Kimyoviy struktura nazariyasi

XIX-asr boshlarida g‘arblik kimyogarlar orasida Devi-Berselius elektrokimyoviy nazariyasi yetakchilik qilardi. Xususan, Berseliusning nazariyasiga ko‘ra, har qanday kimyoviy birikma ikki qismdan iborat bo‘ladi va bu qismlardan biri albatta zaryadlangan, elektrmusbat bo‘lsa, ikkinchisi – elektrmanfiy bo‘ladi deb ishonilgan. Shunga muvofiq, Berselius o‘ziga ma’lum barcha elementlarni qatorlarga taqsimlab chiqqan va unga ko‘ra, kislorod elektrmanfiyligi eng yuqori, kaliy esa elektrmusbatligi eng baland element deb hisoblangan. Olim o‘zining fikricha eng yuqori elektrmanfiylikka ega elementlarni metalloidlar deb atagan va nisbatan elektrmusbatligi baland bo‘lgan elementlarni esa metallar deb atagan.

Biroq, XIX-asrning 30-yillariga kelib, farang kimyogari Jan-Batist Dyuma ushbu, Devi-Berselius nazariyasiga kuchli zarba berdi. U organik birikmalar uchun «turlar nazariyasi» deb nomlangan mutlaqo boshqa bir tasniflashni taklif qilgan edi. Unga muvofiq, murakkab jismning kimyoviy tuzilishini uni tashkil qiluvchi elementlarning tabiati belgilaydi degan g‘oya unchalik to‘g‘ri emas deb ta’kidlanadi va birikmaning kimyoviy xossalarini undagi atomlarning joylashish tartibi hamda, nechog‘lik bir xilligi belgilaydi degan fikr ilgari suriladi.  Lekin Dyumaning bu qarashlari ham tez orada bir qator ziddiyatlarga borib qoldi.

Asosiy kimyoviy tushunchalarni rivojlantirishdagi keyingi muhim qadamni farang olimlari Jerar va Loran tomonidan taklif etilgan unitar tizim deb nomlanuvchi nazariya orqali ko‘rishimiz mumkin. Mohiyatan, bu tamomila boshqacha yondoshuvga asoslangan ta’limot bo‘lib, Loran va Jerar kimyoviy birikmalarni zarracha, atom va ekvivalent tushunchalari asosida tasniflash usulini joriy qilishgan edi. Biroq, baribir, bu paytga kelib ham, moddaning kimyoviy tarkibini ifodalash borasidagi bahs-munozaralarda aytarli tayinli yechim yo‘q bo‘lgan. Olimlar, muayyan birikmaning kimyoviy tarkibini oddiyroq formula orqali bayon qilish borasida hali hanuz qiyinchiliklarga duch kelishmoqda edi. Kimyoda formulalarni qo‘llash borasida mutaxassislarni cho‘chitib turgan fikrlardan biri shu ediki, aynan Jerarning o‘zi «kimyoviy hodisalar qachonki modda tuzilishi o‘zgarishga yuz tutgandagina ko‘zga tashlanadi; ya’ni, modda endi avvalgidek bo‘lmay qolganda uning kimyoviy xossasini bilish mumkin bo‘ladi» — qabilidagi gapni mahkam tutib olgan bo‘lib, u shuningdek: «biz moddaning faqat o‘tmishi va kelajagini bila olishimiz mumkin xolos, shunga ko‘ra, kimyoviy formulalar atomlarning joylashish tartibini emas, balki, moddaning o‘xshash analoglarini ifodalashi mumkin xolos» — deb ham yozgan edi. Jerar, istalgan modda uchun, u duchor bo‘lishi mumkin bo‘lgan shakl o‘zgarishlariga qarab, cheksiz sondagi ko‘p ratsional kimyoviy formulalar yozish mumkin deb hisoblagan. Shu sababli, modda tuzilishini ifodalovchi kimyoviy formulalarni qo‘llash masalasiga anchayin ishonqiramay yondoshgan.

1858-yilda esa Avgust Kekule (1829-1896) tarkibida bir necha uglerod atomlari tutadigan kimyoviy birikmalarda uglerod doimo to‘rt atomli bo‘lishi haqidagi qoidani fanga taklif etdi va ko‘p uglerodli birikmalarda uglerod atomlari shu tarzda to‘rttadan bog‘lanish hosil qilishini ochib berdi. Keyinchalik, ushbu birikish qoidasini Kekule uglerod atomlarining boshqa ko‘p atomli birikmalar bilan, masalan, azot, kislorod va boshqalar bilan birikishida ham amal qilishini ko‘rsatdi.

