Шарль Вюрц - создатель основ химии

Введение

Шарль Адольф Вюрц -- один из самых прославленных творцов научных основ химии. Превосходный теоретик, автор многих фундаментальных открытий, лежащих в основе современном синтетической химии, непревзойденный педагог и глава научной школы, организатор и руководитель ряда химических лабораторий, автор многочисленных печатных трудов, из которых большинство книг служило лучшим руководством в подготовке химиков в различных странах, замечательный популяризатор науки и отличный лектор --вот неполный перечень различных сторон многогранной деятельности Вюрца. Его имя стоит в одном ряду с именами таких его современников, как Бутлеров, Менделеев, Бертло, Дюма, Канниццаро, Кекуле.

Многие открытия Вюрца нашли применение в промышленности спустя десятилетия. Например, его синтезы аминов и этаноламинов, гликоля, окиси этилена, открытая им альдольная конденсация ныне используются химическими заводами ряда стран для получения десятков и сотен тысяч тонн ценнейших продуктов, идущих на нужды производства и быта. Производства красителей, лекарственных препаратов, синтетического каучука и пластмасс поверхностиоактивных моющих веществ, биологически активных веществ, антифризов, многочисленных взрывчатых соединений, синтетических веществ -- заменителей пищевого сырья-- и другие современные химические производства самым широким образом опираются на открытия и идеи Вюрца. Поэтому Вюрца можно смело причислить к сравнительно небольшой группе выдающихся химиков, чьи научные достижении имеют важное значение и в наши дни. Многие работы Вюрца используются в современной химической промышленности, а роль некоторых из них со временем даже возрастает.

Знакомясь с обширным научным наследием Вюрца, лишний раз убеждаешься, что актуальность историко-научных исследований не определяется хронологическими рамками описываемого периода. Однако изучение научного наследии Вюрца оставляет желать лучшего: ни о нем, ни о ею трудах нет широкого монографического исследовании, подобного многим работам, посвященным другим творцам химии. Брошюра III. Фрнделя о своем учителе (переведенная с небольшими добавлениями П. П. Алексеевым в 1887 г.), статья А. Гофмана в журнале Немецкого химического общества, опубликованная и том же году, несколько коротких некрологов в год кончины Вюрца (1884), небольшая статья о нем Э. Андре (1956) -вот, пожалуй и все, что было написано о жизни и творческой деятельности Вюрца. Кроме того, в некоторых книгах по истории органической и общей химии можно встретить краткий разбор отдельных ею исследований.

1. Жизненный путь Шарля Адольфа Вюрца

Вюрц родился 26 ноября 1817 г. в старинном городе Страсбурге, расположенном в Эльзасе -- провинции Франции, игравшей важную экономическую и политическую роль в жизни государства. Отец Шарля Адольфа -- деревенский пастор Жан-Жак Вюрц (1792--1845) отличался замкнутым и суровым характером, но это не мешало жителям деревни Вольфисгейм уважать его за строгие правила жизни и справедливость.

Мать Шарля --София Крейс в отличие от отца была жизнерадостной и ласковой женщиной, посвятившей жизнь воспитанию детей, а в дальнейшем и внуков. Детские годы будущего ученого протекали в тихой деревенской обстановке. На всю жизнь полюбил он сельские места, где весело проводил свой досуг с крестьянскими ребятишками. В 1826 г. Вюрц поступил в гимназию. Учился он прилежно и ровно, вначале одинаково внимательно относясь ко всем изучаемым предметам, а затем ценно проявляя все больший интерес к естественным наукам. В 1828 г. 11-летним мальчиком Вюрц уже с удовольствием прослушал публичный курс лекций по ботанике

Каникулы он обычно проводил в имении бабушки в Бан-де-Лярош. Веселые прогулки по живописным окрестностям, экскурсии на прядильные, ткацкие и красильные фабрики, тогда только зарождавшиеся, посещение рудников -- все это увлекало и интересовало наблюдательного юношу. Впечатления этих дней сохранились у Вюрца на всю жизнь.

В 1834 г Вюрц окончил гимназию и получил звание бакалавра (аттестат зрелости). Большинство его товарищей поступило в протестантскую семинарию. Отец Вюрца желал чтобы и его сын получил богословское образование, но 17-летний юноша уже выбрал свой путь - его привлекала только научная деятельность. Как и его друг Эмиль , Копи (тоже сын пастора, впоследствии известный профессор химии в Страсбурге, затем в Цюрихе), Вюрц твердо решил посветить себя химии. Еще в гимназии он увлекается опытами по физике и химии В качестве первом лаборатории Вюрц использовал домашнюю прачечную. Отец неодобрительно относился к этим затеям так как и думать не хотел, чтобы его сын избрал неперспективную тогда карьеру химика. Он потребовал, чтобы Шарль занимался если не богословием, то хотя бы медициной -- профессия врача сулила обеспеченную жизнь[1]. Юноша подчинился воле властного родителя, зная, что студенты медики имеют возможность но только посещать лекции но химии, но и заниматься научными изысканиями в этой области.

Поступив на медицинский факультет Страсбургского университета. Вюрц уже в 1835 г. по конкурсу назначается помощником препаратора химии, а вскоре и препаратором химии, фармации и физики. Четыре года спустя он защищает диссертацию на медико-химическую тему: "Химическая история желчи в здоровом и патологическом состоянии" и получает место заведующего химическими работами. Под руководством профессора Коль Вюрц работает в этой должности до отъезда из Страсбурга. (Впоследствии Кольо работал в парижской лаборатории, руководимой Вюрцем).

В 1843 г. молодой ученый защищает новую диссертацию: "Исследование альбумина и фибрина", которая приносит ему ученую степень доктора медицины и почетную медаль факультета. В это время в научной жизни Вюрца происходит еще одно важное событие он получает годичную командировку в Германию, в Гисен к знаменитому тогда химику Юстусу Либиху. Химическая лаборатория Либиха привлекала к себе химиков многих стран[2]. Либих хорошо принял Вюрца и предоставил ему место в своей лаборатории, где молодой французский ученый провел исследование фосфорноватистой кислоты. По просьбе Либеха Вюрц перевел на французский язык несколько его статей, что в значительной степени способствовало распространению идеи Либиха но Франции. Перевод и публикации этих статей помогли Вюрцу наладить научные связи со многими именитыми французскими химиками, первым среди которых был Ж. Б. Дюма.

