"Дремучий лес" органической химии

Становилось ясно, что никакой жизненной силы не существует, что вещества, выделенные из организмов растений и животных, могут быть синтезированы искусственным путем, что они имеют ту же природу, что и все прочие вещества. Нужна была теория, которая объясняла бы, как построены органические вещества, почему они гораздо сложнее и много численнее веществ неорганических.

Одна из первых теорий органической химии - теория радикалов - тесно связана с электрохимической теорией уже известного нам Берцелиуса (расцвет ее приходится на 1820-1840 годы). Этот ученый занимался в основном неорганическими соединениями. Подвергая действию электрического тока соли, основания, кислоты, Берцелиус сделал вывод, что все вещества состоят из двух частей, несущих противоположные заряды. И хотя растворы большинства органических соединений электрический ток не проводят, Берцелиус утверждал, что все они также состоят из двух противоположно заряженных частей - радикалов. Радикалы столь же прочны, как и атомы в неорганических соединениях, при химических превращениях они переходят из одной молекулы в другую, не изменяясь. Получалось, что группа атомов - радикал - по своим функциям аналогична одному атому в неорганической химии.

В 1832 г. Либих и Вёлер выполнили классическую работу, которая способствовала укреплению авторитета теории радикалов. Эти ученые исследовали "горькоминдальное масло" (С₇H₅O). Оказалось, что из него молено получить ряд других соединений, содержащих группу C₇H₅O (эта группа была названа радикалом бензоилом): С₇Н₅O-ОН - гидроокись бензоила, С₇Н₅О-ONa - бензонатриевая соль. (Теперь мы знаем, что "горькоминдальное масло" - это бензойный альдегид, а гидроокись бензоила - это бензойная кислота.)

Заметим, что современные химики широко оперируют самим понятием "радикал" (вспомним, например, радикалы метил СН₃, этил С₂Н₅). Но не стоит забывать, что мы вкладываем в понятие "радикал метил" совсем иной смысл, нежели сторонники этой теории. Так, они считали, что радикалы, как и атомы, могут спокойно существовать в свободном состоянии и что изменить радикал, как и атом, невозможно.

Каково же было замешательство Берцелиуса и его учеников, когда всего через несколько лет французский химик Дюма провел хлорирование уксусной кислоты! По теории радикалов уксусная кислота состоит из радикала ацетила С₂Н₃О и гидроксильной группы ОН. Дюма нашел, что в уксусной кислоте атом водорода легко замещается на хлор, причем образующаяся хлоруксусная кислота не сильно отличается по свойствам от уксусной:

Что же это значит? Радикал ацетил легко изменяется? Берцелиус, Вёлер и другие сторонники теории радикалов не могли смириться с этим открытием. Результат Дюма подвергся сомнению. Но факты - упрямая вещь. От теории радикалов пришлось все-таки отказаться. Ее сменила теория типов, развитая в 1840-1860 годах Жераром и Лораном. По этой теории молекула не состоит из разноименно заряженных частей, а представляет единое целое. При реакции молекулы распадаются на остатки, которые в отличие от радикалов не могут существовать в свободном состоянии. Исходя из реакций, характерных для данных соединений, эти вещества относятся к нескольким типам.

Жерар считал, что все органические соединения можно подразделить на четыре типа:

Ангидриды одноосновных органических кислот следовало, таким образом, отнести к типу воды, в молекуле которой оба атома водорода замещены на остатки кислот:

Позже Кекуле предложил новые типы соединений, в том числе и тип метана. К этому типу относились хлорпроизводные метана, нитрометан:

Пока химики имели дело с относительно простыми веществами, все было гладко. Теория типов позволяла даже наглядно и понятно записывать химические реакции. Например, замещение водорода на хлор в метане выглядело таким образом:

Но потом теория типов под натиском новых открытий начала трещать по швам. Вот пример "предсказательной" возможности этой теории: соединение с формулой С₆Н₆ должно существовать в виде двух изомеров:

тогда как на самом деле известен лишь один-единственный этан.

Был открыт глицерин, и оказалось, что в его молекуле три гидроксильные группы. Пришлось изобретать "кратные типы". А уже известную нам хлор-уксусную кислоту пришлось отнести к двум типам сразу - к типу воды и к типу хлороводорода:

Возникла путаница, и неудивительно, что и Жерар, и Кекуле считали, что формулами можно изобразить превращения веществ, но не их строение, что одному и тому же веществу может соответствовать несколько рациональных формул.

Да, в трудном положении оказались органики первой половины прошлого столетия. Уже известный нам сторонник теории радикалов Фридрих Вёлер писал в 1835 г., что органическая химия представляется ему дремучим лесом, чащей, из которой нельзя выбраться.