Впрочем, эти методы, заимствованные химиками из физических наук, могут применяться не только для установления структуры молекулы. Посмотрите на рисунки на стр. 146 и 147, Разве нельзя использовать спектры поглощения различных соединений в
качестве их "отпечатков пальцев", по которым можно "узнать" вещество?
Глава 12. О том, как физики помогают химикам
Вспомним правило Марковникова: при реакции гало-геноводородов с олефинами водород присоединяется к углероду, несущему наибольшее число водородных атомов. Казалось бы, все ясно. Но задумаемся: как именно установил Марковников свое правило? Как он пришел к заключению, что водород присоединяется именно к этому, а не к другому атому?
Присоединение хлористого водорода к пропилену, например, может идти "по Марковникову" с образованием 2-хлорпропана или "против Марковникова", когда получают 1-хлорпропан. Но как различить эти два вещества? Ведь мы не можем увидеть молекулу, а оба эти соединения похожие по свойствам низкокипящие жидкости.
Конечно, сегодня мы знаем многое, чего не могли знать Бутлеров и Марковников. Но так ли было легко работать химикам в прежние времена?
Трудный хлеб химиков прошлого
Откроем наугад какой-нибудь старый журнал, к примеру, более чем столетней давности том "Журнала Русского химического общества и физического общества при Императорском С.-Петербургском университете". В пятом томе за 1873 г. на странице 16 находим статью великого русского химика Н. Н. Зинина под названием "Об оксилепидене". Читать эту статью современному химику весьма непривычно. Статья посвящена одному-единственному веществу, занимает же она девять страниц. В современном научном журнале вряд ли бы приняли такую статью. Посмотрите, как свободно и пространно начинается эта статья.
"В статье о лепидене (Bulletin de l'Acad. de St.-Petersbourg, Т. XI, p. 151) я заметил, что оксилепиден, расплавленный и разогретый до начала легкого вскипания (отделение пузырьков газа из расплавленного тела начинается при температуре около 340 °С и термометр вдруг поднимается за предел 360°С), застывает в прозрачную, смолистую некристаллическую массу, твердеющую только при температуре около 60 °С и растворяющуюся легко и не в очень большом (раз 8 или 10 по объему) количестве эфира; при этом смолистая масса как бы тает в эфире, и если последнего взято мало, то выделяются кристаллы во время самого растворения, если же количества эфира достаточно, то сначала все растворится и кристаллы начинают выделяться лишь через несколько времени, и их всегда бывает три рода: одни пластинчатые, другие в виде коротких 4-гранных призм, третьи в виде мелкого матового порошка".
Сравните это с лаконичным, деловым, сухим стилем современной статьи (стр. 157). Что ж, информации сегодня так много, что приходится сообщать о результатах предельно кратко. Но дело даже не в этом.
Прочитав статью до конца, мы убедимся, что Зинин не может еще написать формулу этого самого оксилепидена. Он только сделал очередной небольшой шаг в изучении соединения. Может быть, еще и поэтому он не может четко указать "оксилепиден это такое-то соединение", а вынужден лишь описывать свои наблюдения.
А наблюдения эти такого рода: "Октаэдрические кристаллы очень мелки, под микроскопом при линейном увеличении около 120 они представляются в виде как "будто правильных октаэдров желтоватого цвета; чистые они почти нерастворимы в спирте, смешанные же с большим количеством пластинок, растворяются довольно нетрудно, но все-таки эти два рода кристаллов можно отделить друг от друга кристаллизованием
из спирта и получить чистые октаэдры, перекристаллизовав их из уксусной кислоты".
Дальше ученый пишет о пластинчатых кристаллах: "В уксусной кислоте тело растворяется очень легко 1 ч. в 1 ч. кипящей кислоты, при охлаждении не очень скоро кристаллизуется в полушары, образованные из длинных листочков, концентрически расположенных, и весь раствор скоро застывает; если даже растворить 1 ч. тела в 27г ч. уксусной кислоты, то при охлаждении весь раствор застывает в мягкую массу.
При 130°С тело ничего не теряет в весе, в волосной трубке плавится при 136 °С, по охлаждении застывает в смолистую массу некристаллическую. Цинк не действует на тело, растворенное в уксусной кислоте.
Анализы дали следующие результаты: 0,369 г тела дали 1,171 г СO2 и 0,188 г Н2O, т. е. 86,57% С и 5,20% Н. Отсюда вычисляется формула С28Н20O2, которая требует 86,59% С и 5,15% Н."
Стоп! Мы пришли к основному методу, благодаря которому химики на протяжении более чем столетия добывают сведения о соединениях, с которыми работают. Это количественный элементный анализ.
Сжигая вещество, узнаем его формулу
Объясним подробнее, как Зинин установил формулу своего вещества.
Все органические вещества содержат углерод и водород. Почти все органические вещества горят. При этом получается диоксид углерода и вода. Уравнение такой реакции:
Если взвесить получившиеся при горении количества СO2 и Н2O, узнать, сколько углерода и водорода содержится в веществе.
Сжигают вещество в специальной трубке, в токе кислорода; полученные продукты сжигания переносятся кислородом дальше в две последовательно соединенные трубочки. Первая наполнена безводным перхлоратом магния (ангидроном), который поглощает воду, во вторую трубку помещают аскарит пропитанный расплавом едкого натра асбест, который поглощает диоксид углерода.