O‘zining oxirgi ilmiy ishlarida Kekule organik birikmalar tuzilishini ifodalash borasida jiddiy ish olib bordi. Bunda olim elementlarning valentligi va atomar tuzilishiga asosiy e’tibor qaratdi. Biroq, uning ishlarida kimyoviy birikma tarkibini formula orqali ifodalash masalasi hech qachon asosiy o‘rin tutmagani rost. Xossatan, uning o‘zi 1858-yilda «men bu masalaga ikkinchi darajali masala deb qarayman…» deb yozgan edi. Shunday qilib, kimyoviy formulalar va ularni qo‘llash qoidalarini ishlab chiqishga eng yaqin kelgan olim Kekule ham bu borada oxirgi – hal qiluvchi qadamni tashlay olmadi.

Yuqoridagilarga qo‘shimcha ravishda aytish mumkinki, Kekule o‘zi butun ilmiy faoliyati davomida Jerar g‘oyalari ta’sirida ishlagan. Buni, uning muallifligida 1859-1861 yillarda chop etilgan kimyo darsliklarida keltirilgan Jerar uslubidagi «ratsional» formulalardan bilish mumkin.

Biroq, kimyoda hamma uchun umumiy qabul qilsa bo‘ladigan, hamda, modda tuzilishini aniq ifodalay oladigan ixcham formulalarni joriy etish masalasi baribir ochiq qoldi. Bu bir tomondan katta chalkashliklar tug‘dirsa, ikkinchi tomondan, avvalo modda tuzilishini formulalar vositasida ifodalash usulini o‘zi uchun ham tartib va qoidalar ishlab chiqishni taqozo etardi. Bu masala bilan esa kimdir jiddiy va puxta shug‘ullanishi, keyin esa, uni ilmiy jamoatchilik qabul qilishi kerak edi.

Va shunday kimyogar olim Tatariston yeridan yetishib chiqdi. U 1828-yilning 15-sentyabrida, Qozon yaqinidagi Butlerovka qishlog‘ida tug‘ilgan Aleksandr Butlerov edi.

Aleksandr Butlerovning onasi aynan uning tug‘ilishi jarayonida yuzaga kelgan tug‘ruq asoratlari tufayli, u tug‘ruqdan 11 kun o‘tib vafot etgan. Shu sababli, Aleksandr Butlerov onasini eslolmagan ham. Uni otasi yolg‘iz katta qilgan. O‘zi ham yaxshi tarbiya ko‘rgan, savodli va dunyoqarashi keng bo‘lgan ota Butlerov o‘g‘lining yaxshi ta’lim olishi uchun barcha sharoitlarni hozirlab bergan. Aleksandr bu haqida butun umr minnatdorchilik bilan eslab, otasi o‘zi uchun doimo eng ideal shaxs bo‘lganini, agar fe’li va xulqi otasiga ozgina o‘xshasa ham, demak, uni ham dunyoda eng yaxshi axloqli odamlardan biri deb hisoblash mumkinligini ta’kidlardi.

Aleksandr Butlerov avval bolalar uchun mo‘ljallangan pansionda o‘qigan va keyinroq, Qozon gimnaziyasiga kirib ta’lim olgan. 1844-yilda esa u avvaliga Qozon universitetining tabiiy fanlar bo‘limiga tinglovchi sifatida qabul qilinadi. Chunki, bu paytda u hali 16 yoshda bo‘lib, talabalar safiga qabul qilish uchun kichiklik qilardi. Faqat keyingi, 1845-yildagina uni universitetning to‘laqonli talabasi sifatida birinchi kursga qabul qilishdi. 1846-yilda balog‘at yoshiga yetib qolgan Aleksandr Butlerov og‘ir xastalikka – tepkili ichterlama kasalligiga yo‘liqdi. Unga kuchli tibbiy muolajalar va qarov kerak bo‘ldi. O‘sha paytlarda bu kasallik bilan og‘rigan bemorlar orasida o‘lim ko‘rsatkichi juda baland bo‘lib, undan tirik qolish mo‘jiza sifatida qaralgan. Aleksandr Butlerov bilan ham shunday «mo‘jiza» sodir bo‘ldi va u tuzalib ketdi. Biroq, bu tuzalish unga juda-juda qimmatga tushgan. Chunki, uni kasallik paytida parvarish qilgan otasiga ham o‘g‘lidan tepki va ichterlama yuqib qolgan. Otasining esa bunday paydam qarab, parvarish qiladigan kishisi yo‘q edi. Natijada, ota Butlerov ko‘p o‘tmay vafot etgan. Aleksandr esa ammasining qaramog‘ida qolishga majbur bo‘lgan.

