August Kekulé: Die Schlange, die sich in den Schwanz biss

Im Jahr 1890, bei einer Feier anlässlich des fünfundzwanzigsten Jahrestages seines Benzol-Artikels, erzählte ein Chemiker in seinen Sechzigern einem Saal voller Kollegen, wie er das schwierigste Strukturproblem seines Fachgebiets gelöst hatte. Er habe gedöst, sagte er, und gesehen, wie sich Atomketten wie Schlangen wanden, bis eine von ihnen ihren eigenen Schwanz ergriff. Er wachte auf und erarbeitete die Konsequenzen. Es ist die berühmteste Entstehungsgeschichte in der Geschichte der Chemie; Historiker streiten immer noch darüber, ob sie wahr ist, und es spielt keine große Rolle: Die Struktur war richtig, und die organische Chemie zeichnet seitdem nach Kekulés Diagramm.

Von Darmstadt nach Gießen

Friedrich August Kekulé wurde am 7. September 1829 in Darmstadt im Großherzogtum Hessen geboren. Er trat 1847 in die Universität Gießen ein, mit der Absicht, Architekt zu werden – eine Tatsache, die man sich merken sollte, denn die Disziplin, die er tatsächlich begründete, ist im Wesentlichen architektonisch. In seinem ersten Semester besuchte er Vorlesungen von Justus von Liebig, dem beeindruckendsten Chemiker Europas, und änderte seinen Kurs.

Er promovierte 1852 und verbrachte dann vier Jahre als wandernder Assistent: Paris 1851–52, Schweiz 1852–53, London von 1853 bis 1855. Die Londoner Jahre waren am wichtigsten. Dort lernte er Alexander Williamson kennen, dessen Arbeit über die Konstitution von Molekülen Kekulé zu der Frage drängte, der er sein Leben widmen würde – nicht, woraus Substanzen bestehen, sondern wie die Teile angeordnet sind.

Vierwertiger Kohlenstoff

Die Antwort kam in zwei Teilen. Ende 1857 kündigte Kekulé an, dass Kohlenstoff vierwertig ist: Jedes Kohlenstoffatom bildet genau vier Bindungen. 1858 fügte er die entscheidende Erweiterung hinzu – Kohlenstoffatome können sich direkt miteinander verbinden und Ketten von unbestimmter Länge bilden.

So einfach gesagt, klingt es offensichtlich. Das war es nicht. Chemikern war es nicht gelungen zu erklären, warum Kohlenstoffverbindungen alle anderen so absurd übertreffen, und die beiden Sätze zusammen lieferten den Grund: Ein Element mit vier Händen, das seinesgleichen halten kann, baut eine unbegrenzte kombinatorische Bibliothek auf. Die Zusammenfassung des Science History Institute ist exakt – Kekulés Theorie erklärte „die Vielfalt der Kohlenstoffverbindungen selbst, die Chemiker so lange rätseln ließ“.

Der schottische Chemiker Archibald Scott Couper kam unabhängig zu einem ähnlichen Schluss, aber sein Artikel erreichte die Französische Akademie Wochen nachdem Kekulé im Mai 1858 veröffentlicht hatte. Couper war für den Rest seiner kurzen Karriere verbittert über die Priorität, und die Argumente für eine geteilte Anerkennung sind stark.

Gent

Kekulé wurde 1856 Privatdozent in Heidelberg, nahm 1858 eine ordentliche Professur in Gent an und wurde 1867 nach Bonn berufen, wo er bis zu seiner Pensionierung blieb. In Gent fand die zweite Entdeckung statt.

Benzol war der herausragende Skandal der organischen Chemie. Seine Formel, C6H6, war bekannt; keine Anordnung einer Kohlenstoffkette konnte sie unterbringen. 1865 schlug Kekulé vor, dass die sechs Kohlenstoffatome einen geschlossenen Ring mit abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen bilden. Es war die erste zyklische Struktur in der Chemie und eröffnete die gesamte aromatische Chemie – Farbstoffe, Medikamente, Sprengstoffe, die gesamte deutsche chemische Industrie des folgenden halben Jahrhunderts.