В лаборатории . Либиха Вюрц познакомился со многими химиками ставшие впоследствии его друзьями. Особенно близко он сошелся с Гофманом - одним из основателей химии органических красителей, Штреккером - замечательным химиком синтетиком и педагогом и Коппом - автором превосходного четырехтомника "Истории химии", в дальнейшем профессором в Гейдельберге. Год жизни и работы в Гисене прошел быстро. Настало время возвращаться на родину. Либих с большим сожалением простился с Вюрцем, которого сотрудники лаборатории успели полюбить за острый ум, веселый нрав и доброе сердце. Из Германии Вюрц через Вену возвратился в Страсбург и сразу же стал хлопотать о переезде в Париж, где в то время были сосредоточены лучшие Французские научные силы: только там молодой ученый мог получить возможность широкого проведения научных исследований. Весенним днем 1844 г. Вюрц получил радостную весть из Парижа его приглашал к себе работать Л. Ж. Балар известный французский ученый, открывший новый химический элемент бром. С Баларом Вюрц проработал недолго, так как ему представилась возможность перейти и лабораторию Дюма[3], что он и сделал. Здесь Вюрц занял освободившееся после отъезда Пириа в Италию и Стаса в Бельгию место и срезу же приступил к исследовательской работе. В лаборатории Дюма Вюрц приобрел новых товарищей по науке - Каура, Ле-Блана, Мельсенса, Буи. Дюма справедливо гордился такой блестящей плеядой учеников. В 1845 г. Дюма пригласил Вюрца в качестве препаратора на свою Кафедру в Медицинской школе. В помошнеки ему он рекомендовал Каванту, Сына известного ученого, открывшего вместе с Пеллетье хинин и циихонин[4]. Каванту, впоследствии избранный членом Медицинской академии, был хорошим помощником Вюрца, в скоре стал и его близким другом. Дружеские отношения Вюрца с Каванту- сыном распространились и на Каванту- отца.

Наряду с работой у Дюма Вюрц в течение пяти лет (1845--1850) руководил химическими работами второго и третьего курсов Центральной школы искусств и мануфактур.

В 1847 г., превосходно выдержав экзамен, он прошел по конкурсу "временным профессором" Медицинской школы. При вступлении на эту должность Вюрц прочел блестящую лекцию "О продуктах сухой перегонки". В учебном 1849 г. он уже вел курс органической химии, заменяя Дюма. Неудобная темная химическая лаборатория Медицинской школы была расположена на чердаке. Естественно, она не удовлетворяла Вюрца и он собственными руками ремонтировал и улучшал ее. Но все же желание иметь лучшие условия для работы заставили Вюрца создать в 1850 г. вместе с Дольфусом и Вердейлем частную лабораторию.

Вюрц явился подлинным научным руководителем этого нового химического центра. Он провел в нем много ценных исследований, организовал практические занятия молодых ученых, некоторые из которых стали впоследствии известными химиками. У Вюрца учились, например, биохимик Марсе, агрохимик Рислер, химик-органик Перр промышленный химик Шерер-Кестне. К сожалению, лабораторию вскоре пришлось закрыть, так как арендуемое помещение было продано его хозяином другому лицу.

В 1850 г. в Версале создается агрономический институт, куда Вюрца приглашают профессором химии, Вердейля -- заведующим химическими работами, а Риша -препаратором (в дальнейшем последний стал профессором фармации). Но и в этом учреждении Вюрц работал не долго: институт закрыли по распоряжению принца-президента, стремившегося возродить монархию и поэтому не поддерживавшего начинаний республиканского правительства.

В 1853 г., когда Дюма оставил кафедру в Медицинском школе, а профессор Орфил, возглавлявший кафедру неорганической химии и токсикологии, умер, кафедры слили в одну и руководство ею поручили Вюрцу. Именно здесь, в лучшем медицинском высшем учебном заведении Франции протекал наиболее плодотворный 30-летний период его творческой деятельности.

Вюрц был не только блестящим ученым, но и прекрасным организатором. В 1858 г. было создано Парижское химическое общество, сыгравшее большую роль в развитии химии во Франции. (В 1906 г. оно было преобразовано во Французское химическое общество.)[5]. И хотя первым президентом Общества побрали итальянского химика Д. Арнодона (1829--1893), руководить деятельностью общества вскоре пришлось Вюрцу. В дальнейшем он несколько раз (1864, 1874, 1878) избирался президентом этой авторитетной демократической и интернациональной по духу организации французских химиков. В ее работе активное участие принимали и русские химики. Недавно опубликованы новые, представляющие большой научный интерес материалы о первом периоде работы Парижского химического общества[6].

Чувство ответственности за дальнейшую судьбу отечественной науки и в первую очередь -- химии заставило Вюрца согласиться на предложение стать деканом химического факультета Медицинской школы. Независимость, смелость и прямота суждений снискали Вюрцу- декану уважение среди коллег и студентов. Его организаторские способности помогли провести в школе ряд преобразований, в частности он деятельно руководил новыми постройками для факультета и с большой энергией добивался ассигнований на создание и оснащение лаборатории.

Вюрц справедливо считал, что правительство Франции скупится в расходах на науку и это является одной из главных причин ее отставания от соперничающих с ней наций. В 1872 г., после поражения Франции в войне с Германией, Вюрц организовал и возглавил Общество содействия успехам наук. В течение нескольких десятилетий в этом обществе плодотворно работали виднейшие французские естествоиспытатели. Через два года Вюрц добился создания кафедры органической химии в Сорбонне (Парижский университет).

В 1875 г. из за большой загруженности Вюрц отказался от должности декана в Медицинской школе; общественность школы высоко оценила деятельность Вюрца, оставив за ним звание почетного декана химического факультета. Уйдя из Медицинской школы, Вюрц получил возможность найти время для чтения химико-теоретических курсов в университете, заняться изданием своих книг, и он использует эту возможность в полной мере.

