凱庫勒

凱庫勒在吉森大學獲博士學位。曾受教於著名化學家李比希等人。先後在海德堡大學、根特大學(比利時)、波恩大學任教。

凱庫勒一生著述甚豐。1929年，安許茨（R.Anschütz）主編，在柏林出版了兩卷凱庫勒資料彙編，包括他的生平、工作以及論文等。

曾任波恩大學校長和德國化學會主席。培養出拜爾等一批優秀化學家。1895年被德國皇帝威廉二世賜予貴族封號。

凱庫勒1829年出生於德國的達姆斯塔德市，中學時，就懂四門外語，從小熱愛建築，立志長大後要當一名優秀的建築大師。

18歲那年，他以優異的成績考入了吉森大學。這是德國當時最為著名的一所大學，校園美麗、學風淳樸，更為值得驕傲的是，這所大學還擁有一批知名度極高的教授，而且，允許學生可以不受專業的限制，選擇他們喜愛的教授。

凱庫勒在上大學前，就為達姆斯塔德設計了三所房子。初露鋒芒的他深信自己有建築的天賦。因此，進入吉森大學，他毫不猶豫地選擇建築專業，並以驚人的速度很快修完了幾何學、數學、製圖和繪畫等十幾門專業必修課。

在他正準備揚起自己的理想風帆時，一個偶然的事件，卻改變了他的人生道路。

這就是赫爾利茨伯爵夫人的案件。

此案開庭審理時，凱庫勒參加了旁聽。在黑森法庭，他見到了本案的真正的判決者——大名鼎鼎的李比希教授。教授手裏拿着一枚戒指。這是一枚價值連城的寶石戒指，上面鑲着兩條纏在一起的金屬蛇，一條是赤金的，一條是白金的，看上去精美絕倫。李比希教授測定了金屬的成分，然後緩緩地站起身來面對着台下急不可耐的聽眾，用一種平和而又堅定的語氣説道：

“白色是金屬鉑，即所謂‘白金’製成的。伯爵夫人侍僕的罪行是明顯的，因為白金從1819年起，才用於首飾業中，而他卻硬説這個戒指從1805年就到了他手中。”

清晰的邏輯分析，確鑿的實驗結論，使罪犯終於供認了盜竊戒指的事實。這個案件的審理，使凱庫勒對這位知名教授產生了一種由衷的敬佩之情。

其實，凱庫勒在吉森大學早就聽説了李比希教授的大名，同學們也多次勸説他聽聽這位教授的化學課，但他對化學毫無興趣，不願意將時間花費在自己不願做的事情上，因此，對這位教授的瞭解也僅限於道聽途説。這次偶然的接觸，使凱庫勒一改初衷，決定去聽聽李比希教授的化學課。課堂上，李比希教授那輕鬆的神態、幽默的語言、廣博的知識把凱庫勒帶人了一個全新的世界，這個世界像夢一般的美，強烈地吸引着凱庫勒，使他產生了極大的興趣。自此，凱庫勒就常去聽李比希的化學課，漸漸地他對化學研究着了魔。不久，凱庫勒放棄了建築學，立志轉學化學。此舉遭到了親人們的堅決反對，為此，他曾一度被迫轉入達姆施塔特市的高等工藝學校求學。但他仍堅信，自己未來的前途是從事化學，別無它路。進入工藝學校不久，他就同因發明磷火柴而聞名的化學教師弗里德里希·莫登豪爾接近起來。凱庫勒在這位老師的指導下，進行分析化學實驗，熟練地掌握了許多種分析方法。當親人們瞭解到凱庫勒決心不放棄化學時，只好同意他重返吉森大學繼續學習。1849年秋天，他回到了李比希實驗室，繼續進行分析化學實驗。李比希被這位學生的堅強意志深深地感動了。在他的指引下，凱庫勒從此走上了研究化學的道路。

