Шарль Вюрц - создатель основ химии (стр. 6 из 9)

Синтезированные Вюрцем амины (в начале их называли "сложные аммиака") были типично органическими веществами и даже горели. Простейшие из них хорошо растворялись в воде, образуя органические щолочи. "В 1840 г. Вюрц, профессор Парижской медицинской школы, получил органические щелочи еще более простого состава, чем те, которые были известны до тех пор- писал Бутлеров. – Во всех свойствах этих щелочей еще с большой резкостью выразило сходство с аммиаком"[19].

Амминый цикл исследований Вюрца стимулировал большое число работ с органическими азотосодержащими основаниями открытого, а затем и замкнутого строения, в том числе и со сложными природными веществами группы алкалоидов. Вюрц и в более поздний период своей научной деятельности несколько раз возвращался к исследованию сложных азотистых веществ на основе аминов. Здесь особенно интересное открытие Вюрцем синтеза этаноламинов, холина и нейрина.

Этаноламины были получены при энергетическом взаимодействии окиси этилена с водным раствором аммиака. Реакцию образования простейшего этаноламина можно изобразить уравнением:

С двумя и тремя молекулами окиси этилена аммиак образует соответственно диэтаноламин и трнэтанолами:

Синтезированные таким путем первые аминоспирты оказались нелетучими сиропообразными жидкостями с ярко выраженными свойствами щелочей. С кислотами они давали хорошо кристаллизующиеся соли. Этаноламины Вюрца получают и в наше время, широко используя их в промышленном производстве.

Немецкий физиолог Либрейх выделил из мозга органическое вещество основного характера и назвал его нейрином. Еще раньше Штреккер получил из желочи холин.. Оба соединения оказались близкими по свойствам (Бутлеров[16] даже неточно отождествлял их). Вюрцу же удалось получить холин из триметиламина. Для этого он действовал на него окисью этилена или хлоргидрина этилена. Что же касается нейрина, то он оказался гидротантом холина. Взаимные отношения всех названых веществ можно изобразить следующей структурной схемой;

Исследования Вюрцем холина лишний раз подчеркивают биохимическую направленность, ряда его работ. Это в свою очередь свидетельствует о широте научных интересов ученого и объясняется, по-видимому, тем, что Вюрц длительное время был профессором в Медицинской школе.

Следующий цикл исследовании Вюрца связан с открытием им в 1855 г. принципиально нового метода синтеза парафиновых углеводородов (или "смешанных спиртовых радикалов", как тогда их называли согласно теории радикалов). Новый изящный способ синтеза заключался в действии щелочных металлов на галогенопроизводные, (например, "йодистоводородные эфиры" С₂Н₅J и С₄Н₉J) При взаимодействии металла с таким галогенопроизводным происходило образование простых, а не смешанных спиртовых радикалов. В форме химического уравнения синтез, например, этил- бутила (гексана) можно изобразить так:

Этот метод получения алканов заданного состава и строении вскоре вошел во все учебники органической химии под названием "синтеза Вюрца". Им широко пользуются и в настоящее время. Синтез Вюрца относится к удобным целенаправленным приемам синтеза и послужил как, впрочем и многие другие открытия французского химика, очень веским аргументом в пользу теории химического строения

Сам Вюрц позднее неоднократно обращался к этому способу и синтезировал с его помощью рядя алканов. В дальнейшем методом Вюрца были получены многие сотни углеводородов заданной структуры. Р. Фиттиг распространил его на ароматические углеводороды, существенно расширив возможности их алкилинование. П. П. Шорыгин раскрыл механизм реакции Вюрца, доказав, что при действии щелочных металлов на галогенопроизводные вначале образуются металлоорганические соединения тина RNа, которые затем взаимодействуют с новой молекулой галогеналкила и превращаются в частицу алкана.

К алкановому циклу работ Вюрца можно отнести еще и получение им парафиновых углеводородов электролизом смеси калийных солей жирных кислот. В этом случае Вюрц усовершенствовал и развил метод Кольбе.

