ИЗОМЕРИЯ

ИЗОМЕРИЯ (хим.). - В 1824 г. Либихом и Гей-Люссаком был установлен состав гремуче-кислого серебра, причом, на основании полученных данных, они признали безводную гремучую кислоту за соединение циана с кислородом C4N2O2 (C=6, 0=8, N=14). В том же году Веллер более точными анализами солей циановой кислоты, открытой им в 1822 г., показал, что и безводная циановая кислота, по элементарному составу, представляет соединение циана с кислородом, C2NO (С=6, О=8, N=14). Таким образом, впервые были получены вещества одного и того же элементарного и процентного состава, но различных свойств (соли гремучей кислоты взрывают с большой энергией от легкого толчка, между тем как соли циановой кислоты совершенно лишены этой способности). Хотя Гей-Люссак, реферируя в "Annales de chimie et de phisique" (27, [2], 200) работу Веллера, и указал на возможность объяснения этого явления допущением различного способа соединения между элементами, образующими гремучую и циановую кислоты, тем не менее оно на столько противоречило существовавшему в то время в химии положению, что свойства тел обусловливаются их элементарным и процентным составом, что Берцелиус, не колеблясь (в появившемся тогда новом издании своего "Traite de Chimie"), объявил, что в данные Гей-Люссака и Либиха или Веллера вкрались ошибки; понадобились новые анализы, произведенные Либихом в 1826 г., чтобы доказать тожество состава гремучих и циановых солей. К 1826 г., впрочом, было уже известно другое, вполне аналогичное явление. Фарадей в 1825 г., исследуя жыдкость, скопившуюся в цилиндрах, в которых сохранялся сдавленный светильный газ, нашел в ней, вместе с бензолом, вещество С4Н8, одинакового состава с этиленом С2Н4 но обладавшее удвоенною сравнительно с последним плотностью пара. Затем, в 1828 г., Веллеру удалось наблюсти, что циaновокислый аммоний CNO.NH4 (С=12, 0=16, N=14, Н=1) нацело превращается в водных растворах в мочевину CO (NH2)2, и, наконец, в 1830 г. Берцелиус, исследуя виноградную кислоту, нашел, что как сама свободная кислота, так и ее свинцовая соль обладают одинаковым процентным составом с винной кислотой и виннокислым свинцом, между тем как свойства и свободных кислот и их солей довольно сильно различаются между собою. Этими наблюдениями окончательно была установлена возможность существования различных по свойствам, но тожественных по элементарному и процентному составу, химических соединений, и в отчете по химии, представленном шведской академии наук в 1831 г., Берцелиус замечает по этому поводу, что "так как необходимо для каждого известного представления обладать определенным выражением, выбранным по возможности рационально, то я предлагаю называть тела одного состава, по различных свойств, изомерными (от греческого слова isomerhV - составленный из равных частей)". Уже в следующем году он дает более ограниченное определение нового понятия. "Чтобы не смешать, однако, друг с другом явления не вполне однородные", говорит он, "необходимо точно установить значение слова - И. Я считаю изомерными те тела, который образованы из одинаковых атомов, соединенных в одинаковых относительных и абсолютных количествах, которые обладают одинаковым весом атома. С этим случаем нельзя смешивать того, когда в двух телах содержатся одинаковые относительные количества элементарных тел, при разном абсолютном содержании этих последних. Так, напр., относительное число атомов углерода и водорода в маслородном газе (этилене) и в винном масле (бутилене) тожественно, но в одном из них содержытся только один атом углерода, 2 атома водорода СН2, между тем как в винном масле находятся 4 атома углерода и 8 атомов водорода C4H8. Для отличия подобных случаев одинаковости состава при различии в других свойствах, я предложыл бы называть их полимерными (от греч. polluV - множественный и meroV - часть)... Но существуют и другие отношения, при которых тела, по-видимому изомерные в строгом смысле этого слова, т. е. содержащие одинаковые элементы и абсолютно тожественные количества атомов, на самом деле не являются таковыми. Подобные случаи наблюдаются для тел, образованных соединением двух атомов первого порядка..., напр. SnO.SO3 - сернокислая закись олова, и SnО2.SO2 - основная сернисто-кислая соль окиси олова, содержат одинаковые абсолютные и относительные количества атомов одних и тех же элементов, имеют одну и ту же частицу, а между тем их нельзя считать за одно вещество. В таких телах с течением времени, или с изменением темпер., происходит обыкновенно перемещение их составных частей, иногда сопровождаемое повышением темпер., вследствие чего образуются новые соединения. Чтобы резко отличить эти случаи от явлении И., можно подобные тела назвать метамерными (употребляя предлог meta с тем же значением, которое он имеет в слове метаморфоза)". С тех пор, с развитием органической химии, фактические сведения о телах, обладающих различными свойствами при тожественном составе, чрезвычайно возросли (так, напр., в 1884 г. В. Мейер насчитал 55 различных соединений, отвечающих общей