Alexander Butlerov

Alexander Mikhaylovich Butlerov (15 de septiembre de 1828 – 17 de agosto de 1886) fue un químico ruso, uno de los principales creadores de la teoría de la estructura química (1857-1861), el primero en incorporar dobles enlaces en las fórmulas estructurales, descubridor de la hexamina (1859), del formaldehído (1859) y de la reacción formosa (1861). Propuso por primera vez la idea de la posible disposición tetraédrica de los enlaces de valencia en los compuestos de carbono en 1862.

Uno de sus alumnos de la Universidad de Kazán más destacados fue Aleksandr Záitsev (1841-1910).

Biografía corta de Bútlerov

Bútlerov nació en una familia de terratenientes de la provincia de Kazán. Era hijo de Sofía Alexandrovna Strelkovoi y de Mijaíl Vasílievich Bútlerov, un oficial retirado que combatió contra las tropas francesas durante la invasión napoleónica de Rusia en 1812. Pasó su infancia en el pueblo de su padre, Bútlerovka, y más adelante se trasladó a Kazán.


Alexander Butlerov (1828 – 1886)
Alexander Butlerov (1828 – 1886)

Se educó en un liceo de Kazán, donde aprendió francés,​ y entre 1844 y 1849 fue alumno de la Universidad de Kazán, donde destacó en ciencias naturales, mostrando un gran interés por la botánica y la zoología. En 1849 escribió una tesis sobre las «Mariposas diurnas de la fauna del Volga-Ural». Esta formación temprana contribuyó a que, tras convertirse en un químico con una gran reputación internacional, todavía conservase su interés por la vida silvestre y, en particular, fue uno de los organizadores y colaborador permanente de la revista «La hoja de la apicultura».

Tras su licenciatura, decidió permanecer en la universidad para prepararse para la cátedra. En 1854, aprobó el examen y defendió su tesis para un doctorado en química. En los años siguientes aportó numerosas ideas sobre todo al campo teórico de la química, y en 1858, durante su primer viaje al extranjero, expuso en la reunión de la Sociedad Química de París sus puntos de vista, que tres años más tarde se convertirían en el tema de su famoso informe en una forma más desarrollada «Sobre la estructura química de la materia».

Desde 1849 fue profesor (desde 1854 extraordinario, y a partir de 1857 ordinario) de química en la Universidad de Kazán. Entre 1860-1863 fue rector de la universidad. Recibió el Premio Lomonosov en 1868, siendo elegido profesor de química en la Universidad de San Petersburgo.


En 1885 se retiró, pero continuó siendo ponente en los cursos especiales de conferencias de la universidad. En 1870 fue elegido miembro adjunto, en 1871 extraordinario, y en 1874 académico ordinario de la Academia de Ciencias de San Petersburgo. Entre 1878 y 1882 sucedió a Nikolái Zinin como presidente del Departamento de Química de la Sociedad Química Rusa.

Sello postal de la URSS en honor a Alexander Butlerov - 1951
Sello postal de la URSS en honor a Alexander Butlerov – 1951

Miembro honorario de muchas otras sociedades científicas en Rusia y en el extranjero, el 14 de mayo de 1885 pronunció su última conferencia, hablando con orgullo sobre el crecimiento de la ciencia química rusa y predijo un futuro brillante para ella.

Butlerov murió en la aldea de Butlerovka de la provincia de Kazán en 1886.

Carrera científica

Inicios

En 1851 Alexander Butlerov defendió su tesis de maestría, «Ob okisleny organicheskikh soedineny» («Sobre la oxidación de los compuestos orgánicos»). En general, este trabajo fue un estudio histórico. Incluye pocas ideas originales, aunque son dignas de mención sus observaciones de que el isomerismo se basa en la estructura molecular y que los cambios en las características químicas están asociados con los cambios estructurales. Butlerov incluyó en su tesis de maestría su primer trabajo experimental sobre la acción oxidante del ácido ósmico en los compuestos orgánicos. Su tesis doctoral, «Ob efirnykh maslakh» («Sobre los aceites esenciales»), que defendió en la Universidad de Moscú en 1854, fue también principalmente un estudio histórico. Ambas permanecieron en forma manuscrita y no se publicaron hasta 1953 en el volumen I de su Sochinenia («Obras»).

