VOORSTEL TOT UITBREIDING

              DER TEGENWOORDIG IN DE SCHEIKUNDE GEBRUIKTE

                          STRUCTUUR-FORMULES

                             IN DE RUIMTE;

             BENEVENS EEN DAARMEÊ SAMENHANGENDE OPMERKING

                          OMTRENT HET VERBAND

                               TUSSCHEN

                        OPTISCH ACTIEF VERMOGEN

                                  EN

                         CHEMISCHE CONSTITUTIE

                                  VAN

                       ORGANISCHE VERBINDINGEN.

                            [Illustratie]

                      UTRECHT.--J. GREVEN.--1874.


Als voorloopige meêdeeling zij mij vergund eenige gedachten te
vermelden, waarvan de uiting tot bespreking leiden kan; mij die ten
nutte te maken, en zoo aan de eersten meer bepaaldheid en uitbreiding
te geven is mijn doel.

Daar het uitgangspunt voor de volgende beschouwingen gevonden is in de
Chemie der Koolstofverbindingen, deel ik voorloopig slechts het daarop
betrekking hebbende gedeelte meê:

Meer en meer blijkt, dat de tegenwoordige constitutie-formules niet
in staat zijn enkele isomerie gevallen te verklaren; wellicht is dit
te wijten aan het ontbreken eener meer bepaalde uitspraak omtrent de
werkelijke ligging der atomen.

Neemt men aan, dat deze in een plat vlak zijn uitgebreid, zooals b.v.
in Isobutylalcohol (fig. I), waar men de vier affiniteiten van elk
koolstof-atoom door vier loodrecht op elkaâr in het plat vlak gelegen
richtingen voorstelt, zoo komt men bij toepassing op de derivaten van
METHAN (CH₄) (om van het eenvoudigste geval uit te gaan), tot
het volgend aantal isomeren (de verschillende waterstof-atomen worden
achtereenvolgens door univalente groepen R₁ R₂, enz. vervangen):

  Een voor  CH₃ R₁ en voor CH (R₁)₃,

  Twee voor CH₂ (R₁)₂, (fig. II en III), voor CH₂ (R₁ R₂)
            en voor CH (R₁)₂ R₂,

  Drie voor CH (R₁ R₂ R₃) en voor C (R₁ R₂ R₃ R₄)
            (fig. IV, V en VI);

welk aantal blijkbaar veel grooter is dan het tot nu toe bekende.

Een tweede aanname brengt de theorie met de feiten in overeenstemming,
n.l. die, de affiniteiten van het koolstof-atoom naar de hoekpunten
eens tetraëders gericht te denken, waarvan dat atoom zelf het
middelpunt is. Het aantal isomeren vervalt dan eenvoudig tot:

Een voor CH₃ R₁, CH₂ (R₁)₂, CH₂ (R₁ R₂), CH (R₁)₃, en CH (R₁)₂ (R₂);
doch twee voor CH (R₁ R₂ R₃), of algemeener voor C (R₁ R₂ R₃ R₄);
want, denkt men zich in de lijn R₁ R₃ (fig. VII en VIII), het hoofd
in R₁, ziende naar de lijn R₂ R₄, dan kan R₂ rechts (fig. VII) of
links (fig. VIII) van den waarnemer zijn; met andere woorden: _Voor
het geval de vier affiniteiten van een koolstof-atoom zijn verzadigd
door vier onderling verschillende univalente groepen kunnen twee, en
niet meer dan twee verschillende tetraëders worden verkregen, die
elkaârs spiegelbeelden zijn, doch nooit zoo gedacht kunnen worden,
dat ze elkaâr bedekken, d.i. men heeft te doen met twee isomere
structuurformules in de ruimte._

Volgens deze hypothese verkeeren de verbindingen C (R₁ R₂ R₃ R₄)
in een ander geval dan C (R₁)₂ R₂ R₃, C (R₁)₃ R₂ of C (R₁)₄ welk
onderscheid door de gebruikte voorstelling niet wordt uitgedrukt; dààr
toch was tusschen C (R₁ R₂ R₃ R₄) en C (R₁)₂ R₂ R₃ even groot verschil
als tusschen C (R₁)₂ R₂ R₃ en C (R₁)₃ R₂ of tusschen C (R₁)₃ R₂ en C
(R₁)₄.

