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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Estereoquímica. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. "Las ideas sobre la disposición espacial de las partículas más pequeñas de materia comenzaron a expresarse desde que apareció en la ciencia la idea misma de las moléculas y sus átomos constituyentes", escribe V.M. Potapov. j.dalton a principios del siglo XIX, habló de posibles formas esféricas, tetraédricas, hexaédricas en el atomismo. Casi al mismo tiempo, Wollaston llamó la atención sobre la necesidad de considerar la disposición de los átomos en el espacio y señaló que el "equilibrio estable" cuando se combinan dos tipos de átomos en una proporción de 1:4 se logra con su disposición tetraédrica. Sin embargo, Wollaston se mostró pesimista sobre la posibilidad de conocer la "disposición geométrica de las partículas primarias". Las ideas sobre la posibilidad de una disposición diferente de los átomos en las moléculas fueron expresadas repetidamente a principios del siglo XIX por varios científicos en relación con la discusión de los problemas de la isomería... Así, en 1831, J. Berzelius escribió que "hay cuerpos compuestos por el mismo número de átomos de los mismos elementos, pero situados de forma desigual y por tanto con propiedades químicas desiguales y forma cristalina desigual". Ya a fines de los años cuarenta, L. Gmelin señaló: “Los átomos no están ubicados, como lo expresa la fórmula, en una fila ... sino que se acercan, sobre la base de la afinidad, lo más cerca posible entre sí, como un resultado de lo cual forman figuras más o menos regulares, por lo que es sumamente importante determinar esta disposición de los átomos... porque de ahí, quizás, se arrojará más luz sobre la forma cristalina, la isomería... sobre la constitución de compuestos orgánicos. famoso químico ruso A. M. Butlerov en varios de sus primeros trabajos, también expresó pensamientos interesantes sobre la estructura espacial de las moléculas: "... No creo que sea imposible, como él piensa Kekulé, representan en el plano la posición de los átomos en el espacio". Esta es una declaración de 1864, y dos años antes, Butlerov habló sobre la disposición tetraédrica de los sustituyentes alrededor de un átomo de carbono: "... tomemos un ejemplo aproximado y, suponiendo que las 4 unidades de afinidad de una unidad de carbono de cuatro átomos son diferentes , imagínelo en forma de tetraedro, en el que cada uno de los 4 planos es capaz de unir 1 parte de hidrógeno ... "Sin embargo, no hay razón para clasificar a Butlerov entre los fundadores de la estereoquímica. PI. Walden argumenta: "¿Por qué, uno se pregunta, tuvieron que pasar otros 25 años para que la estereoquímica surgiera recién en 1874?... La respuesta se puede dar fácilmente: ¡la idea apareció antes que los hechos! según fuera necesario, dependiendo de la acumulación de hechos, la la idea se transforma. Los fenómenos que directamente impulsaron el nacimiento de la estereoquímica se descubrieron en una de las áreas fronterizas de la física y la química en el estudio de la interacción de la luz y la materia. Primero, se descubrió la luz polarizada. Sus estudios posteriores fueron realizados por el científico y político francés Dominique Francois Arago (1786–1853). En 1811 logró descubrir que el cuarzo tiene la capacidad de girar el plano de polarización de la luz. Arago llamó a este fenómeno actividad óptica. Se hizo cada vez más claro que esta habilidad estaba relacionada con el estado cristalino. Después de todo, vale la pena disolver el cuarzo y pierde actividad óptica. Cuatro años más tarde, J. B. Biot dio el siguiente paso y estableció que varios líquidos orgánicos también tienen actividad óptica. Está claro que aquí la explicación había que buscarla no ya en las características del cristal, sino en las propiedades de la sustancia misma. El progreso adicional está relacionado con el trabajo Luis Pasteur. El punto de partida del trabajo estereoquímico de Pasteur fueron los estudios cristalográficos de las sales del ácido tartárico. V.M. Potapov describe este proceso de la siguiente manera: “En la primera etapa de la investigación sobre sustancias ópticamente activas, se creía que sus cristales son siempre hemiedrales, es decir, pueden existir en dos formas que se