В историю науки Александр Михайлович Бутлеров вошел как один из самых выдающихся теоретиков химии и блестящих химиков-экспериментаторов. Он был творцом теории химического строения. Он дал наиболее яркие ее экспериментальные доказательства.
Александр Михайлович Бутлеров родился 6 сентября 1828 года в гор. Чистополе Казанской губернии. Через одиннадцать дней после своего появления на свет А. М. Бутлеров лишился матери, и воспитание ребенка взяли на себя его дедушка и бабушка Стрелковы. Раннее детство А. М. Бутлеров провел в глухом местечке — деревне Подлесной Шантале, среди лесной девственной природы. Хотя деревня Подлесная Шантала находилась всего лишь в нескольких километрах от имения Бутлеровых, отец Александра Михайловича не принимал в воспитании сына почти никакого участия. Воспитанием А. М. Бутлерова руководила, главным образом, его тетка В. А. Стрелкова.
Восьми лет мальчик был отдан в частный пансион в Казани, откуда был вскоре переведен в 1-ю Казанскую гимназию. Уже во время пребывания в пансионе и гимназии А. М. Бутлеров стал увлекаться химией. Наряду с этим он также интересовался собиранием коллекций растений, бабочек и т. п.
В 1844 г., шестнадцати лет, А. М. Бутлеров поступил на Камеральное отделение юридического факультета Казанского университета. Уже с первого года своего обучения в университете он начал заниматься химией, обратив на себя внимание знаменитых профессоров химии Казанского университета Н. Н. Зинина и К. К. Клауса. Не ограничиваясь лабораторными занятиями по химии в университете, А. М. Бутлеров с одобрения Н. Н. Зинина завел свою домашнюю лабораторию и приготовлял в ней весьма сложные препараты, например кофеин, изатин, аллоксантин и многие другие.
Первые учителя А. М. Бутлерова — Н. Н. Зинин и К. К. Клаус — были замечательными экспериментаторами, и несомненно, что под их руководством Александр Михайлович уже на студенческой скамье получил основательную лабораторную подготовку.
Университет А. М. Бутлеров окончил в 1849 г. со степенью кандидата за сочинение, как это ни покажется странным, не по химии, а по зоологии на тему «Дневные бабочки Волго-Уральской фауны». В 1850 г. факультет и Совет университета вынесли решение об оставлении А. М. Бутлерова в университете для подготовки к профессорскому званию по кафедре химии. Постановление факультета по этому поводу гласит следующее: «Факультет со своей стороны совершенно уверен, что Бутлеров своими познаниями, дарованием, любовью к наукам и к химическим исследованиям сделает честь университету и заслужит известность в ученом мире, если обстоятельства будут благоприятствовать его ученому призванию». Так же верил в дарования А. М. Бутлерова и знаменитый Н. И. Лобачевский, исполнявший в то время обязанности попечителя округа. Двадцатидвухлетнему А. М. Бутлерову было поручено преподавание неорганической химии студентам I курса естественного и математического отделений.
В феврале 1851 г. А. М. Бутлеров защитил магистерскую диссертацию «Об окислении органических соединений» и вслед за этим был избран адъюнктом по кафедре химии. В начале следующего года А. М. Бутлеров напечатал свою первую экспериментальную работу «О действии осмиевой кислоты на органические соединения». В 1854 г. он блестяще сдал в Московском университете экзамен на степень доктора химии, защитил диссертацию «Об эфирных маслах» и вскоре был избран экстраординарным профессором Казанского университета.
После защиты докторской диссертации А. М. Бутлеров поехал из Москвы в Петербург повидаться со своим учителем Н. Н. Зиминым. Эта встреча имела для него весьма важные последствия. Позже он неоднократно говорил, что «непродолжительных бесед с Н. Н. Зининым в это мое пребывание в Петербурге было достаточно, чтобы время это стало эпохой в моем научном развитии». Вернувшись после этого в Казань, А. М. Бутлеров деятельно принимается за расширение своего научного кругозора. В 1857 г. он выехал в заграничную командировку. В течение года он посетил все лучшие европейские лаборатории, слушал лекции выдающихся химиков и общался с виднейшими представителями западноевропейской химической науки.
