Зелинский Николай Дмитриевич. Объяснение изомерии органических соединений
Николай Дмитриевич Зелинский родился 25 января (6 февраля) 1861 года в городе Тирасполь Херсонской губернии. Досрочно окончив Тираспольское уездное училище, поступил в одесскую классическую гимназию, а в 1880 году — в Новороссийский университет. После его окончания защитил магистерскую и докторскую диссертации. С 1893 по 1953 год был профессором Московского университета. В 1935-м участвовал в организации Института органической химии АН СССР, где затем руководил несколькими лабораториями (впоследствии этому институту присвоили имя Зелинского). За огромный вклад в развитие химической науки был избран почетным членом Московского общества испытателей природы (1921 год), удостоен звания заслуженного деятеля науки (1926 год), избран членом-корреспондентом АН СССР (1926 год), академиком АН СССР (1929 год). Ему была присуждена премия им. В. И. Ленина и три Государственные премии СССР. В 1945-м был удостоен звания Героя Социалистического Труда, в 1951-м награжден орденом Ленина. Николай Дмитриевич Зелинский скончался 31 июля 1953 года в Москве.
Среди многочисленных открытий работы Николая Дмитриевича Зелинского, посвященные изомерии органических соединений, считаются одним из самых значимых его достижений. До него о явлении изомерии, то есть о существовании соединений с одинаковыми количеством и «качеством» атомов и молекулярной массой, но с различными физическими и химическими свойствами, уже было известно. Это явно вытекало из теории строения органических веществ химика Бутлерова.
Новые факты не сразу завоевали признание, поэтому в свое время Бутлерову для доказательства справедливости теории пришлось синтезировать все бутиловые спирты — изомеры, имеющие состав C4H9OH. Теория была подтверждена практикой: таких спиртов оказалось четыре. Как и все прогрессивные ученые, которые не подвергали сомнению верность теории строения органических соединений Бутлерова, Зелинский широко использовал в работе эти теоретические знания. Однако, проводя исследования с соединениями ряда тиофена, ему никак не удавалось доказать применимость к ним положения теории Бутлерова об изомерии. Все больше ученых склонялось к тому, что это правило для данных соединений не выполняется. Так, согласно теории должны существовать четыре структуры дикарбоновых кислот, производных тиофена.
Однако более чем десяти ученым удалось получить лишь кислоту, которая отвечала первой формуле из списка. В результате таких неудачных экспериментов сложилось стойкое представление о том, что производные тиофена являются исключительными и не подпадают под теорию Бутлерова. Чтобы опровергнуть это мнение, Зелинский решил пойти по тому же пути, что и Бутлеров, — подтвердить теорию практикой, то есть синтезировать недостающие изомеры кислот тиофена и изучить их физические и химические свойства. Тщательный анализ путей синтеза помог Зелинскому решить задачу, с которой не удалось справиться исследователям, ранее работавшим в этой области. Итак, Зелинский синтезировал все предсказанные изомеры кислот и доказал их структуру. Вместе с этим он впервые получил и подробно изучил промежуточные вещества, которые использовались в процессе синтеза. Результат этих опытов был описан в магистерской диссертации в 1889 году.
На этом Зелинский не закончил с изомерией — он решил заняться изучением более сложной пространственной изомерии. В рамках теории А. М. Бутлерова ничего не было сказано о расположении атомов молекулы в пространстве. Это и понятно, ведь в то время, чтобы доказать экспериментальные данные, хватало изображения структур на плоскости. Однако со временем стали открываться новые факты, которые приводили ученых в тупик и не могли быть описаны классической теорией строения вещества. Так, было доказано существование двух винных кислот с одинаковым составом. Их физические и химические свойства тоже были идентичными, но такая оптическая характеристика, как угол вращения плоскости поляризации света, отличалась: одна из кислот вращала его вправо, а другая — влево.
Было высказано предположение, что различие в оптических свойствах обусловлено тем, что четыре остатка, связанные с атомом углерода, расположены не в одной плоскости, а по углам тетраэдра, в центре которого находится углеродный атом. Из такой теории следовало, что при определенных условиях (все остатки, связанные с углеродом, должны быть разными) может появиться изомерия, зависящая от различного расположения атомов в пространстве. Такую изомерию назвали пространственной, или стереоизомерией, а углерод с разными остатками — асимметричным. Однако если бы Зелинский не заинтересовался стереоизомерией, никто не знает, как долго просуществовала бы теория без практического подтверждения. А все потому, что, несмотря на глубокое теоретическое обоснование нового явления, самих оптических изомеров известно было немного.
Зелинский разработал быстрый, простой и удобный способ получения производных дикарбоновых кислот, являющихся стереоизомерами. Так, ученый с помощью собственного метода получил производные янтарной, глутаровой, адипиновой и пимелиновой кислот. Данные кислоты были интересны тем, что их молекулы содержат не один, как у известной до этого молочной, а два асимметричных атома углерода. Увеличение числа асимметричных атомов влекло за собой появление большого количества стереоизомеров, некоторые из них отличались даже физико-химическими свойствами. Зелинский тщательно изучил эти соединения и не только подтвердил правильность взглядов на пространственную изомерию, но и развил эту теорию.