relacionan entre sí como un objeto con su imagen especular. La única excepción aparente a esta regla fueron los cristales de ácido tartárico dextrógiro que, según el químico alemán E. Mitscherlich, resultaron no hemiédricos y coincidían completamente en forma con los cristales del isómero ópticamente inactivo: el ácido tartárico. En 1848, L. Pasteur repitió el experimento de E. Mitcherlich y descubrió la hemiedria en cristales de sal sódica y amónica del ácido de la uva (ópticamente inactiva). Al mismo tiempo, resultó que cristales de dos formas espejadas se encuentran simultáneamente. Separándolas con unas pinzas y disolviéndolas por separado en agua, Pasteur descubrió que ambas soluciones son ópticamente activas: una gira el plano de polarización hacia la derecha, como el ácido tartárico natural, y la otra hacia la izquierda. Así, por primera vez se demostró que una sustancia ópticamente inactiva, el ácido tartárico, es una mezcla de dos componentes ópticamente activos: el ácido tartárico dextrógiro y el ácido tartárico levógiro. Todos los logros anteriores prepararon el triunfo de Jacob Henry van't Hoff (1852-1911). Nació en Holanda en Rotterdam en la familia de un médico. Después de graduarse de la escuela, Henry ingresó al Instituto Politécnico de Delft a la edad de diecisiete años. Al final del segundo año, toma los exámenes para el tercero. van't Hoff cree que la educación superior no es suficiente y decide trabajar en su tesis doctoral. Para ello, decide continuar su educación en la Universidad de Leiden. Sin embargo, decididamente no le gustó allí, y Henry va a Bonn al famoso químico Kekule. Tras el descubrimiento del ácido propiónico por parte de jóvenes científicos, Kekule recomendó a su alumno que fuera a París al profesor Wurtz, especialista en síntesis orgánica. En París, Henry se acercó al químico industrial francés Joseph Achille Le Bel (1847-1930). Ambos siguieron con interés las investigaciones de Pasteur en el campo de la isomería óptica. Y luego ... Esto es lo que K. Manolov escribe en su libro "Grandes químicos": "Había una rica biblioteca en la Universidad de Utrecht. Aquí Henry se familiarizó con un artículo del profesor Johannes Wislicenus sobre los resultados de un estudio de ácido láctico . Tomó una hoja de papel y dibujó la fórmula del ácido láctico. En el centro de la molécula vuelve a haber un átomo de carbono asimétrico. En esencia, si se reemplazan cuatro sustituyentes diferentes por átomos de hidrógeno, el resultado es una molécula de metano. Imagine que los átomos de hidrógeno de la molécula de metano están ubicados en el mismo plano que el átomo de carbono. A Van't Hoff se le ocurrió una idea inesperada. Dejó el artículo sin leer y salió a la calle. La brisa de la tarde alborotó su cabello rubio, no notó nada a su alrededor: ante sus ojos estaba la fórmula de metano que acababa de extraer. Pero, ¿cuál es la probabilidad de que los cuatro hidrógenos estén en el mismo plano? Todo en la naturaleza tiende a un estado de mínima energía. En este caso, esto sucede solo cuando los átomos de hidrógeno están dispuestos uniformemente alrededor del átomo de carbono en el espacio. Van't Hoff imaginó mentalmente cómo se vería una molécula de metano en el espacio. tetraedro! Por supuesto, un tetraedro! ¡Esta es la mejor ubicación! ¿Y si los átomos de hidrógeno se reemplazan por cuatro sustituyentes diferentes? Pueden tomar dos posiciones diferentes en el espacio. ¿Es esta la solución al acertijo? Van't Hoff se apresuró a regresar a la biblioteca. ¿Cómo es posible que no se le haya ocurrido un pensamiento tan simple hasta ahora? Las diferencias en las propiedades ópticas de las sustancias están asociadas principalmente con la estructura espacial de sus moléculas. Dos tetraedros aparecieron en una hoja de papel al lado de la fórmula del ácido láctico, siendo uno una imagen especular del otro. Van't Hoff se regocijó. ¡Las moléculas de compuestos orgánicos tienen una estructura espacial! Es tan simple... ¿Cómo es que nadie lo ha descubierto todavía? Debe exponer inmediatamente su hipótesis y publicar el artículo. No se descarta un error, pero si su conjetura resulta ser correcta... van't Hoff sacó una hoja de papel en blanco y escribió el título de un futuro artículo: "Una propuesta para aplicar fórmulas químicas estructurales modernas en el