凯库勒:梦中开启有机化学

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2015-05-01

公元1890年,在德国柏林市政大厅举行的发现苯环结构25周年庆典大会上,德国著名化学家凯库勒深情地回忆起自己创立环状碳链理论的传奇经历。短短十分钟的讲话,引来观众雷鸣般的掌声。
        公元1890年,在德国柏林市政大厅举行的发现苯环结构25周年庆典大会上,德国著名化学家凯库勒深情地回忆起自己创立环状碳链理论的传奇经历。短短十分钟的讲话,引来观众雷鸣般的掌声。

   公元1859年,大学毕业已经十年的凯库勒,通过刻苦钻研,发现了碳链结构理论。碳链结构理论的原理如下:1个苯分子含有6个碳原子和6个氢原子;碳的 化合价是4价,氢则是1价,有机物的碳原子互相连接形成碳链。饱和状态下,每个碳原子会与碳链中间的2个或碳链两端的3个氢原子化合。累计起来,6个碳原 子应该和14个氢原子化合,比如己烷。苯分子只有6个氢原子,说明它的碳原子处于极不饱和状态,化学性质应该很活泼。事实上,苯的化学性质非常稳定,这与 碳链理论是相矛盾的。

青年时代的凯库勒

青年时代的凯库勒。(资料图)

 

   碳链理论虽是当时最前沿的科学,却无法解释苯的碳原子结构理论。由此,凯库勒得到化学界的一些对手的责难。很显然,如果碳链理论连苯的碳原子结构理论都 无法解释,那么它将被人抛弃。由于长时间无法解释这种现象,凯库勒曾一度陷入无边的苦恼中。他深深理解,自己面前就是一堵墙,如果找到那扇门,就光明一 片;如果找不到那扇门,不但要面对无穷无尽的嘲笑,还将愧对恩师李比希。甚至,如果让其它化学家捷足先登的话,自己此生怕也无法成为李比希教授一样的人。

      凯库勒二十多岁时,在偶然的情况下听了化学家李比希的一堂课。正是这堂课,改变了凯库勒的一生。本来,他从小喜欢搞建筑,理想是长大后成为一名优秀的建筑 师;谁知被李比希教授的学识和幽默所折服,正读大二的凯库勒从建筑系转到化学系。毕业后几年,凯库勒的化学研究顺风顺水,以发现碳链结构理论闻名于世。物 极必反。正当他踌躇满志,决心一展所长时,新的问题扑面而来,那便是前文提到的苯与碳链理论的矛盾。

  凯库勒完全具备一个科学家的优秀品 质。为了解答这个疑问,他茶饭无味,昼思夜想,有时甚至走路也差点摔倒,完全可以用“着魔”来形容。有一天,凯库勒坐在火炉前写着算着,不知不觉趴在桌上 睡着了。在半梦半醒之间,他忽然看见一串碳链活了起来,变成了一条巨蛇,在他眼前翻转腾挪;他正想大叫时,那条蛇突然咬住自己的尾巴,变成一个环,向面前 飞来……“啊!”凯库勒从尖叫中惊醒,额头冷汗涔涔。

      凯库勒没有起床,而是反复回想着刚才那个梦。越想越兴奋,竟有些手舞足蹈。“我知道了!”他大叫一声,作恍然大悟状。原来,他长长的嘘了口气,苯原来是一 条像蛇一样首尾相连的环形链子。苯分子虽然活泼,但始终像蛇一样围成一圈,因此相对比较稳定。这样就可以合理解释“苯的化学性质非常稳定”这一论断。

 

蛇咬尾形状

凯库勒梦到的蛇咬尾状苯分子链。(来源:百度百科)

 

   20世纪之前,全世界的化学家们主要致身于无机化学的研究。自从凯库勒创立了崭新的有机化合物结构理论——环状碳链理论后,有机化学研究的内容开始丰富 起来。凯库勒不但为20世纪的化学家指出一条崭新的研究之路,还为后来的科学家们探索生命运动,蛋白质等大分子结构奠定了牢固的基础。由此,西方的一些科 学家尊称凯库勒为“有机化学鼻祖”。

  凯库勒从梦中得到启发,成功地提出环状碳链结构学说,并非偶然。正是由于他善于思考,长时间冥思苦想关于原子、分子以及结构等化学问题,才会“日有所思,夜有所梦”,从而拉开有机化学研究的序幕。

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