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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
Stereochimica. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti "Le idee sulla disposizione spaziale delle più piccole particelle di materia hanno cominciato ad essere espresse da quando l'idea stessa delle molecole e dei loro atomi costituenti è apparsa nella scienza", scrive V.M. Potapov. J.Dalton all'inizio del XIX secolo parlava di possibili forme sferiche, tetraedriche, esaedriche nell'atomismo. Più o meno nello stesso periodo, Wollaston ha attirato l'attenzione sulla necessità di considerare la disposizione degli atomi nello spazio e ha sottolineato che "l'equilibrio stabile" quando due tipi di atomi sono combinati in un rapporto di 1:4 si ottiene con la loro disposizione tetraedrica. Tuttavia, Wollaston era pessimista sulla possibilità di conoscere la "disposizione geometrica delle particelle primarie". I pensieri sulla possibilità di una diversa disposizione degli atomi nelle molecole furono ripetutamente espressi all'inizio del XIX secolo da un certo numero di scienziati in connessione con la discussione dei problemi dell'isomerismo... Così, nel 1831, J. Berzelius scrisse che "ci sono corpi composti dallo stesso numero di atomi degli stessi elementi, ma disposti in modo disuguale e quindi aventi proprietà chimiche disuguali e forma cristallina disuguale". Già alla fine degli anni Quaranta, L. Gmelin osservava: “Gli atomi non si trovano, come espresso dalla formula, in una riga... ma si avvicinano, per affinità, il più vicino possibile tra loro, come un risultato delle quali formano figure più o meno regolari.Pertanto, è estremamente importante determinare questa disposizione degli atomi... perché da ciò, forse, si farà più luce sulla forma cristallina, sull'isomerismo... sulla costituzione di composti organici. famoso chimico russo AM Butlerov in alcuni dei suoi primi lavori ha anche espresso interessanti pensieri sulla struttura spaziale delle molecole: "... non credo che sia impossibile, come pensa lui Kekule, rappresentano sul piano la posizione degli atomi nello spazio". Questa è una dichiarazione del 1864 e due anni prima Butlerov parlò della disposizione tetraedrica dei sostituenti attorno a un atomo di carbonio: "... prendiamo un esempio approssimativo e, supponendo che tutte e 4 le unità di affinità di un'unità di carbonio a quattro atomi siano diverse , immaginalo sotto forma di un tetraedro, in cui ciascuno dei 4 piani è in grado di legare 1 parte di idrogeno ... "Tuttavia, non c'è motivo di classificare Butlerov tra i fondatori della stereochimica. PI. Walden sostiene: "Perché, ci si chiede, ci sono voluti altri 25 anni perché la stereochimica sorgesse solo nel 1874? .. La risposta può essere facilmente data: l'idea è apparsa prima dei fatti! come necessario, a seconda dell'accumulo di fatti, il l'idea si trasforma. I fenomeni che sono serviti direttamente da impulso alla nascita della stereochimica sono stati scoperti in una delle aree di confine della fisica e della chimica nello studio dell'interazione tra luce e materia. In primo luogo, è stata scoperta la luce polarizzata. I suoi ulteriori studi furono condotti dallo scienziato e politico francese Dominique Francois Arago (1786–1853). Nel 1811 riuscì a scoprire che il quarzo ha la capacità di ruotare il piano di polarizzazione della luce. Arago chiamò questo fenomeno attività ottica. Divenne sempre più chiaro che questa capacità era correlata allo stato cristallino. Dopotutto, vale la pena dissolvere il quarzo e perde attività ottica. Quattro anni dopo, il passo successivo fu compiuto da J.B. Biot, che stabilì che alcuni liquidi organici hanno anche attività ottica. È chiaro che qui la spiegazione andava cercata non più nelle caratteristiche del cristallo, ma nelle proprietà della sostanza stessa. Ulteriori progressi sono legati al lavoro Louis Pasteur. Il punto di partenza del lavoro stereochimico di Pasteur erano gli studi cristallografici sui sali dell'acido tartarico. V.M. Potapov descrive questo processo come segue: “Nella prima fase della ricerca sulle sostanze otticamente attive, si credeva che i loro cristalli fossero sempre semiedrici, cioè potessero esistere in due forme che si relazionano tra loro come un oggetto alla sua