Comienzo de la etapa experimental de Alexander Butlerov

La capacidad de enseñanza de Butlerov atrajo inmediatamente la atención tanto de sus alumnos como de sus colegas, pero al principio enseñaba sólo por medio de conferencias – el trabajo en el laboratorio no se exigía a sus alumnos y él mismo trabajaba allí sólo esporádicamente. Hasta 1857, Butlerov dedicó mucho más tiempo a los experimentos en sus invernaderos y en los campos. Informó sobre esta investigación en muchos artículos y avisos, la mayoría de los cuales fueron publicados en los Zapiski («Notas») de la Sociedad Económica de Kazán en la que estaba activo. En este período hizo intentos infructuosos de construir una fábrica de jabón y mejorar la producción de fósforo.


A principios de la década de 1850 Butlerov se adhirió a opiniones teóricas obsoletas (él, al igual que Claus, enseñó química a partir de un libro de texto de C. Löwig, autor de una versión de la teoría de los radicales); pero en 1854, por consejo de Zinin, se familiarizó con la obra de Laurent y Gerhardt y se convirtió en uno de sus apasionados partidarios. Sin embargo, los mayores cambios en su trabajo y pensamiento fueron resultado de su viaje al extranjero en 1857-1858.

Durante sus viajes, Butlerov conoció a jóvenes químicos eminentes como Kekulé y Erlenmeyer y pasó alrededor de medio año en París, participando en las reuniones de la Sociedad Química de París, que acababa de formarse, y trabajando durante dos meses en el laboratorio de Wurtz.

Trabajo en el laboratorio de Wurtz

En el laboratorio de Wurtz, Butlerov comenzó su primera serie de investigaciones experimentales. Descubriendo una nueva forma de obtener yoduro de metileno, estudió muchos derivados del metileno y sus reacciones. Como resultado, fue el primero en obtener hexametilentetramina (urotropina) y un polímero de formaldehído que en presencia de agua calcárea (Solucion diluida de hidróxido de calcio) se transforma en una sustancia sacarífera (que contiene, como estableció Emil Fischer, α-sacarosa). Esta fue la primera síntesis completa de una sustancia sacarífera. Posteriormente a esta reacción se le llamo reacción Formosa. El término «formosa» es una mezcla de formaldehído y aldosa.

Por otra parte, Butlerov no logró obtener ni el dihidroximetileno, CH2(OH)2, ni el propio radical libre de metileno, en lugar del cual obtuvo su dímero-etileno. Sin embargo, ambos resultados negativos sirvieron como material para futuras generalizaciones. Estas investigaciones mostraron el rasgo característico del trabajo de Butlerov, el esfuerzo por estudiar una reacción en su totalidad, sin descuidar sus subproductos. Normalmente se completaron con cantidades muy pequeñas de las sustancias involucradas y le permitieron perfeccionar su habilidad en la experimentación.


Dibujo de Butlerov en el laboratorio
Dibujo de Butlerov en el laboratorio

El trabajo en la serie de metileno terminó en 1861, cuando Butlerov expuso las ideas básicas de la teoría de la estructura química y dirigió sus investigaciones experimentales hacia la verificación y el apoyo de su nueva teoría. Llegó a la teoría de la estructura química a través de la investigación continua y el reconocimiento del estado insatisfactorio de la química teórica. Aunque desarrolló una teoría de tipos similar a la de Gerhardt, la defendió por escrito, y al regresar del extranjero la empleó como base de un curso de química orgánica, reconoció claramente que debía ir más allá de Gerhardt.

Butlerov intentó desarrollar la teoría de Dumas sobre los tipos carbonosos, pero todos los puntos de vista convencionales resultaron ser insatisfactorios para la explicación de las reacciones de adición, con las que se encontró al describir los resultados de su trabajo en la serie de metileno. Resumiendo, su investigación, llegó a la teoría de la estructura química, que, según Markovnikov, comenzó a exponer en sus conferencias ya en 1860.

