khimie.ru

Закон отрицания, отрицания как основной закон развития более или менее легко прослеживается на истории любого крупного теоретического открытия. Каждая новая теория, являясь критикой (отрицанием) предшествующих воззрений, в то же время включает в себя их рациональное зерно в качестве составной части. Чтобы представить себе, например, характер творческой деятельности Бутлерова Александра Михайловича, попробуем бегло пробежать историю до-бутлеровских теоретических представлений (сам Бутлеров, прежде чем сформулировать основные положения своей теории, делает это очень обстоятельно).

За время своего существования представления о природе химического сродства несколько раз менялись самым коренным образом; очевидно, что так будет продолжаться и впредь. После всеобщего признания классической механики Ньютона Бойль, Бертолле и многие их современники склонны были истолковывать силы химического сродства как силы тяготения. Характерно, однако, что уже XVII в. в основе большинства «безумных» гипотез о природе сродства лежали в той или иной форме представления о прерывистом, дискретном строении вещества. С той или иной мерой последовательности химики с давних времен оперируют понятиями «атом», «молекула», «химическая частица» и т. п. Наивная, с нашей теперешней точки зрения, механистическая теория Николая Лемери (XVII в.) объясняла сродство как взаимодействие колючих и пористых атомов — что-то вроде того, как ежик «взаимодействует» с яблоком, нацепив его на колючки. После триумфальных работ А. Вольты, а затем Г. Дэви и И. Берцелиуса стало ясно, что многие сложные вещества действием электрического тока могут быть разложены на более простые. Одна часть сложной молекулы собирается вблизи катода, другая — на аноде. Отсюда вполне естественная гипотеза Берцелиуса о гом, что эти составные части сложных тел несут противоположные заряды, а в самой сложной молекуле связаны за счет сил электростатического притяжения. Так возникла дуалистическая теория, оказавшаяся очень полезной в неорганической химии. Применительно к ионным солям (КС1, КВr и т. п.) она, по существу, справедлива и сейчас.

В случае органических соединений теория Берцелиуса была менее эффективной, однако и здесь, опираясь на основные ее положения, можно было предвидеть ряд новых реакций (например, замещение водорода на натрий в спиртах, реакции взаимозамещения галогенов и циана). Главная трудность применения дуалистической теории в органической химии состояла в сложности органических объектов; там, где в минеральных солях чаще всего приходилось иметь дело с противоположно заряженными атомами, в органических моделях составными частями молекул оказывались сложные группировки — радикалы. Простейший из них — циан — был известен еще из работ Гей-Люссака (1815 г.).

В 1832 г. Либих и Велер заметили, что большое количество производных бензойной кислоты содержит одну и ту же не изменяющуюся в ходе реакций группировку С₆Н₅СО — (радикал бензоил): С₆Н₅СО‒Н — бензальдегид; С₆Н₅СО‒С1 — хлористый бензоил; С₆Н₅СО‒ОН — бензойная кислота; С₆Н₅СО—ОС₂Н₅ — эфир бензойной кислоты. Стремясь облегчить применение дуалистической теории в органической химии, Либих и Велер объявили эти радикалы «элементами» органической химии; как и положено элементам, радикалы считались химически неизменными. Так возникла теория радикалов и сложилась терминология («хлористый этил» и т. п.), которой мы пользуемся до сих пор.

Дуализм Берцелиуса вошел в новую теорию в качестве составной части; иными словами, теория радикалов была попыткой приспособить дуалистическую теорию к органическим объектам. Однако это был уже серьезный шаг вперед, так как появилась возможность манипулировать в рассуждениях сразу целыми группировками и таким образом как-то предвидеть ряд новых превращений. В то же время теория радикалов несла в себе и недостатки дуализма. В частности, из этой теории следовало, что «положительный» атом водорода можно заменить на «положительный» же радикал, но никак не на «отрицательный» хлор. С точки зрения обеих теорий это было бы совершенно невероятно. Однако в 1833— 1839 гг. Жан Дюма открыл именно замещение водорода хлором (реакция металепсии). При действии хлора на уксусную кислоту с удивительной легкостью происходило изменение хорошо, казалось бы, знакомого и до сих пор «неизменного» радикала (ацетила):

С1₂+СН₃СООН → С1СН₂СООН + НС1

С1СН₂СООН ‒ монохлоруксусная кислота

В избытке хлора реакция шла и дальше — вплоть до трихлоруксусной кислоты СС1₃СООН. Трудно пришлось Дюме: вопреки очевидности, его работы опровергались и Белером, и Либихом, и самим Берцелиусом. Вскоре выяснилось, однако, что с новыми фактами придется как-то примириться. Но как?

