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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Stéréochimie. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes "Des idées concernant l'arrangement spatial des plus petites particules de matière ont commencé à être exprimées depuis que l'idée même de molécules et de leurs atomes constitutifs est apparue dans la science", écrit V.M. Potapov. J. Dalton au début du XIXe siècle, il parlait de possibles formes sphériques, tétraédriques, hexaédriques dans l'atomisme. À peu près au même moment, Wollaston a attiré l'attention sur la nécessité de considérer l'arrangement des atomes dans l'espace et a souligné qu'un «équilibre stable» lorsque deux types d'atomes sont combinés dans un rapport de 1: 4 est atteint avec leur arrangement tétraédrique. Cependant, Wollaston était pessimiste quant à la possibilité de connaître "l'arrangement géométrique des particules primaires". Des réflexions sur la possibilité d'un arrangement différent des atomes dans les molécules ont été exprimées à plusieurs reprises au début du XIXe siècle par un certain nombre de scientifiques dans le cadre de la discussion des problèmes d'isomérie... Ainsi, en 1831, J. Berzelius écrivait qu'"il existe des corps composés du même nombre d'atomes des mêmes éléments, mais situés de manière inégale et donc ayant des propriétés chimiques inégales et une forme cristalline inégale". Déjà à la fin des années quarante, L. Gmelin notait: «Les atomes ne sont pas situés, comme l'exprime la formule, dans une rangée ... mais se rapprochent, sur la base de l'affinité, le plus près possible les uns des autres, comme un résultat de laquelle ils forment des figures plus ou moins régulières. Il est donc extrêmement important de déterminer cet arrangement d'atomes ... car à partir de là, peut-être, plus de lumière sera jetée sur la forme cristalline, l'isomérie ... sur la constitution de composés organiques. célèbre chimiste russe AM Butlerov dans un certain nombre de ses premiers travaux, il a également exprimé des réflexions intéressantes sur la structure spatiale des molécules: "... Je ne crois pas que ce soit impossible, comme il le pense Kekule, représentent sur le plan la position des atomes dans l'espace". Il s'agit d'une déclaration de 1864, et deux ans plus tôt, Butlerov parlait de l'arrangement tétraédrique des substituants autour d'un atome de carbone : "... prenons un exemple approximatif et, en supposant que les 4 unités d'affinité sont différentes pour un carbone à quatre atomes unité, imaginez-le comme un tétraèdre, dans lequel chacun des 4 plans est capable de lier 1 part d'hydrogène ... "Néanmoins, il n'y a aucune raison de classer Butlerov parmi les fondateurs de la stéréochimie. PI. Walden argumente : "Pourquoi, se demande-t-on, a-t-il fallu encore 25 ans pour que la stéréochimie n'apparaisse qu'en 1874 ? .. La réponse peut être facilement donnée : l'idée est apparue avant les faits ! au besoin, selon l'accumulation des faits, les l'idée est transformée. Les phénomènes qui ont directement servi d'impulsion à la naissance de la stéréochimie ont été découverts dans l'un des domaines frontaliers de la physique et de la chimie dans l'étude de l'interaction de la lumière et de la matière. Tout d'abord, la lumière polarisée a été découverte. Ses études ultérieures ont été menées par le scientifique et homme politique français Dominique François Arago (1786–1853). En 1811, il réussit à découvrir que le quartz a la capacité de faire tourner le plan de polarisation de la lumière. Arago a appelé ce phénomène activité optique. Il est devenu de plus en plus clair que cette capacité était liée à l'état cristallin. Après tout, cela vaut la peine de dissoudre le quartz et il perd son activité optique. Quatre ans plus tard, l'étape suivante a été franchie par J. B. Biot, qui a établi qu'un certain nombre de liquides organiques ont également une activité optique. Il est clair qu'ici l'explication devait être recherchée non plus dans les traits du cristal, mais dans les propriétés de la substance elle-même. D'autres progrès sont liés aux travaux Louis Pasteur. Le point de départ des travaux stéréochimiques de Pasteur fut les études cristallographiques des sels de l'acide tartrique. V.M. Potapov décrit ce processus comme suit: "Au premier stade de la recherche sur les substances optiquement actives, on croyait que leurs cristaux étaient toujours hémisphériques, c'est-à-dire qu'ils pouvaient exister sous deux formes qui se