Desarrollo de la teoría de la estructura química

A finales de la década de 1850 y principios de la de 1860, el lado teórico de la química no se correspondía con la suma de sus datos empíricos y conocimientos. Kekulé, Wurtz y la mayoría de los demás químicos se adhirieron a la teoría de los radicales poliatómicos, que era un desarrollo ulterior de la teoría de los tipos de Gerhardt; Kolbe y su escuela desarrollaron una teoría única de los tipos carbonosos; y Berthelot utilizó «ecuaciones de formación».

Varios químicos -por ejemplo, Kekulé (en 1861)- comenzaron a rechazar con desesperación las fórmulas racionales, basadas en una u otra representación teórica, y recurrieron a fórmulas empíricas. Precisamente en esta coyuntura Butlerov leyó su ponencia «O khimicheskom stroeny veshchestv» («Sobre la estructura química de las sustancias») en la sección química del Congreso de naturalistas y médicos alemanes en Speyer (septiembre de 1861).

En este trabajo (Sochinenia, I, 561), Butlerov definió el concepto de estructura química: «Suponiendo que cada átomo químico se caracteriza por una cantidad específica y limitada de fuerza química [afinidad], con la que participa en la formación de una sustancia, yo llamaría a este vínculo químico o [esta] capacidad de unión mutua de los átomos en una estructura química de sustancia compleja«.


De esta definición se desprende que el concepto de estructura química (el término se encuentra en la obra de los químicos rusos anteriores a Butlerov, pero se utiliza en otro sentido) sólo podía presentarse después de que se hubiera definido con suficiente claridad los conceptos de «átomo» (el atributo «químico» dejaba abierta la cuestión de la posibilidad de su ulterior separación en átomos «físicos»), «valencia» (la cantidad de afinidad de un átomo) y «vínculo interatómico».

Así pues, se puede considerar que las siguientes son las condiciones previas para la existencia de una teoría, dentro de la propia química, de la estructura química: 1) Conceptos suficientemente claros de la teoría atómica y de la teoría molecular, lo que se logró en el Congreso de Químicos de Karlsruhe (1860); 2) Desarrollo del estudio de la valencia en la forma atribuida a la valencia por Kekulé (1857-1858); 3) Creación del concepto de vínculo interatómico, tal como se formuló en los trabajos de Kekulé y Couper (1858).

Explicación de Butlerov del isomerismo

Guiado por las proposiciones que había formulado, Butlerov explicó la existencia del isomerismo, afirmando que los isómeros eran compuestos que poseían la misma composición elemental pero una estructura química diferente. El descubrimiento de los hechos del isomerismo, que no correspondía a esta definición, condujo al establecimiento por van’t Hoff y Le Bel de la estereoquímica, que Butlerov no aceptó inmediatamente y, cuando lo hizo, sólo en parte; concretamente, sólo aceptó la explicación de la actividad óptica de los compuestos orgánicos como resultado de la presencia de átomos de carbono asimétricos.

Butlerov explicó la relación de las propiedades de los isómeros -y de los compuestos orgánicos en general- con su estructura química por la existencia de «la influencia mutua de los átomos», que se transmite a lo largo de los enlaces; como resultado de esta influencia, los átomos poseen diferentes «valores químicos» según su entorno estructural. Esta proposición general se concretó en forma de muchas «reglas» por el propio Butlerov y, especialmente, por sus estudiantes Markovnikov y Popov. En este siglo estas reglas, así como todo el concepto de influencia mutua de los átomos, han recibido una interpretación electrónica.

De gran importancia para la consolidación de la teoría de la estructura química fue su corroboración experimental en el trabajo de la escuela de Burtlerov. El propio Butlerov merece el crédito por la predicción y la prueba del isomerismo posicional y esquelético. Habiendo obtenido inesperadamente alcohol butílico terciario, pudo descifrar su estructura y predijo (probando más tarde, con la ayuda de sus alumnos) la existencia de sus homólogos; también predijo (1864) la existencia de dos butanos y tres pentanos y, más tarde, la de isobutileno.