Большую часть своей командировки А. М. Бутлеров провел во Франции, где работал в лаборатории известного химика А. Вюрца, основателя Парижского химического общества. Там он выполнил весьма интересную работу, получив иодистый метилен действием алкоголята натрия на иодоформ. Результаты этой работы были доложены А. М. Бутлеровым Парижской академии наук. В Париже А. М. Бутлеров посещал лекции крупнейших ученых того времени — Буссенго, Пелиго, Сен-Клер-Девилля, Беккереля, Реньо, Баляра, Вюрца и других.
Во время пребывания в Германии А. М. Бутлеров посетил все лучшие немецкие лаборатории. В Гейдельберге он познакомился с молодым Кекуле, впоследствии знаменитым химиком. А. М. Бутлеров поехал за границу не только с солидными знаниями химии и химической литературы, но и с огромным запасом здоровой научной критики тех положений, которые казались неправильными его молодому уму. Это был не просто талантливый ученик, а зрелый, полный энергии ученый, жаждущий разрешения многочисленных сложных и спорных вопросов теоретической химии.
По возвращении в Казань А. М. Бутлеров в короткий срок перестроил лабораторию и приступил к выполнению первоклассных экспериментальных исследований. А. М. Бутлеров успешно продолжил свои исследования над иодистым метиленом, полученным им в лаборатории Вюрца.
При действии на иодистый метилен уксуснокислым серебром он получил уксусный эфир метиленгликола, а при омылении эфира вместо ожидаемого метиленгликола — полимер формальдегида, которому дает название «диоксиметилен». При действии на него аммиаком А. М. Бутлеров получил сложное азотосодержащее соединение, так называемый гексаметилентетрамин, позднее нашедшее под названием «уротропин» обширное применение в медицине.
В 1861 г. А. М. Бутлеров делает замечательное в истории химии открытие: при действии на диоксиметилен известкового раствора он впервые путем синтеза получает сахаристое вещество, которому дает название «метиленитана».
Этим замечательным синтезом А. М. Бутлеров как бы завершает ряд классических синтезов: Велер в 1826 г. синтезирует щавелевую кислоту, в 1828 г. мочевину; Кольбе в 1848 г. синтезирует уксусную кислоту; Вертело в 1854 г. синтезирует жиры и, наконец, Бутлеров в 1861 г. синтезирует сахаристое вещество.
Уже этих кратко перечисленных открытий А. М. Бутлерова было бы достаточно, чтобы его имя сохранилось в истории химии как имя первоклассного синтетика. Однако эти исследования являются как бы вступительными к его дальнейшей замечательной научной деятельности. Одновременно с развертыванием его таланта как первоклассного экспериментатора в нем пробуждается гений химика-теоретика.
Уже в конце 1858 г. А. М. Бутлеров высказывает глубокие и смелые идеи в той области теоретической химии, перед проблемами которой в нерешительности и раздумье стояли признанные корифеи западноевропейской науки.
Блестящие идеи английского химика Коупера и немецкого химика Кекуле о четырехвалентности углеродного атома и способности углеродистых атомов образовывать углеродные цепи не находили дальнейшего развития. И Коупер и Кекуле остановились как бы на полпути.
Утверждение Жерара о невозможности формулами выразить строение и связь атомов в молекуле продолжало господствовать в науке. Коупер под ударами критики замолчал. Кекуле относительно рациональных формул строения Коупера выразился таким образом: «Что касается меня, то я придаю лишь второстепенное значение подобного рода соображениям».
В это самое время А. М. Бутлеров, глубоко убежденный в реальности атомов, совершенно точно и определенно высказывает твердое убеждение в возможности выражать формулами строение молекул органических соединений. Он считает также возможным выяснять строение молекул органических соединений не только при помощи физических методов, но и методами изучения их химических превращений.