rapportent l'une à l'autre comme un objet à son image miroir. La seule exception apparente à cette règle était les cristaux d'acide tartrique dextrogyre, qui, selon le chimiste allemand E. Mitscherlich, se sont avérés non hémiédriques, coïncidant complètement avec la forme des cristaux de l'isomère optiquement inactif - l'acide tartrique. En 1848, L. Pasteur répéta l'expérience d'E. Mitcherlich et découvrit l'hémièdre dans les cristaux du sel d'ammonium sodique de l'acide de raisin (optiquement inactif). Dans le même temps, il s'est avéré que des cristaux de deux formes de miroir se rencontraient simultanément. En les séparant avec une pince à épiler et en les dissolvant séparément dans l'eau, Pasteur a découvert que les deux solutions sont optiquement actives, l'une faisant tourner le plan de polarisation vers la droite, comme l'acide tartrique naturel, et l'autre vers la gauche. Ainsi, il a été montré pour la première fois qu'une substance optiquement inactive - l'acide tartrique - est un mélange de deux composants optiquement actifs : l'acide tartrique dextrogyre et lévogyre. Toutes les réalisations ci-dessus ont préparé le triomphe de Jacob Henry van't Hoff (1852–1911). Il est né en Hollande à Rotterdam dans la famille d'un médecin. Après avoir été diplômé de l'école, Henry est entré à l'Institut polytechnique de Delft à l'âge de dix-sept ans. A la fin de la deuxième année, il passe les examens de la troisième. van't Hoff estime que l'enseignement supérieur ne suffit pas et décide de travailler sur sa thèse de doctorat. Pour ce faire, il décide de poursuivre ses études à l'Université de Leiden. Cependant, il ne l'aimait décidément pas là-bas et Henry se rend à Bonn chez le célèbre chimiste Kekule. Après la découverte de l'acide propionique par de jeunes scientifiques, Kekule recommande à son élève de se rendre à Paris auprès du professeur Wurtz, spécialiste de la synthèse organique. À Paris, Henry se rapproche du chimiste industriel français Joseph Achille Le Bel (1847-1930). Tous deux ont suivi avec intérêt les recherches de Pasteur dans le domaine de l'isomérie optique. Et puis ... Voici ce que K. Manolov écrit dans son livre "Great Chemists": "Il y avait une riche bibliothèque à l'Université d'Utrecht. Ici, Henry a pris connaissance d'un article du professeur Johannes Wislicenus sur les résultats d'une étude sur l'acide lactique . Il prit un morceau de papier et dessina la formule de l'acide lactique. Au centre de la molécule, il y a encore un atome de carbone asymétrique. Essentiellement, si quatre substituants différents sont remplacés par des atomes d'hydrogène, le résultat est une molécule de méthane. Imaginez que les atomes d'hydrogène de la molécule de méthane soient situés dans le même plan que l'atome de carbone. Van't Hoff fut frappé par une pensée inattendue. Il laissa l'article non lu et sortit dans la rue. La brise du soir ébouriffait ses cheveux blonds, il ne remarquait rien autour - devant ses yeux se tenait la formule du méthane qu'il venait de dessiner. Mais quelle est la probabilité que les quatre hydrogènes soient dans le même plan ? Tout dans la nature tend vers un état d'énergie minimale. Dans ce cas, cela ne se produit que lorsque les atomes d'hydrogène sont disposés uniformément autour de l'atome de carbone dans l'espace. Van't Hoff a imaginé mentalement à quoi pourrait ressembler une molécule de méthane dans l'espace. Tétraèdre! Bien sûr, un tétraèdre ! C'est le meilleur emplacement ! Et si les atomes d'hydrogène étaient remplacés par quatre substituants différents ? Ils peuvent prendre deux positions différentes dans l'espace. Est-ce la solution de l'énigme ? Van't Hoff se précipita vers la bibliothèque. Comment une pensée aussi simple a-t-elle pu ne pas lui venir à l'esprit jusqu'à présent ? Les différences dans les propriétés optiques des substances sont principalement associées à la structure spatiale de leurs molécules. Deux tétraèdres sont apparus sur un morceau de papier à côté de la formule de l'acide lactique, l'un étant une image miroir de l'autre. Van't Hoff se réjouit. Les molécules de composés organiques ont une structure spatiale ! C'est si simple... Comment personne ne l'a encore compris ? Il doit énoncer immédiatement son hypothèse et publier l'article. Une erreur n'est pas exclue, mais si sa supposition s'avère correcte ... van't Hoff a sorti une feuille de papier vierge et a écrit le titre d'un futur article: "Une proposition pour appliquer des formules chimiques structurelles