История химии
Д. Н. Трифонов
Становление органической химии.
Казанская химическая школа
(Из книги «История химии в России. Краткие очерки»)
В перечне имен виднейших отечественных исследователей середины и конца XIX в.
заметное большинство составляют химики-органики.
В
первой половине XIX в. органическая химия получила наибольшее развитие во
Франции и Германии. Её успехи во многом связаны с именами немцев Ф. Вёлера, Ю.
Либиха, Р. Бунзена и французов А. Дюма и Ш. Вюрца. Именно в их лабораториях
стажировались молодые русские исследователи, которые стали основоположниками
развития органической химии в нашей стране. Отметим, что научные командировки
отечественных химиков за границу с 1830-х гг. начинают принимать массовый
характер. Накопленные опыт и навыки впоследствии оказались чрезвычайно
полезными.
«Дедушкой
русской химии» назвал Д.И. Менделеев А.А. Воскресенского. Этот ученый
фактически стимулировал начало систематических исследований органических
соединений в России. Ученик Г.И. Гесса, он продолжил своё образование в
лаборатории Либиха в Гисене. Здесь он впервые установил элементный состав
нафталина и хинной кислоты, определил состав и предложил формулу хинона (1838).
Вернувшись на родину, Воскресенский в 1841 г. выделил природный алкалоид —
теобромин. Подобные достижения сделали бы честь любому химику-органику. Однако
вскоре Воскресенский фактически прекратил экспериментальные исследования,
целиком посвятив себя педагогической деятельности, чем немало способствовал
подготовке высококвалифицированных кадров русских химиков.
По
окончании Казанского университета два года проработал у Либиха и Н.Н. Зинин.
Возвратившись в Казань, он продолжил разработку способа приготовления бензоина
из бензойного альдегида (горькоминдального масла) и в 1841 г. впервые
осуществил бензоиновую конденсацию — один из главных методов синтеза ароматических
кетонов. Мировую известность принёс ему следующий, 1842-й год, благодаря
открытию реакции восстановления ароматических нитросоединений. Это позволило
Зинину получить анилин и нафтиламин. Реакция Зинина имела огромное практическое
значение, поскольку стала базовым процессом в анилокрасочной промышленности.
Вообще бензойный альдегид оказался одним из главных «действующих лиц»
исследований учёного, ибо большинство их было так или иначе связано с этим
исходным соединением. История справедливо причисляет Зинина к числу величайших
мастеров органического синтеза, а уж в России-то равных ему были буквально
единицы. Вальден называл его «русским Либихом, который создал в России
органическую химию и школу органических химиков». Авторитет Зинина среди отечественных
исследователей был настолько высок, что когда в 1868 г. было учреждено Русское
химическое общество, он был единогласно избран первым его президентом.
Младший
современник Воскресенского и Зинина — A.M. Бутлеров — считается наряду с Д.И.
Менделеевым наиболее яркой фигурой отечественной химии девятнадцатого столетия.
Будучи выпускником Казанского университета, он с 1851 по 1857 гг. провёл за
границей, работая в Париже у Ш. Вюрца и в Гейдельберге у А. Кекуле. Последний
оказал большое влияние на формирование его теоретических представлений. По
словам самого А.М. Бутлерова, пребывание в лабораториях европейских учёных
завершило его «превращение из ученика в учёного».
Пожалуй, он был излишне скромен в самооценке, ибо зарубежная деятельность А.М.
Бутлерова характеризовалась достаточно высокой самостоятельностью.
«Звёздным»
стал для А.М. Бутлерова 1861 год, когда он впервые синтезировал
гексаметилентетраамин (уротропин) — соединение, важное в практическом и в
теоретическом отношении, а также осуществил полный синтез сахаристого вещества,
которое назвал «метиленитаном». А 19 сентября на Съезде немецких врачей и
естествоиспытателей в Шпейере учёный выступил с докладом «О химическом строении
веществ». В нём он сформулировал основные постулаты своей знаменитой теории
строения органических соединений. Исходный постулат гласил: «....Химическая
натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей,
количеством их и химическим строением... Каждый химический атом, входящий в
состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь
определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства)». Хотя
далеко не все современники разделяли представления А.М. Бутлерова и выступали с
возражениями, теория химического строения оказала заметное влияние на развитие
органической химии. Более того, она по существу стала первым фундаментальным
обобщением эмпирических фактов в органической химии, принадлежащим русскому
ученому. В период 1830-1850 гг. западноевропейские учёные предложили немало
теорий, которые ставили целью объяснить строение и свойства органических
соединений. На смену одной теории приходила другая, часто противоположная по
сути. Однако все эти теории в конечном счете внесли свой вклад в окончательное
утверждение атомно-молекулярного учения. В России же в этот период органическая
химия оставалась сугубо экспериментальной наукой. Главной её задачей был синтез
новых соединений. С появлением теории А.М. Бутлерова ситуация заметным образом
начала меняться.
Прежде
всего сам ее автор широко применял свою теорию в экспериментальных работах
подобно тому, как спустя несколько лет Д.И. Менделеев будет использовать
прогностические возможности периодической системы для предсказания
существования и свойств неизвестных элементов. На основе теории строения А.М.
Бутлеров в 1864 г. предсказал и объяснил явление изомерии у многих органических
соединений, а также осуществил синтез и установил строение целого ряда
предельных и непредельных соединений. Отметим еще одно примечательное обстоятельство:
в первые десятилетия своего становления отечественная органическая химия
концентрировалась на исследованиях ароматических соединений. Начиная же с
1860-х гг. значительный размах получают работы, касающиеся алифатических
соединений.