Dit eerste resultaat der hypothese toetsend aan de feiten, meen ik
er werkelijk in geslaagd te zijn te bewijzen, dat verbindingen,
die zulk een koolstof-atoom bezitten (n.l. een gebonden aan vier
onderling verschillende univalente groepen, in ’t vervolg asymmetrisch
genoemd) ten opzichte van isomerie en andere eigenschappen afwijken,
afwijkingen, die niet in de tot nu toe aangenomen constitutie-formules
opgesloten liggen.




                          EERSTE GEDEELTE.


I. Verband tusschen de asymmetrische koolstof en het optisch actief
vermogen.


a. _Elke in oplossing draaiend op het polarisatie-vlak werkende
koolstof-verbinding bezit een asymmetrisch koolstof-atoom._

Het is slechts noodig het volgend lijstje van optisch actieve
verbindingen na te gaan; in wier formules door =C= de
asymmetrische koolstoffen aangegeven zijn, om zich van de juistheid
dezer opmerking te overtuigen.

  Ethylidenmelkzuur: CH₃. =C.= H. OH. COOH.
  Asparaginezuur:    COOH. =C.= H. NH₂(CH₂. COOH).
  Asparagine:        COOH. =C.= H. NH₂. (CH₂. CONH₂).
  Appelzuur:         COOH. =C.= OH. H. (CH₂. COOH).
  Glutarzuur:        CH₂. OH. =C.= H. COOH. (CH₂. COOH).
  Wijnsteenzuur:     COOH. =C.= H. OH. =C.= H. OH. COOH.

Dextrose, Levulose, Gallactose, Maltose, Sorbin, Eucalin, enz.: CH₂.
OH. =C.= H. OH. (C₄ H₇ O₄).

Mannit, Quercit, Pinit: (C₄ H₉ O₄) =C.= H OH. CH₂ OH.

Rietsuiker, Melksuiker, Melisitose, Melitose, Parasacharose en
Trehalose; Zetmeel, Inuline, Glycogen, Dextrine en Arabine bevatten,
als saamgestelde ethers van de boven gemelde verbindingen, ook de
asymmetrische koolstof-atomen die daarin aanwezig zijn.

Camfer, volgens KEKULÉ (fig. XII.)

Borneol, volgens denzelfden (fig. XIII.)

Camferzuur, volgens denzelfden, CO₂ H. =C.= H (C₈ H₁₄ O.)

Terpentijnolie, waarschijnlijk geconstitueerd, zooals in fig. XIV; en
Menthol, wellicht zooals in fig. XV is voorgesteld.

Omtrent actieve alkaloiden, eiwitstoffen, enz. is nog te weinig van de
constitutie bekend, om daaruit iets ten opzichte van verband tusschen
structuur en actief vermogen te kunnen besluiten.

                   *       *       *       *       *

De eenige bepaalde uitzondering, die ik op dezen regel heb kunnen
vinden, is de actieve propylalcohol van CHANCELL, doch,
volgens een partikuliere meêdeeling van HENNINGER, is het
betrekkelijk klein roteerend vermogen er van aan verontreiniging toe te
schrijven.


b. _Afgeleiden van optisch actieve verbindingen verliezen het draaiend
vermogen, als de asymmetrie van alle koolstof-atomen vervalt; in ’t
omgekeerde geval veelal niet._

Enkele voorbeelden zijn hier voldoende:

Inactief Malon-, Fumar-, en Maleïnzuur uit actief Appelzuur; Inactief
Barnsteen- en Tartronzuur uit actief Wijnsteenzuur; Inactief Cymol uit
actieve Camfer, enz.

Daartegenover staan:

Actief Appelzuur uit actief Wijnsteenzuur;

Actief Wijnsteenzuur uit actieve Lactose;

Actieve Glucosen uit actieve Glucosiden;

Actief Nitromannit uit actief Mannit;

Actief Camferzuur en Borneol uit actieve Camfer;

Actieve zouten en ethers uit actieve zuren, enz.


c. _Maakt men omgekeerd een lijstje van verbindingen, die een
asymmetrisch koolstof-atoom bevatten, zoo is dadelijk te zien, dat in
vrij veel gevallen het omgekeerde van_ (a) _niet doorgaat, d. i. niet
elke verbinding met een zoodanig atoom schijnt op het gepolariseerde
licht te werken;_ aan drie oorzaken kan dit worden toegeschreven:

1. Daaraan, dat die verbindingen bestaan uit een inactief mengsel
van twee gelijk maar tegengesteld optisch actieve isomeren, welke,
door groote overeenkomst in hunne overige eigenschappen, moeielijk te
scheiden, en tot nu toe niet gescheiden zijn.

