Понятие ароматичности.

Название «ароматические соединения» возникло случайно, в связи с тем, что первые соединения этого ряда, выделенные из природных смол и бальзамов, обладали приятным ароматным запахом.

Так, например, еще в ХУ1 веке из бензойной смолы были выделены бензойная кислота и бензиловый спирт; из масла горького миндаля – бензойный альдегид; из толуанского бальзама – толуол; из сосновой смолы – цимол и т.д.

В дальнейшем было установлено, что такое же строение и химические свойства имеют и многие другие вещества, не обладающие приятным ароматным запахом. Поэтому название «ароматические вещества» потеряло свое первоначальное значение.

Немецкий химик Кекуле первым обратил внимание, что многие ароматические соединения в обычных химических превращениях сохраняют характерную циклическую группировку из шести атомов углерода и поэтому бензол, как простейший представитель с шестичленной группировкой был признан родоначальником ароматических соединений.

Бензол был открыт в 1825 году Фарадеем, который выделил его из конденсированных остатков светильного газа, получаемого из каменного угля. Фарадей определил и соотношение углерода и водорода в этом соединении, равное 1:1.

В 1834 году Э.Митчерли при нагревании солей бензойной кислоты (вещества, выделяемого из природных ароматических смол) получил это же соединение и дал ему название бензин. Однако позже Ю.Либих предложил назвать это вещество бензолом.

В 1845 году Гофман выделил бензол при перегонке каменноугольной смолы.

Бензол и ряд его гомологов, а затем и большая группа других соединений вскоре после их открытия были выделены в группу ароматических соединений, так как обладали особыми «ароматическими свойствами»:

бензол, несмотря на свою глубокую «ненасыщенность» (С 6 Н 6), легко вступал в своеобразные реакции замещения водородных атомов и трудно вступал в реакции присоединения, характерные для алкенов;

другая особенность, отличающая ароматические соединения от алкенов – это их высокая устойчивость, легкость образования в самых различных реакциях и сравнительная трудность протекания реакций окисления;

наконец, весьма характерными являются свойства некоторых производных ароматических углеводородов:

Ароматические амины менее основны, чем алифатические;

Ароматические гидроксильные производные – фенолы, обладают значительно более кислотным характером, чем спирты;

Ароматические галогенпроизводные значительно труднее вступают в реакции замещения, чем алифатические.

Совокупность перечисленных свойств и являлась тем «химическим критерием» с помощью которого определялась принадлежность того или иного вещества к ароматическим соединениям, его «ароматический характер».

2. Развитие представлений о строении бензола. Формула Кекуле.

Структурную формулу бензола как системы циклогексатриена впервые предложил в 1865 году немецкий химик А.Кекуле.

Согласно Кекуле, бензол – замкнутая система с тремя сопряженными двойными связями – циклогексатриен-1,3,5.

Формула Кекуле правильно отражает:

1) элементный состав, соотношение атомов углерода и водорода (1:1) в молекуле бензола;

2) равноценность всех атомов водорода в молекуле бензола (однозамещенные бензола не имеют изомеров – С 6 Н 5 СН 3 , С 6 Н 5 Сl).

Однако, эта формула не отвечает многим особенностям бензола:

1) являясь, согласно формуле Кекуле, формально ненасыщенной системой, бензол в то же время вступает преимущественно в реакции замещения, а не присоединения. Почему бензол не обесцвечивает бромную воду?

2) эта формула не может объяснить высокой устойчивости бензольного кольца;

3) если исходить из формулы Кекуле, у бензола должно быть два орто-изомера. Однако известен только один орто-изомер.

4) и, наконец, формула Кекуле не в состоянии объяснить равенства расстояний между углеродными атомами в реальной молекуле бензола.

Чтобы выйти из этого затруднения, Кекуле был вынужден допустить возможность постоянного изменения положения двойных связей в молекуле бензола и выдвинул теорию «осцилляции», согласно которой двойные связи не фиксированы на одном месте:

В связи с этим понятие «ароматические соединения», «ароматические свойства» приобрели другой смысл.