modernes dans l'espace , ainsi qu'une note sur la relation entre la capacité de rotation optique et la conception chimique des composés organiques ". Le titre s'est avéré assez long, mais il reflétait fidèlement l'objectif et la conclusion principale. "Je me permettrai dans ce rapport préliminaire d'exprimer quelques réflexions susceptibles de susciter la discussion", commençait Van't Hoff dans son article. Les intentions de l'auteur étaient des plus belles, les idées originales et prometteuses, mais un petit article imprimé en néerlandais est resté inaperçu des scientifiques européens. Seul Bui Ballot, professeur de physique à l'Université d'Utrecht, l'a apprécié." Deux mois seulement se sont écoulés depuis que l'ami de Van't Hoffard, J. Le Bel, a publié son ouvrage. Dans ce document, il expliquait l'apparition de l'activité optique par les caractéristiques spatiales de la structure des molécules à peu près de la même manière que le scientifique néerlandais l'avait fait auparavant. Mais les œuvres n'étaient pas tout à fait identiques. "La différence la plus significative était", écrit Potapov, "que Van't Hoff a parlé de la directionnalité des valences de l'atome de carbone, en utilisant une image géométrique claire du tétraèdre, et Le Bel a représenté les valences comme une sorte de non- force centripète orientée.Le groupement des substituants qui se forme autour de l'atome de carbone peut être, selon Le Bel, différent selon la nature de ces substituants, mais pas nécessairement tétraédrique.Dans l'application à l'explication des causes de l'activité optique dans le présence du soi-disant atome asymétrique, les deux approches ont donné le même résultat, mais la théorie de van't Hoff plus clairement formulée s'est avérée beaucoup plus fructueuse pour expliquer la série d'autres facteurs. Le Néerlandais a développé l'idée même de la structure spatiale des molécules non seulement pour expliquer les phénomènes d'isomérie optique. "Dans son article", poursuit Manolov, "il a donné une explication simple de l'isomérie géométrique. Après avoir examiné la structure des acides fumarique et maléique, il a montré schématiquement que leurs deux groupes carboxyle peuvent être situés sur un ou deux côtés opposés par rapport au plan de la double liaison entre les atomes de carbone". Le nouvel article de Van't Hoff "La chimie dans l'espace", où il exprime toutes ces considérations, marque le début d'une nouvelle étape dans le développement de la chimie organique. Peu de temps après sa publication, en novembre 1875, van't Hoff reçut une lettre du professeur Wieslicenus, qui enseignait la chimie organique à Würzburg et était l'un des experts les plus célèbres dans ce domaine. "Je voudrais obtenir la permission pour la traduction de votre article en allemand par mon assistant le Dr Hermann", a écrit Wislicenus. "Votre développement théorique m'a apporté une grande joie. Je n'y vois pas seulement une tentative extrêmement spirituelle d'expliquer des faits jusqu'ici incompréhensibles. , mais que dans notre science ... acquerra une signification historique. La traduction de l'article a été publiée en 1876. À cette époque, van't Hoff avait réussi à obtenir un emploi d'assistant en physique à l'Institut vétérinaire d'Utrecht. Un "mérite" spécial dans la vulgarisation des nouvelles vues de van't Hoff appartenait au professeur Hermann Kolbe de Leipzig, qui s'est prononcé contre l'article, et, de plus, sur un ton plutôt dur. Dans ses commentaires sur l'article de van't Hoff, il a écrit: "Certains docteurs J. G. van't Hoff de l'Institut vétérinaire d'Utrecht, apparemment, n'ont aucun goût pour la recherche chimique exacte. Il est beaucoup plus pratique pour lui de s'asseoir sur Pegasus ( probablement pris embauché à l'Institut vétérinaire) et proclame dans sa "Chimie dans l'espace" que, comme il lui a semblé lors d'un vol audacieux vers le Parnasse chimique, les atomes sont situés dans l'espace interplanétaire. Naturellement, tous ceux qui ont lu cette réprimande acerbe étaient intéressés par la théorie de Van't Hoff. Ainsi commença sa diffusion rapide dans le monde scientifique. Maintenant, van't Hoff pourrait répéter les mots de son idole Byron : "Un matin, je me suis réveillé une célébrité." Quelques jours après la publication de l'article, Kolbe van't Hoff se voit offrir un poste d'enseignant à l'Université d'Amsterdam et, à partir de 1878, il devient professeur de chimie. Auteur : Samin D.K.
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