immagine speculare L'unica apparente eccezione a questa regola erano i cristalli di acido tartarico destrogiro, che, secondo il chimico tedesco E. Mitscherlich, si rivelarono non emiedrici, completamente coincidenti nella forma con i cristalli dell'isomero otticamente inattivo - acido tartarico. Nel 1848, L. Pasteur ripeté l'esperimento di E. Mitcherlich e scoprì l'emiedro in cristalli di sale di sodio ammonio dell'acido d'uva (otticamente inattivo). Allo stesso tempo, si è scoperto che i cristalli di due forme speculari si incontrano contemporaneamente. Separandoli con una pinzetta l'uno dall'altro e dissolvendoli separatamente in acqua, Pasteur ha scoperto che entrambe le soluzioni sono otticamente attive, con una che ruota il piano di polarizzazione a destra, come l'acido tartarico naturale, e l'altra a sinistra. Pertanto, è stato dimostrato per la prima volta che una sostanza otticamente inattiva - l'acido tartarico - è una miscela di due componenti otticamente attivi: acido tartarico destrogiro e levogiro. Tutti i risultati di cui sopra prepararono il trionfo di Jacob Henry van't Hoff (1852–1911). È nato in Olanda a Rotterdam nella famiglia di un medico. Dopo essersi diplomato, Henry è entrato al Politecnico di Delft all'età di diciassette anni. Alla fine del secondo anno, sostiene gli esami per il terzo. van't Hoff crede che l'istruzione superiore non sia sufficiente e decide di lavorare alla sua tesi di dottorato. Per fare questo, decide di continuare la sua formazione presso l'Università di Leiden. Tuttavia, decisamente non gli piaceva lì, e Henry va a Bonn dal famoso chimico Kekule. Dopo la scoperta dell'acido propionico da parte di giovani scienziati, Kekule raccomandò al suo studente di recarsi a Parigi dal professor Wurtz, specialista in sintesi organica. A Parigi, Henry si avvicinò al chimico industriale francese Joseph Achille Le Bel (1847–1930). Entrambi hanno seguito con interesse la ricerca di Pasteur nel campo dell'isomerismo ottico. E poi... Ecco cosa scrive K. Manolov nel suo libro "Great Chemists": "C'era una ricca biblioteca all'Università di Utrecht. Qui Henry conobbe un articolo del professor Johannes Wislicenus sui risultati di uno studio sull'acido lattico . Prese un pezzo di carta e disegnò la formula dell'acido lattico. Al centro della molecola c'è di nuovo un atomo di carbonio asimmetrico. In sostanza, se quattro diversi sostituenti vengono sostituiti da atomi di idrogeno, il risultato è una molecola di metano. Immagina che gli atomi di idrogeno nella molecola di metano si trovino sullo stesso piano dell'atomo di carbonio. Van't Hoff fu colpito da un pensiero inaspettato. Lasciò l'articolo non letto e uscì in strada. La brezza della sera gli scompigliava i capelli biondi, non si accorse di nulla intorno: davanti ai suoi occhi c'era la formula del metano che aveva appena disegnato. Ma quanto è probabile che tutti e quattro gli idrogeni siano sullo stesso piano? Tutto in natura tende ad uno stato di minima energia. In questo caso, ciò accade solo quando gli atomi di idrogeno sono disposti uniformemente attorno all'atomo di carbonio nello spazio. Van't Hoff immaginava mentalmente come potesse apparire una molecola di metano nello spazio. tetraedro! Certo, un tetraedro! Questa è la posizione migliore! E se gli atomi di idrogeno venissero sostituiti da quattro diversi sostituenti? Possono assumere due diverse posizioni nello spazio. È questa la soluzione all'enigma? Van't Hoff tornò di corsa in biblioteca. Com'era possibile che un pensiero così semplice non gli venisse in mente fino ad ora? Le differenze nelle proprietà ottiche delle sostanze sono associate principalmente alla struttura spaziale delle loro molecole. Due tetraedri sono apparsi su un pezzo di carta accanto alla formula dell'acido lattico, uno era l'immagine speculare dell'altro. Van't Hoff si rallegrò. Le molecole di composti organici hanno una struttura spaziale! È così semplice... Come mai nessuno l'ha ancora capito? Deve immediatamente esprimere la sua ipotesi e pubblicare l'articolo. Non è escluso un errore, ma se la sua ipotesi si rivela corretta... van't Hoff tirò fuori un foglio bianco e scrisse il titolo di un futuro articolo: "Una proposta per applicare le moderne formule chimiche strutturali nello spazio , insieme ad una