— Знаете, ваш пример со щупальцами очень удачен, — сказал Эрленмейер. — Очевидно, если мы уподобим валентные силы щупальцам, разница выявится и в тех случаях, когда два атома насытят соседние или же противоположные валентности. Но можем ли мы проводить такую аналогию для вещей, которых нельзя ни увидеть, ни доказать?
— Действительно, мы не знаем, что представляет собой химическая связь, не ясно, что по сути представляют собой и атомы. Но даже если мы откажемся от физического представления о расположении атомов в пространстве, нельзя отрицать, что химические свойства соединений зависят от связи между составляющими их элементами. Теория химического строения дает средство не только объяснить явления, но и предвидеть возможность образования новых веществ.
Разговор с Бутлеровым задевал тщеславие Кекуле и Эрленмейера. Ведь они, чувствуя явную несостоятельность теории типов, сами искали новые пути объяснения явлений органической химии и были близки к тому, чтобы выдвинуть представления, аналогичные идеям Бутлерова. И вдруг оказалось, что этот молодой русский ученый сформулировал и блестяще доказал то, что так долго не удавалось им.
Итак, теория заявила свое право на существование[162]. Она требовала дальнейшего развития, и где же, как не в Казани, следовало этим заниматься — ведь там родилась новая теория, там работал ее создатель. Однако обстановка в Казанском университете была тяжелой и неблагоприятной для работы. По старой традиции, возникшей еще во времена Ломоносова, профессора в университете были разделены на две враждующие партии — немецкую и русскую. В этих сложных взаимоотношениях участвовали и студенты. Они устраивали демонстрации против профессоров-иностранцев и аплодировали (несмотря на то, что это строго запрещалось) талантливым русским лекторам. Студенческое движение встревожило правительство. Старый ректор оказался неспособным справиться со всеми этими сложностями, и на его место был назначен Бутлеров, любимец студентов, человек, снискавший уважение среди профессуры.
Для Бутлерова ректорские обязанности казались тяжким и непосильным бременем. Он несколько раз просил освободить его от этой должности, но все его просьбы оставались неудовлетворенными. Заботы не покидали его и дома. Только в саду, занимаясь любимыми цветами, он забывал тревоги и неурядицы прошедшего дня. Он не уставал любоваться камелиями и розами, выращенными собственными руками. Часто вместе с ним в саду работал его сын; Александр Михайлович расспрашивал мальчика о событиях в школе, рассказывал любопытные подробности о цветах.
Несмотря на многочисленные административные обязанности, Бутлеров продолжал теоретическую работу. В лаборатории, оборудованной и модернизированной под его руководством, работали молодые и способные исследователи. Бутлеров ставил перед ними задачи, которые должны были разрешить вопросы, связанные с проблемами изомерии.
— Принимая во внимание порядок связи атомов в молекуле, надо ожидать существования нескольких изомеров у десятков и десятков веществ, — говорил Александр Михайлович Марковникову. — Думаю, вам известны наши с Поповым[163] результаты?
Собеседник утвердительно кивнул головой.
— В сущности, результаты этих исследований полностью отвергают теорию генераторов[164].
— Да, — продолжал Бутлеров. — Метиламилкетон, который мы синтезировали различными способами, обладает одними и теми же свойствами. О чем это говорит? Свойства веществ определяет не способ их получения, а порядок расположения атомов в их молекуле.
— Тогда пропиловый спирт должен образовывать два изомера.
— Правильно, а бутиловый — четыре.
Бутлеров достал лист бумаги и начал писать формулы.
— Прямая углеродная цепь может образовывать изомеры, потому что атом кислорода способен связываться с атомом углерода в конце цепи или в ее середине. А если цепь разветвлена, образуются еще два изомера.
Третий собеседник, Александр Михайлович Зайцев[165], молчал — он был самым молодым из троих и предпочитал слушать. Он учился в Казанском университете и работал в лаборатории под руководством профессора Бутлерова.
— Попытаемся синтезировать эти изомеры. В случае удачи это будет неоспоримым доказательством правильности теории. Что касается методики — обратился Александр Михайлович к Зайцеву, — то, может быть, надо попробовать заместить атом хлора в хлористом ацетиле метиловым радикалом, а потом…
Бутлеров был на правильном пути. Действия диметилцинком на хлористый ацетил, ему удалось впервые в истории химии получить самый простой третичный спирт — третичный бутиловый спирт, или триметилкарбинол. Вскоре после этого в литературе появились сообщения об успешно проведенном синтезе первичного и вторичного бутиловых спиртов.
Ученым был известен изобулитовый спирт еще с 1852 года, когда он был впервые выделен из природного растительного масла.
Теперь уже ни о каком споре и речи быть не могло — существовало четыре различных бутиловых спирта. И все они — изомеры[166].
Какой это был триумф структурной теории! И как счастлив был ее автор. Шел 1863 год — самый счастливый год в жизни великого ученого.