Die Struktur hatte einen Fehler: Sie sagte Isomere voraus, die nicht existieren. 1872 korrigierte Kekulé dies, indem er vorschlug, dass das Molekül schnell zwischen zwei äquivalenten Formen oszilliert, wobei sich die Bindungen ständig austauschen. Dies war im Detail falsch, aber im Geiste richtig; es nahm die Resonanz und Delokalisierung vorweg, die die Quantenchemie sechzig Jahre später etablieren würde.

Der Traum

Kekulé erzählte zwei visionäre Geschichten, beide spät in seinem Leben. In einer sah er, als er um 1855 in einem Londoner Omnibus fuhr, wie Kohlenstoffatome einen schwindelerregenden Tanz aufführten und sich paarten. In der anderen, als er in Belgien am Kamin döste, sah er schlangenartige Ketten, von denen eine ihren Schwanz in den Mund nahm – den Ouroboros.

Historiker haben nie geklärt, ob es sich um Erinnerungen oder um eine retrospektive Mythenbildung eines Mannes handelt, der Werbung verstand. Was nicht in Zweifel steht, ist die Form der Behauptung, die er aufstellte: dass die Idee ungebeten in einem Zustand der Träumerei kam und dass die Arbeit des Beweisens danach kam. Ob es so geschah oder nicht, es ist ein ungewöhnlich ehrlicher Bericht darüber, wie sich theoretische Arbeit anfühlt.

Warum August ein Genie genannt wird

Kekulés Gabe war räumliche Vorstellungskraft, angewandt auf unsichtbare Objekte. Er konnte kein Molekül sehen und niemand zu seinen Lebzeiten würde es können; was er tat, war, aus Kombinationsverhältnissen und Reaktionsverhalten ein dreidimensionales Bild zu konstruieren, das sich als korrekt herausstellte. Er gab der Chemie ihre Notation – die Strukturformel, das Ding, das jeder Chemiker seitdem an eine Tafel gezeichnet hat – und verwandelte dabei eine Wissenschaft der Rezepte in eine Wissenschaft der Architektur. Der gescheiterte Architekturstudent baute das Fachgebiet auf.

Das Ausmaß der Leistung ist an seinen Studenten messbar. Drei seiner Doktoranden gewannen Nobelpreise für Chemie: Jacobus Henricus van 't Hoff 1901, Emil Fischer 1902 und Adolf von Baeyer 1905. Nur sehr wenige Lehrer in irgendeiner Disziplin können eine solche Bilanz vorweisen. Großbritannien verlieh ihm 1885 die Copley-Medaille; Deutschland adelte ihn 1895 als Kekule von Stradonitz.

Der Gegenfall hat zwei Stränge. Couper kam unabhängig zur Strukturtheorie und verlor nur beim Veröffentlichungszeitpunkt, und Kekulé gab sich keine Mühe, die Anerkennung zu teilen. Und die Benzolstruktur, wie Kekulé sie vorschlug, ist nicht korrekt – das Modell der abwechselnden Bindungen und der Oszillations-Patch wurden beide ersetzt, sobald das Elektron verstanden wurde. Er war ein Genie der produktiven Annäherung: ein Mann, der die richtige Form Jahrzehnte erraten hatte, bevor jemand erklären konnte, warum sie zusammenhielt.

Vermächtnis

Sein Lehrbuch der Organischen Chemie, das von 1859 bis 1887 in Bänden veröffentlicht wurde, bildete eine Generation von Chemikern im neuen strukturellen Denken aus. Er starb am 13. Juli 1896 in Bonn, nachdem er dort fast dreißig Jahre verbracht hatte.

Der Benzolring ist heute eines der am häufigsten reproduzierten Symbole in der Wissenschaft, gedruckt auf Lehrbüchern, Labortüren und Briefmarken. Jedes Wirkstoffmolekül und jedes Polymerdiagramm stammt von der Konvention ab, die er etablierte: dass chemische Substanzen Formen haben und dass die Formen gezeichnet werden können. Ob er jemals von der Schlange geträumt hat oder nicht, er lehrte die Chemie, in Bildern zu denken.