Бесплатная техническая библиотека

Стереохимия. История и суть научного открытия

Справочник / Важнейшие научные открытия

 Комментарии к статье

"Идеи относительно пространственного устройства мельчайших частиц материи стали высказываться с тех пор, как в науке появилось само представление о молекулах и составляющих их атомах, - пишет В.М. Потапов. - Так, еще Дж. Дальтон в начале XIX века говорил о возможных шарообразных, тетраэдрических, гексаэдрических формах в атомистике".

Примерно в то же самое время В. Волластон обращал внимание на необходимость рассматривать расположение атомов в пространстве и указывал, что "устойчивое равновесие" при соединении атомов двух видов в соотношении 1:4 достигается при тетраэдрическом их расположении. Однако на возможность познать "геометрическое расположение первичных частичек" Волластон смотрел пессимистично. Мысли о возможности различного расположения атомов в молекулах неоднократно высказывались в начале XIX века рядом ученых в связи с обсуждением проблем изомерии...

Так, в 1831 году Я. Берцелиус писал, что "существуют тела, составленные из одинакового числа атомов тех же элементов, но расположенных неодинаковым образом и поэтому имеющих неодинаковые химические свойства и неодинаковую кристаллическую форму".

Уже в конце сороковых годов Л. Гмелин отмечал: "Атомы не располагаются, как это выражается формулой, в одном ряду... а приближаются, на основании сродства, по возможности ближе друг к другу, вследствие чего они образуют более или менее регулярные фигуры. Поэтому чрезвычайно важно определить это расположение атомов... ибо от этого, может быть, прольется больше света на кристаллическую форму, изомерию... на конституцию органических соединений".

Знаменитый русский химик A.M. Бутлеров в ряде своих ранних работ также высказывал интересные мысли о пространственном строении молекул: "...я не верю, что невозможно, как это думает Кекуле, представить на плоскости положение атомов в пространстве".

Это высказывание 1864 года, а двумя годами ранее Бутлеров говорил о тетраэдрическом расположении заместителей вокруг углеродного атома: "...возьмем грубый пример и, предположив, что у четырехатомного пая углерода все 4 единицы сродства различны, представим его себе в виде тетраэдра, у которого каждая из 4-х плоскостей способна связать 1 пай водорода..." Тем не менее нет оснований причислять Бутлерова к основателям стереохимии.

П.И. Вальден рассуждает: "Почему, спрашивается, потребовалось еще 25 лет, чтобы лишь в 1874 году возникла стереохимия?.. Ответ может быть легко дан: идея появилась ранее фактов! Факты, наблюдения - вот та питательная среда, в которой существует и развивается, а по мере надобности, в зависимости от накопления фактов, трансформируется идея".

Явления, непосредственно послужившие толчком для зарождения стереохимии, были открыты в одной из пограничных областей физики и химии при исследовании взаимодействия света и вещества.

Сначала был открыт поляризованный свет. Дальнейшие его исследования выполнил французский ученый и политический деятель Доминик Франсуа Араго (1786–1853). В 1811 году ему удалось обнаружить, что кварц обладает способностью вращать плоскость поляризации света. Араго назвал подобное явление оптической активностью. Становилось все более очевидным, что такая способность связана с кристаллическим состоянием. Ведь стоит растворить кварц, и он теряет оптическую активность.

Через четыре года следующий шаг сделал Ж. Б. Био, установивший, что оптической активностью обладает и целый ряд органических жидкостей. Ясно, что здесь объяснение надо было искать уже не в особенностях кристалла, а в свойствах самого вещества.

Дальнейший прогресс связан с работами Луи Пастера. Отправной точкой стереохимических работ Пастера стали кристаллографические исследования солей винной кислоты.

В.М. Потапов так описывает этот процесс: "На первом этапе исследований оптически активных веществ считали, что кристаллы их всегда гемиэдричны, т. е. могут существовать в двух формах, относящихся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению. Единственным кажущимся исключением из этого правила явились кристаллы правовращающей винной кислоты, которые, по данным немецкого химика Э. Митчерлиха, оказались негемиэдричными, полностью совпадающими по форме с кристаллами оптически неактивного изомера - виноградной кислоты.

В 1848 году Л. Пастер повторил эксперимент Э. Митчерлиха и обнаружил гемиэдрию в кристаллах натриевоаммониевой соли виноградной (оптически неактивной) кислоты. При этом оказалось, что одновременно встречаются кристаллы двух зеркальных форм. Отделив их пинцетом Друг от друга и отдельно растворив в воде, Пастер обнаружил, что оба раствора оптически активны, причем один вращает плоскость поляризации вправо, как природная винная кислота, а другой - влево. Таким образом, впервые было показано, что оптически неактивное вещество - виноградная кислота - является смесью двух оптически активных компонентов: право- и левовращающей винной кислоты".