К концу 1860 г. теоретические размышления А. М. Бутлерова принимают вполне законченную форму. Во время второй заграничной командировки в 1861 г. он вновь посещает все важнейшие научные центры Европы.
19 сентября 1861 г. в Германии, на съезде немецких врачей и натуралистов в г. Шпейере А. М. Бутлеров делает свой знаменитый доклад «О химическом строении веществ». В нем он развивает новые взгляды на строение органических соединений и впервые предлагает ввести термин «химическая структура» или «химическое строение», подразумевая под ним распределение сил химического сродства или, иначе, связей отдельных атомов, образующих химическую частицу.
Доклад А. М. Бутлерова был принят немецкими химиками очень холодно. «Из всех тогдашних химиков, — пишет по этому случаю В. В. Марковников, — только старик Гейнц и молодой приват-доцент Эрленмейер вполне усвоили себе новые взгляды и стали применять их в своих статьях. К ним скоро еще присоединился Вислиценус». Это не останавливает А. М. Бутлерова. По возвращении из-за границы в Казань он пишет ряд статей, в которых более детально развивает свое новое учение о строении органических соединений. В «Ученых записках Казанского университета» (1862 г.) А. М. Бутлеров так формулирует исходное положение своей теории строения: «Исходя из мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу».
Для подтверждения своих теоретических положений он вновь приступает к обширным экспериментальным исследованиям. Главным результатом этих работ явился знаменитый бутлеровский синтез триметилкарбинола, первого представителя класса третичных спиртов. Этот синтез положил начало бесконечному ряду синтезов, которые, модифицируясь и трансформируясь, восходят до наших дней. Получение А. М. Бутлеровым класса третичных спиртов, предсказанных теорией химического строения, имело огромное значение для развития и признания последней.
За первым синтезом последовал ряд исследований над механизмом реакции получения третичных спиртов, в результате которых были получены новые представители третичных спиртов.
Все эти работы имели фундаментальное значение для понимания явлений изомерии органических соединений, т. е. явлений существования химических соединений, состоящих из одинакового числа атомов одних и тех же элементов, но обладающих тем не менее различными химическими и физическими свойствами. Так, изучая свойства и превращения триметилкарбинола, А. М. Бутлеров получил из него новый углеводород, который он назвал изобутаном. Этот углеводород резко отличался от ранее известного химикам углеводорода с тем же составом, так называемого диэтила (т. е. нормального бутана). Таким образом, А. М. Бутлеров впервые экспериментально доказал существование изомерии в ряду углеводородов.
Чтобы в полной мере оценить значение этого открытия, надо вспомнить, что существование явлений изомерии среди углеводородов в то время признавалось далеко не всеми даже выдающимися химиками.
В дальнейшем А. М. Бутлеров при отщеплении воды от триметилкарбинола получил известный углеводород, названный им изобутиленом, и показал, что он изомерен бутилену Де-Люиня. Изучая отношение изобутилена к крепкой серной кислоте, А. М. Бутлеров открыл реакцию полимеризации изобутилена. Это замечательное исследование А. М. Бутлерова являлось как бы преддверием в область высокомолекулярных соединений.
Все эти классические работы А. М. Бутлерова не только укрепили теорию химического строения, но и положили начало ряду синтезов, имеющих огромное значение как в теоретическом, так и в практическом отношениях.
Факт изомерии химических веществ нашел естественное объяснение в теории химического строения. Основой этой теории является признание химической структуры — определенного распределения химической силы.
Если два вещества одинакового состава и молекулярного веса отличаются порядком сцепления атомов, то хотя они и будут иметь одинаковую химическую формулу состава, они будут иметь различные физико-химические свойства. Наличие изомерии углеводородов, экспериментально открытое А. М. Бутлеровым, было блестящим подтверждением его теории химического строения.
Как мы знаем теперь, изомерия не является каким-то редким явлением. Чем сложнее состав вещества, тем больше изомеров оно имеет. Для сложных белковых веществ количество теоретически возможных изомеров измеряется миллионами. Факт изомерии находит наглядное изображение в так называемых структурных формулах, в условной форме рисующих различное сцепление атомов в изомерах. Таковы, например, структурные формулы упомянутых выше нормального бутана и изобутана, найденного А. М. Бутлеровым:
Здесь С — означает атом углерода, Н — атом водорода, а черточка символизирует химическую связь. В обоих случаях число атомов углерода и водорода одинаково.
