Александр Михайлович Бутлеров

Современные представления о строении органических соединений - особенно введение понятия химического строения - основаны главным образом на исследованиях русского химика А. М. Бутлерова. Кроме этого основополагающего значения работ Бутлерова они сыграли очень большую роль в становлении химии в царской России. Бутлеров придал еще более широкий размах русской школе органической химии, созданной его учителем Н. Н. Зининым, и укрепил ее международное признание.

Александр Михайлович Бутлеров²⁸ родился 25 августа 1828 г. в городе Чистополе Казанской губернии²⁹. Заинтересовавшись в юности естественными науками, Бутлеров уже в шестнадцатилетнем возрасте поступил на физико-математическое отделение философского факультета Казанского университета³⁰.

Александр Михайлович Бутлеров (1828-1886)

Казанский университет в то время был центром естественнонаучных исследований и преподавания этих наук в России. Имена Химиков и математиков этого университета были известны далеко за пределами России. У молодого студента отчетливо проявилась особая склонность к химии, и его учителя К. Клаус и Н. Н. Зинин предоставили Бутлерову возможность более глубоко изучать эту область знания. Большое значение они придавали подготовке студентов в области препаративной органической химии.

В 1849 г. Бутлеров закончил университет и в 1850 г. был оставлен в нем для подготовки к преподавательской деятельности. В 1857 г. Бутлеров стал ординарным профессором химии Казанского университета, в котором он преподавал до 1868 г. В соответствии с традициями Бутлеров неоднократно выезжал в командировки за границу. Вторая его поездка за границу оказалась знаменательной для развития органической химии. Во время этой поездки в 1861 г. он посетил в Шпейере Съезд немецких естествоиспытателей и врачей и выступил там со знаменитым докладом "О химическом строении веществ", в котором изложил основные положения своей теории строения органических соединений.

За время деятельности в Казанском университете с 1861 по 1868 г. Бутлеров главным образом занимался экспериментальными исследованиями, направленными на разработку теории химического строения. В это же время он опубликовал учебник "Введение к полному изучению органической химии", немецкий перевод которого вышел уже в 1868 г. Появление немецкого издания этого учебника ясно показало большое значение результатов научной работы Бутлерова для развития органической химии и для подготовки начинающих химиков.

Александр Абрамович Воскресенский (1809-1880); русский химик, профессор химии в Петербурге

В 1869 г. в качестве преемника ученика Ю. Либиха А. А. Воскресенского Бутлеров был приглашен в Петербургский университет. Исследования в Казани продолжили его ученики - А. М. Зайцев, А. Н. Попов и самый известный из них В. В. Марковников.

В Петербурге Бутлеров проводил исследования в области органической химии. В 1874 г. он стал действительным членом Петербургской Академии наук.

Не только студенты, но и немало профессоров слушали его лекции в переполненных аудиториях. В 1885 г. Бутлеров прекратил преподавательскую деятельность.

Бутлеров умер 17 августа 1886 г. в своем имении Бутлеровке, расположенном недалеко от Казани.

Когда Бутлеров работал в Петербургском университете, органическая химия была уже самостоятельной областью химии.

Выдающиеся химики, такие, как Кекуле, Эрленмейер, Кольбе, А. В. Гофман и другие в Германии, Марковников, Фрицше, а также химик и знаменитый композитор А. П. Бородин, преподававшие органическую химию в русских университетах и других высших учебных заведениях, продолжали разработку этой дисциплины.

Научная деятельность Бутлерова приходилась на период быстрого прогресса науки и техники и совпала по времени с буржуазно-демократическим этапом развития освободительного движения в России. Начало капиталистического способа производства в России, чему способствовал приток иностранного капитала в страну, было тесно связано с кризисом феодальной системы, следствием которого была отмена крепостного права (1861 г.). Бывшие крепостные крестьяне потянулись в города, чтобы найти работу на вновь открытых фабриках. С началом развития капиталистического способа производства, основанного на машинной технике, перед русской интеллигенцией встали большие задачи по распространению естественнонаучных и технических знаний в широких кругах русского народа.

Бутлеров проявлял особый интерес к повышению уровня образования населения страны и прежде всего к достижению равных возможностей для получения женщинами высшего образования. Бутлеров провел громадную работу по преодолению отсталости высших учебных заведений России. Будучи ректором Казанского университета, членом Петербургской Академии наук, одним из основателей и некоторое время президентом Русского химического общества, Бутлеров много сделал для развития науки в России и резко выступал против реакционных сил, мешавших научной работе.

Бутлеров организовал изучение естественных наук, особенно при подготовке будущих химиков, в соответствии с опытом, который он приобрел во время своей поездки в Германию и Францию, где он ознакомился с лабораториями Мичерлиха, Бунзена, Кольбе и Вёлера в Германии, Вюрца в Париже. Со всеми этими химиками он и в дальнейшем поддерживал дружеские отношения³¹.

Работа Бутлерова по структурной теории, как и труды А. Купера, Кекуле, Кольбе, Зинина и других химиков, была необходима, чтобы теоретически обобщить и научно объяснить многочисленные эмпирические факты, накопленные в органической химии. Заслугой Бутлерова перед его современниками было то, что он первым высказал убеждение в реальности существования атомов и познаваемости внутренней структуры химических молекул. Бутлеров сказал в своем докладе в Шпейере: "химические свойства вещества обусловливаются химической связью составляющих его элементов. Полагая, что каждому химическому атому свойственно лишь определенное и ограниченное количество, химической силы ("сродства"), с которым оно принимает участие в образовании тела, я назвал бы химическим строением эту связь, или способ взаимного соединения атомов в сложном теле" [55, с. 41-43].