Своей кипучей научно-общественной деятельностью Вюрц завоевывал все большую признательность и любовь французского народа. Особенно возрос его авторитет среди парижан. Вюрца избрали мэром одного из округов Парижа а в 1881 г. он становится сенатором. Ученый добросовестно исполнял общественные обязанности, особенно в области вопросов образования. Многочисленные французские и иностранные ученики Вюрца преподнесли ему бронзовую статуэтку Б. Палисси; на ее подставке было выгравированы но посвящение и 111 подписей ученых, когда-либо сотрудничавших с Вюрцем; сред них были следующие славные имена: Алексеев, Бейлыптейн, Бутлеров, Броньар, Каванту, Клермон, Клеве, Крафтс, Демарсе, Фридель Жерар, Гримо, Вант-Гофф, Ладенбург, Лекок-де-Буабодран, Лебель, Либен, Липпман, Лугинин, Лоренцо, Луна, Меншуткин, Перро, Пикте, Рислер, Зайцев, Шерер-Кестнер, Шифф, Сильва, Толленс, Троммсдорф, Фогт, Вильм и др. Семь подписей принадлежало русским ученым. Вюрца как автора многочисленных и выдающихся трудов многократно отмечали иностранные и французские научные корпорации, причем первые, пожалуй, как это ни странно, уделяли ему больше внимания, чем отечественные. Вначале он был избран членом французской Медицинской академии (1856), далее -- Лондонского королевского общества, и только много лет спустя (1867) стал членом Парижской академии наук, заняв место Т. Пелуза. С декабря 1873 г. Вюрц -- иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук, куда он вошел по инициативе Бутлерова. Он был также набран в состав академий наук Берлина, Вены, Мюнхена, Турина, Венеции, Болоньи, Упсалы, Эдинбурга, Рима, Бельгии, Ирладни; состоял в Голландском, Геттингенском, Триестском химических обществах; являлся почетным членом много численных зарубежных советов высших учебных заведний и т. д. В академиях Парижа Вюрц занимал руководящие должности. В 1871 г. он -- президент Медицинской академии, с 1880 г.-- вице-президент, а со следующего года президент Парижской академии. Он неоднократно удостаивался многочисленных научных и гражданских наград, премии. Например, Вюрц дважды получил премию Жакера (один раз совместно с Кауром), большую двухгодичную премию Парижской академии, премию Коплея от Лондонского королевского общества (1881), кресты почетного легиона --офицерский, командорский и т. п. Женился Вюрц в 1852 г. Несмотря на исключительную занятость, ученый уделял много внимания своей большой семье; у Вюрца было две дочери и два сына (один из них впоследствии стал медиком, а зять Вюрца, Экснер-де-Конинг, несколько лет работал его препаратом в Сорбонне). В доме также воспитывались четыре осиротевшие племянницы жены Вюрца, урожденной Опперман; у Вюрцев жила и его мать. Дом всегда был полон друзей ученого, сослуживцев и учеников. Но вечерам здесь часто музицировали Вюрц обладал завидным здоровьем и поразительным трудолюбием. Летние месяцы он с семьей проводил в своем деревенском имении: ходил на охоту, удил рыбу, плавал, совершал длительные прогулки. Первые признаки усталости друзья стали замечать в нем зимой 1883/1884 г. Особенно тяжело отразилась на его здоровье смерть старого товарища и друга Дюма. С огромным физическим напряжением он произнес на похоронах Дюма яркую прочувственную речь. Здоровье Вюрца ухудшалось. 27 апреля 1884 г. Во время лекции, которую Вюрц читал с обычным для него воодушевлением, профессору стало плохо, и впервые за 35 лет он был вынужден по болезни прекратить занятия. В понедельник 12 мая 1884 г. члены Парижской академии, собравшиеся для ученых дебатов, с глубоким прискорбием узнали, что в этот день перестало биться сердце одного из наиболее прославленных французских ученых. Со всех концов света в адрес семьи покойного и Парижской академии стали поступать многочисленные соболезнования. Похороны Вюрца вылились в яркую манифестацию всенародной любви и уважения к великому химику. Вюрца похоронили в склепе Опперманов на кладбище Пер-Лашез в отделении, где находится прах Гей-Люссака. В те дни периодическая химическая печать и газеты помещали многочисленные некрологи. Среди статей наиболее яркой, пожалуй, была статья Марселена Бертло, соперника Вюрца в течение трех десятилетий. Бертло говорил, что он лучше чем кто-либо мог "оценить все величие этого человека, всю огромность пробела, произведенного в науке смертью его, и всю горечь утраты, испытываемую Францией" [7]. Многие зарубежные .химические общества посвятили тогда памяти Вюрца специальные заседания. Сообщая 26 мая 1884 г. о кончине великого французского химика Берлинскому химическому обществу, ее президент А. В. Гофман сравнил образцовые и строго последовательные исследования Вюрца с жемчужинами, нанизываемыми на одну нить и образующими драгоценное ожерелье[8].

2. Работы в области теоретической химии

Всю обширную научно-исследовательскую деятельность Вюрца можно рассматривать как разработку теоретических проблем химии середины и второй половины XIX в.: атомно-молекулярного учения, теории строения частиц вещества, учения о термической диссоциации молекул. Вюрц открыл новые методы синтеза различных органических соединений, синтезировал отдельные вещества для проверки многих теоретических умозаключений, обобщил теоретические взгляды химиков в фундаментальных монографиях и популярных книгах. Рассмотреть все эти вопросы в одной главе просто невозможно, поэтому мы ограничимся лишь теми трудами Вюрца, которые способствовали развитию господствовавших в его время химических теорий. Особое внимание мы уделим отдельным синтезам, подтверждающим теоретические положения французского химика.

Полемизируя с противниками, критикуя их шаткие утверждения, Вюрц всегда убежденно и страстно отстаивал свои теоретические взгляды. Резких и саркастических выпадов, беспощадных высмеиваний, так характерных, например, для Либиха, Берцелиуса, Кольбе, в речах, статьях и книгах Вюрца вы не встретите. Даже когда его буквально толкали на это, он находил пути мягкого и искусного парирования провокационного удара.