2. Aan het in ’t algemeen onvoldoend onderzoek van het
rotatie-vermogen, hetzij wegens geringe oplosbaarheid, of wegens gering
spec. draaiend vermogen van vele verbindingen, zooals b.v. met mannit
het geval is.

3. Daaraan, dat de voorwaarde „asymmetrische koolstof” voor optische
activiteit onvoldoende is, en niet alleen het onderling verschillen der
aan een koolstof-atoom hangende groepen, maar ook hun aard op zich zelf
voorwaarde is.

Wat ook van dat alles zij, toch leggen de opgemerkte feiten een’
waarschijnlijkheidsband tusschen constitutie en actief vermogen, welke
men, bij gebrek aan krachtiger argumenten, in de volgende gevallen
bezigen kan:

1. Een verbinding, die het gepolariseerde licht draait, bevat
waarschijnlijk ook een asymmetrisch koolstof-atoom; hetgeen een middel
geeft, bij eene voorloopig niet bepaalde constitutie aan zekere formule
den voorkeur te geven, waardoor men o. a. een keus heeft bij de poging
tot synthese.

Voorbeeld. Draaiend amylal alcohol kan, met asymmetrische koolstof
slechts

  CH₃
        CH. CH₂. OH
  C₂ H₅

tot formule hebben; welke gedachte ook, doch op geheel anderen grond,
door ERLENMEIJER is uitgesproken.

2. Eene verbinding, welke tot nu geen physisch isomere heeft,
die op gepolariseerd licht werkt, bevat met eenige mate van
waarschijnlijkheid, geen asymmetrisch koolstof-atoom; ook dit kan op
dezelfde wijze van dienst zijn, zoo b.v. kan Citroenzuur, in aanmerking
nemende de vorming van Aconitzuur en Tricarballylzuur, slechts

  =C.= H. OH. COOH     CH₂. COOH
  CH. COOH         of  C. OH. COOH
  CH₂. COOH            CH₂. COOH


tot constitutie hebben; het inactief zijn geeft aan de tweede formule
eenigen voorkeur; de eerste toch bevat een asymmetrisch koolstof-atoom,
waarom ik hoop genoemd zuur volgens FRANKLAND en
DUPPA’s methode uit Oxalzure- en Jodazijnzure ether met behulp
van Zink te verkrijgen.

3. Eindelijk kan men met eenige mate van waarschijnlijkheid het
grensgebied der draaiende verbindingen, d. i. de meest eenvoudige met
actief vermogen aangeven:

De eenvoudigste actieve eenatomige alcohol zal b.v. zijn:

  CH₃. CH. OH. CH₂. CH₃

Het eenvoudigste actieve eenatomige zuur:

  CH₃. CH. COOH. CH₂. CH₃

De eenvoudigste actieve tweeatomige alcohol:

  CH₃. CH. OH. CH₂. OH

De eenvoudigste actieve verzadigde koolwaterstof:

  CH₃
       CH. C₃. H₇
  C₂ H₅

De eenvoudigste actieve aromatische koolwaterstof:

  CH₃
       CH. C₆ H₅, enz.
  C₂ H₅

tevens is het waarschijnlijk, dat enkele reeksen van actief vermogen
zullen blijven uitgesloten, zoo b.v.:

  De normale koolwaterstoffen CH₃ (CH₂)ₙ CH₃
  De normale alcoholen        CH₃ (CH₂)ₙ CH₂ OH
  De normale zuren            CH₃ (CH₂)ₙ COOH, enz.

merkwaardiger is het echter, dat, volgens de gemaakte opmerking, C H Br
Cl I waarschijnlijk in twee isomeren zal kunnen gesplitst worden, die
op het gepolariseerde licht werken.


II. Verband tusschen de asymmetrische koolstof en het aantal isomeren.

Zoo wellicht niet de asymmetrische koolstof elke verbinding,
waarin ze voorkomt, optisch actief maakt, toch moet ze, volgens
de grondhypothese, een isomerie veroorzaken, die zich op de eene
of andere wijze uit, een isomerie die het door de tegenwoordige
structuur-formules vooruitgeziene aantal, bij aanwezigheid van één
asymmetrische koolstof, verdubbelt, en het bij toeneming vermeerdert
bij aanwezigheid van meerderen.

