Фридрих Велер (1800–1882)
Вильгельм Герман Кольбе (1818–1884)
В начале XIX в. в органической химии развернулась ожесточенная теоретическая борьба, которая к середине столетия достигла своего апогея. Все предшествующие годы были эпохой безусловного господства единого взгляда на происхождение органических веществ — теории витализма[43]. Многие известные ученые того времени (в том числе и сам Й.Я. Берцелиус) были приверженцами этого учения. Первые сомнения в абсолютной правоте сторонников витализма возникли в 1828 г. после опубликования результатов работ немецкого химика Фридриха Велера. Из цианата аммония NH4NCO, который безоговорочно причисляли к неорганическим веществам, немецкому ученому удалось синтезировать кристаллы мочевины NH2–CO–NH2 — продукта жизнедеятельности человека и животных. Будучи учеником Й.Я. Берцелиуса, Ф. Велер сообщил об этом открытии своему учителю. В результате научной дискуссии Берцелиусу пришлось согласиться, что разделение на органические и неорганические вещества оказалось не таким четким, как ему ранее казалось.
Следует сказать несколько слов о самом открытии Ф. Велера. C одной стороны, превращение цианата аммония NH4NCO в мочевину является перегруппировкой атомов, поскольку качественный и количественный состав этих веществ совпадает. Однако с другой стороны, это ни в коей мере не должно умалять значения открытия Ф. Велера. Оно имеет прежде всего мировоззренческое, философское и концептуальное значение. Кто знает, как долго продолжала бы господствовать теория витализма, если бы Ф. Велер не совершил своего открытия. Результаты, полученные немецким химиком в известной мере ослабили позиции сторонников витализма и вдохновили химиков на новые попытки синтеза органических веществ из неорганических.
В 1845 г. ученик Ф. Велера Адольф Вильгельм Герман Кольбе успешно осуществил синтез уксусной кислоты, которую, несомненно, считали органическим веществом. Более того, Г. Кольбе получил ее методом полного синтеза, который позволял проследить всю цепочку химических превращений — от исходных элементов (углерода, водорода и кислорода) до конечного продукта уксусной кислоты.
Начиная с 50-х гг. XIX в., французский химик Пьер Эжен Марселей Бертло систематически разрабатывал различные методики синтеза многих органических соединений и добился в этом направлении больших успехов. В частности, ему удалось получить метиловый и этиловый спирты, метан, бензол и ацетилен. Таким образом Бертло нанес существенный удар по теории витализма и «нарушил границу» между органической и неорганической химией.
Пьер Эжен Марселей Бертло (1827–1907)
Ф. Велер, Г. Кольбе и М. Бертло синтезировали относительно простые по своему составу органические соединения, тогда как для живой природы характерны значительно более сложные соединения типа крахмала, жиров или белков. Но экспериментально изучать такие вещества в XIX в. было совсем не просто. Зачастую весьма серьезную проблему представляло собой даже определение элементного состава этих веществ.
Вначале об этих сложных соединениях было известно лишь то, что их можно разделить на сравнительно более простые органические вещества. Много усилий решению этой проблемы посвятил русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф. Нагревая крахмал с кислотой, он превратил этот углевод в более простое вещество — глюкозу. В 1820 г. по сходной методике французский химик Анри Браконно смог выделить глицин — азотсодержащую органическую кислоту, относящуюся к группе соединений, которые впоследствии Берцелиусом были названы аминокислотами. Глицин был первой (и простейшей по составу) из двадцати аминокислот, выделенных уже в следующем столетии из природных белков.
Как известно, крахмал и белки являются высокомолекулярными органическими соединениями с очень большой молекулярной массой. Можно сказать, что они представляют собой природные полимеры и сополимеры, состоящие из остатков глюкозы и аминокислот соответственно. В XIX в. ученые практически не имели возможности распознать их строение, а следовательно, синтезировать эти вещества в лабораторных условиях. А вот с другими природными соединениями — жирами — дело обстояло несколько иначе. Уже в первой трети XIX в. было известно, что при кислотном гидролизе жиров можно выделить жирные кислоты и предельный трехатомный спирт глицерин.
В 1854 г. М. Бертло, нагревая глицерин со стеариновой кислотой (одной из наиболее распространенных жирных кислот), осуществил синтез тристеарина. Это соединение оказалось идентичным тристеарину, выделенному из природных жиров. К тому времени тристеарин являлся самым сложным из синтезированных аналогов природных продуктов. Добившись успеха в получении жиров, М. Бертло продолжил свои исследования. Следующим шагом в его экспериментах был синтез соединения глицерина с кислотами, аналогичными жирным кислотам, но выделенными из продуктов неживой природы. В результате этих исследований были получены соединения, с одной стороны, по свойствам похожие на природные жиры, а с другой — отличающиеся от них по своему составу.
Эксперименты М. Бертло показали, что химик может не только синтезировать в лаборатории аналоги природных продуктов, но и из веществ неживой природы способен получить соединения, по всем своим свойствам являющееся органическими. Именно это направление научных исследований определило самые крупные грядущие достижения органической химии конца XIX — начала XX вв.
В результате проводимых исследований все более очевидным становился тот факт, что различие между органическими и неорганическими веществами обусловлены прежде всего особенностями химического строения этих соединений. В 1861 г. немецкий химик Фридрих Август Кекуле фон Страдонитц пришел к правильному выводу: он определил органическую химию как химию соединений углерода. Это определение получило всеобщую поддержку. Правда, самые простые из соединений углерода, такие как CO, CO2 и соли угольной кислоты (карбонаты), скорее следует считать типичными неорганическими соединениями.