В таких выражениях Бутлеров дал первое научное определение понятия "химическое строение". Основным положением его теории было следующее: "химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением" [56]. Этот тезис отчетливо показывает, что в научной работе Бутлерова ярко проявилось его стихийное диалектико-материалистическое мировоззрение, типичное для представителей передовой интеллигенции России того времени. Результаты работ Бутлерова позволили ученым отвергнуть представления агностиков, принявшие в химии форму "теории типов". Согласно положениям этой теории, принципиально невозможно познать строение молекул.

В отличие от ученых, последователей Бутлерова, например Марковникова в России и Эрленмейера-старшего в Германии, Кекуле вначале отнесся к учению Бутлерова отрицательно. До 1864 г., когда Кекуле и его ученики окончательно порвали с теорией типов, они понимали под химическим строением лишь четырехвалентность атома углерода и образование цепей "из атомов углерода. Такое толкование теории строения привело к тому, что Кекуле в 1865-1866 гг. сделал ошибочные выводы о существовании "трех изомеров пропанола. Когда Марковников в 1865 г. подверг резкой критике "Учебник органической химии" Кекуле, отношения между двумя важнейшими школами в органической химии ухудшились. Хотя Бутлеров в некоторых случаях придерживался устаревших взглядов, например о переменной способности к насыщению многих элементов³², он все же утверждал, что каждое соединение должно иметь единственную формулу, отвечающую его строению. На основе бутлеровской теории строения оказалось возможным объяснить открытое ранее явление изомерии и описать таутомерию.

Придерживаясь в химии стихийного материалистического мировоззрения, вне науки Бутлеров был идеалистом и даже приверженцем спиритизма. Против стремления Бутлерова дать спиритизму научное обоснование боролся Д. И. Менделеев, а Фридрих Энгельс подверг эту попытку критике в работе "Естествознание в мире духов" [5, с. 380]³³.

Бутлеров был выдающимся экспериментатором: он впервые получил немало органических соединений и разработал новые методы синтеза. В 1858 г. он синтезировал двухзамещенный йодистый метан, а год спустя - эфиры этановой (уксусной) кислоты, а также метандиол из йодистого метила и ацетата серебра³⁴. Во время проведения опытов по получению свободного метандиола Бутлерову удалось получить параформальдегид. Действуя на это вещество аммиаком, Бутлеров получил в 1860 г. соединение, которое он назвал гексаметилентетрамином и которое вскоре стало применяться в медицине под привычным нам названием уротропин.

Письмо Шорлеммера к Бутлерову (март 1874 г.); (оригинал хранится в архиве А. М. Бутлерова в Академий-наук СССР)

Наиболее известным синтезом, проведенным Бутлеровым, было получение в 1861 г. сахарообразного соединения из раствора гидроксида кальция и параформальдегида, который он назвал метиленитаном. Тем самым Бутлеров подтвердил высказанное Адольфом фон Байером предположение, что при восстановлении угольной кислоты образуется метаналь, конденсация которого должна приводить к углеводам³⁵. Так он указал путь, по которому в растениях происходит образование сложных соединений из двуокиси углерода и воды. Тем самым Бутлеров способствовал опровержению идеалистического учения о жизненной силе.

Выдающимися достижениями в области химии цепеобразных органических соединений были осуществленные Бутлеровым синтезы триметилуксусной (диметилпропановой) кислоты, диизобутилена [2,4,4-триметилпентена-(1)] и исследование пинаколиновой перегруппировки.

Результаты работ Бутлерова, как и исследований Бертло, Либермана и других химиков, внесли значительный вклад в развитие знаний о природе и свойствах углеводородов.

Проведенные Бутлеровым исследования спиртов привели к получению первого третичного спирта, а в дальнейшем - к первой правильной классификации спиртов.

Неоднократно современники Бутлерова пытались поставить под сомнение приоритет сделанных им открытий. Так, в 1867 г. Бутлеров еще раз отправился в заграничную командировку, чтобы защитить свои права.

Несмотря на отдельные разногласия и часто резкую взаимную критику, Бутлеров постоянно поддерживал дружеские отношения со своими зарубежными коллегами. Многие его работы публиковались в издаваемом Эрленмейером "Zeitschrift für Chemie". Разработка в середине XIX в. теории химического строения органических соединений была тесно связана с потребностями химической промышленности в создании простых и удобных для производства способов получения химических соединений. Важным шагом в этом направлении было установленное Кекуле, Кольбе и Купером и подтвержденное Шорлеммером представление о четырехвалентное™ атома углерода. Теория химического строения, созданная Бутлеровым, наконец, открыла путь для правильного понимания связи между строением и свойствами органических молекул.

Арчибальд Купер (1831-1892); английский химик, изучал четырехвалентность углерода

Бутлеров не дожил до окончательного признания своей теории. Два наиболее значительных русских химика, выступавших против теории Бутлерова - Менделеев и Меншуткин,- лишь спустя десять лет после смерти ее создателя признали справедливость этой теории. Менделеев тогда дал высокую обстоятельную оценку заслуг Бутлерова как основоположника теории строения³⁶.