Werkelijk meen ik, dat er op verbindingen gewezen kan worden, die deze
schijnbare anomalie vertoonen, welke WISLICENUS met den naam
van geometrische isomerie bestempelde, wijzende op het onvoldoende
der tegenwoordige voorstellingen, zonder evenwel eene zich beter
aansluitende hypothese op te werpen.

Daaronder meen ik te mogen noemen:

De Ethylidenmelkzuren, welke één asymmetrisch koolstof-atoom hebben;

De Wijnsteenzuren, Dibroom- en Isodibroom barnsteenzuur, Citra- Ita- en
Mesabrompyrowijnzuur, Citra- Ita- en Mesa-malzuur, Mannit en isomeren,
Dextrose en isomeren, wellicht ook Terpentijnolie, suikers, enz. met
hunne isomeren, in allen waarvan meerdere asymmetrische koolstof-atomen
tot de verhooging van het aantal isomeren samenwerken.




                           TWEEDE GEDEELTE.


Tot hiertoe is alleen de invloed na-gegaan der gestelde hypothese op
verbindingen, waar de koolstof-atomen door één affiniteit aan elkaar
gebonden zijn (daargelaten enkele aromatische lichamen); uit den aard
der zaak sluit dus hier zich aan:

_Invloed der nieuwe voorstellingswijze op verbindingen met
dubbelgebonden koolstof-atomen._

De voorstelling eener dubbelbinding wordt twee met een ribbe tegen
elkaâr liggende tetraëders (fig. IX), waarin A en B de bindingen
der twee koolstof-atomen, R₁, R₂, R₃ en R₄ de univalente groepen
voorstellen, waardoor de overblijvende vrije affiniteiten der
koolstof-atomen zijn verzadigd.

Zijn R₁, R₂, R₃ en R₄ dezelfde groepen, dan is slechts één figuur
denkbaar, eveneens als alleen R₁, en R₂ of R₃, en R₄ dezelfde zijn;
_zoo echter tegelijk R₁ en R₂, benevens R₃ en R₄ verschillen, waarbij
toch R₁ en R₃, R₂ en R₄ gelijk kunnen zijn, dan worden twee figuren
denkbaar, voorgesteld in fig. IX en X, wier verschil veroorzaakt wordt
door de relatieve ligging der groepen R₁ en R₂ ten opzichte van R₃
en R₄; het verschillen dezer figuren, welke zich tot het aantal twee
bepalen, voorspelt een geval van isomerie, hetwelk in de vroegere
voorstellingswijze niet ligt opgesloten._

Terugkeerend tot de feiten meen ik hiervan bij organische verbindingen
gevallen te hebben aangetroffen:

1. Maleïn- en Furmarzuur, ten opzichte waarvan alle verklaringen
der isomerie schipbreuk hebben geleden (ik reken ook daartoe de
aanname eener bivalente koolstof, daar deze alleen bij Kooloxyd
en Carbylaminen, om bepaalde redenen, zonder verdubbeling van het
molekuul, bestaan kan); werkelijk verkeeren deze zuren in het
hier-boven beschreven geval: _Twee dubbel gebonden koolstof-atomen
dragen elk twee onderling verschillende univalente groepen, H en
COOH._

2. Brom- en Isobrommaleïnzuur; de verklaring dezer isomerie is geheel
dezelfde: men heeft slechts een H in het Fumar- en Maleïnzuur door een
Br. te vervangen.

3. Citra-, Ita- en Mesaconzuur. Bij aanname van

  CH₃. CH. COOH. CH₂. COOH

voor pyrowijnsteenzuur blijven voor genoemde zuren slechts de formulen:

          CH₂=C. COOH. CH₂. COOH
  en      CH₃. C. COOH=CH. COOH

over; en, zoo niet de laatste, volgens mijn voorstelling, twee
isomeren (waarschijnlijk Ita- en Citraconzuur) in zich sloot, zou geen
ongedwongen verklaring te geven zijn.