К ароматическим соединениям стали относит соединений, содержащие шестичленную циклическую группировку с тремя двойными связями (бензольное кольцо) и обладающие особыми физическими и химическими свойствами.

Противоречия между формальной «ненасыщенностью» и своеобразными физическими и химическими свойствами, объясняет только квантовая органическая химия.

По статистике, современный человек спит меньше, чем необходимо организму, из-за чего растет процент нервных расстройств и неврозов. Кроме того, сон - это не только необходимый для организма отдых, но и возможность найти верное решение, идею или ответ на сложный вопрос.

Народная мудрость гласит: утро вечера мудренее. И наука подтверждает тот факт, что порой многочасовая непрерывная работа не дает желаемых результатов, сбивая с пути. Во время же сна мозг продолжает непрерывно работать, форматируя полученные данные: вся лишняя информация отбрасывается, а важные данные логически структурируются. Порой во сне приходят и гениальные идеи.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА

Пожалуй, самый известный случай великой идеи, пришедшей во сне. Якобы эту версию открытия таблицы распространял среди студентов профессор А.А.Иностранцев, в качестве примера психологического влияния интенсивной работы на мозг человека. Однако ошибочно полагать, что гениальное решение, изменившее весь ход науки, так просто далось ученому. Свою таблицу химических элементов Менделеев обдумывал не один год, но долго не мог представить их в виде логичной и наглядной системы. «Все в голове сложилось, а выразить таблицей не могу» - говорил великий ученый, часто работающий «без сна и отдыха». Незадолго до открытия таблицы, вернее, системного ее обобщения, Менделеев проработал трое суток подряд, когда же закрыл глаза, увидел во сне несколько недостающих элементов и схему их расстановки. Проснувшись, Менделеев тут же записал увиденное на клочке бумаги. Известно, что сам химик не очень любил, когда вспоминали историю про приснившуюся таблицу: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

ФОРМУЛА БЕНЗОЛА

Впервые строение бензола удалось установить в 1865 году немецкому химику Фридриху Августу Кекуле. К тому времени уже получилось синтезировать бензол, однако точная формула вещества была неизвестна. Циклическую структурную формулу бензола, имеющую вид правильного шестиугольника, Кекуле увидел во сне: формула бензола явилась в виде змей, кусающих друг друга за хвост. По одной из версий, на эту мысль его навел перстень в виде двух сплетенных змей из золота и платины, по другой – узор персидского ковра. Проснувшись, Кекуле провел остаток ночи за разработкой гипотезы и заключил, что структура бензола представляет замкнутый цикл с шестью атомами углерода. Интересно, что несколькими годами ранее химик уже видел странный сон, задремав в омнибусе в Лондоне, где он занимался анализом лекарственных препаратов. Тогда в полудреме перед Кекуле предстали «атомы, резвящиеся на глазах. Два небольших атома объединялись в пары, и больший принимал тех, что поменьше. Другой более крупный держит еще три или четыре более маленьких». Проснувшись, ученый заключил, что атомы углерода могут соединяться в длинные цепочки. Считается, что этот сон заложил основы органической химии.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДРОБИ

Современный способ производства дроби изобрел Уильям Уоттс, слесарь-водопроводчик из Бристоля, в 1872 году. Уоттсу приснился сон: он идет под дождем, но вместо капель воды на него падают свинцовые шарики. Тогда слесарь решил провести эксперимент, расплавив небольшое количество свинца и выплеснув его с колокольни в бочку с водой. Когда Уоттс вылил из бочки воду, то обнаружил, что свинец затвердел в виде небольших шариков. Оказалось, что во время полета капли свинца приобретают правильную круглую форму и твердеют. До открытия Уоттса производство свинцовых пуль и дроби для ружей было чрезвычайно затратное, долгое и трудоемкое дело. Свинец раскатывали в лист, который затем разрезали на кусочки. Или же дробь отливали в формах, каждую по отдельности.

