Георгий Борисович Шульпин Эта увлекательная химия

Аппаратура, изображения в одной из таблиц 'Курса химии' Николя Лемери (Париж, 1756 г.)

Рисунок из 'Курса аналитической и физиологической химии' Робэна и Bердейля (Париж, 1853 г.). Так выглядят под микроскопом кристаллы некоторых веществ животного происхождения

На рисунке 'Пликто' Джовани Вентуры Россети (Венеция, 1548 г.) изображена одна из стадий работы по крашению ткани

Предисловие

Эта книжка — об органической химии. История этой науки полна гениальных "догадок, блестящих, исключительных по своему изяществу и наглядности экспериментов, острых столкновений идей и гипотез, обширных, революционизирующих всю нашу жизнь приложений в сфере техники, медицины, сельского хозяйства, быта. По сравнению с некоторыми другими областями знания органическая химия — наука молодая. Действительно: математика и астрономия зародились в глубокой древности, тысячелетия назад; возраст физики (точнее, некоторых ее разделов, например, механики) исчисляется многими сотнями лет. Органическая химия сформировалась как особая область химической науки, приобрела необходимый всякой науке теоретический фундамент и перешла от собирания фактов к их осмыслению немногим более столетия назад. Но сколько сделано за этот короткий срок! Получены миллионы новых соединений, среди них лекарства и красители, душистые вещества и волокна, топливо и пластмассы, продукты питания и биологически активные вещества, открыты сотни типов химических реакций. И хотя фундамент органической химии в настоящее время представляется в основном завершенным, наука эта продолжает интенсивно развиваться и дарить радостью открытий и находок все новые поколения исследователей.

В первых главах автор рассказывает о самых основных понятиях органической химии, о простейших классах органических веществ. Затем автор переходит к приложениям органической химии в других областях знаний, прежде всего — в биоорганической химии и молекулярной биологии. Эти ветви естествознания, сформировавшиеся в последние несколько десятилетий, целиком заимствуют из органической химии ее закономерности, теоретический аппарат. Многие стороны биологических процессов, ранее казавшиеся таинственными и непознаваемыми, удалось перевести на ясный, четкий язык химических формул.

Для кого эта книжка? Прежде всего, она адресована нашей молодежи, школьникам, которым предстоит выбор профессии. Кое-что интересное найдут здесь для себя и другие читатели, все, кто интересуется химией. Люди, наукой профессионально не занимающиеся, обычно довольно слабо представляют себе, в чем заключается обыденный труд научного работника. Многие не знают, каким образом специалисты обмениваются информацией, не подозревают о существовании огромного количества научных узкоспециальных журналов. Бывает, что, не найдя ответа на какой-либо вопрос в учебниках или научно-популярных изданиях, приходят к выводу, что этот вопрос наукой вообще не затрагивался. Автор попытался в последних главах в какой-то мере осветить эту сторону жизни науки, рассказать, как пользуются реферативными журналами, приоткрыть дверь в научную библиотеку. Не оставил он без внимания и другую очень важную сторону работы современного химика-органика — использование достижений физики и техники. Эти разделы дают некоторое представление о том, как тесно связаны, переплетены современные науки.

Автор этой книги Г. Б. Шульпин, кандидат химических наук, работает в Институте химической физики Академии наук СССР. Он выпускник химического факультета МГУ, принадлежит к младшему поколению исследователей школы академика А. Н. Несмеянова. В настоящее время Г. Б. Шульпин занимается исследованием механизмов металлокомплексного гомогенного катализа и синтезом металлоорганических соединений. Уже много лет он совмещает исследовательскую работу с популяризацией науки, известен своими публикациями в журналах "Наука и жизнь", "Химия и жизнь". Думаю, что читателям будет интересно ознакомиться с органической химией "из первых рук", в изложении исследователя-экспериментатора, который активно работает в одном из актуальных направлений этой науки, и, как мне представляется, сумел передать в этой небольшой по объему книге дух увлеченности и восхищения исследователя совершеннейшим созданием человеческого ума, имя которому — химия.

М. Гольдфельд

Глава 1. Метан, этилен, ацетилен

Сколько самых разных зданий — больших и маленьких, прекрасных и неказистых — выстроено на земле. Что общего может быть у собора Василия Блаженного и вот этого старого, предназначенного на слом домишки, закрывающего вид из вашего окна? А общее вот что: они построены, в принципе, из однотипных деталей. Так же, как в архитектуре, в химии громадное разнообразие сложнейших органических соединений сводится всего к нескольким видам простых "кирпичиков", из которых "складываются" молекулы всех этих веществ.

Простая связь

Самое простое органическое соединение — метан. Его молекула состоит из пяти атомов — одного атома углерода и четырех атомов водорода, равномерно распределенных в пространстве вокруг этого центрального атома углерода. Здесь мы сталкиваемся прежде всего с важнейшим постулатом органической химии — во всех незаряженных органических молекулах углерод всегда четырехвалентен. Графически это выражается в том, что он должен быть соединен с химическими символами других элементов или того же углерода четырьмя черточками. В метане все четыре атома водорода находятся на одинаковом расстоянии от атома углерода и максимально удалены друг от друга в пространстве.

В молекуле метана атом углерода находится в центре правильного тетраэдра, а четыре атома водорода — по его вершинам.

Так выглядит молекула метана с учетом размеров атомов.

Чтобы построить модель молекулы, возьмем тетраэдр, т. е. правильный четырехгранник, составленный из равносторонних треугольников, и поместим в его центр атом углерода. Атомы водорода расположатся по вершинам тетраэдра. Соединим все водороды с центральным атомом углерода. Угол α между двумя такими линиями составит 109 градусов и 28 минут.

Итак, мы построили модель метана. Но