Благодаря наличию строго определенной плоскости поляризации поляризованный свет является очень удобным инструментом в исследовании различных химических соединений. Когда поляризованный свет пропускали через растворы некоторых, казалось, совершенно одинаковых веществ, ученые вдруг обнаружили, что в то время, как одни из них отклоняли плоскость поляризации на определенное число градусов влево, другие растворы отклоняли ее на столько же градусов вправо. Оказалось, растворенные вещества находятся в таком же отношении друг к другу, как предмет и его зеркальное изображение. Такие пары были названы «оптическими антиподами», а вещества — «оптически деятельными соединениями».
Объяснение этого явления дала гипотеза Вант-Гоффа.
В напечатанной Вант-Гоффом в 1874 году брошюре он приводил примеры, доказывающие, что плоскостные формулы химических соединений находятся в противоречии с опытами, и утверждал, что все трудности исчезают, если соединения углерода представить себе в виде четырехгранника, в середине которого помещен атом углерода, а в четырех вершинах — четыре соединенные с ним атома. Если атомы эти будут неодинаковы, то есть молекула асимметрична, то пара оптических антиподов представится как два сходных, но не тождественных четырехгранника, которые не могут быть совмещены, как правая и левая перчатки.
Одновременно к тем же выводам пришел Ле Бель. Вант-Гоффу и Ле Белю удалось доказать, что все известные тела, обладающие способностью отклонять плоскость поляризации, имеют асимметрический атом углерода.
Идея влияния асимметричности атома углерода на оптическую деятельность была высказана еще ранее Луи Пастером. В 1815 году Ж. Био открыл явление оптической активности растворов сахара. Это было еще только единичное наблюдение. В 1848 году Луи Пастер доказал, что вещества, оптически активные в растворе, всегда кристаллизуются так, что кристаллы правовращающего раствора являются зеркальным отображением кристаллов левовращающего. Из этого вытекало предположение об асимметрическом строении молекул этих веществ, являющемся причиной их оптической деятельности. Это было новое проникновение в неведомые законы природы. Оно послужило отправным пунктом для Вант-Гоффа при разработке гипотезы пространственного расположения атомов в, молекуле вещества.
«Современная химическая теория, — писал Вант-Гофф, — имеет два слабых пункта: ею нельзя объяснить ни относительное расположение, которое занимают атомы и молекулы, ни характер их движения; если признать существование атомов, то, рассматривая их расположение, необходимо согласиться, что это расположение пространственное».
Вплотную подошел к вопросу о пространственном расположении атомов в органических соединениях до Вант-Гоффа И. Вислеценус. Однако в то время он не сумел теоретически обосновать свои взгляды.
Представления о пространственном расположении атомов не были сразу приняты учеными: слишком далеки они были от прежних понятий химиков. К тому же фактов, на которые опирались авторы гипотезы, было еще так мало, что большинство ученых отнеслись к ней с недоверием. Особенно яростные нападки вызвала гипотеза Вант-Гоффа у Кольбе, стоявшего на позициях «непознаваемости» молекулы. Вот какой статьей разразился маститый химик:
«Побежденная 50 лет тому назад духом точного исследования природы натурфилософия в настоящее время снова выпущена псевдоестествоиспытателями из клетки, предназначенной для хранения отбросов человеческого ума. Переодев эту кокотку в модные одежды и покрыв ее лицо белилами и румянами, они хотят провести ее в порядочное общество, в котором для нее нет места. Кому эти опасения покажутся преувеличенными, пусть прочтет (если может) фантастическое сочинение г. Вант-Гоффа о расположении атомов в пространстве. Я умолчал бы об этом труде, как о многих других, ему подобных, если бы один видный химик (Вислеценус) не оказал этой затее своего покровительства, восхваляя ее как научную работу. Некоему д-ру Вант-Гоффу, занимающему должность в Утрехском ветеринарном училище, очевидно, не по вкусу точное химическое исследование. Он счел более приятным сесть на Пегаса (вероятно, взятого напрокат в ветеринарном училище) и поведал миру в своей «La chime dans l’espance» то, что он узрел с химического Парнаса, достигнутного им в смелом полете, — о расположении атомов в пространстве».