АРМЯНСКИЙ АЛФАВИТ

Необходимость в национальном алфавите возникла в Армении в 301 году нашей эры, после принятия христианства. Именно над этим стал усиленно трудиться Месроп Маштоц – миссионер и проповедник христианства, впоследствии причисленный армянской церковью к лику святых. Столкнувшись с трудностями во время проповедей, когда ему одновременно приходилось быть и чтецом и переводчиком, иначе его никто не понимал, решил изобрести письменность для армянского языка. Для этих целей Месроп отправился в Месопотамию, где изучил разные алфавиты и письменности в библиотеке в городе Эдесса, однако никак не мог представить все в виде системы. Тогда Месроп стал молиться, после чего увидел сон: руку, пишущую на камне. «Камень же, подобно снегу, сохранял следы начертаний». После видения проповеднику окончательно удалось расставить письмена по порядку и дать им названия. Созданный Маштоцем армянский алфавит используется и сегодня практически без изменений. Нынешний алфавит состоит из 39 букв.

АН-22 «АНТЕЙ»

Конструкция советского самолета-гиганта, а именно идея его хвостового оперения, пришла авиаконструктору Олегу Антонову, по его собственному признанию, во сне. Конструктор долго рисовал, чертил, пытался применить особый подход, но ничего не получалось. «Однажды ночью, во сне, перед моими глазами четко обрисовался хвост самолета, необычный по форме». Сон был настолько неожиданным, что конструктор проснулся и зарисовал на клочке бумаги необычную конструкцию. Проснувшись утром, Антонов не мог понять, почему идея не приходила ему в голову раньше. Так в СССР появился первый в мире широкофюзеляжный самолет, установивший более 40 мировых рекордов.

ИНСУЛИН

Идея выработки гормона инсулина, который уже 80 лет спасает жизни больных сахарным диабетом, пришла канадскому физиологу Фредерику Бантингу во сне. Бантинг был одержим идеей победить диабет, его друг детства скончался от этой болезни в юном возрасте. К тому времени, диабет был уже изучен, известна была и роль инсулина в лечении заболевания, однако до сих пор синтезировать инсулин никому не удавалось. Однажды Бантинг наткнулся на статью в одном медицинском журнале о связи диабета и поджелудочной железы, после чего, проснувшись среди ночи, ученый сделал запись: «перевязать протоки поджелудочной железы у собак. Подождать шесть–восемь недель. Удалить и экстрагировать». После этого сна Бантинг проводил эксперименты на собаках: 27 июля 1921 года собаке с удаленной поджелудочной железой ввели экстракт атрофированной поджелудочной железы другой собаки. Собака выздоровела, уровень глюкозы в ее крови снизился до нормального. Чуть позже Бантингу удалось получить инсулин из бычьей поджелудочной железы, и в 1922 году инсулин был впервые использован для лечения сахарного диабета у человека: Бантинг сделал инъекцию тяжело больному 14-летнему мальчику Леонарду Томпсону и тем самым спас ему жизнь. За свое открытие Бантинг получил Нобелевскую премию.

Созданное компьютером изображение: шесть молекул инсулина ассоциированы в гексамер.

СТРУКТУРА АТОМА

Основоположник атомной физики, датский ученый Нильс Бор в 1913 году сделал открытие, изменившее научную картину мира, и принесшее самому автору мировое признание. Ученому приснилось, будто он находится на солнце из горящего газа, вокруг которого вращаются планеты, связанные с ним тонкими нитями. Внезапно газ затвердел, а солнце и планеты уменьшились. Проснувшись, Бор осознал, что только что увидел во сне структуру атома: его ядро предстало в виде неподвижного солнца, вокруг которого вращались «планеты» - электроны.

У бензола необычный запах; пары его удушливы и даже канцерогенны; он горит, испуская внушительный черный дым; его формула, как нам твердят учебники, C 6 H 6 , где шесть атомов углерода образуют кольцо, или «цикл». Среди прочих замечательных свойств (как то: быть основой для множества красителей, инсектицидов, взрывчатых веществ и пластмасс) он обладает такой же прозрачностью, как и вода, поэтому стеклянный предмет, погруженный в бензол, становится совершенно невидимым! Но это еще не все: у этой немного магической жидкости совсем не банальная история. Разъяснение ее структуры заполонило хроники в середине XIX века и продолжает удивлять до сих пор. Подумать только: она была открыта во сне!