1849年秋天，這是一個充滿着誘惑的秋天，是一個洋溢着豐收喜悦的秋天！凱庫勒經過艱辛的努力，以優異的成績，跨進了李比希的化學實驗室。

人們在慨嘆建築業失去一位優秀的設計家之餘，卻驚喜地發現在有機化學這片原始森林中矗立起一座精美的大廈！

為了在化學方面繼續深造，1851年，凱庫勒在叔父的支助下，自費去法國巴黎留學。由於經濟上緊張，他在巴黎只能維持很低的生活水平。但精力充沛的凱庫勒，全然不顧這些困難，硬是頑強地刻苦學習着。他要利甩一切機會與每一分鐘時間，充分吸收法國新的學術思想和學術風格。有一天：他從校園裏的佈告牌上得知，著名法國有機化學家查理·日拉爾正在講授化學哲學課。他隨即跑去聽課，課後他向日拉爾提出了一些相當重要的問題，立刻引起了這位學者的注視。他被日拉爾請到自己的書房裏，一起討論。他們談得很投機，竟忘記了吃飯。當他告別日拉爾慢慢走回家時，已經是深夜了。在巴黎，凱庫勒過着清苦的生活。每天從早到晚，奔跑在教室與圖書館和宿舍之間。他的收穫很大，掌握了不少新的實驗事實和研究方法。他抓緊每一分鐘時間，因為他深知，離1852年春天回國的日子越來越近了。

凱庫勒所寫的第一篇化學論文，是他研究硫酸氫戊酯的成果。這篇學術論文，得到了威爾教授等專家的很高評價。論文發表後，1852年6月，大學的學術委員會決定授予凱庫勒以化學博士學位。

回國後不久，經李比希介紹，凱庫勒到阿道夫·馮·普蘭特的私人實驗室工作過一段時間。後來到倫敦的約翰·施但豪斯的實驗室工作。施但豪斯實驗室的主要任務，是分析各種藥物製劑，並研究從天然物（主要是植物）中製取各種新藥的方法。這些工作單調乏味，每天累得精疲力竭，但凱庫勒卻毫無怨言，不知疲倦地研究着。晚上閒下來，就和同事們討論有機化學中的理論問題和哲學問題。他們圍坐在一起，進行着激烈的爭論：象“化合價”、“原子量”、“分子”等概念，都是多次引起爭論的話題。

凱庫勒對原子價問題特別關注。他反覆設想着，二價的硫和氧是一樣的，因此，如果具備適當的條件，某些含氧有機化合物中的氧應該能被硫原子所取代，不久。他的想法果然得到了實驗證明，由此，凱庫勒認為原子的“化合價”概念，可以作為新理論的基礎。原子之間是按照某種簡單的規律化合的。他把元素的原子設想為一個個極小的小球，它們之間的差別只是大小不同而已。每當他閉上眼睛時，就彷彿清晰地看到了這些小球，在不停地運動着。當它們相互接近時，就彼此化合在一起。在斯但豪斯的實驗室裏，緊張而單調的工作幾乎佔去了凱庫勒的全部時間，他的許多科學思想、新的假説都無暇去深入思考和進行實驗驗證。因此，他渴望能回到德國去，即使在某大學當個講師，也可以有進行自己科研工作的時間。在1855年春天，凱庫勒離英回國。他先後訪問了柏林、吉森、葛廷根和海德堡等城市的一些大學，但令他失望的是，這麼多地方都未能使他找到一份合適的工作。於是，他決定在海德堡以副教授的身份私人開課。他的這個想法得到了海德堡大學的化學教授羅伯特·本生的支持。凱庫勒租了一套房子，把其中的一間作為教室，將一間改裝成實驗室。經濟上完全由叔父支助。

到他這裏來聽課的人，最初只有6人；但沒過多久，教室裏就座無虛席了。這使凱庫勒獲得一筆可觀的收入。而預約登記到他的實驗室來工作的實習生還在與日俱增。他一邊講課，一邊帶實習生做實驗，並用所有的空閒時間繼續自己的研究。主要課題還是在倫敦時開始的有機物的“類型論”和原子的“化合價”。資金雖不充足，但尚可維持研究能不斷進行下去。

凱庫勒投身化學的時期，正是有機化學成為化學主流的時期。有機化學以前所未有的速度向前發展：化學家們發現了有機化合物大量存在的事實，並人工合成了許多罕見的有機化合物；維勒和李比希基因理論的提出；法國化學家日拉爾“類型論”的建立等等。