espacio". , junto con una nota sobre la relación entre la capacidad de rotación óptica y el diseño químico de los compuestos orgánicos”. El título resultó ser bastante largo, pero reflejó con precisión el objetivo y la conclusión principal. "Me permitiré en este informe preliminar expresar algunos pensamientos que pueden provocar discusión", comenzó Van't Hoff en su artículo. Las intenciones del autor eran las más hermosas, las ideas originales y prometedoras, pero un pequeño artículo impreso en holandés pasó desapercibido para los científicos europeos. Solo Bui Ballot, profesor de física en la Universidad de Utrecht, lo apreció". Han pasado sólo dos meses desde que el amigo de Van't Hoffard, J. Le Bel, publicó su obra. En él, explicaba la aparición de la actividad óptica por las características espaciales de la estructura de las moléculas de forma muy parecida a como lo había hecho antes el científico holandés. Pero las obras no eran del todo idénticas. “La diferencia más significativa fue”, escribe Potapov, “que Van't Hoff habló sobre la direccionalidad de las valencias del átomo de carbono, utilizando una imagen geométrica clara del tetraedro, y Le Bel representó las valencias como una especie de no- fuerza centrípeta orientada.La agrupación de sustituyentes que surge alrededor del átomo de carbono puede ser, según Le Bel, diferente dependiendo de la naturaleza de estos sustituyentes, pero no necesariamente tetraédrica.En la aplicación a la explicación de las causas de la actividad óptica en el presencia del llamado átomo asimétrico, ambos enfoques dieron el mismo resultado, pero la teoría de van't Hoff, más claramente formulada, resultó ser mucho más fructífera para explicar la serie de otros factores". La idea misma de la estructura espacial de las moléculas fue desarrollada por el holandés no solo para explicar los fenómenos de isomería óptica. "En su artículo", continúa Manolov, "dio una explicación simple de la isomería geométrica. Habiendo examinado la estructura de los ácidos fumárico y maleico, mostró esquemáticamente que sus dos grupos carboxilo pueden ubicarse en uno o dos lados opuestos en relación con el plano del doble enlace entre átomos de carbono”. El nuevo artículo de Van't Hoff "Química en el espacio", donde expresa todas estas consideraciones, sirvió como inicio de una nueva etapa en el desarrollo de la química orgánica. Poco después de su publicación, en noviembre de 1875, van't Hoff recibió una carta del profesor Wieslicenus, que enseñaba química orgánica en Würzburg y era uno de los expertos más famosos en este campo. "Me gustaría obtener permiso para la traducción de su artículo al alemán por parte de mi asistente, el Dr. Hermann”, escribió Wislicenus. "Su desarrollo teórico me trajo una gran alegría. Veo en él no solo un intento extremadamente ingenioso de explicar hechos hasta ahora incomprensibles. , pero que en nuestra ciencia ... adquirirá una importancia histórica. La traducción del artículo se publicó en 1876. En ese momento, van't Hoff había logrado conseguir un trabajo como asistente de física en el Instituto Veterinario de Utrecht. Un "mérito" especial en la popularización de los nuevos puntos de vista de van't Hoff perteneció al profesor Hermann Kolbe de Leipzig, quien se pronunció en contra del artículo y, además, en un tono bastante duro. En sus comentarios sobre el artículo de van't Hoff, escribió: "Algún doctor J. G. van't Hoff del Instituto Veterinario de Utrecht, aparentemente, no tiene gusto por la investigación química exacta. Es mucho más conveniente para él sentarse en Pegasus ( probablemente tomado contratado en el Instituto Veterinario) y proclaman en su "Química en el espacio" que, como le pareció durante un audaz vuelo al Parnaso químico, los átomos están ubicados en el espacio interplanetario. Naturalmente, todos los que leyeron esta dura reprimenda estaban interesados en la teoría de Van't Hoff. Así comenzó su rápida difusión en el mundo científico. Ahora van't Hoff podría repetir las palabras de su ídolo Byron: "Una mañana me desperté como una celebridad". Unos días después de la publicación del artículo, a Kolbe van't Hoff se le ofreció un puesto de profesor en la Universidad de Ámsterdam y, a partir de 1878, se convirtió en profesor de química. Autor: Samin D.K.
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