Я подвинул свое кресло поближе к огню и погрузился в дремоту. Снова перед моими глазами закружились атомы. <…> Длинные цепи, часто тесно сплетенные, непрерывно двигались, свиваясь и развиваясь, словно змеи. Но что это? Одна из змей ухватила себя за хвост и закружилась перед моими глазами, будто дразня. От пронзившей меня догадки я проснулся…

Человека, «увидевшего» во сне формулу бензола, которую на протяжении многих лет искали все его коллеги, звали Фридрих Август Кекуле. В ту эпоху (1865), когда химики ломали копья по поводу атомов, которые одни считали существующими реально, а другие - лишь удобной научной абстракцией, Кекуле сделал свой выбор: он не просто признавал их реальность, но и не переставая видел их во сне, внутренним взором. И в самом деле, такое с ним приключилось не в первый раз. Семью годами раньше атомы уже скакали у него перед глазами, когда он ехал в омнибусе по улицам Лондона. Тогда он заключил, что атомы углерода могут соединяться в длинные цепочки, тем самым заложив основы (при учете четырех связей, которыми углерод может сцепляться со своими соседями) органической химии. Эта наука добилась неслыханного успеха в конце XIX века, поскольку позволила синтезировать наконец органические вещества и показала, что живые существа живы совсем не потому, что в них, как прежде верили, «вдохнули жизнь».

Можно удивляться тому, что химики проделали путь от цепи к циклу в то же самое время, когда люди учились крутить педали велосипеда: первая цепная передача была изобретена в 1869 году… Менее удивительно выглядит идиллическая картина, объединяющая змею с яблоком Ньютона. А если говорить серьезно, то нетрудно себе представить возмущение тех, кто в Бога верил больше, чем в атомы, изрядно отдающими серой заявлениями химиков, из которых прямо следовала избыточность Божественного вмешательства в создание жизни. К тому же сон творца органической химии был вполне эзотерическим. Змея, кусающая свой хвост, - это же Уроборос, символ единства материи и Вселенной, священного кругооборота творения, в котором чередуется порождение с пожиранием. Проще говоря, это образ, тесно связанный со знаменитым «все во всем», а также, если угодно, с «и наоборот», вносящим необходимое уточнение.

Но, как ни странно, наиболее яростно против сна Кекуле выступили вовсе не теологи, а сами химики. Не могло быть речи о том, чтобы строить новую науку, только что с большим трудом очищенную от алхимического наследства, на основании приснившейся змеи, кусающей свой хвост. Сам того не подозревая, Кекуле задел деликатную струну… которая продолжает звучать до сих пор. Год спустя в немецком специализированном журнале Chemische Berichte появился рисунок, изображающий два бензольных цикла, каждый из которых состоял из шести держащих друг друга за хвост макак. После этого сновидение не раз подвергалось подобным атакам со стороны честных химиков: последняя датируется 1985 годом, когда Американская химическая ассоциация посвятила вопросу о бензоле одно из ежегодных заседаний. На нем выступили два американских химика, доказывавшие, что Кекуле не мог увидеть свою знаменитую формулу во сне.

Обилие пролитых чернил и изведенной бумаги ради какого-то сна невозможно объяснить ни неприятием алхимии, которая была, хотим мы того или нет, предком химии, ни какой-то теологической строгостью, так что приходится искать другую причину. Как и на Ньютона, проводившего, кстати, долгие месяцы, раздувая свои алхимические печи, Галилея или Эйнштейна, на Кекуле снизошла благодать - более того, благодать в том самом смысле, который ей придавали адепты древних эзотерических учений. Книга «Ля Фонтэн о любви к науке» - классика алхимической литературы, она написана в 1413 году валансьенцем Жеаном де Ля Фонтэном, и в ней по пунктам расписано, как знание нисходит на посвященных. Можно биться об заклад, что популярный миф о «низошедшем знании» именно здесь берет свое начало. В самом деле, за четыре с половиной века до Кекуле Жеан обладал не меньшей склонностью к вещим снам и за два с половиной века до Ньютона ценил прелести фруктовых садов:

И, отобедав, я уснул,
Расположившись в том саду;
И как мне кажется теперь,
Пробыл я долго в забытьи,
Тому причиной - наслажденье,
Что мне явило сновиденье.