По натуре Вюрц был очень миролюбивым исследователем. Склонность к компромиссам отразилась и на его мировоззрении, его теоретических взглядах на важнейшие методологические вопросы химии. Вюрц считал, что в развитии химических теорий никогда не было революционных скачков и они переходили друг в друга плавно, чисто эволюционным путем, постепенно отбрасывая устаревшие положения с обязательной заменой их новыми.

Приверженность к компромиссам привела ученого к тому, что в ряде принципиальных теоретических вопросов химии Вюрц придерживался эксцентрических взглядов. Именно поэтому Вюрца нельзя назвать создателем строгой системы теоретических взглядов и оригинальных теорий химии, несмотря но все огромное значение и влияние исследований великого французского ученого как на современную химию, так и на последующие этапы ее развития вплоть до наших дней. Он лишь развивал отдельные стороны теорий других корифеев химии и больше всего прославился открытием и разработкой многочисленных методов синтеза новых классов соединений, которые способствовали развитию теоретической химии и с течением времени все чаще и чаще применялись в промышленности и лабораторной практике.

Многие современники Вюрца часто упрекали его в слишком большой приверженности к теории, в преувеличении ее значения. Вюрц действительно считал, что любая наука не может развиваться без теории и неустанно призывал интенсивнее разрабатывать теоретические проблемы химии. И это было совершенно правильным: именно такой путь обеспечивает более быстрый научный и технический прогресс. А что касается практического применения теоретических открытий, то и здесь неуклонное развитие теории приносит больше пользы, чем отдельные эмпирические достижения. С другой стороны, некоторые товарищи Вюрца по науке, особенно Бутлеров, относили Вюрца к ученым, в чьих трудах отдается предпочтение фактам, а затем -- теории. "Гофман, Вюрц, опытные и хладнокровные, настоящие испытатели природы, не увлекаясь теориями и обращаясь к ним лишь изредка, для того чтобы удержать увлечение других, ставят факт на первом месте; их уменье работать, их светлый взгляд дают им возможность беспрерывно обогащать науку капитальными открытиями. Открытия эти они умеют истолковывать, обобщать так, что факты сами говорят за себя и, так сказать, служат скелетом, который в мыслях каждого невольно облекается в кровь и плоть ясных и хотя не высказанных вполне автором, но определенных теоретических воззрений",-- писал Бутлеров в отчете о поездке за границу летом 1861 г[9]. Очевидно, истина лежит где-то посредине: Вюрц довольно правильно оценивал соотношение теории и фактов; факты он считал лучшими контролерами истинности или ошибочности теории. Наблюдения и опыты в трудах Вюрца имели решающее значение и осуществлялись им с исключительной строгостью Экспериментальных данных Вюрца впоследствии никто не опровергал, они были безукоризненны.

С первыми теоретическими работами Вюрц выступил в 40-е годы XIX в.-- время становления теоретических основ химии, когда подрывались принципы дуалистической системы и теории сложных радикалов, когда трудами французских химиков Дюма, Лорана и Жерара закладывались основы унитарных взглядов и теории типов. Уже в то время Дюма установил важный факт замещения электроположительного водорода электроотрицательным хлором, что не укладывалось в рамки химического дуализма. Шилю и Дюма принадлежит открытие первых гомологических рядов органических веществ. Каждое сложное вещество, по утверждению Дюма, представляет собой не что единое, а не состоит из двух разноименных по заряду половинок, как полагал Берцелиус.

Дюма совместно с Реньо выступили с первым вариантом теории типов, которую дальше плодотворно развивали О. Лорап и Ш. Жерар. Умозаключения на основе принципов унитарности и гомологии давали возможность делать прогнозы относительно свойств неизвестных членов гомологического ряда.

Унитарная система -- значительный шаг вперед в развитии химии. Она вошла в состав теории типов, которая вскрыла глубокое сходство превращений органических соединений с некоторыми реакциями сравнительно простых неорганических веществ. Теория типов обратила внимание на изменяющиеся части молекул (в противоположность теории сложных радикалов, в которой основное значение придавалось частям молекул, неспособным к обмену). Эта же теория показала, что органические вещества можно рассматривать как производные нескольких минеральных веществ, в которых водород замещен "остатками". В течение немногих лет были предложены типы водорода, хлористого водорода, воды, аммиака и метана, в рамки которых довольно удовлетворительно укладывалось большинство известных органических веществ.

Гомологические ряды и аналогии, вытекающие из них, позволяли химикам разбираться в обширном эмпирическом материале. Так, была стихийно подмечена одна из диалектических особенностей зависимости свойств вещества от его состава -- переход количественных изменений в качественные в рядах органических соединений. Вот почему основоположники марксизма так высоко оценили вклад в химию творцов теории типов и унитарной системы органических соединений. Ф. Энгельс говорил, что диалектический закон (перехода количества в качество "празднует свои величайшие триумфы в области химии. Химию можно назвать наукой о качественных изменениях тел, происходящих под влиянием изменения количественного состава". Для (разъяснения диалектического характера законов природы он широко использовал в "Диалектике природы" и "Алти-Дюринге" материал органической химии. О переходе количества в качество в гомологических рядах и о заслугах основателей унитарной системы и теории типов говорит К. Маркс в "Капитале": "Молекулярная теория, (нашедшая себе применение в современной химии и впервые научно разработанная Лоршом и Жераром, основывается именно на этом законе".

Унитарная система и теория типов, господствовавшие в химии примерно два десятилетия до возникновения теории химического строения, существенно закрепили свои позиции благодаря превосходным исследованиям и научно-пропагандистской деятельности Вюрца. Имея в виду теорию типов, Бутлеров писал: "...главным представителем новых идей явился Вюрц" [10], но справедливо дополнил это утверждение словами: "...со смертью Жерара его убеждения стали проповедоваться не одним Вюрцем, но и другими химиками" [10].