Выход из положения предложил Шарль Жерар. После открытия реакции металепсии, а тем более после того, как стала очевидной невозможность получения радикалов в свободном состоянии, действительно можно было подумать, что старая теория только неверна и должна быть отброшена. Жерар с того и начал, что попытался ее «отбросить», выдвигая против каждого из ее тезисов свой антитезис. Если раньше имели в виду только предполагавшуюся неизменность радикалов, то Жерар, а затем и его друг О. Лоран главное внимание обращали именно на их изменчивость. В основе этой изменчивости лежало, по Жерару, глубокое сходство между органическими реакциями и превращениями простейших неорганических веществ — воды, аммиака, водорода. Так сложилась теория типов. Эта теория рассматривала все органические вещества как производные их неорганических прототипов. «Тип воды», например, объединяет спирты, простые эфиры, кислоты, их ангидриды. После ожесточенной борьбы теория типов стала почти общепринятой, чему очень способствовало предсказание на основе этой теории аминов и замещенных солей аммония (тип аммиака).

Теория типов вплотную подводила к понятию о валентности; когда же это понятие было введено, оставалось только постулировать тип метана, чтобы получить важнейший .для органической химии вывод о четырехвалентности углерода. Система Жерара была первым удачным опытом научной классификации органических соединений и обладала, как видите, значительной предсказательной силой.

В противовес дуализму Берцелиуса Жерар назвал свою Систему «унитарной» (т. е. единой); в противовес теории радикалов — отверг даже сам термин «радикал» и ввел вместо него слово «остаток». Он считал, что тем самым «разделался» с предшественниками. Только вот разделался ли? Радикалы в его формулах присутствуют слишком уж явно, а оттого, что они называются теперь «остатками», суть дела не меняется…

Формулы Жерара уже имеют определенные черты сходства со структурными формулами Купера и Бутлерова, однако сходство это, по существу, чисто внешнее. Само понятие о химическом строении в унитарной теории совершенно отсутствовало. Жерара интересовал только состав. Кроме того, отнесение сложных молекул к тому или иному типу можно было сделать по-разному в зависимости от способа его получения, в связи с чем для одного и того же вещества можно было написать несколько различных формул. По мере накопления новых экспериментальных данных число таких формул увеличивалось, а также вводились все новые и новые типы.

Период блестящих предсказаний закончился, и теория начала отставать от эксперимента. В таких случаях теория, пусть даже самая полезная в недалеком прошлом, становится тормозом. Вместе с тем в истории химических воззрений теория типов сыграла важную роль, поскольку ее развитие привело к созданию представлений о валентности, а только на базе этих представлений возникло понятие о химическом строении молекул. А. М. Бутлерову, который ввел это понятие в 1861 г., осталось сделать только последний решающий шаг, на который теория типов была органически неспособна «химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением».

Сознавая всю ценность теории химического строения для дальнейшего развития органической химии, А. М. Бутлеров был далек от мысли считать ее вечной и неизменной. Неоднократно подчеркивая, что возникновение труктурной теории стало возможным только благодаря заботам его предшественников, Бутлеров вместе с тем предвидел то время, когда его теория, в свою очередь, станет лишь составной частью новой, более совершенной теории. Однако теория строения оказалась очень значительным революционным событием в ходе эволюции химических воззрений; до сих пор значение ее для химической практики невозможно переоценить.

Стоит все же иметь в виду, что теория строения даже существенно дополненная новейшими физическими и квантовохимическими представлениями, бессильна ответить на вопрос о природе элементарных актов химических реакций, т. е. об их механизме. Она говорит только о том, чем вещество было и чем оно стало; вопрос «как?» — не ее возможностей.