Успех принес ему уверенность, но в то же время поставил перед ним новую, более трудную задачу. Необходимо было применить структурную теорию ко всем реакциям и соединениям органической химии, а главное, написать новый учебник по органической химии, где все явления рассматривались бы с точки зрения новой теории строения. Дело это не терпело отлагательства. Бутлеров ясно сознавал, что задача, стоящая перед, ним, огромна и невероятно сложна. Объяснить свойства и написать формулы всех известных до сего времени органических соединений с точки зрения структурной теории! Он уже делал это в своих лекциях, и его студенты хорошо владели новой теорией, отлично ориентировались в безбрежном океане фактов. Но учебник должен помочь и остальным химикам, уже покинувшим университетскую скамью, усвоить новый подход к познанию химических реакций органических соединений.
Бутлеров работал над учебником почти два года без перерыва. Книга «Введение к полному изучению органической химии» вышла из печати тремя выпусками в 1864–1866 годах. Она не шла ни в какое сравнение ни с одним из известных тогда учебников. Этот вдохновенный труд был откровением Бутлерова — химика, экспериментатора и философа, перестроившего весь накопленный наукой материал по новому принципу — по принципу химического строения.
Книга вызвала настоящую революцию в химической науке. Уже в 1867 году началась работа по ее переводу и изданию на немецком языке. Вскоре после этого вышли издания почти на всех основных европейских языках. По словам немецкого исследователя Виктора Мейера[167], она стала «путеводной звездой в громадном большинстве исследований в области органической химии».
Итак, учебник написан. Огромный груз свалился с плеч ученого.
С тех пор как Александр Михайлович закончил работу над учебником, он все чаще проводил время в Бутлеровке. Даже во время учебного года семья по нескольку раз в неделю наезжала в деревню. Двухлетний Володя целыми днями играл на лугу возле дома. Бутлеров чувствовал здесь себя свободным от забот и целиком отдавался любимым увлечениям — цветам и коллекциям насекомых. Как человека широких интересов, его волновали и вопросы экономики. «Русское хозяйство нерентабельно. Необходимы новые источники доходов. Требуют модернизации сельскохозяйственные работы, нельзя оставлять на таком низком уровне жизнь русского крестьянина».
162
Бутлеров сформулировал основное положение теории химического «троения в 1861 г.: «Химическая натура сложной частицы [молекулы. —
163
Александр Никифорович Попов (ок. 1840–1881) — русский химик, ученик Бутлерова, с 1869 г. профессор Варшавского университета. Своими ранними работами экспериментально доказал, что все четыре валентности атома углерода тождественны; предложил аналитические методы («правила Попова») определения химического строения кетонов, кислот, спиртов и углеводородов. О Попове см.: Быков Г. В. Тр. Ин-та истории естествозн. и техн., 12, 200–245 (1956); Быков Г. В. История органической химии: Структурная теория, ук. соч., с. 299–300; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 401–402.
164
Согласно теории генераторов, образование изомеров объясняется различием исходных веществ и методов получения.
165
Александр Михайлович Зайцев (1841–1910) — известный русский химик, ученик Бутлерова, с 1869 г. профессор химии Казанского университета, с 1885 г. чл.-корр. Петербургской Академии наук, создатель крупной научной школы химиков-органиков. Зайцев был отличным химиком-экспериментатором, почти все его работы в области органической химии посвящены алифатическим соединениям; он разработал ряд новых синтезов предельных и непредельных спиртов при помощи галогеноцинкорганических соединений, первым дал объяснение «реакции Гриньяра», в 1875 г. установил правило отщепления галогена или гидроксила от алкилгалогенидов или спиртов (правило Зайцева). О Зайцеве см.: Арбузов А. Е. Казанская школа химиков. — Казань: Тат. кн. изд-во, 1971; Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 247–252; Ключевич А. С, Быков Г. В. Александр Михайлович Зайцев. 1841–1910. — М.: Наука, 1980; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 195.
166
Триумфом теории химического строения органических соединений Бутлерова явилось правильное объяснение на основе этой теории явлений изомерии. В статье «О различных способах объяснения некоторых случаев изомерии» (Соч., т. 1, с. 101–124), опубликованной в 1863 г. на немецком и в 1864 г. на французском языках, Бутлеров сделал вывод: «Если при одинаковом составе вещества отличаются свойствами, то они должны также отличаться и своим химическим строением». Лучшим подтверждением учения Бутлерова об изомерии послужил синтез теоретически предсказанных изомеров (изобутана и изобутипена). Другие синтезы выполнены его учениками Ф. М. Флавицким (1848–1917), А. Н. Вышнеградским (1851–1880) и особенно В. В. Марковниковым, доказавшим в 1865 г. предсказанную теорией изомерию масляных кислот (Соловьев Ю. И. Эволюция основных теоретических проблем химии. — М.: Наука, 1971, с. 197–199).
167
Виктор Мейер (1848–1897) — известный немецкий химик-органик, профессор Высших технических школ в Штутгарте и Цюрихе, университетов в Геттингене и Гейдельберге; впервые получил (в 1872 г.) алифатические нитроуглеводороды и исследовал их свойства, в 1882 г. открыл тиофен и подробно изучил его свойства, открыл реакцию альдегидов в кетонов с гидроксиламином; впервые получил и исследовал оксимы, ввел представления о «пространственных затруднениях» при химических реакциях, в 1888 г. впервые употребил термин «стереохимия», а в 1894 г. — «ониевые соединения». О Мейере см.: Быков Г. В. История органической химии: Открытие, ук. соч., с. 107–108 и др.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 329.