В марте 1856 г. Вюрц провел синтез им же предвиденного первого двухатомного спирта этиленгликоля. Тем самым было положено начало еще одному оригинальному циклу работ, имеющему огромное теоретическое и прикладное значение. Гликоль был предсказал Вюрцем как недостающее промежуточное звено между одноатомным винным спиртом и трехатомным глицерином. Для его синтеза Вюрц действовал на йодистый этилен (позже и бромистый этилен) ацетатом серебра с последующим омылением сложного эфира:

Строение гликоля доказывало ею окисление в гликолевую, а затем в щавеливую кислоты. Затем Вюрц синтезировал и другие двух атомные спирты - пропиленгликоль, бутеленгликоль и амиленгликоль. Предельные галогенопроизводные с двумя атомами галогена в молекуле послужили французскому химику основными исходными веществами для синтеза целого ряда соединений, находящихся в генетический связи с гликолем[20]. Хлорид этилена (масло голландских химиков) под действием едкого калия был превращен и окись этилена - высокоактивный изомер ацетальдегида. При прямой дегидратации гликоля, с помощью хлористого цинка, образовался ацетальдегид. Гликоль при нагревании с соляной кислотой превращался в хлоргидрин этилена С водой окись этилена давала наряду с гликолем еще и полиэтиленовые спирты[21]. Сложные этанол амины были синтезированы Вюрцем действием на окись этилена (этиленоксид) им же полученными жирными аминами. Так слились два важных цикла исследований Вюрца - аминный и гликолевый. Ниже производится схема не которых реакции из этого объединенного цикла.

Например воду, неорганические основания и спирты он рассматривал как различные формы гидратов. Много общего усматривал Вюрц между галогенопроизводными, эфирами, неорганическими и органическими солями; между окислами металлов и органическими окисями и простыми :эфирами и т. п. Впрочем, идеи унитарности были во многих случаях вскрыты предшественниками Вюрца. Последний же до конца жизни оставался приверженцем теории типов, считая, что наиболее ценные части унитарной системы вошли в состав теории атомности и химического строения.

Бутлеров считал, что классические работы Вюрца над многоатомными спиртами существенно обогатили систему и теорию органической химии.

Промышленное использование замечательных работ Вюрца, связанных с гликолем, окисью этилена и этаноламинами в основном начинается в XX в. после первой и особенно второй мировых войн. К этому времени этилен становится дешевым сырьем для многочисленных технических синтезов.

Этиленгликоль, как вязкая и дешевая жидкость, постепенно стал вытеснять из различных отраслей промышленности глицерин (получаемый раньше, а частично и теперь, из пищевых жиров)[22]. Водные растворы этилен гликоля используются как отличные антифризы (жидкости с низкой температурой замерзания) в холодильных установках и военой технике. Действие нитрующей смеси из гликоля синтезируют динитрат, неточно называемый нитрогликолем. Он хорошо замещает нитроглицерин в изготовлении динамитов и некоторых других взрывчатых веществ.

Из гликоля путем межмолекулярной дегидротации, которую разработал А. Е. Фаворский, получают и диоксан - превосходный растворитель почти универсального характера; в нем хорошо растворяются многие органические и неорганические вещества. Получение этиленгликоля в наше время превратилось в много тоннажное производство. Стремительно растет также производство окиси этилена. Его изящный промышленный метод получения (окисление этилена воздухом над серебряным катализатором ) разработал русский ученый П. В. Зимаков. Интересно отметить,. что Вюрц считал невозможным прямое окисление этилена в его окись. В наше время мировое производство окиси этилена исчисляется сотнями тысяч тонн. На его основе синтезируют многие полиэтиленовые спирты, этаноламины - превосходные органические щелочи промышленного назначения, производство которых также стремительно возрастает. Так из года в год многие соединения рассмотренного цикла работ Вюрца находят все большее и большее применение в промышленности. Это служит прекрасным доказательством немеркнущего значения исследований великого французского химика.

Так по аналогии с реакцией пропана С₃Н₅Вг₃ он получил с помощью гидролиза глицерин. Тем самым Вюрц окончательно закрепил связь между одно- и многоатомными спиртами. Осторожным окислением

-пропиленгликоля французский химик получил молочную кислоту С₃Н₆О₃, которая была объектом изучения многочисленных химиков середины XIX в. Строением молочной кислоты занимались Кольбе, Кекуле, Добус, Соколов и другие. Вюрц вначале считая молочную кислоту двухосновной. Соколов же, опираясь на свое уче ние о различных функциях водорода в органических соединениях и на основании подробного изучения свойств оксипропионовых кислот, признал молочную кислоту одноосновной, но двухатомной. Постепенно взгляды Соколова на природу спиртокислот (оксикислот), кал бифункциональных соединений[23], получили признание европейских химиков, в том числе и Вюрца, который принял участие в выработке разграничения понятии основности и атомности в соединениях смешанной функции. Именно исследование молочной кислоты привело к открытию полимолочных соединений и полиэтиленовых спиртов.