Все приведенные выше достижения подготовили триумф Якоба Генри Вант-Гоффа (1852–1911). Он родился в Голландии в Роттердаме в семье врача. Окончив школу, Генри поступил в семнадцать лет в Политехнический институт в Дельфте. В конце второго курса он сдает экзамены уже за третий.

Вант-Гофф считает, что высшего образования недостаточно, и решает работать над докторской диссертацией. Для этого он решает продолжить образование в университете в Лейдене. Однако ему там решительно не понравилось, и Генри едет в Бонн к знаменитому химику Кекуле.

После открытия молодым ученым пропионовой кислоты Кекуле порекомендовал своему ученику поехать в Париж к профессору Вюрцу, специалисту по органическому синтезу.

В Париже Генри сблизился с французским химиком-технологом Жозефом Ашилем Ле Белем (1847–1930). Оба заинтересованно следили за исследованиями в области оптической изомерии, которые проводил Пастер.

А далее... Вот что пишет в своей книге "Великие химики" К. Манолов: "В Утрехтском университете была богатая библиотека. Здесь Генри познакомился со статьей профессора Иоганнеса Вислиценуса о результатах исследования молочной кислоты.

Он взял листок бумаги и начертил формулу молочной кислоты. В центре молекулы - опять один асимметрический углеродный атом. В сущности, если четыре различных заместителя заменить атомами водорода, получится молекула метана. Представим, что атомы водорода в молекуле метана расположены в одной плоскости с атомом углерода. Вант-Гофф был поражен неожиданно возникшей мыслью. Он оставил статью недочитанной и вышел на улицу. Вечерний ветерок теребил его белокурые волосы, он ничего не замечал вокруг - перед глазами стояла только что изображенная им формула метана.

Но насколько вероятно, что все четыре водорода расположены в одной плоскости? В природе все стремится к состоянию с минимальной энергией. В данном случае это происходит лишь тогда, когда атомы водорода располагаются в пространстве равномерно вокруг углеродного атома. Вант-Гофф мысленно представил, как могла бы выглядеть молекула метана в пространстве. Тетраэдр! Конечно же, тетраэдр! Это наиболее выгодное расположение! А если атомы водорода заменить четырьмя различными заместителями? Они могут занять два различных положения в пространстве. Неужели это и есть решение загадки? Вант-Гофф бросился назад, в библиотеку. Как такая простая мысль до сих пор не пришла ему в голову? Различия в оптических свойствах веществ связаны прежде всего с пространственным строением их молекул.

На листке бумаги возле формулы молочной кислоты появилось два тетраэдра, причем один был зеркальным отображением другого.

Вант-Гофф ликовал. Молекулы органических соединений имеют пространственное строение! Это же так просто... Как это никто до сих пор не догадался? Он должен немедленно изложить свою гипотезу и опубликовать статью. Не исключена ошибка, но если его догадка окажется верной... Вант-Гофф достал чистый лист бумаги и написал заголовок будущей статьи: "Предложение применять в пространстве современные структурно-химические формулы вместе с примечанием об отношении между оптической вращательной способностью и химической конструкцией органических соединений". Название получилось довольно длинным, но оно точно отражало поставленную цель и основной вывод.

"Я позволю себе в этом предварительном сообщении выразить кое-какие мысли, которые могут вызвать дискуссию", - начал свою статью Вант-Гофф.

Намерения автора были самыми прекрасными, идеи оригинальными и многообещающими, но небольшая статья, напечатанная на голландском языке, осталась не замеченной европейскими учеными. Один только Бюи Балло, профессор физики в Утрехтском университете, оценил ее по достоинству".

Прошло лишь два месяца, как друг Вант-Гоффара - Ж.Ле Бель опубликовал свою работу. В ней появление оптической активности он объяснял пространственными особенностями строения молекул примерно так же, как это сделал ранее голландский ученый. Но работы не были совсем идентичны. "Наиболее существенное отличие заключалось в том, - пишет Потапов, - что Вант-Гофф говорил о направленности валентностей углеродного атома, пользуясь четкой геометрической картиной тетраэдра, а Ле Бель представлял валентности как некую неориентированную центростремительную силу. Возникающая вокруг углеродного атома группировка заместителей может быть, по Ле Белю, различной в зависимости от природы этих заместителей, но не обязательно тетраэдрической. В приложении к объяснению причин оптической активности при наличии так называемого асимметрического атома оба подхода давали одинаковый результат, однако более четко сформулированная теория Вант-Гоффа оказалась значительно плодотворнее при объяснении ряда других факторов".