這無疑大大豐富了有機化學知識，但此時的有機化學無論如何也不能和無機化學相比，因為無機化學的研究有道爾頓原子論的理論為指導，而有機化學沒有。沒有理論指導的實踐，必然是盲目的，混亂的：為了描述醋酸的結構，人們使用了19種表達方式，誰是誰非？化學家們各持己見，互不相讓，有機化學界一片混亂。

1858年 ^[1]  ，已頗有建樹的化學家凱庫勒擔任了根特大學的化學教師。他在根特大學的化學實驗室裏集中研究了有機化合物的主幹——碳鏈問題。大家知道，自然界中的碳原子，不像其他無機元素那樣單個地組成物質分子，而是在碳原子之間形成手拉手似的碳鏈。短的鏈有幾個碳原子，長的鏈有成百上千個碳原子。

凱庫勒通過對醋酸的氯化研究，認識到碳鏈在化學反應中是不變的，牢固穩定的。緊接着，他又用琥珀酸、富馬酸及順丁烯二酸等有機化合物，進行了一系列的實驗研究，來加以印證。不久，凱庫勒表述了他對碳鏈的見解，還提出了有機化合物的結構理論他以碳四價為核心，建立起碳鏈結構理論。凱庫勒的理論，後來經過俄國著名化學家佈列特列夫的發展和完善，成為經典性的有機化合物的結構理論。

日新月異的有機化學，使在根特大學從事系統化學教授的凱庫勒感到傳統的教材已經過時，應該重新編寫一本有機化學的新教科書以適應新的課題的需要。

但是，凱庫勒在收集資料過程中，深深地感到化學界的混亂。為了提高化學家的理論統一性，他於1859年秋來到了卡爾斯魯厄。

凱庫勒此行的目的，是要和化學教授卡爾·魏爾青商討關於召開世界化學家會議的問題。會議的主要內容，是解決化學家們在化學價、元素符號、原子和分子概念等方面的不同意見。

凱庫勒的這種想法立即得到世界化學界的響應。

1860年9月3日，第一屆世界化學家大會在德國卡爾斯魯厄城召開，來自十幾個國家的150位化學家出席了這次大會。這次會議解決了所有無機化學存在的混亂問題，可以説達到了預期目的。

但是作為會議發起人的凱庫勒卻很不滿意。因為在這次會議上占主導地位的是無機化學，他的有機化學結構問題卻被大多數人淡忘了。也許是有機化學真像維勒所説的那樣是一片猙獰的、可怕的原始森林。

1861年起，凱庫勒編著的《有機化學教程》一書，分冊陸續出版問世。1862年33歲的凱庫勒與照明用煤氣廠廠長的女兒斯特凡尼婭結了婚。美滿的婚姻使凱庫勒力量倍增，他以更大的熱情投入了工作。但可惜的是幸福的時光轉瞬即逝。懷孕後的妻子健康狀況令人擔擾，使凱庫勒非常焦慮。結果，由於兒子的誕生卻犧牲了母親的生命。凱庫勒沉浸在無限悲痛之中。多少親朋好友的勸慰，都未能使他從痛苦中解脱。唯有研究工作，使他在緊張中暫時忘卻不幸，他集中精力研究起苯及其衍生物。1866年，他畫出苯的一個單、雙鍵的空間模型，與現代結構式完全等價。1896年春天，在柏林發生了嚴重的流行性感冒，早已患慢性氣管炎的凱庫勒被感染後，病情日益惡化。同年6月13日他與世長辭了。

作為一個傑出的科學家，凱庫勒的成就得到了全世界的普遍公認。許多國家的科學院曾選他為名譽院士。他的意見不僅受到科學家的重視，而且也常為工業家們所採納，成為19世紀以來。有機化學界的真正權威。

早年，凱庫勒在前人工作的基礎上發展了類型論，認為分子的性質主要由類型決定，並試圖建立一個有機物的整體的類型學説。1857—1858年，他提出了有機物分子中碳原子為四價，而且可以互相結合成碳鏈的思想，為現代結構理論奠定了基礎。他的另一重大貢獻是在1865年發表“論芳香族化合物的結構”論文，第一次提出了苯的環狀結構理論。這一理論極大地促進了芳香族化學的發展和有機化學工業的進步。充分體現了基礎理論研究對於技術和經濟進步的巨大推動作用。