Universitetda o‘qishga qaytgan yosh Butlerov bor kuch-g‘ayrati bilan yana o‘qishga sho‘ng‘ib ketadi. U deyarli hamma darslarni yaxshi o‘zlashtirgan va oliygohning eng iste’dodli talabalaridan bo‘lgan. Vaqt o‘tishi bilan esa, u o‘ziga ayniqsa kimyo ma’ruzalari eng ma’qul kelayotganini sezib, fizika-matematika bo‘limidagi Nikolay Zinin ismli kimyogar olimga shogird bo‘lib qatnay boshlaydi. Zinin ham Butlerovga bajonidil ustozlik qilishga kirishadi. Chunki, uning iste’dodini payqash qiyin emasdi va kelajakda Butlerovdan kuchli mutaxassis chiqishiga ko‘zi yetib turganini ko‘p ta’kidlardi. Rejaga ko‘ra, Butlerovning bitiruv dissertatsiyasiga ham aynan Zinin rahbarlik qilishi kerak bo‘lgan. Biroq, u muhim davlat topshirig‘i bilan Qozondan Sankt-Peterburgga ko‘chib ketishga majbur bo‘ladi va Butlerov dissertatsiyasining barcha qismini faqat o‘zi, mustaqil bajarishiga to‘g‘ri keladi.

1850-yilda Butlerov endi magistrlik dissertatsiyasini ham muvaffaqiyatli yoqlaydi. Uning efir moylari haqida yoqlagan doktorlik dissertatsiyasi esa 1851-yilda himoya qilingan. 1854-yilda esa u fizika va kimyo fanlari doktori ilmiy unvoniga ega bo‘lgan va ko‘p o‘tmay, Qozon universitetining kimyo fakultetiga rahbarlikka tayinlangan. 1857-yilda esa Butlerov allaqachon kimyo fanlari professori darajasini egallagandi. O‘sha yilning o‘zida, universitet rahbariyati uni Yevropaning ilg‘or ilm dargohlarida malaka oshirishi uchun, avval Berlinga, keyin esa, Shveytsariya, Italiya va Fransiyaning yetakchi ilmiy laboratoriyalariga xizmat safariga yuborishadi. Safar yakunida u o‘sha paytdagi eng kuchli kimyogarlar to‘plangan shahar – Parijda bir muddat istiqomat qilib, tajriba to‘playdi. Butlerov Parijda Fransiyaning eng ko‘zga ko‘ringan olimlaridan biri Adolf Vyurts laboratoriyasida ishlab, undan ish o‘rganadi. U o‘zining keyingi yigirma yillik ilmiy faoliyati mobaynida kashf etgan o‘nlab yangi moddalar va reaksiyalardan iborat katta-kichik ilmiy yutuqlarining poydevori aynan Vyurts laboratoriyasida orttirilgan tajriba mahsuli deb bilgan. Chunki, Vyurts asosan eksperimental tadqiqotlarda ko‘proq e’tibor qaratib, sinov-tajriba ishlarini katta aniqlikda va izchillik bilan bajarish evaziga muvaffaqiyatga erishgan amaliyotchi olim edi. Shogirdlaridan ham shuni talab qilardi. Butlerovning etanol, etilen, dinzobutilen, urotropin, trioksimetilen, etilenli uglevodorodlarning polimerlanishi singari ko‘p sonli namunaviy sintez tajribalari aynan Vyurtsdan o‘rgangan usullar vositasida amalga oshirilgan.

Shunday tajriba-sintez jarayonlarida Butlerov uglevodorodlar bilan ko‘p ish olib borganidan, u tobora mazkur birikmalar kimyoviy moddalarning alohida bir mustaqil turkumi ekanligini fahmlab bordi. Uglevodorodlarning tarkibi va xossalarini tahlil qilish asnosida esa, olim bu yerda muayyan bir aniq qonuniyat mavjudligini aniqladi. Aynan shu jihatlarni o‘rganish orqali, u o‘zining mashhur – kimyoviy tuzilish nazariyasini barpo etdi.