В этот же период наивысшего подъема своего творчества А. М. Бутлеров написал свой знаменитый учебник «Введение к полному изучению органической химии». Первый выпуск этого учебника вышел на русском языке в 1864 г. Все издание было окончено в 1866 г. Этот учебник имел огромное значение для распространения нового учения среди химиков. Вслед за появлением «Введения» на русском языке последовал его перевод на немецкий язык, чрезвычайно способствовавший распространению среди немецких химиков новой теории химического строения.
Напряженная умственная работа и лабораторные занятия сильно утомили А. М. Бутлерова. Для поправления своего здоровья он в 1867 г. в третий раз отправляется за границу.
В мае 1868 г. А. М. Бутлеров, по представлению Д. И. Менделеева, был избран ординарным профессором Петербургского университета на кафедру химии, освободившуюся после ухода А. А. Воскресенского. А. М. Бутлеров дал свое согласие на переход в Петербургский университет. Совет Казанского университета в ознаменование высоких научных заслуг А. М. Бутлерова 22 февраля 1869 г. избрал его своим почетным членом и постановил поместить в профессорской читальне его портрет, исполненный масляными красками.
В начале 1869 г. А. М. Бутлеров переехал в Петербург. Первый год своего пребывания там он, кроме выполнения своих преподавательских обязанностей, был занят устройством лаборатории. С присущей ему энергией А. М. Бутлеров наладил в ней производство ряда экспериментальных работ, являющихся по существу продолжением его казанских работ.
В марте 1870 г. он был избран адъюнктом академии, в следующем году экстраординарным академиком, а в 1874 г. ординарным академиком. Одновременно А. М. Бутлеров состоял профессором Высших женских курсов и принимал горячее участие в развитии и укреплении высшего женского образования в России.
Вместе с развитием экспериментальных работ А. М. Бутлеров продолжал совершенствовать создание своего гения — теорию химического строения. На эту тему им были написаны статьи: «Современное значение теории химического строения» (1879 г.) и «Химическое строение и теория замещения» (1882 и 1885 гг.).
В последний период своей академической и научной деятельности А. М. Бутлеров ослабил лабораторные занятия и все чаще и чаще стал обращаться к обдумыванию труднейших проблем теоретической химии.
А. М. Бутлеров с совершенно исключительной интуицией предугадал грядущие этапы развития химической науки. Достаточно привести здесь замечательные мысли А. М. Бутлерова относительно постоянства атомов и атомных весов элементов. В своей последней статье «Основные понятия химии» (1886 г.) А. М. Бутлеров говорит: «Я ставлю вопрос: не будет ли гипотеза Проута при некоторых условиях вполне истинной? Поставить такой вопрос значит решиться отрицать абсолютное постоянство атомных весов, и я думаю, действительно, что нет причины принимать такое постоянство. Атомный вес будет для химика, главным образом, не чем другим, как выражением того весового количества материи, которое является носителем известного количества химической энергии... Но мы хорошо знаем, что при других видах энергии ее количество определяется совсем не одной массой вещества: масса может оставаться без изменения, а количество энергии тем не менее меняется, например, вследствие изменения скорости. Почему же не существовать подобным изменениям и для энергии химической, хотя бы в известных пределах».
Эти слова А. М. Бутлерова являются поистине пророческими; в них мы узнаем прообраз не только учения об изотопах и изобарах, но и основы современных нам представлений об отношении между материей и энергией.
Столь же глубоки и проникновенны мысли А. М. Бутлерова относительно явлений тавтомерии химических соединений, мысли, которые были высказаны значительно раньше Ван-Лаара и формулированы точнее и яснее его.