В 1849 г. Вюрц, действуя едкой "калийной щелочью на метиловый и этиловый эфиры изоциановой и изоциануровой кислот, получил "сложные аммиаки" с метильным и этильным "спиртовыми радикалами", т. е. простейшие первичные амины. В связи с этим открытием Вюрц писал: "Мне удалось получить из аммиака настоящие органические соединения путем присоединения к аммиаку элементов углеводородов СН₂ и С₂Н₄, не лишая его при этом характера сильного основания и даже не ослабляя значительно его типичных свойств, например запаха. Если присоединить к элементам аммиака NН₃ элементы одного эквивалента метилена СН₂, то получается соединение СН₅N, которое может быть назвало метиламмонием. Соединяя аммиак с элементами этилена С₂Н₄, получают соединение С₂Н₇N, представляющее собой этиламмоний" [11]. По-видимому, вы уже поняли, что (речь идет здесь о метиламине СН₃-NН₂ и этиламине С₂Н5-NН₂. Вюрц считал, что полученные им соединении можно рассматривать двояким образом: или как простые эфиры, в которых эквивалент кислорода замещен эквивалентом амидогена NН₂ (аминогруппы), или как аммиак, в (котором эквивалент водорода замощен радикалом -- метилом СН₃ или этилом С₂Н₅.

Уже в таком двойственном объяснении строения аминов ярко проявилась склонность Вюрца перекинуть мост между теорией сложных радикалов и теорией типов. Впрочем, необходимо (подчеркнуть, что наиболее рациональные идеи теории сложных радикалов и теории типов, в дальнейшем влились в теорию химического строения.

Вскоре Гофман (1850), подтверждая вюрцевокое объяснение строения сложных аммиаков с позиции теории типов, доказал, что и два других атома в NН₃ способны замещаться радикалами СН₃, С₂Н₅, С₃Н₇ и т. д. с сохранением типа и функций вещества. Таким образом были получены вторичные и третичные амины (названные так Жераром), узаконившие тип аммиака и укрепившие позиции теории типов.

Фридель и некоторые другие биографы Вюрца утверждают, что Вюрц сам обнаружил бы вторичные и третичные амины, если бы открытие Гофмана не последовало тотчас же за получением Вюрцем первичных аминов. Трудно возражать против такого немотивированного утверждении.

По мнению Гофмана, редкие работы находили в химическом мире такой отклик, какой вызывали открытие и исследование Вюрцем аммиачных органических оснований. Их важность подчеркивал и Дюма, когда в отчете Парижской академии о труде Вюрца писал: "Эту статью следует рассматривать как образцовую работу, отличающуюся в одинаковой мере достоверностью высказанных взглядов, строгой логичностью выводов и изобилием сообщенных фактов[12]. Отчет Дюма заканчивался утверждением, что химия давно уже не обогащалась рядом столь важных открытии.

Работа с циановыми соединениями привела Вюрца к еще одной группе интересных в теоретическом отношении веществ, к "сложным мочевинам". Он получал их, действуя аммиаком на циановые эфиры. Еще более сложные вещества возникали при взаимодействии аминов и циановых эфиров. Образовавшиеся соединения Вюрц рассматривал как производные типа (мочевины, полученные заменой в ней атома водорода на спиртовые радикалы. Действуя дальше кислотами на циановые эфиры, Вюрц получил замещенные амиды, в которых находились кислотные и спиртовые радикалы.

К какому же типу относились полученные соединения? Жерар относил все амиды, как и амины, к типу аммиака. И, пожалуй, это делалось с меньшей натяжкой, чем у Вюрца, относившего амиды, как и кислоты, к типу воды.

Вюрц считал, что амиды можно рассматривать как кислоты, в которых кислород заменен остатком NН, а в более сложных случаях остатком, содержащим радикал вместо водорода. В опоре по этому вопросу между Вюрцем и Жераром уже рельефно начали вырисовываться недостатки теории типов.

Отметим, что уже при своем появлении теория типов в интерпретации Жерара была недостаточной для отражения превращений всех известных в то время веществ. Работы Вюрца, Бертло, Гофмана и других над соединениями многоатомных радикалов из года в год все с большей убедительностью доказывали (несостоятельность простых типов отразить многочисленные направления, по которым многоатомные производные вступают в реакции двойного обмена. Пришлось вводить сложные и смешанные типы, которые и подготовили почву вначале для все возрастающей неопределенности теории типов, а затем и для ее окончательного краха.

В 1855 г. Вюрц предложил остроумный и изящный метод получения "смешанных спиртовых радикалов". Спиртовые радикалы -- метил, этил, бутил и другие впервые были выделены в свободном состоянии (как тогда считали) Э. Франкландом и Г. Кольбе. Но некоторые химики уже в то время сомневались в возможности свободного существования этих радикалов и предполагали их удвоение. Большой вклад в разрешение этого принципиального вопроса внес Вюрц. Он рассуждал так: если выделенные спиртовые радикалы удваиваются (например, "свободный этил" имеет состав (С₂Н₅)₂ и образован из тесно связанных половинок радикала этилового спирта), то, очевидно, возможно получение смешанных радикалов, образованных из двух неодинаковых половинок. Вюрцу удалось получить несколько таких "смешанных радикалов" (парафиновых углеводородов) действием металлического натрия на смесь двух иодистоводородных эфиров (йодистых алкилов). Затем он синтезировал этилбутил С₂Н₅-С₄Н₉ (гексан), этиламил С₂Н₅-С₅Н₁₁ (гептан), бутиламил С₄Н₉-С₅Н₁₁ (нонан) и другие. При этом в последних соединениях связь между спиртовыми (радикалами оказалась настолько прочной, что разделить их уже не удавалось.

Таким образом, исходя из односторонних теорий типов и радикалов, Вюрц открыл новый, очень важный путь синтеза парафиновых углеводородов заданного молекулярного состава. В истории науки имеется немало случаев, когда неправильная теоретическая концепция содействовала большим научным открытиям. Отметим, что "смешанные радикалы" Вюрц получил и другим способом -- электролизом смеси калийных солей органических кислот (этот метод был предложен Кольбе).

В статье о смешанных радикалах Вюрц справедливо замечает, что открытые им факты являются подтверждением идей Ампера и Дюма об удвоенном составе частиц свободного водорода и "этила" (бутана) и изображать их надо как Н₂ и (С₂Н₅)₂. Полная ясность во все эти вопросы была внесена после 1860 г.- по окончании I Международного химического конгресса в Карлсруэ, и в еще большей степени когда была создана теория химического строения и вышли многочисленные труды К. Шорлеммера

В 1856 г. Вюрц внес еще один крупный вклад в теорию и методику органической химии. Он осуществил предвиденный им же синтез двухатомного спирта гликоля.