4. Vast en vloeibaar Crotonzuur. De constitutie van het vast crotonzuur
is, volgens KEKULÉ, ontwijfelbaar:

  CH₃. CH.=CH. COOH

voor het vloeibaar crotonzuur blijft dus, (alzoo werd er geredeneerd)
niet anders dan:

  CH₂=CH. CH₂. COOH

over, ten einde het niet identiek zijn te verklaren.

Neemt men echter de volgende feiten, betrekking hebbende op dit zuur,
in aanmerking:

a. Met K O H gesmolten geeft het, volgens M. HEMILIAN,
uitsluitend azijnzuur,

b. Oxydatie-middelen zetten het, volgens denzelfden, in azijnzuur,
oxalzuur, en, indirekt uit ozalzuur, koolzuur om,

c. Bij 170°-180° gaat het, eveneens volgens HEMILIAN, in vast
Crotonzuur over;

zoo pleit niets vóór de formule CH₂=CH. CH₂. COOH, en alles voor een
isomeer CH₃. CH=CH. COOH, geheel analoog aan het Fumar- en Maleïnzuur;
werkelijk voldoet ook de formule CH₃ CH=CH. COOH, aan de eischen, door
mijn hypothese voor de mogelijkheid van twee isomeren gesteld: twee
dubbel gebonden koolstof-atomen, wier vrije affiniteiten elk door twee
verschillende univalente groepen, in dit geval H en CH₃, H en COOH
verzadigd zijn.

5. GEUTHER’s Chloorcrotonzuur en Chloorisocrotonzuur, waarvan
tot nu toe de isomerie werd uitgedrukt door:

              CH₂=CH. Cl. CH₂. COOH
  en     CH₃. CCl=CH. COOH

geven volgens FROELICH met Waterstof in statu nascenti de onder (4)
behandelde zuren, waardoor beider constitutie

  CH₃. CH. CCl.=CH. COOH

wordt, en dus hun isomerie-geval mijn hypothese sterkt.




                            DERDE GEDEELTE.


Ter behandeling blijven nu nog de drievoudig gebonden koolstof-atomen,
zooals b.v. die in Acetyleen; de binding wordt hier voorgesteld
door twee met drie hoekpunten, dus met een grondvlak in elkaâr
liggende tetraëders (fig. XI): A C B is de drievoudige binding, R₁
en R₂ zijn de univalente groepen, waardoor de twee overblijvende
koolstof-affiniteiten verzadigd worden; de nieuwe hypothese geeft
hier geen aanleiding tot afwijking van de tegenwoordig gevolgde
beschouwingen.

                   *       *       *       *       *

Tot besluit meen ik te mogen opmerken, dat

1. De nieuwe hypothese niets onverklaard laat, wat door de
tegenwoordige opvatting duidelijk is.

2. Enkele eigenschappen en isomeriën, door de gevolgde voorstelling
niet opgehelderd, krijgen door deze beschouwingen eenig licht.

3. Eindelijk sluit zich mijne opmerking omtrent in oplossing actieve
verbindingen, d. i. actieve molekulen, aan RAMMELSBERG’s beschouwingen
omtrent actieve kristallen aan; deze toch beweert, voortbouwende op
HERSCHELL’s en PASTEUR’s waarnemingen, dat de eigenschap in vasten
toestand op het polarisatie-vlak te werken (d. i. dus zoowel het actief
zijn van kristallen uit inactieve molekulen, als het inactief zijn
van kristallen uit actieve molekulen) samengaat met het optreden van
twee niet volkomen overeenstemmende kristalvormen, die evenwel elkaârs
spiegelbeelden zijn. Duidelijk is het, dat men hier te doen heeft met
een rangschikking van molekulen in het actieve kristal, geheel analoog
aan de asymmetrische rangschikking der atoomgroepen in het actieve
molekuul volgens mijn hypothese; eene rangschikking, die veroorzaakt,
dat, zoowel de door RAMMELSBERG opgesomde actieve kristallen, als de in
fig. VII en VIII algemeen voorgestelde actieve molekulen, geen vlak van
symmetrie bezitten.

  Utrecht, 5 Sept. ’74.

                                                   J. H. VAN ’T HOFF.

                            [Illustratie]

                            [Illustratie]

               STOOMDRUK, P. W. VAN DE WEIJER.--UTRECHT.


                                Colofon

  Duidelijke zetfouten in de originele tekst zijn verbeterd. Sectie kopjes
  zijn uitgesplitst om meer structuur te creëren.