Ya en 1866 Butlerov informó de la síntesis de isobutano. Sobre esto escribió (Sochinenia, I, 199): «El principio de la estructura química… puede servir ahora como la mejor guía en la investigación de cuestiones relacionadas con el isomerismo. Usando este principio, uno puede predecir fenómenos que no podrían ser predichos ni explicados por puntos de vista [teóricos] previos«.

La existencia de los dobles enlaces y la valencia

En la segunda mitad de la década de 1860 la naturaleza de los compuestos insaturados todavía no se explicaba. Una serie de investigaciones llevadas a cabo por Butlerov, completadas a principios de la década de 1870, llevaron a una conclusión que apoyaba la hipótesis de que contenían múltiples enlaces.

Monumento a Alexander Butlerov en Kazan
Monumento a Alexander Butlerov en Kazan

La indicación de Butlerov de que el azufre tenía una valencia de seis y su prueba experimental de la tetravalencia del plomo deben considerarse contribuciones a la teoría de la valencia. A lo largo de la década de 1860 prestó mucha atención a los compuestos organometálicos y desarrolló métodos, ampliamente utilizados por su escuela, para sintetizar compuestos orgánicos de zinc.

Con el fin de promulgar la teoría de la estructura química en toda la química orgánica, Butlerov publicó Vvedenie k polnomu izucheniyu organicheskoy khimy («Una introducción al estudio completo de la química orgánica»:), cuya segunda edición se publicó en alemán con el título Lehrbuch der organischen Chemie. E. von Meyer, un estudiante de la escuela de Kolbe (que rechazó la teoría de la estructura química), consideró que la obra era un magnífico libro de texto sobre química orgánica que influyó enormemente en el desarrollo y la popularización de la teoría estructural.

En 1867-1868 Butlerov fue al extranjero para ayudar en la publicación de la edición alemana de su libro; viajó a Argel para descansar, pero casi pereció en el camino; el barco se encontró con una violenta tormenta y estuvo fuera de rumbo durante varios días, fuera de control y medio inundado. Sin embargo, había otro objetivo de su viaje. El decreto oficial relativo a su misión establecía que uno de los objetivos del viaje era permitirle explicar a los químicos extranjeros su derecho a una participación importante en el desarrollo de la química contemporánea.


La creación de la escuela química rusa

Otro gran aporte de Butlerov, esta vez a la química en Rusia, fue la creación de la primera escuela rusa de químicos. Tras su regreso del extranjero en 1858, equipó su laboratorio con gas y lo amplió; sus estudiantes tuvieron que completar los trabajos prácticos requeridos y aparecieron sus primeros «discípulos». De ellos, V. V. Markovnikov, A. M. Zaytsev y A. P. Popov ocuparon cátedras profesionales en las universidades durante la vida de Butlerov. Sin embargo, en la década de 1860 Butlerov intentó dejar Kazan. Una de las razones de ello fue su infructuoso mandato como rector.

En marzo de 1860 se había convertido en el último rector «de la corona» (es decir, nombrado por el gobierno imperial) de la Universidad de Kazan; sin embargo, esforzándose no sólo por instituir cambios liberales sino también por detener los abusos de los estudiantes hacia los profesores individuales, Butlerov entró en un grave conflicto con el cuerpo estudiantil. Esto le obligó a solicitar la jubilación, que le fue concedida en agosto de 1861. Sin embargo, en noviembre de 1862 Butlerov se convirtió, en contra de sus deseos, en el primer rector elegido de la universidad.

El estallido de una lucha entre grupos de profesores y el enfrentamiento de Butlerov con un fideicomisario le llevó a su retiro en julio de 1863. Trató de encontrar un puesto fuera de Kazan. Sólo la insistencia de sus amigos (así como el nacimiento de un hijo en abril de 1864) le impidió partir inmediatamente.

