«Покорение вещества – химический синтез»

Так названа глава книги М. Джуа «История химии». По его словам: «Химический синтез подобен зодчеству: как архитектору кроме знания строительного материала требуется художественное чутье, так и химику, приступающему к синтезу, необходимо совершенное сочетание теоретических и практических знаний по химии с интуитивным подбором средств, наиболее подходящих для построения из атомов и радикалов самых сложных молекул».

Основателем химического синтеза считается Марселин Бертло. Он, по его собственным словам, «объединил в одно научное целое методы и основные результаты химического синтеза применительно к материалам, тесно связанным с организованными веществами». Но, как обычно в науке, у него было по меньшей мере два предшественника: Ф. Вёлер и А. Кольбе.

Вёлер Фридрих

Вёлер Фридрих (1800–1882) – немецкий химик. Родился близ Франкфурта-на-Майне, изучал медицину в университетах Марбурга и Гейдельберга. Еще студентом приготовил иодистый циан и тиоцианат ртути, а также бесцветное кристаллическое вещество, определить которое не сумел. Получив диплом (1823), по рекомендации Л. Гмелина год работал в лаборатории Берцелиуса в Стокгольме.

Вернувшись в Германию, стал профессором в Школе искусств и ремесел (Берлин). В 1828 г. установил, что полученное им ранее бесцветное вещество – мочевина, продукт обмена веществ в организме человека и плотоядных животных. На следующий год во Франкфурте познакомился с Ю. Либихом и провел с ним ряд исследований в области органической химии.

Вёлер внес немалый вклад и в неорганическую химию. Получил алюминий, действуя на хлористый алюминий калием, а также аморфный и кристаллический бор. Его способ получения фосфора накаливанием смеси фосфорнокислого кальция с углем и песком используется в производстве. Написал он учебники органической и неорганической химии, «Краткий анализ минералов на примерах» (1861).

Подчас незначительное событие вызывает крупные последствия. Так в горах лавина срывается от падения одного камня. Таким событием стал синтез мочевины, сказавшийся на развитии органической химии и появлении новой отрасли знаний – биохимии.

Был в этом и философский подтекст. Выяснилось, что процессы в живых организмах на атомно-молекулярном уровне совершаются без мистической «жизненной силы». Это подчеркивало единство земной области жизни. Но чем же отличаются живые организмы от неорганических систем?

Поиски таких отличий способствовали обособлению органической химии как особой области знаний.

Кольбе Адольф Вильгельм Герман

Кольбе Адольф Вильгельм Герман (1818–1884) – немецкий химик. С 1851 г. – профессор Марбургского, а с 1865 г. – Лейпцигского университета. В 1845 г. синтезировал уксусную кислоту из простейших неорганических веществ. Эта работа вслед за синтезом мочевины, осуществленным немецким химиком Ф. Вёлером, показала несостоятельность витализма.

Вместе с англичанином Э. Франклендом разработал метод получения органических кислот через нитрилы из соединений с меньшим содержанием углерода. В 1849 г. открыл электролитический способ получения насыщенных углеводородов (синтез Кольбе). Предложил простой способ приготовления салициловой кислоты из фенола и двуокиси углерода (1860), впоследствии усовершенствованный им вместе с Р. Шмидтом. В 1861 г. получил муравьиную кислоту из угольной.

Кольбе был одним из последних приверженцев теории радикалов и учения о парных соединениях Я. Берцелиуса. В 1857 г. одновременно с А. Кекуле предположил четырехатомность углерода.

Бертло Пьер Эжен Марселен

Бертло Пьер Эжен Марселен (1827–1907) – французский химик, историк науки, политический деятель. Родился в Париже в семье врача. Учился в пансионе, где подружился с будущим историком, писателем и философом Эрнестом Ренаном (1823–1892), дискуссии с которым оказали на него немалое влияние.

Учась на медицинском факультете Парижского университета, он интересовался более всего физикой и химией. Работал в частной химической лаборатории при Монетном дворе. Первую статью по физической химии опубликовал в 1850 г. (всего написал около 2700 научных работ). С 1860 г. – профессор Высшей фармацевтической школы (Париж), позже – в Коллеж де Франс. Член Парижской АН с 1873 г.

В области органического синтеза Бертло добился выдающихся успехов (перечисление их заняло бы слишком много места). В частности, разработал три способа получения углеводородов. В работе «Органическая химия, основанная на синтезе» (1860) имел все основания утверждать, что «объединил в одно научное целое методы и основные результаты органического синтеза применительно к материалам, тесно связанным с организованными существами».

