更新时间:2024-05-29 16:50
凯库勒在吉森大学获博士学位。曾受教于著名化学家李比希等人。先后在海德堡大学、根特大学(比利时)、波恩大学任教。
凯库勒一生著述甚丰。1929年,安许茨(R.Anschütz)主编,在柏林出版了两卷凯库勒资料汇编,包括他的生平、工作以及论文等。
曾任波恩大学校长和德国化学会主席。培养出拜尔等一批优秀化学家。1895年被德国皇帝威廉二世赐予贵族封号。
凯库勒1829年出生于德国的达姆斯塔德市,中学时,就懂四门外语,从小热爱建筑,立志长大后要当一名优秀的建筑大师。
18岁那年,他以优异的成绩考入了吉森大学。这是德国当时最为著名的一所大学,校园美丽、学风淳朴,更为值得骄傲的是,这所大学还拥有一批知名度极高的教授,而且,允许学生可以不受专业的限制,选择他们喜爱的教授。
凯库勒在上大学前,就为达姆斯塔德设计了三所房子。初露锋芒的他深信自己有建筑的天赋。因此,进入吉森大学,他毫不犹豫地选择建筑专业,并以惊人的速度很快修完了几何学、数学、制图和绘画等十几门专业必修课。
在他正准备扬起自己的理想风帆时,一个偶然的事件,却改变了他的人生道路。
这就是赫尔利茨伯爵夫人的案件。
此案开庭审理时,凯库勒参加了旁听。在黑森法庭,他见到了本案的真正的判决者——大名鼎鼎的李比希教授。教授手里拿着一枚戒指。这是一枚价值连城的宝石戒指,上面镶着两条缠在一起的金属蛇,一条是赤金的,一条是白金的,看上去精美绝伦。李比希教授测定了金属的成分,然后缓缓地站起身来面对着台下急不可耐的听众,用一种平和而又坚定的语气说道:
“白色是金属铂,即所谓‘白金’制成的。伯爵夫人侍仆的罪行是明显的,因为白金从1819年起,才用于首饰业中,而他却硬说这个戒指从1805年就到了他手中。”
清晰的逻辑分析,确凿的实验结论,使罪犯终于供认了盗窃戒指的事实。这个案件的审理,使凯库勒对这位知名教授产生了一种由衷的敬佩之情。
其实,凯库勒在吉森大学早就听说了李比希教授的大名,同学们也多次劝说他听听这位教授的化学课,但他对化学毫无兴趣,不愿意将时间花费在自己不愿做的事情上,因此,对这位教授的了解也仅限于道听途说。这次偶然的接触,使凯库勒一改初衷,决定去听听李比希教授的化学课。课堂上,李比希教授那轻松的神态、幽默的语言、广博的知识把凯库勒带人了一个全新的世界,这个世界像梦一般的美,强烈地吸引着凯库勒,使他产生了极大的兴趣。自此,凯库勒就常去听李比希的化学课,渐渐地他对化学研究着了魔。不久,凯库勒放弃了建筑学,立志转学化学。此举遭到了亲人们的坚决反对,为此,他曾一度被迫转入达姆施塔特市的高等工艺学校求学。但他仍坚信,自己未来的前途是从事化学,别无它路。进入工艺学校不久,他就同因发明磷火柴而闻名的化学教师弗里德里希·莫登豪尔接近起来。凯库勒在这位老师的指导下,进行分析化学实验,熟练地掌握了许多种分析方法。当亲人们了解到凯库勒决心不放弃化学时,只好同意他重返吉森大学继续学习。1849年秋天,他回到了李比希实验室,继续进行分析化学实验。李比希被这位学生的坚强意志深深地感动了。在他的指引下,凯库勒从此走上了研究化学的道路。
1849年秋天,这是一个充满着诱惑的秋天,是一个洋溢着丰收喜悦的秋天!凯库勒经过艰辛的努力,以优异的成绩,跨进了李比希的化学实验室。
人们在慨叹建筑业失去一位优秀的设计家之余,却惊喜地发现在有机化学这片原始森林中矗立起一座精美的大厦!