Одноатомный спирт (алкоголь) известен издревле. Глицерин был открыт Шееле еще в 1783 г. Представление о многоатомных спиртах ввел в химию Бертло, считавший глицерин трехатомным. Однако он стоял на ошибочных теоретических позициях и к тому же пользовался эквивалентными обозначениями и сравнивал эфиры глицерина с солями угольной, пирофосфорной и метафосфорной кислот. Больше того, Бертло считал воду входящей в частицу глицерина и изображал состав последнего формулой С₆Н₅О₃ * ЗНО = С_бН₈О₆, где О = 8. Это первое представление Бертло было исправлено Вюрцем[13]. Впрочем, нельзя не отметить, что неточные теоретические предпосылки не помешали Бертло в 1854 г. осуществить путем взаимодействия глицерина с органическими кислотами знаменитый синтез триглицеридов, т. е. жиров. Анализируя открытия Бертло и исследования Уильямсом нитроглицерина, Вюрц пришел к заключению, что нитроглицерин, триацетин, тристеарин и другие триглицериды обладают сходным строением, поскольку они представляют собой глицерин, в котором три атома водорода водных остатков замещены тремя кислотными радикалами.

В рамках теории типов Вюрц относит глицерин к тройному типу воды. Он сопоставляет воду, алкоголь и глицерин следующим образом:

Из этих формул становится ясным, почему обычный спирт, соединяясь с кислотами (одноосновными) может давать только один эфир, в то время, как глицерин образует три эфира. Кроме того, Вюрц обратил внимание на то, что радикал С₃Н₇ в пропиловом спирте имеет одну емкость химического насыщения; при потере же еще двух атомов водорода он превращается в радикал глицерина С₃Н₅ с тремя емкостями насыщения. Вюрц делает отсюда прямой вывод: раз имеется два класса спиртов, то совершенно естественно допустить существование спиртов промежуточного класса. Правда, и до Вюрца в трудах некоторых химиков (например, Буффа, Зонненшейна) проглядывала мысль о возможности существования двухатомных спиртов, но эта идея никем не была обоснована так последовательно, как Вюрцем. Он же затем экспериментально подтвердил эту идею. В 1856 г. Вюрц синтезировал простейший двухатомный спирт и назвал его гликолем. Этим названием он хотел подчеркнуть связь нового вещества с глицерином и алкоголем (подробности этого синтеза и использования его в промышленности рассмотрены в следующей главе).

Исследование гликоля показало, что по своим химическим свойствам он очень похож на обычный спирт и отличается от последнего главным образом тем, что в нем могут замещаться другими радикалами уже не один, а два атома водорода. Вслед за этилен гликолем Вюрц сразу же получил двухатомные спирты с тремя, четырьмя и пятью атомами углерода в частице. Это были пропилен-гликоль, бутиленгликоль и амиленгликоль.

Научный мир с большим удовлетворением воспринял открытие Вюрцем гликолей. Сам автор старался как можно правильнее истолковывать свои достижения, тем самым способствуя укреплению теории типов и теории сложных радикалов. И все же эти новые факты наиболее простое и логическое объяснение получили через несколько лет в предельно стройной теории химического строения, к "крепителям" которой можно отнести и Вюрца. В работах по получению и исследованию многоатомных спиртов Вюрц вплотную подошел к идее четырехатомности углерода. Но первыми ее сформулировали в 1857 г. независимо друг от друга два немецких химика -- Г. Кольбе от А. Кекуле.

Свои симпатии к теории типов Вюрц продолжал сохранять и тогда, когда теория химического строения не только была высказана Бутлеровым (1861), но и подкреплена многочисленными новыми исследованиями. В то время Вюрц, например, писал: "теория типов хорошо объясняет множество реакции. которые она рассматривает как двойные разложении, и очень удобна для изложения и классификации" [14]. Даже еще в 1864 г. он с похвалой отзывался о том, что Кекуле придерживается типических формул. По мнению Вюрца, они были значительно удобнее эмпирических брутто-формул (валовые формулы), которыми широко пользовались вначале сторонники унитарной системы. Приверженцы теории типов, в том числе и Вюрц, часто рассматривали эту теорию как неотъемлемую часть унитарной системы. Несостоятельность такого смешения убедительно показал Бутлеров в своем "Введении к полному изучению органической химии". "Необходимо заметить, однако же, -- писал он, -- что понятие о типах, как ни тесно слилось оно с унитарной системой, не представляет ее неотъемлемой, существенной принадлежности и не обладает тем значением для нее, какое имеет понятие о химической частице" [15].

Но с годами, особенно под влиянием статей и писем Бутлерова, Вюрц, хотя и не в полной мере, но начинает уже понимать преимущества структурных формул. Отношение французского химика к различным противоборствующим теориям того времени становится очевидным из его письма Бутлерову от 19 февраля 1864 г., где, в частности, Вюрц пишет: "Ваша статья "Об объяснении некоторых случаев изомерии" напечатана и появится в февральской тетради Bulletin за 1864 г. Я прочитал ее с большим интересом. Я нахожу там некоторые взгляды, которые я сам разделяю, и между прочим то, что в основе типов Жерара лежит идея атомности элементов, что эта идея доминирует в типах и придает им истинный смысл. Затем, вместе с Вами я нахожу, что при попытке выразить с помощью развернутых типических формул все реакции сколько-нибудь сложных тел, эти формулы становятся такими сложными, что лучше обходиться без них. И тем не менее я жалел бы, если бы отказались от типического обозначен их ранее, чем смогли бы заменить его другим, представляющим большие? преимущества. Разве Вас не поражает простота типических толкований? Рожденные как результат внимательного изучения реакций, они дают представление о них гораздо лучше, чем валовые формулы, и, в большинстве случаев, по крайней мере, лучше, чем более сложные формулы, выражающие строение молекулы. Я вполне допускаю пользу и даже необходимость последних формул, когда желают дать себе отчет в способе, которым удерживаются вместе атомы или группы, а следовательно, и тогда, когда желают истолковать многие реакции. Но когда речь идет о телах, сложных но своему составу, то и формулы их обязательно сложные; а в этом случае неуместное пользование ими может повредить ясности изложения" [16].