Гениальный теоретик химии, блестящий экспериментатор, А. М. Бутлеров был в то же время выдающимся общественным деятелем. Чуткий,
отзывчивый ко всему высокому, прогрессивному, А. М. Бутлеров не мог оставаться в стороне от общественной жизни. Весь погруженный в разрешение сложнейших проблем химии и свои лабораторные занятия, А. М. Бутлеров свой отдых отдавал общественному служению. С момента переезда из Казани в Петербург А. М. Бутлеров делается одним из самых влиятельных и деятельных членов Русского физико-химического общества. После смерти Н. Н. Зинина он в 1880 г. был избран президентом Общества и состоял в этом звании три года. В 1883 г. А. М. Бутлеров, видимо чувствуя признаки сердечной болезни, несмотря на просьбы, не дал согласия на новые выборы. Русское физико-химическое общество выбрало его своим почетным членом и навсегда внесло его имя в списки членов Общества.
С 1871 г. А. М. Бутлеров состоял членом Вольного экономического общества. Особенно известна и плодотворна его деятельность в этом Обществе в деле развития в стране рационального пчеловодства. Труд А. М. Бутлерова по пчеловодству «Пчела» был издан Обществом. Общество присудило А. М. Бутлерову за эту работу почетную награду. Особенно большим успехом пользовалась его брошюра «Как водить пчел».
А. М. Бутлеров охотно читал популярные публичные лекции на темы, имеющие непосредственное отношение к вопросам чисто практического характера; таков, например, известный цикл его лекций «О воде», «О светильном газе» и другие.
Кипучая научная и общественная деятельность А. М. Бутлерова оборвалась внезапно. Всегда жизнерадостный, открытый и общительный, А. М. Бутлеров производил на всех впечатление человека, обладающего цветущим здоровьем. При его крайне умеренном образе жизни казалось, что еще многие годы он мог бы служить науке и родине. Но судьба решила иначе. 17 августа 1886 года Александр Михайлович почувствовал себя плохо. Совершенно неожиданно для окружающих он после нескольких часов страданий скончался.
Яркую характеристику А. М. Бутлерова дал Дмитрий Иванович Менделеев. В своем представлении Александра Михайловича Бутлерова на кафедру химии Петербургского университета Д. И. Менделеев писал:
«А. М. Бутлеров один из величайших русских ученых. Он русский и по ученому образованию, и по оригинальности трудов. Ученик знаменитого нашего академика Н. Н. Зинина, он сделался химиком не в чужих краях, а в Казани, где и продолжает развивать самостоятельную химическую школу. Направление ученых трудов А. М. Бутлерова не составляет продолжения или развития идей его предшественников, но принадлежит ему самому. В химии существует бутлеровская школа, бутлеровское направление».
Главнейшие труды А. М. Бутлерова: Важнейшие статьи по теории строения: Einiges uber die chemische Strktur der Korper (доклад на 16 съезде нем. естествоиспытателей в 1861 г. в Шпейере), «Zeitschrift fur Chemie», 1861; Ueber die Verwandschaft der mehraffinen Atome, там же, 1862, и также: «Ученые записки Казанского университета», 1862; Ueber die verschiedene Erklarungsweise einiger Talle von Isomerie, там же, 1863; Ueber die systematische Anwendung des Princips der Atomigkeit zur Prognose von Isomerie und Metameriefallen, там же, 1864; О современном значении теории химического строения, «Журнал Русского физ.-хим. общества», 1879; популярные работы: Основные понятия в химии, М., 1886; Пчела, ее жизнь и правила толкового пчеловодства, 1871 (несколько изданий).
О А. М. Бутлерове: Памяти А. М. Бутлерова, «Журнал Русского физ.-хим, общества», 1887, т. XIX (статьи Н. Меншуткина, А. Зайцева, Г. Густавсона, В. Марковникова); Речи в память Бутлерова (сборник), Казань, 1887; Петров С. Г., Отец русского рационального пчеловодства Александр Михайлович Бутлеров, М., 1925; Каблуков И., А. М. Бутлеров, как общественный деятель по распространению знаний по рациональному пчеловодству, Л., 1929.