为了在化学方面继续深造,1851年,凯库勒在叔父的支助下,自费去法国巴黎留学。由于经济上紧张,他在巴黎只能维持很低的生活水平。但精力充沛的凯库勒,全然不顾这些困难,硬是顽强地刻苦学习着。他要利甩一切机会与每一分钟时间,充分吸收法国新的学术思想和学术风格。有一天:他从校园里的布告牌上得知,著名法国有机化学家查理·日拉尔正在讲授化学哲学课。他随即跑去听课,课后他向日拉尔提出了一些相当重要的问题,立刻引起了这位学者的注视。他被日拉尔请到自己的书房里,一起讨论。他们谈得很投机,竟忘记了吃饭。当他告别日拉尔慢慢走回家时,已经是深夜了。在巴黎,凯库勒过着清苦的生活。每天从早到晚,奔跑在教室与图书馆和宿舍之间。他的收获很大,掌握了不少新的实验事实和研究方法。他抓紧每一分钟时间,因为他深知,离1852年春天回国的日子越来越近了。
凯库勒所写的第一篇化学论文,是他研究硫酸氢戊酯的成果。这篇学术论文,得到了威尔教授等专家的很高评价。论文发表后,1852年6月,大学的学术委员会决定授予凯库勒以化学博士学位。
回国后不久,经李比希介绍,凯库勒到阿道夫·冯·普兰特的私人实验室工作过一段时间。后来到伦敦的约翰·施但豪斯的实验室工作。施但豪斯实验室的主要任务,是分析各种药物制剂,并研究从天然物(主要是植物)中制取各种新药的方法。这些工作单调乏味,每天累得精疲力竭,但凯库勒却毫无怨言,不知疲倦地研究着。晚上闲下来,就和同事们讨论有机化学中的理论问题和哲学问题。他们围坐在一起,进行着激烈的争论:象“化合价”、“原子量”、“分子”等概念,都是多次引起争论的话题。
凯库勒对原子价问题特别关注。他反复设想着,二价的硫和氧是一样的,因此,如果具备适当的条件,某些含氧有机化合物中的氧应该能被硫原子所取代,不久。他的想法果然得到了实验证明,由此,凯库勒认为原子的“化合价”概念,可以作为新理论的基础。原子之间是按照某种简单的规律化合的。他把元素的原子设想为一个个极小的小球,它们之间的差别只是大小不同而已。每当他闭上眼睛时,就仿佛清晰地看到了这些小球,在不停地运动着。当它们相互接近时,就彼此化合在一起。在斯但豪斯的实验室里,紧张而单调的工作几乎占去了凯库勒的全部时间,他的许多科学思想、新的假说都无暇去深入思考和进行实验验证。因此,他渴望能回到德国去,即使在某大学当个讲师,也可以有进行自己科研工作的时间。在1855年春天,凯库勒离英回国。他先后访问了柏林、吉森、葛廷根和海德堡等城市的一些大学,但令他失望的是,这么多地方都未能使他找到一份合适的工作。于是,他决定在海德堡以副教授的身份私人开课。他的这个想法得到了海德堡大学的化学教授罗伯特·本生的支持。凯库勒租了一套房子,把其中的一间作为教室,将一间改装成实验室。经济上完全由叔父支助。
到他这里来听课的人,最初只有6人;但没过多久,教室里就座无虚席了。这使凯库勒获得一笔可观的收入。而预约登记到他的实验室来工作的实习生还在与日俱增。他一边讲课,一边带实习生做实验,并用所有的空闲时间继续自己的研究。主要课题还是在伦敦时开始的有机物的“类型论”和原子的“化合价”。资金虽不充足,但尚可维持研究能不断进行下去。
凯库勒投身化学的时期,正是有机化学成为化学主流的时期。有机化学以前所未有的速度向前发展:化学家们发现了有机化合物大量存在的事实,并人工合成了许多罕见的有机化合物;维勒和李比希基因理论的提出;法国化学家日拉尔“类型论”的建立等等。