Саму идею пространственного строения молекул голландец развил не только для того, чтобы объяснить явления оптической изомерии. "В своей статье, - продолжает Манолов, - он дал простое объяснение и геометрической изомерии. Рассмотрев строение фумаровой и малеиновой кислот, он схематически показал, что две их карбоксильные группы могут находиться с одной или с двух противоположных сторон относительно плоскости двойной связи между атомами углерода".

Новая статья Вант-Гоффа "Химия в пространстве", где он высказал все эти соображения, послужила началом нового этапа в развитии органической химии. Вскоре после ее выхода из печати, в ноябре 1875 года, Вант-Гофф получил письмо от профессора Вислиценуса, который преподавал органическую химию в Вюрцбурге и был одним из известнейших специалистов в этой области. "Я хотел бы получить согласие на перевод Вашей статьи на немецкий язык моим ассистентом доктором Германом, - писал Вислиценус. - Ваша теоретическая разработка доставила мне большую радость. Я вижу в ней не только чрезвычайно остроумную попытку объяснить до сих пор непонятные факты, но верю также, что она в нашей науке... приобретет эпохальное значение".

Перевод статьи вышел в свет в 1876 году. К этому времени Вант-Гоффу удалось получить место ассистента физики в Ветеринарном институте в Утрехте.

Особая "заслуга" в популяризации новых взглядов Вант-Гоффа принадлежала профессору Герману Кольбе из Лейпцига, который высказался против статьи, и притом в довольно резком тоне. В своих замечаниях по поводу статьи Вант-Гоффа он написал: "Какой-то доктор Я. Г. Вант-Гофф из Ветеринарного института в Утрехте, видимо, не имеет вкуса к точным химическим исследованиям. Ему значительно удобнее воссесть на Пегаса (вероятно, взятого напрокат в Ветеринарном институте) и провозгласить в своей "Химии в пространстве", что, как ему показалось во время смелого полета к химическому Парнасу, атомы расположены в межпланетном пространстве". Естественно, каждого, кто прочел эту резкую отповедь, заинтересовала теория Вант-Гоффа. Так началось ее быстрое распространение в научном мире. Теперь Вант-Гофф мог бы повторить слова своего кумира Байрона: "Однажды утром я проснулся знаменитостью". Через несколько дней после опубликования статьи Кольбе Вант-Гоффу была предложена должность преподавателя в Амстердамском университете, а с 1878 года он становится профессором химии.

Автор: Самин Д.К.

 Рекомендуем интересные статьи раздела Важнейшие научные открытия:

▪ Спектр света

▪ Планетарная модель атома

▪ Концепция Большого взрыва

Смотрите другие статьи раздела Важнейшие научные открытия.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Открыты нейронные механизмы кашля и чихания 02.10.2024

Хронический кашель представляет собой сложное и трудноизлечимое состояние, которое требует эффективных терапевтических подходов. На сегодняшний день наибольшую популярность имеют опиаты, такие как кодеин, но их побочные эффекты, включая риск привыкания, ограничивают возможность их использования. В таких случаях, особенно при тяжелых аллергических реакциях или вирусных инфекциях, кашель может достигать такой силы, что пациенты теряют сознание. Это подчеркивает необходимость поиска более безопасных и эффективных методов лечения. Недавнее исследование группы ученых из Сент-Луиса внесло ясность в нейронные механизмы, ответственные за кашель и чихание. Исследование показало, что существуют специфические группы нервных клеток, отвечающие за эти рефлексы. Нейроны, регулирующие чихание, располагаются в носовых ходах, в то время как нейроны, ответственные за кашель, находятся в трахее. Каждая из этих групп нейронов имеет свою механику активации и отправляет сигналы в ствол мозга, где инициир ...>>

Живопись точной физики 02.10.2024

Известная картина Винсента Ван Гога "Звездная ночь" продолжает вдохновлять ученых и искусствоведов благодаря своим уникальным особенностям. Новый детальный анализ этого произведения искусства показал, что в нем можно увидеть поразительное сходство с "скрытой турбулентностью" в атмосфере Земли. Это открытие подчеркивает глубину понимания природных процессов, которое обладал культовый художник. Недавние исследования подтверждают, что "Звездная ночь" гораздо более интересна, чем кажется на первый взгляд. Турбулентное небо на картине, полное закрученных вихрей и ярких звезд, демонстрирует удивительные аналогии с невидимыми процессами динамики жидкостей, происходящими в реальной атмосфере. Ученые, проанализировав мазки и цветовые переходы на картине, обнаружили поразительное соответствие между художественными элементами и физическими явлениями. Соавтор исследования Юнсян Хуан, специалист в области гидродинамики и океанографии из Университета Сямэня в Китае, отметил: "Картина раскрывае ...>>

