Именно появление целого ряда претендентов на соавторство побудило Бутлерова предпринять в конце шестидесятых годов свою третью поездку за границу для защиты своего приоритета. Заявление Бутлерова о мотивах, вынуждающих его просить о новой командировке за границу в 1868 году, является, как мы увидим дальше, одним из документов, свидетельствующих о его приоритете в создании структурной теории.
3. ПРОВЕРКА ТЕОРИИ И БОРЬБА С ПРОТИВНИКАМИ
Приступая к экспериментальной проверке своих теоретических воззрений, Бутлеров правильно решил, что для разъяснения химического строения сложных соединений начинать нужно с изучения химического строения простейших веществ. Он взялся за синтез уксусной кислоты, что ему не только вполне удалось, но и привело к открытию более важному: к синтезу третичных спиртов.
Этот синтез имел чрезвычайно важное значение, так как сразу осветил вопрос об изомерии и в дальнейшем привел к полному разрешению этой важнейшей проблемы, являвшейся пробным камнем для новой теории.
До того как Бутлеров приступил к сбоим исследованиям, было известно довольно значительное число алкоголей, близких по их химической природе к обыкновенному спирту. Исследования некоторых ученых указывали на существование изомерных спиртов, но природа их оставалась неразъясненной и общепринятая теория типов не могла ничего сказать по этому поводу.
Ни одна из господствовавших до Бутлерова химических теорий вообще не могла ответить на вопрос, что такое изомерия.
В самом деле, это явление чрезвычайно странное. Вы имеете два вещества, исследуете их свойства, природу, отношение к другим веществам и ясно видите, что оба они не имеют ровно ничего общего между собою, иной раз даже обладают свойствами, прямо противоположными друг другу. Начинаете изучать их состав и тут убеждаетесь, что не только оба эти вещества состоят из одних и тех же элементов, но и количества их, вошедшие в соединение друг с другом, одни и те же в обоих случаях и по своему составу оба изучаемые вещества должны быть признаны тождественными друг другу.
Никто не мог дать этому явлению никакого разумного объяснения. Жерар пробовал объяснить изомерию, выдвинув свою теорию генераторов. Кольбе признавал и защищал теорию генераторов. Согласно этой теории различие изомерных веществ объяснялось тем, что различны были реакции при их образовании.
Бутлеров опроверг эту теорию опытами своего ученика А. Н. Попова, который одно и то же вещество — метиламилкетон — получил в результате двух разных реакций, то-есть, говоря словами Жерара, при разных генераторах.
«Таким образом, — заключает Александр Михайлович, — само собою естественно вытекло заключение о том, когда получаемые вещества, несмотря на различие ближайших генераторов, должны быть тождественны потому, что представляют случай одинакового распределения химического взаимодействий элементарных атомов, то-есть одинакового химического строения. Раз дойдя до этого, нетрудно было убедиться, что гораздо проще, оставляя в стороне ближайшие генераторы, судить прямо, насколько то возможно, о строении — вещества».
Значит, не генераторы, а только атомы, их размещение в молекуле и их различное взаимоотношение в молекуле данного вещества могут объяснить явление изомерии, — таков вывод из структурной теории.
Александр Михайлович своими классическими исследованиями над группой таких изомерных веществ, известных под именем бутильных алкоголей, показал, в чем дело. Опираясь на свою теорию строения химических соединений, он показал, что атомы, образующие частицу химического соединения, находятся в ней в известном, строго определенном отношении друг к другу. От расположения атомов в частице, от взаимных отношений друг к другу, от порядка и способа их связи друг с другом зависят все свойства данного химического соединения, зависит его способность вступать во взаимодействие с другими веществами.
Вы имеете, например, группу, состоящую из 4 атомов углерода, 8 атомов водорода и 2 атомов кислорода. В одном случае эти атомы группируются так, что из них образуется вещество, обладающее сильно кислыми свойствами, неприятным запахом, энергически взаимодействующее с другими; в другом же случае из того же числа атомов тех же элементов образуется соединение, резко отличающееся от первого: оно совершенно не имеет кислых свойств, обладает приятным ароматом и относится индиферентно к тем веществам, с которыми энергично взаимодействовало первое.
От чего зависит эта разница? Понятно, не от состава: он один и тот же.
Теория химического строения объясняет, в чем дело, и показывает, что атомы углерода, водорода и кислорода в обоих случаях связаны друг с другом неодинаково, и это различие обусловливает разницу в свойствах обоих веществ. Но теория Бутлерова не только объясняет это, но и доказывает.
Исходя из простейших веществ, состоящих из двух элементов, соединившихся в небольшом числе атомов, веществ, в которых взаимное отношение составных частей престо и наглядно, она выводит строго логическим и опытным путем все самые сложные вещества, замещая какую-нибудь из составных частей на другие элементы и группы по их возрастающей сложности. Она показывает самый порядок замещения, способ его и доказывает свои выводы каждый раз теми превращениями, к каким становится способным вновь образовавшееся вещество.
Мало того, она говорит: если атомы таких-то элементов, например углерода, водорода и кислорода, соединятся между собою в таком-то числе и в таком-то порядке, то должно образоваться такое-то вещество, обладающее такими-то свойствами. Исходя из простейших веществ, в которых строение ясно, химик, руководясь этой теорией, начинает создавать предположенное вещество, вводя в избранное простейшее — на место той или другой составной части — нужные для него элементы, и в результате получает именно то вещество, — которое предвиделось теорией, со всеми теми свойствами, которые последняя ему приписывала.
Бесчисленный ряд таких синтезов поставил теорию строения химических соединений на незыблемую почву опыта и факта.
Для исследований изомерных веществ Бутлеров воспользовался известным изобутиловым спиртом, который был выделен еще в 1852 году из сивушного масла. По своим химическим свойствам изобутиловый спирт близок к винному спирту. Бутлеров выбрал для исследования изобутиловый спирт потому, что он был наиболее доступным по цене и легко очищался от примесей.
Исходя из теории строения, можно было предвидеть существование бутилового спирта в четырех изомерных видоизменениях. Бутлеров дал этим четырем бутиловым спиртам названия нормального, первичного, вторичного и третичного. Вюрцевский спирт Бутлеров назвал нормальным бутиловым; существование остальных предстояло доказать.
К величайшему торжеству теории химического строения в 1863–1864 годах Бутлеров действием цинкметила на хлорангидрид уксусной кислоты получает триметилкарбинол — простейший и исторически первый третичный спирт. В то же время в других лабораториях были синтезированы вторичный бутиловый спирт, а затем и первичный. Основанные на теории химического строения первые предсказания Бутлерова оправдались самым блестящим образом: Бутлерову удалось не только показать существование изомерии спиртов, но и подтвердить правильность объяснения явления изомерии химическим строением молекул.
Вслед за тем, изучая производные триметилкарбинола, Бутлеров опубликовал не менее важное в истории органической химии исследование, в котором подобным же образом доказал изомерию открытого им изобутана с нормальным бутаном.
Разъяснение сущности чрезвычайно распространенного в органической химии и загадочного явления изомерии было столь блестящим торжеством Бутлерова и проводимых им теоретических воззрений, что, говоря о значении созданной им теории строения, великий русский ученый был вправе сказать:
