化學(xué)家凱庫勒:苯的分子結(jié)構(gòu)趣談

1829年，著名化學(xué)家凱庫勒出生在德國的達(dá)姆斯塔特，這是一個(gè)以文化而著稱的小城。

凱庫勒的大學(xué)時(shí)代是在德國西部的古森大學(xué)度過的，一開始他按照父親的意愿選擇了建筑學(xué)，因?yàn)榻ㄖ熂润w面義賺錢、然而就在這里，凱庫勒的人生發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折。

他常聽同學(xué)們提起大化學(xué)家李比希的名字，出于對(duì)這位聲譽(yù)卓著的化學(xué)家的仰慕，凱庫勒決定去聽他的課。不料。凱庫勒被李比希的課所吸引，強(qiáng)烈地迷戀上了化學(xué)，以至于他決定改修化學(xué)專業(yè)。

在此期間的一次法庭作證使凱庫勒對(duì)李比希教授更加敬重。當(dāng)時(shí)法院開庭審理轟動(dòng)一時(shí)的赫爾利茨伯爵夫人的“戒指失竊案”，他們倆都被傳到法庭作證、凱庫勒作為證人是因?yàn)樗揖驮诓舴蛉僳≌膶?duì)面。他在法庭上描述了伯爵夫人家發(fā)生火災(zāi)時(shí)的情景。而恰好在那天伯爵夫人的寶石戒指失竊了。后來在她的仆人那兒搜到一枚相同的戒指，可仆人卻一口咬定說早在1805年這枚戒指就成了他的祖?zhèn)鲗氊悺＠畋认５酵プ髯C。是因?yàn)榉ㄍフ?qǐng)他對(duì)戒指的金屬成分進(jìn)行測定。伯爵夫人的戒指上有兩條蛇纏在一起，一條是黃金做的。另一條是鉑金做的。而仆人卻說他的戒指上的白蛇是白銀做的。作為化學(xué)界權(quán)威，李比希在法庭上慎重宣布：經(jīng)過測定，白蛇是用鉑金制成的，而不是白銀做的。鉑金用于首飾業(yè)是從1819年才開始的。而仆人卻稱這枚戒指早在1805年就到了他手中。因此，仆人的謊言不攻自破。官司因?yàn)槔畋认５淖C詞而得到了合理判決，教授的淵博學(xué)識(shí)給凱庫勒留下了深刻印象。他更加堅(jiān)定了獻(xiàn)身化學(xué)的決心。

從1850年秋天開始，凱庫勒就在李比希主持的實(shí)驗(yàn)室中工作。在名師的悉心指點(diǎn)下，凱庫勒受益匪淺。他不僅學(xué)到了這位化學(xué)大師多樣而扎實(shí)的研究方法。而且養(yǎng)成了認(rèn)真細(xì)致、一絲不茍的科學(xué)習(xí)慣。這些為他日后的化學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

19世紀(jì)中葉，隨著石油工業(yè)、煉焦工業(yè)的迅速發(fā)展。有機(jī)化學(xué)的研究也隨之蓬勃發(fā)展。苯是一種重要的有機(jī)化學(xué)原料，它是從煤焦油中提取的一種具有芳香氣味的液體。當(dāng)時(shí)，化學(xué)家們面臨著一個(gè)難題，那就是如何弄清楚苯分子的結(jié)構(gòu)。苯的分子中含有6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子，碳的化合價(jià)是4價(jià)，氫的化合價(jià)是1價(jià)。那么，1個(gè)碳原子就要和4個(gè)氫原子化合，6個(gè)碳原子就應(yīng)該和12個(gè)氫原子化合(因?yàn)樘荚又g還要化合)。而苯怎么是6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子化合的呢?化學(xué)家們百思不得其解。

這時(shí)，凱庫勒也在研究苯的分子結(jié)構(gòu)。他腦子里始終充滿著苯的6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子，每天只睡三四個(gè)小時(shí)，一干起來就不歇手。他在黑板上、地板上、筆記本上和墻壁上畫著各種各樣的苯分子結(jié)構(gòu)式。曾設(shè)想過幾十種可能的結(jié)構(gòu)式。但都被自己甭定了。

一天晚上，凱庫勒坐馬車回家。也許是由于近日來的過度用腦，他在搖搖晃晃的馬車上睡著了。在半夢(mèng)半醒之間。凱庫勒發(fā)現(xiàn)碳原子和氫原子在眼前飛動(dòng)，變幻著各種式樣。忽然，原子變成了他和李比希教授出庭作證時(shí)伯爵夫人戒指上的那條白蛇，這條蛇扭動(dòng)著、搖擺著，最后咬住了自己的尾巴，如圖2所示變成了一個(gè)環(huán)……“先生。您到家了!”馬車夫大聲叫醒了睡眠中的凱庫勒。他揉揉眼睛，白蛇不見了，環(huán)不見了。原子也不見了。原來是個(gè)夢(mèng)!清醒過來的凱庫勒馬上想起苯的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)!它一定是像白蛇那樣頭尾相接構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)!

凱庫勒立即奔向書房，迫不及待地抓起筆在紙上畫了起來。一個(gè)首尾相接的環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了，如圖3。經(jīng)過進(jìn)一步論證，凱庫勒終于第一個(gè)提出了苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)式，解決了有機(jī)化學(xué)上的一個(gè)難題。凱庫勒的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，奠定了他在有機(jī)化學(xué)發(fā)展史上的顯赫地位，使得人類對(duì)有機(jī)化學(xué)的認(rèn)識(shí)有了一次重大飛躍。