nota sul rapporto tra capacità di rotazione ottica e progettazione chimica dei composti organici”. Il titolo si è rivelato piuttosto lungo, ma rifletteva accuratamente l'obiettivo e la conclusione principale. "Mi permetterò in questo rapporto preliminare di esprimere alcuni pensieri che potrebbero suscitare discussione", ha iniziato il suo articolo Van't Hoff. Le intenzioni dell'autore erano le più belle, le idee originali e promettenti, ma un piccolo articolo stampato in olandese è passato inosservato agli scienziati europei. Solo Bui Ballot, professore di fisica all'Università di Utrecht, l'ha apprezzato". Sono passati solo due mesi da quando l'amico di Van't Hoffard, J. Le Bel, ha pubblicato il suo lavoro. In esso, ha spiegato l'aspetto dell'attività ottica in base alle caratteristiche spaziali della struttura delle molecole più o meno allo stesso modo in cui lo scienziato olandese aveva fatto in precedenza. Ma i lavori non erano del tutto identici. "La differenza più significativa era", scrive Potapov, "che Van't Hoff ha parlato della direzionalità delle valenze dell'atomo di carbonio, usando una chiara immagine geometrica del tetraedro, e Le Bel ha rappresentato le valenze come una sorta di non- forza centripeta orientata.Il raggruppamento di sostituenti che si forma attorno all'atomo di carbonio può essere, secondo Le Bel, diverso a seconda della natura di questi sostituenti, ma non necessariamente tetraedrico.Nell'applicazione alla spiegazione delle cause dell'attività ottica nel presenza del cosiddetto atomo asimmetrico, entrambi gli approcci hanno dato lo stesso risultato, ma la teoria di van't Hoff più chiaramente formulata si è rivelata molto più fruttuosa nello spiegare la serie di altri fattori". L'olandese ha sviluppato l'idea stessa della struttura spaziale delle molecole non solo per spiegare i fenomeni dell'isomerismo ottico. "Nel suo articolo", continua Manolov, "ha dato una semplice spiegazione dell'isomerismo geometrico. Dopo aver esaminato la struttura degli acidi fumarico e maleico, ha mostrato schematicamente che i loro due gruppi carbossilici possono trovarsi su uno o due lati opposti rispetto al piano del doppio legame tra atomi di carbonio”. Il nuovo articolo di Van't Hoff "Chemistry in Space", in cui ha espresso tutte queste considerazioni, è servito come l'inizio di una nuova fase nello sviluppo della chimica organica. Poco dopo la sua pubblicazione, nel novembre 1875, van't Hoff ricevette una lettera dal professor Wieslicenus, che insegnava chimica organica a Würzburg ed era uno dei più famosi esperti in questo campo. "Vorrei ottenere il permesso per la traduzione del tuo articolo in tedesco dal mio assistente Dr. Hermann", scrisse Wislicenus. "Il tuo sviluppo teorico mi ha portato grande gioia. Vedo in esso non solo un tentativo estremamente spiritoso di spiegare fatti finora incomprensibili , ma che nella nostra scienza... acquisirà un significato epocale. La traduzione dell'articolo fu pubblicata nel 1876. A questo punto, van't Hoff era riuscito a trovare un lavoro come assistente in fisica presso l'Istituto veterinario di Utrecht. Un "merito" speciale nel rendere popolari le nuove opinioni di van't Hoff apparteneva al professor Hermann Kolbe di Lipsia, che si è espresso contro l'articolo e, inoltre, con un tono piuttosto duro. Nei suoi commenti sull'articolo di van't Hoff, ha scritto: "Un dottore J. G. van't Hoff dell'Istituto veterinario di Utrecht, a quanto pare, non ha gusto per la ricerca chimica precisa. È molto più comodo per lui sedersi su Pegasus ( probabilmente assunto presso l'Istituto di Veterinaria) e proclama nel suo "Chimica nello spazio" che, come gli sembrava durante un audace volo verso il Parnaso chimico, gli atomi si trovano nello spazio interplanetario. Naturalmente, tutti coloro che hanno letto questo aspro rimprovero erano interessati alla teoria di Van't Hoff. Iniziò così la sua rapida diffusione nel mondo scientifico. Ora van't Hoff potrebbe ripetere le parole del suo idolo Byron: "Una mattina ho svegliato una celebrità". Pochi giorni dopo la pubblicazione dell'articolo, a Kolbe van't Hoff fu offerto un posto di insegnante all'Università di Amsterdam e dal 1878 divenne professore di chimica. Autore: Samin D.K.
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