На попытку Кекуле заступиться за гипотезу Вант-Гоффа Кольбе написал новую статью, где в ироническом свете представил Кекуле. «…Еще до сих пор никогда, — писал он, — химикам не предлагали более грубой и неудобоваримой пищи, чем это сделал Кекуле».
Научная полемика переходила в драку! Но, кроме грубых, оскорбительных выражений, Кольбе не смог привести ни одного разумного критического довода.
Прошло, однако, почти два десятилетия, пока новое учение окончательно утвердилось в умах химиков.
Как же отнеслись к новой гипотезе русские химики и прежде всего создатель теории строения Бутлеров?
Еще в 1863 году, задолго до создания стереохимии, Бутлеров писал: «Если же атомы действительно существуют, то я не вижу, почему, как думает Кольбе, должны быть тщетными попытки определить пространственное расположение последних, почему будущее не научит нас производить подобные определения?» Как будто полное совпадение со взглядами Вант-Гоффа. Однако к новому учению Бутлеров отнесся равнодушно. Впрочем, историки химии считают, что им была начала работа по проверке и уточнению вопросов, связанных с пространственными представлениями, но вскоре последовавшая смерть не позволила ее закончить.
Отрицательно отнеслись первое время к гипотезе Вант-Гоффа Менделеев, Меншуткин и Зайцев. Марковников единственный из крупных химиков, кто положительно оценил ее.
Вопросы стереоизомерии вызвали настолько противоречивые взгляды, что являлись в тот период темой постоянных споров химиков. Где бы ни встречались, о чем бы ни говорили химики, в конечном итоге разговор переходил к стереохимии, и вскоре же этот разговор превращался в горячий спор.
Одним из немногих ученых, начавших в России заниматься вопросами стереоизомерии, был Е. Ф. Клименко, первый преподаватель Зелинского по химии. Беседы с ним натолкнули молодого химика на эту проблему, и скоро Николай Дмитриевич, как он сам говорил, «увяз в ней по уши». То, что самые крупные авторитеты химического мира не могли прийти к единодушному выводу, вызывало особый интерес, желание самому разобраться в вопросе, попытаться проверить его экспериментально. Совместно с П. Г. Меликишвили, также крайне заинтересованным стереохимией, Николай Дмитриевич начал работать над исследованиями стереоизомерных соединений.
В 1885 году оставленный при кафедре химии факультетский стипендиат Н. Д. Зелинский был направлен по обычаю того времени на два года за границу для стажировки. Во время этой командировки он должен был специализироваться по органической химии у профессора Вислеценуса в Лейпциге и у профессора Виктора Мейера в Геттингене.
В Лейпцигском университете Зелинский впервые узнал «немецкую науку». Здесь все было проникнуто мыслью о первостепенности немецких ученых, о непререкаемости их авторитета, о высоком научном уровне их работ. Здесь еще хорошо помнили Г. Кольбе, работавшего в университете с 1865 года и умершего всего год назад. Многие профессора еще стояли на старых позициях, повторяя мысли Кольбе о том, что «высочайшие проблемы химии не будут решены, особенно вопрос о пространственном расположении атомов», цитировали его слова, что стереоизомерия — «заблуждение человеческого разума» и «фантастическая выдумка».
Профессор Вислеценус, занявший кафедру Кольбе, противопоставлял взглядам этих ученых новые стереохимические представления, и в Лейпцигском университете в ту пору среди химиков шли горячие споры.
Вислеценус был рад в молодом русском коллеге встретить последователя своих воззрений, он охотно взял на себя руководство его практической работой по синтезу двухосновных кислот, которые, как они полагали, дадут ценный материал для подтверждения положений стереохимии.