формуле C9H10O3, а в течение 10 лет это число значительно увеличилось), но нельзя сказать, чтобы понятия, введенные в химию Берцелиусом, выиграли в ясности и определенности. Впрочом, надо заметить, что и те примеры, на основании которых были установлены эти понятия, оказались неудачно выбранными; теперь мы знаем, что виноградная кислота обладает удвоенною частицею сравнительно с обыкновенною винною кислотою, но что кроме того ее нельзя рассматривать как полимерную винную кислоту потому, что она образована соединением оптически противоположных, правой и левой винных кислот. циановая кислота и гремучая кислота обладают тоже различною величиною частиц, при различном строении, а циановокислый аммоний и мочевина представляют тела различных функций и, по современным структурным представлениям, содержат различные группы атомов (различные остатки), а именно строение 1-го выражается формулой N : C - O. NH4, а второй - формулой NH2. CO. NH2. Изомерными теперь называют вообще все тела одного и того же процентного состава и одной и той же частичной формулы и отличают: 1) изомеры собственно, когда при одной и той же частичной формуле вещества обладают однородной химической функцией; 2) изомеры случайные, когда при одной и той же частичной формуле они обладают различной химической функцией, и 3) метамеры - вещества, обладающие одной и той же частичной формулой, одной и той же химической функцией, но (как выражаются иногда) нецельной частицей. Вещества, обладающие при одинаковом процентном составе различными частичными формулами, т. е. полимерные между собою, не причисляются более к изомерам. Такое деление, однако, далеко не общепринятое. Очень часто, напр., спирты и эфиры одной с ними частичной формулы назыв. метамерными соединениями (Бернтсен); в руководстве Бейльштейна "Handbuch der Org. Chemie" (3-te Aufl. S. 5): изомерами, в тесном смысле этого слова, согласно определению Бутлерова и Клауса, сочтены только соединения, в которых углеродные атомы связаны одинаково, а другие элементы сгруппированы различным образом, каковы: CH3. CH2. CH2 (OH) - пропиловый спирт и СН3. СН (ОН). СН3 - изопропиловый спирт; метамерными же названы соединения, в которых углеродные атомы связаны различным образом, а тожественно сгруппированы остальные, соединенные с углеродом элементы, и как примеры приведены СH3. CH2. CH2. CH2 (OH) - нормальный бутиловый и (СН3)2: СН. CH2 (OH) - изобутиловый спирты; наконец, изометамерными названы изомеры, в которых и углеродные атомы, и атомы остальных элементов связаны различным образом, как, напр., в нормальном бутиловом спирте - СН3. СН2. СН2. СН2 (ОН) и в триметилкарбиноле - (СН3)3 : С (ОН). Неудобство такого определения совершенно ясно; приняв его, мы должны признать, что между углеводородами возможны только случаи метамерии и изометамерии, а это совершенно несогласно с установившимся обычаем. Можно было бы привести еще несколько аналогичных примеров не менее произвольных определений (и основанных на них классификаций); достаточно, однако, и перечисленных, чтобы видеть, что значения, приобретенные словами: И. и метамерия, значительно уклонились от того смысла, который им придавал Берцелиус и который они должны иметь по самому словопроизводству. Строго говоря, раз, по современным воззрениям, мы допускаем возможность знать ближайшее распределение элементов в. частицах данного вещества - его "структуру", то изомерами, в органической химии, по крайней мере, можно называть только те тела, структурные формулы которых содержат одни и те же группы атомов, т. е. тожественные остатки: СН3, СН?2, CН?›, СО?, (СОН)›, (СООН)›, (ОН)›, О? и т. д.; метамерными же, в смысле Берцелиуса, можно называть только тела, способные к превращению друг в друга с сохранением одной и той же величины частицы. При таком определении, изомерами из числа бутиловых спиртов, напр., являлись бы только (CH3)2:CH. CH2 (OH) - изобутиловый спирт, и CH3. CH2. CH (OH). CH3 - псевдобутиловый (вторично-бутиловый) спирт, метамерами же, если ограничиться уже приведенными примерами - циановокислый аммоний и мочевина. Для огромного, однако, числа веществ, теперь причисляемых к изомерным, не было бы соответственного названия, а потому заслужывают большего внимания следующие предложения Армстронга. Он предлагает называть все случаи различия свойств веществ, при тожестве их состава, не И., а аллотропией (от греческого аллотропос, что значит - обладающий отличными свойствами, слово же И. употреблять в том тесном смысле, который только что изложен, включая следовательно сюда и все явления пространственной И., вещества же аллотропичные (изомерные), но различные по функции или по типу, к которому они принадлежат, Армстронг называет гетерометричными, оставляя название метамерных или изодинамичных для тех из них, которые превращаются друг в друга с исключительной легкостью. Все же остальные случаи, где аллотропичные вещества обладают одной и той же функцией, но образованы соединением нетожественных групп, он считает возможным называть изономичными А. И. Горбов.