В ответном письме Бутлеров писал: "Я чрезвычайно доволен, узнав, что Вы разделяете мои взгляды, и должен в то же время добавить что сказанное мною о значении типов Жерара, это -- собственно Ваша идея; идея, которую Вы давно высказывали в Ваших работах. Что касается меня, то я убежден, что те из типических формул, которые достаточны для большей части отношений тел, изображают более, ни менее, как их химическое строение или, по крайней мере, наиболее важную часть его. Я убежден, что, развивая идею атомности элементов, мы вынуждены изображать это строение всякий раз, когда тело достаточно изучено...

Я вполне разделяю Ваши оговорки относительно опыта как основы любых соображений о химическом строении; и сама атомность для меня является не чем иным, как обобщением фактов; вот почему я допускаю, например, четырех- и шестиатомность серы в некоторых случаях. Это допущение, по-видимому, не встречает особого благоволения со стороны г-на Эрленмайера, но я должен заметить, что я еще более боюсь стремления придать гипотезам, каковы бы они ни были, слишком абсолютное значение. И в то же время я не сомневаюсь в необходимости создания гипотез и испытания их действительной ценности" [16].

В последнем замечании Бутлерова проявляется его стихийно диалектический подход к общим методологическим вопросам естествознания; это замечание перекликается с мыслью Энгельса о том, что гипотезу нужно считать формой развития естествознания.

Отстаивая жераровское толкование теории типов, Вюрц повел решительную борьбу с ее противниками, среди которых большим авторитетом пользовались Кольбе и Франкланд. Вюрц писал, что типы Н₂, Н₂О и NН₃ не взяты наудачу, как утверждал Кольбе, а выражают три формы соединений, между которыми теория типов устанавливает связь. Вюрц даже сделал попытку еще больше упростить типы воды и аммиака, предлагая рассматривать их как удвоенные и утроенные типы сгущенного водорода. В то же время он справедливо возражал против введения Кольбе искусственного "четырехосложненного углеродного типа". Однако излишняя приверженность к теории типов приводила Вюрца к ошибкам в толковании явления изомерии. Он, например, для бромистого этилена С₂Н₄Вг₂ предсказывал три изомера, в то время как их могло быть только два, о чем и говорил Бутлеров.

Правильное толкование изомерных отношений органических соединении возможно только в рамках теории химического строения. Вюрц же стремился усовершенствовать теорию, которая не могла по своему существу охватить многих взаимоотношений обширного мира органических соединений. Введение смешанных и сложных типов лишь еще больше вскрывало недостатки теории типов и подчеркивало правоту призыва Бутлерова "идти дальше Жерара" (1858).

Вюрц, как и некоторые другие приверженцы типических взглядов, вначале не признавал влияния Франкланда на эволюцию теории органической химии. Позднее он осознал свою ошибку и полностью признал заслуги Франкланда, назвав его первым основателем понятия о емкости насыщения элементарных атомов, т. е. учения о валентности. После работы I Международного химического конгресса в Карлеруэ (1860) Вюрц -- один из его организаторов и активных руководителей -- все больше внимания уделял вопросам атомности и вообще атомно-молекулярной теории. Ряд его статей, капитальный труд "История химических доктрин от Лавуазье и до настоящего времени" [17] и особенно "Атомическая теория" [18] --сочинение, стоившее, по словам Вюрца, наибольшего труда и более всего удовлетворившее самого автора,-- достаточно полно отражают воззрения Вюрца на эволюцию химических теорий. Содержание и критическая оценка этих работ дается в VI главе настоящей книги. Сейчас же мы рассмотрим ревностное отношение Вюрца к учению о валентности элементов и радикалов.

В своих обобщающих произведениях Вюрц показал, как с открытием закона кратных отношений постепенно возникает представление о различном степени взаимного насыщения атомом, прекратившееся в исходную идею атомности или валентности. Понятие емкости насыщения незаметно было введено в науку изучением радикалов, в которых трудно не заметить это свойство; сам Вюрц сделал это на примерах фосфористой кислоты, глицерина и гликоля.

В работах же Кекуле и Купера соображения о четырех-атомности углерода и способности к взаимному насыщению его атомов сделались уже важной составной частью теории органический химии.

Идею о переменной атомности элементов Вюрц отстаивает во всех своих работах. В этом принципиальном вопросе он стоял на тех же позициях, что и Бутлеров, и поддержал его в полемике с Кекуле. Последний считал, что атомность элементов -- такое же основное и неизменное свойство элементов, как и атомный вес. Но подобный взгляд Кекуле немог выдержать той экспериментальной и теоретической критики, которая обрушилась на него в трудах Бутлерова, Вюрца, Кольбе, Бломстранда и других.

В ходе этой полемики Вюрц сумел показать, как представление об атомности и ее переменности постепенно проникло во все части теории, зарождавшейся в течение полувека, как это представление стройно объяснило свойства радикалов, особенности типов и позволило судить о строении частиц, об их изомерии.

Вюрц быстро признал и представление о том, что в ненасыщенных органических соединениях, например в этилене, акриловой кислоте, ацетилене и других, углеродные атомы связываются между собою несколькими единицами сродства.

В книгах Вюрца вообще довольно логично положена эволюция химических теорий об атомах и молекулах (частицах). Но когда у него появлялась необходимость и возможность отбросить все предшествующие частные теории и заменить их общей и единой теорией химического строения, Вюрц пасовал и делал множество уступок отжившим свой век теориям типов и радикалов. Он но объективно излагал и заслуги некоторых ученых в становлении химической науки, в частности им почти не был отражен основополагающий вклад Бутлерова, его друга и единомышленника во многих принципиальных вопросах теории. Тем более это странно, что в письмах к Бутлерову он восторгается значимостью классических трудов своего русского коллеги и деятельностью Бутлерова как главы научной школы. Больше того, в выступлениях на заседаниях Химического общества и Парижской академии наук, на страницах их периодических изданий Вюрц широко пропагандировал достижения Бутлерова и его учеников. Когда же дело доходило до книг по истории химии, Вюрц отмалчивался. Эта несправедливость и "диспропорция" частично могут быть объяснены установившейся к тому времени в западно-европейской историографии нездоровой традицией пренебрежительного отношения к творчеству восточных народов.

Как известно, для правильных умозаключений о молекулярном составе большое значение имеет точное определение плотности паров вещества.

К середине XIX в. накопилось значительное число случаев, когда вещества показывали аномалию плотности паров. Это привело к представлению о термической диссоциации частиц. В разработке этого важного раздела атомно-молекулярного учения деятельное участие принимал и Вюрц. Исследуя реакции галогенгидратов амилена (хлористого, бромистого и йодистого), Вюрц установил, что плотность пара каждого из этих веществ имеет два различных значения: плотность пара при сравнительно невысокой температуре соответствует нормальному молекулярному составу вещества, плотность пара, наблюдаемая при высокой температуре, имеет вдвое меньшее значение. Этот интересный факт Вюрц объяснил, в соответствии с концепцией Сен-Клер-Девиля, обратимой диссоциацией галогенгидратов амилена при нагревании:

С₅Н₁₀ НХ С5Н10+НХ

Тогда же Вюрц привел новое доказательство термохимического характера процесса диссоциации, которым впоследствии часто пользовались многие исследователи. Он показал, что при взаимодействии амилена и бромистого водорода при температуре, соответствующей половинной плотности паров, выделение тепла не происходит.

Далее Вюрц расширил объекты исследования диссоциации молекул, определяя плотность пара пятихлористого фосфора при различной температуре методом диффузии паров.

Сопоставив полученные данные с результатами изучения смеси пятихлористого и треххлористого фосфора Вюрц пришел к заключению, что и здесь имеет место высокотемпературная диссоциация РС1₅РСI₃+СI₂. Диалогичные (результаты были получены при изучении термической диссоциации так называемого хлоралгидрата, которая в современном изображении выглядит так:

Испарение

Изучая влияния нагревания на хлорциан, Вюрц пришел к вывощу, что масса частицы (молекулы) этого вещества в жидком и парообразном состоянии одинакова, т. е. хлорциан не диссоциирует при испарении.

В 1878 г. Лондонское химическое общество пригласило Вюрца прочесть цикл лекций в Королевском институте. С целью популяризации молекулярного учения Вюрц избрал темой своих лекций исследования многочисленных явлений термической диссоциации частиц.

3. Работы в области органической химии

Подавляющее большинство трудов Вюрца посвящено разработке вопросов органической химии, и частности наиболее перспективному ее направлению -- органическому синтезу. Наряду с Бертло, Бутлеровым, Кольбо и некоторыми другими учеными Вюрца можно смело причислить к основателям и выдающимся мастерам синтетической органической химии, столь бурно развившейся за последнее столетие. Большую часть своих синтезов он осуществил целенаправленно исходя из теоретических предпосылок. Эта особенность роднит его работы с творчеством Бутлерова. Примечательно, что, по мнению Вюрца, его исследования и открытия, накренившие теорию типом, являлись и большей степени аргументацией в пользу теории химического строения.

Химико-органические исследования Вюрца можно раз делить на несколько циклов, каждый из которых представляет собой логически связанную группу последовательных синтезов.

Самый ранний из них целесообразно назвать циклом циничных соединении циан или синерод- промежуточное между органическим и минеральным миром вещество с многочисленной группой производных -- являлся узловым соединением, привлекавшим внимание крупнейших ученых химиков первой половины XIX в.-- Гей-Люссака, Либиха. Велера и других.

Работая с циановыми соединениями, Вюрц за короткий срок провел ряд интересных наблюдений. Он получил циануровую кислоту, действуя хлором на расплавленную мочевину. Продолжая исследования в этом направлении, Вюрц определил плотность пара циануровых эфиров и подтвердил мнение Либеха о трехосновности циануровой кислоты (в отличии от Велера, приписывающего этому веществу двухосновность). Далее Вюрц описал жидкий хлористый циан и при перегонке циановокислого калия с серновинной кислотой получил новые эфиры. Впоследствии эти вещества стали называть изоциановыми эфирами. Одновременно с этим Вюрц синтезировал многочисленные замещенные мочевины. Эти исследования существенно расширили и обогатили область химии циановой группы.

В 1849 г. Вюрц обработал изоциановые и изоциануровые эфиры едкими щелочами. Эти исследования явились кульминационными в цианом цикле работ Вюрца. С помощью этого метода впервые удалось синтезировать жирные амины, положившие начало новому (аминному) циклу работ большой важности.

Синтезированные Вюрцем амины (в начале их называли "сложные аммиака") были типично органическими веществами и даже горели. Простейшие из них хорошо растворялись в воде, образуя органические щолочи. "В 1840 г. Вюрц, профессор Парижской медицинской школы, получил органические щелочи еще более простого состава, чем те, которые были известны до тех пор- писал Бутлеров. - Во всех свойствах этих щелочей еще с большой резкостью выразило сходство с аммиаком"[19].

Амминый цикл исследований Вюрца стимулировал большое число работ с органическими азотосодержащими основаниями открытого, а затем и замкнутого строения, в том числе и со сложными природными веществами группы алкалоидов. Вюрц и в более поздний период своей научной деятельности несколько раз возвращался к исследованию сложных азотистых веществ на основе аминов. Здесь особенно интересное открытие Вюрцем синтеза этаноламинов, холина и нейрина.

Этаноламины были получены при энергетическом взаимодействии окиси этилена с водным раствором аммиака. Реакцию образования простейшего этаноламина можно изобразить уравнением:

С двумя и тремя молекулами окиси этилена аммиак образует соответственно диэтаноламин и трнэтанолами:

Синтезированные таким путем первые аминоспирты оказались нелетучими сиропообразными жидкостями с ярко выраженными свойствами щелочей. С кислотами они давали хорошо кристаллизующиеся соли. Этаноламины Вюрца получают и в наше время, широко используя их в промышленном производстве.