеждение в возможности выражать формулами строение молекул органических соединений. Он считает также возможным  выяснять строение молекул органических соединений не только при помощи физических методов, но и методами изучения их химических превращений.

К концу 1860 г. теоретические  размышления А. М. Бутлерова принимают  вполне законченную форму. Во время  второй заграничной командировки в 1861 г. он вновь посещает все важнейшие  научные центры Европы.

19 сентября 1861 г. в Германии, на съезде немецких врачей  и натуралистов в г. Шпейере А. М. Бутлеров делает свой знаменитый доклад "О химическом строении веществ". В нём он развивает новые взгляды на строение органических соединений и впервые предлагает ввести термин "химическая структура" или "химическое строение", подразумевая под ним распределение сил химического сродства или, иначе, связей отдельных атомов, образующих химическую частицу.

Доклад А. М. Бутлерова  был принят немецкими химиками очень  холодно. "Из всех тогдашних химиков, - пишет по этому случаю В. В. Марковников, - только старик Гейнц и молодой приват-доцент Эрленмейер вполне усвоили себе новые взгляды и стали применять их в своих статьях. К ним скоро ещё присоединился Вислиценус". Это не останавливает А. М. Бутлерова. По возвращении из-за границы в Казань он пишет ряд статей, в которых более детально развивает своё новое учение о строении органических соединений. В "Учёных записках Казанского университета" (1862 г.) А. М. 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 определённым 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 своих  теоретических положений он вновь  приступает к обширным экспериментальным  исследованиям. Главным результатом  этих работ явился знаменитый бутлеровский синтез триметилкарбинола, первого представителя класса третичных спиртов. Этот синтез положил начало бесконечному ряду синтезов, которые, модифицируясь и трансформируясь, восходят до наших дней. Получение А. М. Бутлеровым класса третичных спиртов, предсказанных теорией химического строения, имело огромное значение для развития и признания последней.

За первым синтезом последовал ряд исследований над механизмом реакции получения третичных  спиртов, в результате которых были получены новые представители третичных  спиртов.

Все эти работы имели фундаментальное  значение для понимания явлений  изомерии органических соединений, т. е. явлений 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, А. М. Бутлеров получил из него новый углеводород, который он назвал изобутаном. Этот углеводород резко отличался от ранее известного химикам углеводорода с тем же составом, так называемого диэтила (т. е. нормального бутана). Таким образом, А. М. Бутлеров впервые экспериментально доказал существование изомерии в ряду углеводородов.

Чтобы в полной мере оценить  значение этого открытия, надо вспомнить, что существование явлений изомерии среди углеводородов в то время  признавалось далеко не всеми даже выдающимися химиками.

В дальнейшем А. М. Бутлеров при отщеплении воды от триметилкарбинола получил известный углеводород, названный им изобутиленом, и показал, что он изомерен бутилену Де-Люиня. Изучая отношение изобутилена к крепкой серной кислоте, А. М. Бутлеров открыл реакцию полимеризации изобутилена. Это замечательное исследование А. М. Бутлерова являлось как бы преддверием в область высокомолекулярных соединений.

Все эти классические работы А. М. Бутлерова не только укрепили теорию химического строения, но и положили начало ряду синтезов, имеющих огромное значение как в теоретическом, так и в практическом отношениях.

Факт изомерии химических веществ нашёл естественное объяснение в теории химического строения. Основой  этой теории является признание химической структуры - определённого распределения  Химической силы.

Если два вещества одинакового  состава и молекулярного веса отличаются порядком сцепления атомов, то хотя они и будут иметь одинаковую химическую формулу состава, они  будут иметь различные физико-химические свойства. Наличие изомерии углеводородов, экспериментально открытое А. М. Бутлеровым, было блестящим подтверждением его  теории химического строения.

Как мы знаем теперь, изомерия не является каким-то редким явлением. Чем сложнее состав вещества, тем  больше изомеров оно имеет. Для сложных  белковых веществ количество теоретически возможных изомеров измеряется миллионами. Факт изомерии находит наглядное  изображение в так называемых структурных формулах, в условной форме рисующих различное сцепление  атомов в изомерах. Таковы, например, структурные формулы упомянутых выше нормального бутана и изобутана, найденного А. М. Бутлеровым:

         

CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

нормальный бутан 

 

    CH₃

    |

CH₃-CH-CH₂

 изобутан                                                       

Здесь С - означает атом углерода, Н - атом водорода, а чёрточка символизирует химическую связь. В обоих случаях число атомов углерода и водорода одинаково.

В этот же период наивысшего подъёма своего творчества А. М. Бутлеров написал свой знаменитый учебник "Введение к полному изучению органической химии". Первый выпуск этого учебника вышел на русском языке в 1864 г. Всё издание было окончено в 1866 г. Этот учебник имел огромное значение для распространения нового учения среди химиков. Вслед за появлением "Введения" на русском языке  последовал его перевод на немецкий язык, чрезвычайно способствовавший распространению среди немецких химиков новой теории химического  строения.