Зубная нить способна предотвратить проблемы с сердцем 01.10.2024

Здоровье полости рта играет важную роль не только в общем состоянии организма, но и в профилактике серьезных заболеваний. Последние исследования подтверждают связь между состоянием десен и сердечно-сосудистыми заболеваниями. В частности, пародонтит, распространенная инфекция десен, может оказаться более опасным, чем мы думали ранее. Исследование, проведенное учеными из Университета Хиросимы, обнаружило интересную связь между пародонтитом и фибрилляцией предсердий, что подчеркивает необходимость тщательной гигиены полости рта. Пародонтит - это воспалительное заболевание десен, которое может привести к их разрушению и даже потере зубов. Он характеризуется длительным воспалением, что, как показали исследования, может способствовать развитию других заболеваний, включая сердечно-сосудистые. Фибрилляция предсердий, или нерегулярное сердцебиение, является одним из таких состояний, и исследование показало, что воспалительные процессы, связанные с пародонтитом, могут играть в этом значительн ...>>

Случайная новость из Архива Технологии Big Data для здравоохранения 08.01.2014 Исследование, проведенное в США, свидетельствует, что руководители учреждений здравоохранения видят большие перспективы технологий Big Data в медицинской сфере, несмотря на кадровые проблемы и возможные риски. Американское Общество Актуариев (Society of Actuaries, SOA) провело исследование, в ходе которого были опрошены руководители учреждений здравоохранения и медицинских страховых компаний в США. Как говорится в отчете по итогам исследования, 66% руководителей видят большой потенциал технологий Big Data в здравоохранении, в то время как 87% считают, что анализ больших данных в будущем сильно повлияет на их бизнес. Половина опрошенных ожидают, что внедрение технологий анализа больших данных способно дать большие преимущества их организации. 45% опрошенных свидетельствовали о большом положительном влиянии Big Data на их практику. 22% сообщили, что уже получили существенную выгоду от построения инфраструктуры анализа больших данных. Составители отчета считают, что соотношение числа признающих возможные выгоды от Big Data c числом уже внедривших эти решения свидетельствуют о добровольном отказе от внедрения Big Data. Более 84% столкнулись с трудностями в поиске сотрудников для оптимизации анализа больших данных, 45% планируют в течение 2014 г. взять на работу профессионалов в этой сфере. В отчете отмечается растерянность руководителей здравоохранения в вопросе применения Big Data, когда анализ больших данных проводится не просто для получения информации, но для принятия мер и конкретных действий. Многие не знают, как использовать эти технологии и пытаются выяснить, в чем они могут быть полезны. 51% руководителей считают, что их организации способны использовать растущие данные. Хотя 51% верят, что Big Data открывает новые возможности для бизнеса в долгосрочной перспективе, 34% рассматривают эти технологии как палку о двух концах, несущую в себе как возможности, так и риски. Чтобы нивелировать эти риски, половина опрошенных намерена активно привлекать сильных специалистов по анализу данных, в том числе из других отраслей. Несмотря на то, что степень проникновения Big Data в российском здравоохранении ниже, чем в США, проблемы отношения к этим технологиям схожие. "Хотя медицина вообще и отечественная медицина в частности является одной из отраслей, в которых технологи управления большими данными дают наиболее яркий эффект, многие относятся к ним пока со скепсисом ввиду не всегда понятной бизнес-выгоды и нехватки специалистов, - считает директор по технологиям дивизиона данных, компании IBS Сергей Кузнецов. - Давайте говорить не об абстрактных теориях, а о конкретных решениях. Предиктивная аналитика помогает строить модели поведения организмов. Носимые устройства и консолидация показателей датчиков дает широкую картину болезни и ее эволюции во времени, помогает заблаговременно предотвратить негативное развитие или вовремя проинформировать ближайшие службы. Обработка результатов лекарственных опытов позволят ускорить сертификацию и вывод на рынок новых лекарственных препаратов. Анализ социальной информации позволяет прогнозировать эпидемии и локализовать ущерб, организация доступа любого врача ко всей истории болезни конкретного пациента повышает качество диагноза. И многое уже делается. Посмотрите на ЕМИАС, чем это не площадка для решений в области больших данных?".

Другие интересные новости:

▪ Экологически чистый способ сжигания метана

▪ Быстрые SSD SanDisk с интерфейсом USB 3.1 Type-C

▪ Магнитная коробка передач без шестеренок

▪ Лекарство из отходов

▪ Стволовые клетки из пробирки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Освещение. Подборка статей

▪ статья Все дороги ведут в Рим. Крылатое выражение

▪ статья Какой канадский город во время Второй Мировой войны был атакован войсками в немецкой форме? Подробный ответ

▪ статья Тамариск. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Сверхъяркий светодиод - основа энергосберегающего освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Обыкновенная тарелка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024