ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Бензольное кольцо из "Путешествие в мир органической химии" В 1828 году Велер, получив мочевину в лаборатории, нанес удар витализму и проложил путь к синтезу органических веществ. Все больше становилось соединений, полученных в реакционных сосудах химиков. [c.98] В 1831 году Либих значительно усовершенствовал и упростил элементарный анализ, что очень облегчило исследование состава органических соединений. С этого времени было открыто, синтезировано и подвергнуто анализу огромное число соединений. Причем выяснили, что есть вещества, имеющие одинаковый химический состав, но различные свойства. Другими словами, обнаружилось, что равные количества одних и тех же элементов могут быть связаны друг с другом неодинаково . Все более настоятельно вставал вопрос о структуре, о расположении атомов в молекуле. Поиски ответа привлекли внимайие профессора Гентского университета Августа Кекуле. [c.98] Существовали различные точки зрения. Была выдвинута теория радикалов, много спорили о так называемом учении о типах. Но ни то, ни другое толкование не в состоянии было удовлетворительно объяснить все экспериментальные факты. Противоречия между экспериментальными данными и теорией требовали неотложного решения. [c.98] Для Кекуле было ясно, что дальнейшая работа над теорией радикалов непременно приведет в тупик, что она бессмысленна, бесцельна. Ему казалось гораздо более разумным исходить из самих элементов и искать ответ на вопрос, по каким законам атомы этих элементов соединяются в молекулы. [c.98] Как же обстояло дело с атомностью углерода, содержащегося во всех органических соединениях Со сколькими эквивалентами других элементов он мог соединяться Подобными вопросами Кекуле обстоятельно занимался. На примере гремучей ртути, соединения, которое так успешно исследовал его учитель Либих, он провел серию экспериментов и показал, что углерод четырехвалентен. Рассмотрим простейшие соединения углерода. Бросается в глаза, что масса углерода, которую химики признали наименьшей, равной одному атому, всегда присоединяет четыре атома одноатомного или два атома двухатомного элемента . Таким образом, общая сумма химических единиц элементов, связанных с одним углеродом, равна 4. Эти данные приводят к заключению, что углерод четырехатомен , — писал Кекуле. [c.99] Практически в молекулах почти всех соединений содержится по нескольку углеродных атомов. [c.99] Так выражал Кекуле само собой разумеющееся в наши дни понятие о том, что атомы углерода соединяются между собой, затрачивая при этом часть химического сродства друг. на друга. Из восьми единиц сродства (два раза по четыре) двух атомов углерода две единицы используются для соединения этих атомов между собой и остаются еще шесть, по которым могут быть присоединены атомы других элементов. Если таким образом соединяются больше чем два атома углерода, то с каждым вновь присоединенным атомом основность углеродной группы повышается на две единицы . [c.99] Кекуле был, конечно, далек от того, чтобы рассматривать символы элементов, связанные в определенной последовательности в цепи, как реальное отражение строения молекулы. Он был совершенно уверен в пространственном распОг ложении атомов. Само собой понятно, что положение атомов в пространстве, даже если бы оно было установлено, нельзя изобразить в плоскости бумаги. Для этого по крайней мере необходим рисунок, сделанный с учетом перспективы, или модель . Кекуле привлекали те представления, которые в 1874 году высказали независимо друг от друга Вант-Гофф и Ле-Бель, и которые впоследствии были развиты в тетраэдрическую модель атома углерода, принятую и в наши дни. [c.100] Гораздо больше пришлось поломать голову над строением молекул ароматических соединений. Оказалось, что учение о валентности не применимо к некоторым органическим соединениям, что строение многих из них не укладывается в схему, о которой мы рассказывали. Такими соединениями являлись ароматические соединения. Их называли так потому, что Некоторые из них обладали приятным запахом. Именно тем, что их нельзя было уложить в схему, эти соединения заинтересовали Кекуле. Он установил, что во всех ароматических соединениях содержится группировка из шести атомов углерода, которая сохраняется в некоторых продуктах превращения