这无疑大大丰富了有机化学知识,但此时的有机化学无论如何也不能和无机化学相比,因为无机化学的研究有道尔顿原子论的理论为指导,而有机化学没有。没有理论指导的实践,必然是盲目的,混乱的:为了描述醋酸的结构,人们使用了19种表达方式,谁是谁非?化学家们各持己见,互不相让,有机化学界一片混乱。
1858年,已颇有建树的化学家凯库勒担任了根特大学的化学教师。他在根特大学的化学实验室里集中研究了有机化合物的主干——碳链问题。大家知道,自然界中的碳原子,不像其他无机元素那样单个地组成物质分子,而是在碳原子之间形成手拉手似的碳链。短的链有几个碳原子,长的链有成百上千个碳原子。
凯库勒通过对醋酸的氯化研究,认识到碳链在化学反应中是不变的,牢固稳定的。紧接着,他又用琥珀酸、富马酸及顺丁烯二酸等有机化合物,进行了一系列的实验研究,来加以印证。不久,凯库勒表述了他对碳链的见解,还提出了有机化合物的结构理论他以碳四价为核心,建立起碳链结构理论。凯库勒的理论,后来经过俄国著名化学家布列特列夫的发展和完善,成为经典性的有机化合物的结构理论。
日新月异的有机化学,使在根特大学从事系统化学教授的凯库勒感到传统的教材已经过时,应该重新编写一本有机化学的新教科书以适应新的课题的需要。
但是,凯库勒在收集资料过程中,深深地感到化学界的混乱。为了提高化学家的理论统一性,他于1859年秋来到了卡尔斯鲁厄。
凯库勒此行的目的,是要和化学教授卡尔·魏尔青商讨关于召开世界化学家会议的问题。会议的主要内容,是解决化学家们在化学价、元素符号、原子和分子概念等方面的不同意见。
凯库勒的这种想法立即得到世界化学界的响应。
1860年9月3日,第一届世界化学家大会在德国卡尔斯鲁厄城召开,来自十几个国家的150位化学家出席了这次大会。这次会议解决了所有无机化学存在的混乱问题,可以说达到了预期目的。
但是作为会议发起人的凯库勒却很不满意。因为在这次会议上占主导地位的是无机化学,他的有机化学结构问题却被大多数人淡忘了。也许是有机化学真像维勒所说的那样是一片狰狞的、可怕的原始森林。
1861年起,凯库勒编著的《有机化学教程》一书,分册陆续出版问世。1862年33岁的凯库勒与照明用煤气厂厂长的女儿斯特凡尼娅结了婚。美满的婚姻使凯库勒力量倍增,他以更大的热情投入了工作。但可惜的是幸福的时光转瞬即逝。怀孕后的妻子健康状况令人担扰,使凯库勒非常焦虑。结果,由于儿子的诞生却牺牲了母亲的生命。凯库勒沉浸在无限悲痛之中。多少亲朋好友的劝慰,都未能使他从痛苦中解脱。唯有研究工作,使他在紧张中暂时忘却不幸,他集中精力研究起苯及其衍生物。1866年,他画出苯的一个单、双键的空间模型,与现代结构式完全等价。1896年春天,在柏林发生了严重的流行性感冒,早已患慢性气管炎的凯库勒被感染后,病情日益恶化。同年6月13日他与世长辞了。
作为一个杰出的科学家,凯库勒的成就得到了全世界的普遍公认。许多国家的科学院曾选他为名誉院士。他的意见不仅受到科学家的重视,而且也常为工业家们所采纳,成为19世纪以来。有机化学界的真正权威。
早年,凯库勒在前人工作的基础上发展了类型论,认为分子的性质主要由类型决定,并试图建立一个有机物的整体的类型学说。1857—1858年,他提出了有机物分子中碳原子为四价,而且可以互相结合成碳链的思想,为现代结构理论奠定了基础。他的另一重大贡献是在1865年发表“论芳香族化合物的结构”论文,第一次提出了苯的环状结构理论。这一理论极大地促进了芳香族化学的发展和有机化学工业的进步。充分体现了基础理论研究对于技术和经济进步的巨大推动作用。
在海德堡以副教授的身份私人开课期间(1856-1858),凯库勒用弄到的各种化学试剂合成了许多新物质,研究了它们的性质。他特别集中精力研究了雷酸及其盐类,期望搞清它们的结构。
凯库勒的研究,使原有的几种基本类型的有机化合物中,又补充了一种新的类型——甲烷类型。例如把甲烷的四个氢原子由一价的基团所取代,则可以得到甲烷类型的化合物。在《论雷酸汞的结构》一文中,他阐述了上述结论。在当时的德国,能理解和赞同日拉尔和欧德林等人的科学思想的化学家甚少,而凯库勒却补充和发展了他的类型论。
关于原子价理论,凯库勒曾发表了《关于多原子基团的理论》一文,他提出了一些基本原理。并对弗兰克兰、威廉逊、欧德林等人的某些结论加以概括总结,深入地研究了原子间的化合能力问题,他认为,一种元素究竟以几个原子与另一种元素的一个原子相结合。这个数目取决于化合价,即取决于各组分之间亲合力的大小。他把元素分为三类:
一价元素——氢、氯、溴、钾和钠;
二价元素——氧和硫;
三价元素一一氮、磷和砷。
这样,凯库勒就阐明了他对化合价的观点。在该文中,他还指出在所有的化学元素中,碳是占有特殊地位的。在有机化合物中碳是四价,因为它与四个一价的氢或氯相结合而形成CH4、CCl4。但是,碳还能生成别的碳氢化合物。因此,对于含碳的化合物需要特别加以研究。他的《论含碳化合物的组成和转化,兼论碳的化学性质》一文,不仅论证了碳在有机物中呈四价这一特点,还指出日拉尔曾试图用一个普遍原理——“双置换”(或称”二元置换”)来概括所有的化学反应。实践证明,日拉尔的理论是错误的,因为有“些反应是由几个分子直接化合成一个分子。文中凯库勒还用他崭新的思想考察了有机基团的组成。他写道,对于那些含有若干个碳原子的物质来说,应认为,个别种元素的原子是依靠了碳对它们的亲合力(即化合价)才能存在于有机物中。碳原碳与碳原子之间也相互化合,这时,一个碳原子的部分亲合力(化合价)被另一个碳原子的等量亲合力(化合价)所饱合。这在当时大多数化学家还不理解化合价的本质时、凯库勒的上述思想,也就是关于碳链的新思想的出现是有机化合物理论的一次革命。
凯库勒不仅表述了关于碳链的见解,还陆续地提出了有机化合物的结构理论,指出饱和碳氢化合物的组成通式为CnH2n+2 。他还指出,如果用简单转化的方法从一种物质中制取另一种物质,那么,可以认为在这类化合物中,碳原子的排列是不变的。发生转化时,所改变的仅仅是除碳原子外的别种原子的位置和它们的类型。
1861年起,凯库勒开始研究苯的结构。凯库勒关于苯环结构的假说,在有机化学发展史上作出了卓越贡献。他早年受到建筑师的训练,具有一定的形象思维能力,他善于运用模型方法,把化合物的性能与结构联系起来,他的苦心研究终于有了结果,1864年冬天,他的科学灵感导致他获得了重大的突破。他曾记载道:“我坐下来写我的教科书,但工作没有进展;我的思想开小差了。我把椅子转向炉火,打起瞌睡来了。原子又在我眼前跳跃起来,这时较小的基团谦逊地退到后面。我的思想因这类幻觉的不断出现变得更敏锐了,能分辨出多种形状的大结构,也能分辨出有时紧密地靠近在一起的长行分子,它围绕、旋转,象蛇一样地动着。看!那是什么?有一条蛇咬住了自己的尾巴,这个形状虚幻地在我的眼前旋转着。象是电光一闪,我醒了。我花了这一夜的剩余时间,作出了这个假想。”于是,凯库勒首次满意地写出了苯的结构式。指出芳香族化合物的结构含有封闭的碳原子环。它不同于具有开链结构的脂肪族化合物。
苯环结构的诞生。是有机化学发展史上的一块里程碑,凯库勒认为苯环中六个碳原子是由单键与双键交替相连的,以保持碳原子为四价。