En mayo de 1868 Butlerov fue nombrado profesor de química en la Universidad de San Petersburgo. Continuó enseñando allí hasta 1885, cuando se jubiló con una pensión, pero continuó dando cursos especiales. Sus seguidores en San Petersburgo forman un grupo prominente de químicos orgánicos rusos, siendo los más famosos A. E. Favorski e I. L. Kondakov. En varias ocasiones G.G. Wagner, D.P. Konovalov y F.M. Flavitsky trabajaron en su laboratorio. La característica más destacada de Butlerov como instructor era que enseñaba con el ejemplo; los estudiantes siempre podían observar lo que hacía y cómo lo hacía.

Defensa de la educación de la mujer

Alexander Butlerov era un defensor de la educación superior para las mujeres; participó en la organización de cursos universitarios para mujeres (1878) y les dio conferencias sobre química inorgánica. También creó cursos de laboratorio de química. Además, Butlerov dio en San Petersburgo, como ya lo había hecho anteriormente en Kazán, un gran número de conferencias públicas, la mayoría de las cuales tenían una base químico-técnica.


Resumen del trabajo de Alexander Butlerov y sus discipulos

El trabajo de Butlerov y sus estudiantes puede clasificarse como sigue:

  1. Investigación diseñada para confirmar la teoría de la estructura química y para sintetizar isómeros teóricamente posibles. Se obtuvo el ácido trimetil acético, se estableció su conexión genética con el alcohol de pinacolona y se dio la estructura correcta del alcohol de pinacolona y del pinacol. Además, Butlerov dio un esquema general del reordenamiento del pinacolín. Concluyendo este conjunto de experimentos, se sintetizó el pentametiletanol.
  2. Investigación de las reacciones de polimerización. Se estudió la posibilidad de la polimerización del etileno (sin sucesión), el propileno, el buteno-2 y el isobutileno. El mecanismo de la polimerización del isobutileno se estudió con especial atención, ya que la polimerización se detiene en las etapas de dímero y trímero; Butlerov trató de estudiar «el caso más simple de polimerización pura y, tal vez, menos compleja de la serie de hidrocarburos del etileno», Sus estudiantes estudiaron simultáneamente la polimerización del amileno. Así, Butlerov fue el primero en comenzar el estudio sistemático del mecanismo de las reacciones de polimerización basado en la teoría de la estructura química; esto fue continuado en Rusia por sus sucesores y fue coronado por el descubrimiento de S. V. Lebedev de los medios industriales para producir caucho sintético.
  3. Resultados secundarios del estudio de la polimerización. Durante los intentos de polimerizar el etileno, se encontraron las condiciones en las que se podía hidratar para obtener etanol. Estudiando la polimerización del isobutileno y el amileno, y habiendo encontrado sus isómeros en la mezcla de la reacción, en 1876 Butlerov generalizó que puede existir un equilibrio dinámico entre dos formas isoméricas. Estas ideas sobre las isomerizaciones de equilibrio reversible se encuentran en el trabajo de Butlerov ya en 1862-1866. Posteriormente, C. Laar propuso el término «tautomerismo» para estos fenómenos, pero su representación del mecanismo del isomerismo reversible demostró ser menos correcta que la de Butlerov.
  4. Investigación aleatoria en química (orgánica, inorgánica y física) e incluso en física. Así, sin considerar posible el rechazo a priori de la hipótesis de Prout, Butlerov llegó a la suposición de la posibilidad de cambios en los pesos atómicos, por ejemplo, bajo la influencia de los rayos luminosos. Los experimentos realizados no dieron, por supuesto, resultados positivos.

Alexander Butlerov y el espiritismo

Mientras estaba en San Petersburgo, Butlerov tenía otro inusual interés- el espiritismo. Estaba convencido de que los fenómenos «médiums» podían ser estudiados por métodos científicos e incluso habló sobre este tema en la séptima conferencia de naturalistas rusos (Odesa, agosto de 1883). Sin embargo, los experimentos con médiums, realizados en presencia de una comisión científica, terminaron en un completo fracaso. Mendeleev, que participó en la comisión, escribió más tarde: «Nuestros espiritistas obviamente no ven el engaño«. P.D. Boborykin, un estudiante de Butlerov en la Universidad de Kazan, definió su pasión como un «atavismo de la religiosidad».

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