在海德堡以副教授的身份私人開課期間（1856-1858），凱庫勒用弄到的各種化學試劑合成了許多新物質，研究了它們的性質。他特別集中精力研究了雷酸及其鹽類，期望搞清它們的結構。

凱庫勒的研究，使原有的幾種基本類型的有機化合物中，又補充了一種新的類型——甲烷類型。例如把甲烷的四個氫原子由一價的基團所取代，則可以得到甲烷類型的化合物。在《論雷酸汞的結構》一文中，他闡述了上述結論。在當時的德國，能理解和贊同日拉爾和歐德林等人的科學思想的化學家甚少，而凱庫勒卻補充和發展了他的類型論。

關於原子價理論，凱庫勒曾發表了《關於多原子基團的理論》一文，他提出了一些基本原理。並對弗蘭克蘭、威廉遜、歐德林等人的某些結論加以概括總結，深入地研究了原子間的化合能力問題，他認為，一種元素究竟以幾個原子與另一種元素的一個原子相結合。這個數目取決於化合價，即取決於各組分之間親合力的大小。他把元素分為三類：

一價元素——氫、氯、溴、鉀和鈉；

二價元素——氧和硫；

三價元素一一氮、磷和砷。

這樣，凱庫勒就闡明瞭他對化合價的觀點。在該文中，他還指出在所有的化學元素中，碳是佔有特殊地位的。在有機化合物中碳是四價，因為它與四個一價的氫或氯相結合而形成CH4、CCl4。但是，碳還能生成別的碳氫化合物。因此，對於含碳的化合物需要特別加以研究。他的《論含碳化合物的組成和轉化，兼論碳的化學性質》一文，不僅論證了碳在有機物中呈四價這一特點，還指出日拉爾曾試圖用一個普遍原理——“雙置換”（或稱”二元置換”）來概括所有的化學反應。實踐證明，日拉爾的理論是錯誤的，因為有“些反應是由幾個分子直接化合成一個分子。文中凱庫勒還用他嶄新的思想考察了有機基團的組成。他寫道，對於那些含有若干個碳原子的物質來説，應認為，個別種元素的原子是依靠了碳對它們的親合力（即化合價）才能存在於有機物中。碳原碳與碳原子之間也相互化合，這時，一個碳原子的部分親合力（化合價）被另一個碳原子的等量親合力（化合價）所飽合。這在當時大多數化學家還不理解化合價的本質時、凱庫勒的上述思想，也就是關於碳鏈的新思想的出現是有機化合物理論的一次革命。

凱庫勒不僅表述了關於碳鏈的見解，還陸續地提出了有機化合物的結構理論，指出飽和碳氫化合物的組成通式為CnH2n+2 。他還指出，如果用簡單轉化的方法從一種物質中製取另一種物質，那麼，可以認為在這類化合物中，碳原子的排列是不變的。發生轉化時，所改變的僅僅是除碳原子外的別種原子的位置和它們的類型。

1861年起，凱庫勒開始研究苯的結構。凱庫勒關於苯環結構的假説，在有機化學發展史上作出了卓越貢獻。他早年受到建築師的訓練，具有一定的形象思維能力，他善於運用模型方法，把化合物的性能與結構聯繫起來，他的苦心研究終於有了結果，1864年冬天，他的科學靈感導致他獲得了重大的突破。他曾記載道：“我坐下來寫我的教科書，但工作沒有進展；我的思想開小差了。我把椅子轉向爐火，打起瞌睡來了。原子又在我眼前跳躍起來，這時較小的基團謙遜地退到後面。我的思想因這類幻覺的不斷出現變得更敏鋭了，能分辨出多種形狀的大結構，也能分辨出有時緊密地靠近在一起的長行分子，它圍繞、旋轉，象蛇一樣地動着。看！那是什麼？有一條蛇咬住了自己的尾巴，這個形狀虛幻地在我的眼前旋轉着。象是電光一閃，我醒了。我花了這一夜的剩餘時間，作出了這個假想。”於是，凱庫勒首次滿意地寫出了苯的結構式。指出芳香族化合物的結構含有封閉的碳原子環。它不同於具有開鏈結構的脂肪族化合物。

苯環結構的誕生。是有機化學發展史上的一塊里程碑，凱庫勒認為苯環中六個碳原子是由單鍵與雙鍵交替相連的，以保持碳原子為四價。