В
1864-1866 гг. А.М. Бутлеров работал над учебником «Введение к полному изучению
органической химии». По характеристике, данной Вальденом, это был «первый
учебник на русском языке, в котором на основании нового учения о химической
структуре была изложена вся органическая химия. Он же — первый учебник вообще,
давший в сжатой форме последовательное и полное применение этого учения».
Пожалуй,
лучшие творческие годы жизни А.М. Бутлерова связаны с Казанским университетом.
Однако, переехав в 1867 г. в Петербург, он продолжал не менее активную
деятельность. В Петербургском университете А.М. Бутлеров подготовил плеяду
учеников, многие из которых стали выдающимися химиками.
Среди
видных петербургских исследователей середины XIX в. нельзя не упомянуть Ю.Ф.
Фрицше и Б.С. Якоби. Первый из них, уроженец Саксонии, прожил в России более 40
лет. Он был искусным экспериментатором, но его оригинальные работы не имели
внутренней связи между собою, относясь к разным проблемам химии, хотя их
«органическая составляющая» была весомой. Фрицше первым в России выделил анилин
из индиго и получил антраниловую кислоту (1840), синтезировал
динитроантрахинон, который дает цветную реакцию с ароматическими
углеводородами, и извлек антрацен из каменноугольного дегтя (1866).
Б.С.
Якоби, получивший образование в Берлинском и Гёттингенском университетах,
возродил в России интерес к электрохимическим исследованиям. К его крупнейшим
достижениям относится открытие в 1838 г. гальванопластики.
Как
мы видим, деятельность исследователей органической химии в нашей стране была
связана в значительной степени с Казанским университетом. В его стенах и
возникла первая отечественная химическая школа. Вообще говоря, понятие «научная
школа» не имеет однозначного определения. Она может представлять сообщество
учёных, совместно
разрабатывающих одну или несколько близких проблем. В другом случае школу может
возглавлять крупный учёный-лидер, сотрудники и ученики которого занимаются
разработкой выдвинутой им фундаментальной идеи. Казанская химическая школа
скорее отвечает первому типу. Но всё же главная особенность её состояла в том,
что она стала подлинной кузницей кадров отечественных химиков -органиков.
Основателем Казанской школы по праву следует считать Зинина. Как говорил его
ученик Бутлеров, имя Зинина «открывает собой целый ряд имён русских химиков,
сделавшихся известными в науке, и большинство этих химиков — ученики Зинина или
ученики его учеников». После переезда Зинина в Петербург его традиции в
Казанском университете продолжал и развивал Бутлеров. В числе его воспитанников
такие видные исследователи-органики, как В.В. Марковников и А.М. Зайцев.
Из
всех русских химиков В.В. Марковников внёс наиболее существенный вклад в теорию
химического строения Бутлерова, в частности, развил учение о взаимном влиянии
атомов. Он дал также чёткие определения понятий «изомерия» и «метамерия»,
сформулировал правила о направлении реакций замещения, отщепления,
присоединения по двойной связи и изомеризации в зависимости от строения
химического соединения (правила Марковникова). Марковников практически заложил
основы нефтехимии и открыл новый класс органических соединений — нафтены.
А.М.
Зайцеву принадлежат фундаментальные работы в области органического синтеза.
Среди них в первую очередь следует отметить разработанные им в 1870-1875 гг.
методы получения спиртов различных классов через цинкорганические соединения.
Подобные методы вскоре оказались универсальны ми для многих направлений
органического синтеза.
Именно
деятельность «выпускников» Казанской химической школы в существенной степени позволила
преодолеть отставание отечественной органической химии от западноевропейской, а
в ряде случаев и превзойти достижения последней.
Химическая
лаборатория в Казанском университете была открыта в 1837 г. Ее первым
заведующим стал К.К. Клаус, окончивший Дерптский университет. Впоследствии он
внес существенный вклад в изучение платиновых металлов, чему в немалой степени
способствовали его исследования в Дерптском университете вместе с Г. Озанном.
В
1844 г. в отходах от переработки платиновой руды Клаус открыл новый химический
элемент — рутений, название которого произошло от латинского названия России —
Рутениа. Рутений был последним, остававшимся неизвестным представителем
семейства благородных металлов. Й. Берцелиус, высоко оценивший это открытие, писал
казанскому учёному, что его имя «будет неизгладимо начертано в истории химии».
Клаус мог бы стать основоположником систематического исследования платиновых
металлов в нашей стране. Его работы в то время заметно превосходили мировой
уровень. Он изучал не только свойства отдельных элементов семейства, но и
пытался установить закономерности изменения этих свойств. Клаус впервые
предложил разделять платиновые металлы на две группы: лёгкие (рутений
-родий-палладий) и тяжёлые (осмий-иридий-платина). Он изучал и комплексные
соединения платины, в частности, аммиакаты. В 1854 г. учёный опубликовал на
немецком языке монографию «Материалы к химии платиновых металлов», содержавшую
богатейший справочный материал. На русском языке этот труд был издан только в
1928 г. К сожалению, у Клауса не оказалось ни учеников, ни последователей. Если
бы его работы были продолжены, Россия вышла бы на передовые позиции в
исследованиях по химии комплексных соединений, поскольку для этой области
платина и платиноиды представляют благодатнейший объект. Только в конце XIX в.,
уже после создания швейцарским ученым А. Вернером координационной теории эти
соединения стали изучать Н.С. Курнаков и Л.А. Чугаев.
