Возникновение органической химии как одной из основных химических наук со своими специфическими объектами и методами исследования относится к первой четверти XIX в. Несомненно, человеку и ранее были хорошо известны многие органические вещества, применявшиеся в повседневной жизни и в промышленном производстве.
Как только человек научился добывать и поддерживать огонь, ему пришлось разделять все вещества на горючие и негорючие. В те времена в зависимости от географического положения различным народам мира топливом служили либо дерево, либо жир или масло. Таким образом складывались устойчивые представления о том, что горючие материалы обязательно имеют растительное или животное происхождение. C другой стороны, вода, песок, различные горные породы и большинство веществ минерального происхождения не поддерживали горения. У естествоиспытателей существовала убежденность, что между способностью к горению и принадлежностью к живому или неживому миру прослеживается определенная связь. При этом наблюдались некоторые исключения: каменный уголь и сера, будучи продуктами неживой природы, входили в группу горючих веществ.
C глубокой древности человека интересовало не только свойство горючести веществ растительного или животного происхождения. C незапамятных времен жрецы, врачеватели и ремесленники Древнего мира использовали органические вещества при изготовлении благовоний, косметических и лекарственных препаратов, а также в качестве ядов, красителей и консервантов. C помощью перегонки и экстракции были выделены различные органические соединения — спирты, эфиры, карбоновые кислоты и многие другие. К середине XIV в. перегонка стала основным алхимическим методом получения всевозможных «эссенций», а позднее перешла в практику ятрохимиков и фармацевтов-гербалистов.
В 70-е гг. XVII в. Парижская Академия наук пыталась осуществить грандиозный по тем временам научный проект, направленный на определение «истинных начал» сложных тел растительного происхождения, а также взаимосвязи между свойствами вещества и его компонентным составом. При этом в качестве основного аналитического метода выбрали сухую перегонку растительного сырья{339}.
Согласно распространенному на рубеже XVII–XVIII вв. мнению, при сухой перегонке органических тел можно выделить следующие продукты: воду, летучую кислую жидкость (spiritus), горючее масло и негорючий остаток, состоящий из двух частей — растворимой в воде соли и нерастворимой земли.
На протяжении четверти века французские химики кропотливо систематизировали экспериментальные данные по изучению состава растений. Объем полученной информации стремительно увеличивался. Одновременно укреплялось понимание того, что грандиозный замысел, призванный упорядочить разрозненные сведения о составе органических тел, в действительности обернулся хаосом частных констатаций{340}.
Современные историки науки в целом склонны весьма скептически оценивать результаты грандиозных исследований Парижской Академии. Тем не менее они вынуждены признать и положительные стороны этого проекта. В частности, французские химики XVIII в. стали достаточно активно использовать известные еще с древности экстракционные методы анализа органических веществ.
Еще одним позитивным результатом этого научного проекта можно считать изменения в мировоззрении ученых. К началу XVIII в. химики стали задумываться еще и о том, что подавляющее большинство веществ неживой природы может выдерживать воздействие высоких температур, не утрачивая при этом своих свойств. (Вещества живой или некогда живой материи подобной термообработки не выдерживали.) Вода кипела и снова конденсировалась в воду; железо и поваренная соль плавились, но после охлаждения возвращались в исходное состояние. В то же время вещества растительного или животного происхождения (даже в условиях, исключающих возможность горения) при сильном нагревании претерпевали такие серьезные изменения, что превратить эти продукты в исходные вещества уже не представлялось возможным.
Анализ уровня развития науки в XVIII в. позволяет отметить, что органическая химия находилась тогда еще в зачаточном состоянии, хотя еще в XVII в. Н. Лемери в «Курсе химии» разделил вещества по происхождению на «три царства» — минеральные, растительные и животные. Название «органические вещества» встречается и у М.В. Ломоносова в его книге «Введение в истинную физическую химию».
Прямой путь к анализу элементного состава[42] органических соединении проложил А.Л. Лавуазье, определив сначала количественных состав «летучей меловой кислоты» (углекислого газа), а затем и воды (см. гл. 6, п. 6.7). C 1784 г. в этих целях французский химик применял следующую методику: навеску органического вещества сжигали в маленькой лампе, плавающей на поверхности ртути под колоколом, внутри которого находился кислород или воздух. В анализируемом объекте Лавуазье оценивал содержание углерода и водорода по массам образовавшихся CO2 и H2O соответственно.
Несмотря на несовершенство экспериментальной методики, а иногда и определенную логическую непоследовательность, А.Л. Лавуазье сделал громадный шаг вперед. Количественный элементный анализ выявлял и фиксировал «предельные» ингредиенты химического соединения, истинные инварианты его состава{341}. К концу XVIII в. А. Лавуазье признал, что в состав веществ органического происхождения входят углерод, водород, кислород, азот, сера и, значительно реже, фосфор. Несомненно, метод Лавуазье позволил добиться столь желанной определенности результатов химического анализа органических соединений. Однако в действительности, полученные экспериментальные данные подняли новую проблему — проблему конституции органических веществ. А.Л. Лавуазье писал, что пока еще трудно понять, каким образом «природа достигает со столь малым числом элементов, или простых тел, столь большого разнообразия результатов»{342}.
В 1807 г. Й.Я. Берцелиус предложил вещества растительного или животного происхождения называть органическими. Вещества, характерные для неживой природы, стали именовать неорганическими. Говоря об условиях возникновения органической химии, необходимо назвать два основных стимула, которые оказали непосредственное влияние на направление исследований в этой новой области химической науки.
Во-первых, решающее влияние на развитие органической химии оказали практические потребности человека. В начале XIX в. стало очевидно, что эта область науки может поставлять множество ценных продуктов для удовлетворения нужд производства и бытовых потребностей человека: текстильная промышленность (получение природных и искусственных красителей), фармакология и медицина (исследование лечебных свойств природных веществ и потребность в новых лекарственных препаратах) стимулировали расширение и углубление научных изысканий в органической химии.
Во-вторых, при изучении состава и свойств органических соединений был накоплен огромный объем экспериментальных данных, который требовал осмысления, обобщения и систематизации. Особенности элементного состава и свойств органических соединений вызвали необходимость их сопоставления с более изученными минеральными веществами с целью выявления различий и сходства между этими двумя группами соединений. Таким образом, в качестве второго важнейшего фактора расширения и углубления теоретических и экспериментальных исследований органических соединений выступили фундаментальные задачи самой химической науки. Логический путь последующего развития органической химии был обусловлен одновременным влиянием двух этих факторов — практического и фундаментального, взаимодействие которых прослеживалось в работах большинства выдающихся химиков-органиков XIX в.