этих веществ. Эта группировка Се была и у бензола СеНв — простейшего представителя ароматических соединений. Если бы удалось выяснить структуру бензола, то, наверняка, это явилось бы ключом к пониманию строения всех ароматических соединений. [c.100] Мысли о формуле бензола не покидали Кекуле. В егве мозгу проносились пляшущие атомы и длинные их цeп i, крепко связанные между собой. Все это в непрерывном-дИ =-.. жении вертелось и извивалось подобно змеям. Но что этй Одна змея схватила свой собственный хвост. Это может быть, решением Никакой цепи нет. Кольцо из атомов углерода такова формула бензола. [c.101] Однако прежде чем написать формулу бензола, удовлетворяющую всем известным экспериментальным фактам, следовало еще очень многое осмыслить. Как происходит объединение шести атомов углерода в кольцо, все еще было не совсем понятно. В полученной таким образом молекуле углерод должен был быть трехвалентным. Но это противоречило теории об обязательной четырехвалентности углерода, признанной Кекуле. Тогда он пришел к выводу, что остающиеся шесть валентностей шести атомов углерода объединяются в три двойные связи, которые в кольце чередуются с одинарной связью. [c.101] Кекуле принялся исследовать группу ароматических соединений. Уже давно было установлено, что некоторые свойства членов этой группы сильно отличаются от свойств других соединений. Принципы строения формулы бензола Кекуле распространил на всю эту группу. Полученные сведения он изложил в своих Исследованиях об ароматических соединениях . [c.101] Если теперь предположить, что два атома углерода, замыкающие цепь, связаны через одну единицу сродства, мы получим замкнутую цепь (симметричное кольцо), содержащую еще 6 свободных единиц сродства. Если эти 6 единиц сродства насыщены водородом, получается бензол. Водород в бензоле можно полностью или частично заменить хлором, бромом или иодом . [c.102] Далее Кекуле доказывал, что в любом ароматическом соединении, известном до сих пор, содержится по крайней мере одно бензольное кольцо, представляющее собой характерную составную часть, основной конструктивный элемент арои а-тических соединений. [c.102] Предположив, что 6 углеродных атомов бензольного кольца образуют симметричный шестиугольник, легко было прийти к выводу, что все шесть атомов водорода равноценны. Например, не играет роли, у какого атома углерода — первого, второго, третьего или пятого — произошло замещение атома водорода на атом хлора, поскольку все атомы водорода одинаково расположены в пространстве и имеют одинаковые связи. Тот факт, что у однозамещенных производных бензола отсутствует изомерия, вполне может служить доказательством регулярного расположения атомов углерода в шестиугольнике бензола. [c.102] Эту хорошо обоснованную теорию о строении бензольного кольца Кекуле представил на обсуждение специалистов. Практика должна была решить, насколько она верна. [c.102] Формула бензола, сконструированная Кекуле, была принята подавляющим большинством химиков. Оставалось еще много неясного, но работать органикам стало гораздо проще. Теперь можно было рассматривать всю химию ароматических соединений под единым углом зрения, можно было объяснить строение многих соединений, вскрыть аналогии, истолковать различия и, таким образом, создать основу для синтеза природных веществ. О чем бы ни шла речь — о каменноугольных красителях, о лекарственных препаратах, пластмассах или природных соединениях, выясняется, что в основе их структуры всегда лежит формула бензола. [c.102] Кекуле умер в 1896 году в Бонне в возрасте 67 лет. [c.103] Мы рассказали далеко не все о формуле бензола. Ряд особенностей делает целесообразным дальнейшее ее рассмотрение. [c.103] Расшифровывая структуру молекулы бензола, Кекуле расположил атомы углерода в правильный плоский шестиугольник. Каждый атом углерода в нем соединен двумя валентностями с соседними атомами углерода и одной валентностью с атомом водорода (а). Такой способ, несомненно, наиболее прост. Однако кольцо, построенное таким образом, не удовлетворяло бы существующему представлению о четырехвалентности углерода. Поэтому Кекуле считал единственно возможным оставшиеся 6 валентностей шести углеродных атомов соединить в двойные связи, расположенные равномерно в кольце (б). [c.103] Вернуться к основной статье