Свои исследования по физической химии подытожил в двухтомниках «Очерк химической механики, основанной на термохимии» и «Термохимия, законы и численные данные» (1879). Он автор работ: «Происхождение алхимии» (1885), «Наука и философия» (1886), «Химическая революция, Лавуазье» (1890), «Химия в Средние века» (3 тома, 1893), «Наука и мораль» (1897), «Наука и образование» (1901).

Э. Ренан в переписке с химиком Ж. Б. Дюма высказал мысль: электроны могут быть планетами, вращающимися вокруг своей звезды (ядра атома), и оказаться обитаемы; когда люди или природа срывают электроны с орбит, это для их обитателей означает конец света.

Не рассуждая о степени невероятности такой идеи, согласимся, что воображение человека подчас достигает головокружительных высот. И все-таки оно не может предугадать научных открытий, которые нередко преподносят невообразимые сюрпризы.

Гофман Август Вильгельм

Гофман Август Вильгельм (1818–1892) – немецкий химик. Родился в Гиссене, окончил местный университет, был учеником Ю. Либиха. Начал преподавать в Боннском университете (1845), но вскоре переехал в Лондон, став директором только что созданного Королевского химического колледжа, где организовал лабораторию по образцу либиховской. С 1861 г. – президент Лондонского химического общества. Вернувшись в Германию, стал профессором Берлинского университета (1865), основал Немецкое химическое общество (1886) и был его председателем.

В 1843 г. он выяснил природу вещества, полученного три года назад Н. Н. Зиминым, восстановлением нитробензола до анилина. Выделил из каменноугольного дегтя бензол, обрабатывая который смесью серной и азотной кислот, перевел в нитробензол, а после восстановления его водородом получил анилин. Работы Гофмана и его учеников имели большое значение для создания промышленности по переработке каменноугольной смолы и производству синтетических красителей. Через 5 лет одновременно с Вюрмцем открыл основания, которые получил нагреванием галогенидов с аммиаком. С тех пор он осуществил множество органических синтезов и определений строения разных соединений.

Бутлеров Александр Михайлович

Бутлеров Александр Михайлович (1828–1886) – русский химик. Родился в г. Чистополе в дворянской семье. Учился в Казанском университете, работал в химической лаборатории у Н. Н. Зимина. Преподавал студентам-медикам физику и физическую географию, а позже читал лекции по неорганической химии на физико-математическом факультете.

Во время заграничной командировки побывал в лучших лабораториях Западной Европы. Получил иодистый метилен в лаборатории Вюрца. В том же 1857 г. опубликовал свою первую статью «О действии осмиевой кислоты на органические соединения». Стал профессором Казанского, а с 1869 г. – Петербургского университета по кафедре органической химии. Через 3 года был избран в Петербургскую АН.

А. М. Бутлеров. Неизвестный художник

Осенью 1861 г. Бутлеров изложил теорию химического строения, согласно которой свойства веществ зависят от порядка связей атомов в молекулах и их взаимного влияния (доклад на съезде немецких врачей и натуралистов «Нечто о химической структуре тел»). Объяснил явление изомерии. Синтезировал ряд органических соединений, в том числе уротропин, полимер формальдегида. Открыл полимеризацию изобутилена. Предвосхитил идеи стереометрии.

Он несколько лет возглавлял Вольное экономическое общество. Был известным пчеловодом, издав несколько брошюр на эту тему. Выступал за высшее женское образование. Написал «Введение к полному изучению органической химии» (1864), вскоре переведенное на немецкий язык, что показательно, ибо в Германии к тому времени сложилась группа химиков-органиков мирового уровня.

В середине XIX в. в России стала складываться отечественная школа химиков. Это было связано с развитием производств, в том числе химических, потребностями развивающейся промышленности и сельского хозяйства.

Марковников Владимир Васильевич

Марковников Владимир Васильевич (1838–1904) – русский химик. Окончил Казанский университет, был учеником Бутлерова. После его переезда в Петербург принял кафедру химии. Стажировался в лаборатории Г. Кольбе. С 1871 г. – профессор Новороссийского (Одесса), а с 1873 г. – Московского университета.

Основные его труды посвящены развитию теории строения органических соединений. Он уделял особое внимание явлению изомерии. Произвел ряд синтезов органических соединений. Исследовал физические и химические свойства нефти Кавказа. Открыл углеводороды нового класса, назвав их нафтенами. Изучал соленые озера юга России.

Байер Адольф

Байер Адольф (1835–1917) – немецкий химик. Родился в Берлине в семье геодезиста. С детства увлекся химией. Учился в Берлинском и Гейдельбергском университетах. Ученик Бунзена и Кекуле. С 1872 г. – профессор университета в Страсбурге, а с 1875 г. – в Мюнхене.

В 1870 г. вместе с Ф. Эмерлингом произвел полный синтез индиго, а позже установил структуру этого важнейшего природного красителя. Исследовал и другие красители, в частности, фенолфталеин. Открыл группу гидроароматических соединений, насыщенных водородом и не имеющих двойные связи, характерные для бензола. К ним относятся камфора, терпены. Кроме того, провел синтезы и изучил структуру многих других веществ.

Объясняя относительную устойчивость циклических соединений углерода, Байер разработал «теорию напряжения» (1885), отклонения сил валентности, которое не может произойти без некоторого сопротивления. Он первым предположил, что в процессе фотосинтеза в растениях сначала образуется муравьиный альдегид.

Получил Нобелевскую премию «за вклад, который он внес в развитие органической и промышленной химии своими работами по красящим веществам и гидроароматическим соединениям» (1905).

Работы Байера над синтезом индиго, изучением его структуры и поисками наиболее выгодных способов его производства продолжались два десятилетия. Была создана соответствующая технология и началось производство сравнительно дешевого искусственного красителя, и к концу XIX в. выращивание индигофера стало нерентабельным. Синтетика перешла в наступление на естественную продукцию.

Фишер Эмиль Герман

Фишер Эмиль Герман (1852–1919) – немецкий химик и биохимик. Родился в Эйскирхене, учился в Боннском и Страсбургском университетах. Был учеником А. Байера. Преподавал в Промышленной академии (Берлин), в университетах Страсбурга (с 1872) и Мюнхена (с 1875), где основал лабораторию, ставшую центром важных исследований его и его учеников.

Исследовал и синтезировал он пурин и ряд его производных, имеющих большое физиологическое значение (кофеин, гуанин, аденин, теобромин и др.), обобщив материалы в книге «Исследования пуриновой кислоты» (1907). Не менее важны его исследования углеводородов. Для сахаров он в 1890 г. создал четкую номенклатуру. Осуществил превращение глюкозы во фруктозу, изучил действие ферментов на сахара определенной структуры. Успешно изучал аминокислоты и действие ферментов, изложив полученные результаты в «Исследования углеводов и ферментов» (2 т., 1909, 1919).

«Выдающиеся заслуги Фишера, – писал М. Джуа, – получили всеобщее признание; в 1902 г. он получил Нобелевскую премию. Человек выдающегося аналитического ума, он позволял себе руководствоваться только экспериментальными наблюдениями и не предлагал гипотез без предварительного подтверждения их экспериментами».

Сабатье Поль

Сабатье Поль (1854–1941) – итальянский химик. Окончил Высший педагогический институт в Тулузе, там же – профессор (1884–1930), с 1911 г. – член Парижской АН. Исследовал термохимию сульфидов, селенидов, хлоридов и бромидов металлов. Затем изучал каталитическое гидрирование органических веществ в присутствии никеля. Эти работы имели большое значение для химической промышленности.

В 1902 г. при гидрогенизации ацетилена над металлическим никелем получил смесь углеводородов, напоминающую нефть. Опубликовал фундаментальную монографию «Катализ в органической химии» (1913). Нобелевская премия «за метод гидрогенизации органических соединений в присутствии тонкоизмельченных металлов» (1912).

Вернер Альфред

Вернер Альфред (1866–1919) – швейцарский химик. Родился в Мюльхаузене (Эльзас), окончил Высшую политехническую школу в Цюрихе, защитил докторскую диссертацию «О пространственном распределении атомов в соединениях азота» (1890). Исследуя строение неорганических соединений, отверг представления о постоянной и направленной валентности.

Он разработал координационную теорию, согласно которой наряду с основными (первичными) валентностями существуют дополнительные (вторичные). Ввел понятие «координационного числа», показывающего, сколько групп атомов расположено вокруг центрального атома. Его теория позволила привести в строгую систему обширный экспериментальный материал. Изложил свои выводы в монографии «Новые воззрения в области неорганической химии» (1905).

Свои идеи он распространил на объекты органической химии. Кроме того, разработал теорию кислот и оснований, основываясь на повышенной концентрации водородных положительных ионов (кислоты) или отрицательных ионов ОН (основания). Нобелевская премия «за работы по исследованию связи атомов в молекуле, внесшие ясность в некоторые уже известные области науки и открывшие новые области, прежде всего в органической химии» (1913).