1758-yilning 17-fevral kuni Butlerov Parij kimyo jamiyati majlisida nutq so‘zladi. O‘sha nutqda olim o‘zining kimyoviy tuzilish nazariyasi borasidagi ilk g‘oyalarini e’lon qilgan edi. Uning nutqi yig‘ilganlar orasida kuchli qiziqish va bahslarga sabab bo‘ldi.

«Atomlarning o‘zaro birikish xususiyatlari turlicha. Bu borada ayniqsa uglerod qiziq bo‘lib, Avgust Kekulening fikricha, u to‘rt valentli bo‘ladi» — deb so‘z boshlagandi o‘shanda Butlerov. «Agar, valentlikni biz xuddi atomlarni boshqa atomlarni ushlab qoladigan qo‘llari sifatida tasavvur etsak, unda, birikmalarning xossalarini belgilashda aynan shu bog‘lanish usullari ham o‘z aksini topishini sezmaslik mumkin emas» — deb so‘zida davom etgan olim.

Bu kabi g‘oyalar kimyogarlar oldiga birinchi marta tashlanayotgan edi. Butlerov ma’ruzasi so‘ngida: «Bizning ishlarimiz moddalarning kimyoviy tuzilishiga oid yangi nazariya barpo qilish uchun asos bo‘ladigan vaqt etib kelgandir balki. Bu nazariyada aniq matematik qonuniyatlar bo‘ladi va ularga ko‘ra, organik birikmalarning xossalarini avvaldan payqash imkoni tug‘iladi» — deb xulosa yasagan.

Oradan 3 yil o‘tib, Germaniyaning Shpeyer shahrida bo‘lib o‘tgan nemis tabiiy fanlar olimlarining 36-kongresida, kimyoviy tuzilishga oid o‘zining tugal nazariyasini umumiy muhokamaga tavsiya etadi. Qizig‘i shundaki, nazariyaning o‘zi ilm-fan uchun qanchalik muhim va jiddiy bo‘lmasin, o‘sha yig‘inda bu haqida Butlerov qilgan ma’ruza va nazariya to‘liq bayon qilingan risolaning o‘zi juda kamtarona tarzda — «Kimyoviy tuzilish haqida  allanimalar» deb nomlangan edi. Ma’ruzada olim moddaning kimyoviy tarkibini aniqlashda eng avvalo, uni tashkil qiluvchi atomlarning bir-biri bilan qanday bog‘lanishiga e’tibor qaratish kerakligini ta’kidlaydi. U bog‘lanish kuchining qanday taqsimlanishi kimyoviy tuzilishda katta ahamiyatga ega bo‘lishini aytib, modda molekulalarining tuzilishi haqida, eng avvalo kimyoviy tekshirish orqali ushbu moddaning tarkibi aniqlash mumkinligini aytadi. Buning uchun esa, eng avvalo organik birikmalarni sintez qilib ko‘rish orqali, ularning tarkibini aniqlash va tuzilishi haqida fikr bildirish kerak deydi u. Bunda esa, u nisbatan past haroratlarda va oddiy sharoitlarda olib borsa bo‘ladigan, eng asosiysi esa, jarayonni bevosita kuzatib turish imkoni mavjud bo‘ladigan sintez reaksiyalaridan foydalanish kerak degan g‘oyani ilgari suradi.

Biroq, o‘sha ma’ruzaning eng muhim joyi – muayyan moddaning kimyoviy tarkibini kimyoviy formulalar orqali ifodalash imkoniyati yuzaga kelishi bilan bog‘liqdir. Ushbu muhim masala yuzasidan Butlerovning qarashlari o‘zidan avvalgi tan olingan olimlar, xususan, o‘sha Jerar, Kekule va Kolbe singarilarning fikrlaridan keskin farq qilgan. Modda tarkibini biror ixcham va oddiy formula bilan aniq belgilash mumkinligini istisno qilgan bu olimlardan farqli o‘laroq, Butlerov har qanday birikmani faqat bitta kimyoviy formula bilan ifodalasa bo‘ladi degan fikrda qat’iy bo‘lgan. Har holda, o‘sha kichkinagina nemis shaharchasida, butun ilm-fan uchun o‘ta muhim bo‘lgan g‘oya – kimyoviy formulalardan foydalanish fikri o‘rtaga tashlangan edi. Bu esa, kimyoviy tuzilish nazariyasining eng markaziy asosi, ta’bir joiz bo‘lsa, mag‘zi bo‘lgan desak yanglishmaymiz. Albatta, Butlerovning o‘sha majlisda ilgari surgan fikrlarining hammasi ham mukammal deb bo‘lmasdi. G‘oyaning ko‘p jihatlari hali izchil o‘rganilishi, hamda, eksperimental tasdiqlashlardan o‘tishi lozim edi. Biroq, asosiy fakt shuki, Butlerov, murakkab tuzilishga ega kimyoviy moddalarning tuzilishi va tarkibini ham oddiy va ixcham formulalar shaklida yozish mumkinligini, bu esa, moddalarning xossalarini belgilashda, hamda, ularning reaksiyaga moyilligini aniqlashda juda katta qulayliklar tug‘dirishini ko‘rsatib bergandi.

