Расположение атомов в пространстве

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^*. 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.

^* (Подробнее об этом см. в работах [178, с. 300-306; 217, с. 40-66; 218, с. 88-92; 219, с. 45-74].- Прим. ред.)

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"^*. 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.

^* (О "теории напряжения" Байера см. также в [217, с. 102-103].- Прим. ред.)

В 1893 г. Вернер выдвинул идею пространственного строения комплексных соединений металлов. Его гипотеза о координационных соединениях, создавшая основы классификации и номенклатуры комплексных соединений, в начале XX в. была подтверждена результатами рентгеноструктурного анализа^*.

^* (См. [220].- Прим. ред.)

В 1896 г. Пауль Вальден открыл явление, названное им "обращением" знака оптической активности. Оказалось, что в случае замены одного из атомов или радикалов при тетраэдрическом асимметрическом углеродном атоме на другой атом или радикал может либо сохраниться такая же по знаку оптическая активность, либо знак вращения меняется на противоположный; таким образом левовращающее соединение превращается в правовращающее и наоборот.

Спустя четыре десятилетия было обнаружено, что все живые организмы усваивают только _L-формы аминокислот. Поэтому все белки состоят только из _L-аминокислот, хотя различие между _D- и _L-формами одного и того же вещества состоит в том, что они соотносятся друг с другом, как предмет и его зеркальное отображение.

Благодаря развитию стереохимии структурная химия перешла от изображения формул веществ на плоскости к их изображению в трехмерном пространстве. Экспериментальное подтверждение и дальнейшее успешное развитие стереохимических представлений стали возможными лишь благодаря открытию электрона и созданию теории строения атомного ядра.

В конце XIX в. и особенно в XX в. количество полученных органических соединений росло в геометрической прогрессии. Ф. Бейлынтейн^* был одним из первых, кто осознал, какие трудности могут возникнуть у ученых в результате столь быстрого накопления данных. Все известные в то время соединения он систематизировал в "Справочнике по органической химии", который впервые вышел из печати в 1880-1882 гг. вначале в двух томах. Это издание разрасталось в том же стремительном темпе, в котором развивалась органическая химия. Оно продолжалось и после смерти Бейльштейна (1906 г.) под эгидой Немецкого химического общества. После второй мировой войны "Справочник" издается Институтом Бейльштейна (Франкфурт-на-Майне, ФРГ).

^* (Фридрих (Федор Федорович) Бейлынтейн (1838-1906) - профессор Петербургского технологического института (с 1867 по 1896 г.), член Петербургской Академии наук (с 1886 г.). О Бейлыптейне см.: Шмулевич Л. А., Мусабеков Ю. С. Федор Федорович Бейлынтейн. 1838-1906.- М.: Наука, 1971.- Прим. перев.)