Во сне Жеан встречается с «двумя прекрасными ясноокими дамами», а именно - с Мудростью и Познанием. Они-то ему и открыли, что:

Наука - Божий дар, и, без сомненья,
Она дается лишь по вдохновенью.
Пусть так! Творцом дарована она,
Зато людьми всегда вдохновлена .

В этих цветистых виршах заключено нечто неприемлемое для вчерашних и сегодняшних химиков. Несправедливость того, что кому-то удается найти решение во сне («Почему именно их выбрали ангелы Спасителя?» - спрашивал Инфельд), тогда как другие вкалывают до кровавого пота, но не могут достичь обетованных земель; сам факт, что истина отдается бесплатно, тогда как ее надлежит обретать только в результате скрупулезного труда по сведению вместе разнообразных противоречивых данных, отыскивая скрытый в них смысл. Наука строится исключительно на опыте и разуме, даже если допустить - в конце концов, ничто не совершенно, - что какие-то ее корни скрываются в реторте алхимика.

Змея Кекуле прославилась оттого, что заползла в эту (мифическую) расщелину, которая отделяет научное от ненаучного. Напрочь отрицая возможность узнать основополагающую истину из сна, химики заняли позицию столь же догматическую, как и народная мудрость, ни минуты не сомневающаяся в Божественном откровении. Неутомимый труженик и убежденный рационалист, Кекуле, видимо, сумел воспользоваться тем благоприятным состоянием ума, которое возникает в полусне, когда сознание медленно угасает, когда научная строгость, обволакиваемая дремотой, постепенно смягчается, когда привычные доводы непривычно меняют порядок, вставая на место, как части головоломки. Конечно же факт, что некоторое количество задач - химических, математических и прочих - было решено в состоянии полусна, представляет больший интерес с точки зрения физиологии, чем откровения. И если вокруг пресловутой змеи Кекуле разгорелись страсти, то только потому, что граница между сознанием и телом или между наукой и народной мудростью столь же неуловима, как едва задремавший уж.

Примечания:

ЦЕРН - Европейский центр ядерных исследований в Женеве. (Прим. перев.)

Сообщения по химии (нем.) .

Перевод В. С. Кирсанова.

Итак, сегодня у нас суббота, 22 июля 2017 года и мы традиционно предлагаем вам ответы на викторину в формате «Вопрос - ответ». Вопросы нам встречаются как самые простые, так и достаточно сложные. Викторина очень интересная и достаточно популярная, мы же просто помогаем вам проверить свои знания и убедиться, что вы выбрали правильный вариант ответа, из четырех предложенных. И у нас очередной вопрос в викторине - Что приснилось химику Кекуле и помогло открыть формулу бензола?

• A. потерянное обручальное кольцо
  B. надломанный соленый крендель
  C. свернувшаяся клубком кошка
  D. кусающая свой хвост змея

Правильный ответ D – Кусающая свой хвост змея.

Химику Ф. А. Кекуле, открывшему формулу бензола, приснился ее прообраз в виде змеи, кусающей себя за хвост – символа из древнеегипетской мифологии. После пробуждения ученый уже не сомневался, что молекула данного вещества имеет форму кольца.
Уроборос – главный символ алхимии

Бензол C6H6, PhH) - органическое химическое соединение, бесцветная, жидкость с приятным сладковатым запахом. Ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Хотя бензол входит в состав сырой нефти, но в промышленных масштабах синтезируется из других её компонентов. Токсичен, канцероген.