1863-yilda Butlerovning o‘zi butil spirtining uchinchi turini sintez qilib olishga erishdi. U rux dimetilga xlorlangan atsetil bilan ta’sir ko‘rsatish orqali trimetilkarbon – ya’ni, butil spirtining uchinchi shaklini olgan. Shundan keyin esa, Yevropaning turli burchaklaridan butil spirtining birlamchi va ikkilamchi turlari ham muvaffaqiyatli sintez qilingani haqidagi xabarlar kela boshladi. Bu esa, Butlerovning g‘oyalari to‘g‘ri ekaniga dalil edi. Chunki, butil spirtining to‘rt xil turli izomerlari, moddalar kimyoviy tarkibiga ko‘ra bir xil, lekin, xossalari turlicha bo‘lishi mumkinligini, demak, moddalarning kimyoviy jihatdan tuzilishi o‘zaro aniq farqlanishini, ya’ni, ichkarida atomlarning bir-biriga nisbatan joylashishi ham turlicha bo‘lishini isbotlar edi. Bu esa Butlerovning fandagi triumfi edi. 1863 va 1864-yillarda nemis va fransuz tillarida chop etilgan «Izomeriyani izohlashning turli usullari haqida» nomli maqolasida, u aynan shu xulosani berib, «demakki, bir xil kimyoviy tarkibga ega moddalar turli kimyoviy xossalar namoyon etayotgan ekan, aniqki, ularning struktura tuzilishida keskin farqlar mavjud!» — deb so‘ziga yakun yasaydi. Butlerovning g‘oyalari uzil-kesil isbotlanishi uchun esa, u tomonidan avvaldan nazariy taxmin qilingan izomerlar – izobutan va izobutilenning sintez qilinishi bo‘lgan.

1862-1865 yillarda Butlerov teskari izomerizatsiya, ya’ni, tautometriya qoidalari haqida qator ilmiy ishlar qildi. Unga ko‘ra, tautometriya jarayonining mexanizmi muayyan bir tuzilishga ega molekulalarning parchalanishi va ularning qoldiqlarining birlashib, butunlay boshqa turdagi tuzilishga ega molekulalarga aylanishidan iborat deb qaralgan. Albatta, o‘z g‘oyalarining haq bo‘lib chiqqanligi Butlerovga katta shon-shuhrat keltirdi; lekin, shu bilan birga, uning oldiga yanada muhimroq vazifalarni ham qo‘ydi. Endi, ushbu, o‘zi barpo etgan struktura nazariyasini barcha kimyo darsliklariga tadbiq etish va organik kimyo bo‘yicha esa, tamomila yangi darslik yozish kerak edi.

Butlerov yangi darslik yaratish borasida deyarli ikki yil uzluksiz ishladi. Uning mehnatlari natijasi o‘laroq, 1864-1866 yillarda uch jildlik «Organik kimyoni to‘liq o‘rganishga kirishish» nomli o‘quv qo‘llanmasi chop etildi. Ushbu kitobning dunyoga kelishi esa, kimyo fanini butunlay yangi nuqtai nazarda o‘rganishga kirishilishiga sabab bo‘ldi. 1867-yildayoq, ushbu kitobni nemis, fransuz va ingliz tillariga tarjima qilishga kirishilgan. Zero u, aytish mumkinki, kimyoda struktura tuzilishi va formulalarni qo‘llash amaliyotini boshlab bergan va bu orqali, ushbu fanda ulkan ilg‘or siljish yasab bergan o‘ta muhim asar edi o‘sha payt uchun. Aynan ushbu tadqiqotlar va kitob orqali, zamonaviy struktura kimyosiga asos solingan desak hecham yanglishmagan bo‘lamiz. Ushbu tadqiqot haqida nemis olimi Viktor Mayer fikr bildirib, uni «organik kimyo sohasidagi yo‘lchi yulduz» deb atagan.