아우구스트 케쿨레: 꼬리를 먹는 뱀

1890년, 벤젠 논문 발표 25주년을 기념하는 축하 행사에서 60대의 한 화학자가 동료들로 가득 찬 강당에서 자신이 어떻게 분야에서 가장 어려운 구조 문제를 해결했는지 이야기했다. 그는 졸고 있었는데 원자 사슬이 뱀처럼 뒤틀리는 것을 보았고, 그중 하나가 자신의 꼬리를 잡았다고 말했다. 그는 깨어나서 그 결과를 도출해냈다. 이것은 화학 역사상 가장 유명한 기원 이야기이며, 역사학자들은 여전히 그것이 사실인지 논쟁하지만, 그것은 크게 중요하지 않다. 구조는 옳았고, 유기화학은 그 이후로 케쿨레의 도표를 바탕으로 그려져 왔다.

다름슈타트에서 기센으로

프리드리히 아우구스트 케쿨레(Friedrich August Kekulé)는 1829년 9월 7일 헤센 대공국의 다름슈타트에서 태어났다. 그는 1847년 건축가가 되려는 의도로 기센 대학교에 입학했는데, 그가 실제로 창시한 학문이 본질적으로 건축적이라는 점에서 기억할 가치가 있는 사실이다. 첫 학기에 그는 유럽에서 가장 강력한 화학자인 유스투스 폰 리비히(Justus von Liebig)의 강의를 듣고 진로를 변경했다.

그는 1852년에 박사 학위를 받았고 그 후 4년 동안 순회 조교로 지냈다. 1851~52년에는 파리, 1852~53년에는 스위스, 1853년부터 1855년까지는 런던에 있었다. 런던 시절이 가장 중요했다. 그곳에서 그는 알렉산더 윌리엄슨(Alexander Williamson)과 어울렸는데, 분자 구성에 관한 윌리엄슨의 연구는 케쿨레를 그가 평생을 바칠 질문으로 밀어붙였다. 그것은 물질이 무엇으로 만들어졌는가가 아니라, 조각들이 어떻게 배열되어 있는가에 대한 것이었다.

4가 탄소

답은 두 부분으로 나뉘어 도착했다. 1857년 말, 케쿨레는 탄소가 4가라고 발표했다. 즉, 각 탄소 원자는 정확히 4개의 결합을 형성한다는 것이다. 1858년, 그는 결정적인 확장을 추가했다. 탄소 원자는 서로 직접 연결되어 무한한 길이의 사슬을 형성할 수 있다는 것이다.

그렇게 말하면 당연하게 들린다. 그렇지 않았다. 화학자들은 왜 탄소 화합물이 다른 모든 화합물보다 터무니없이 많은지 설명하지 못했고, 두 명제는 합쳐져 그 이유를 제공했다. 4개의 손을 가지고 동류를 잡을 수 있는 원소는 무제한의 조합 라이브러리를 구축한다. 과학사 연구소(Science History Institute)의 요약은 정확하다. "케쿨레의 이론은 화학자들을 당혹스럽게 했던 탄소 화합물의 다양성 그 자체를 설명했다."

스코틀랜드의 화학자 아치볼드 스콧 쿠퍼(Archibald Scott Couper)도 독립적으로 거의 같은 결론에 도달했지만, 그의 논문은 케쿨레가 1858년 5월에 발표한 후 몇 주가 지나서야 프랑스 과학 아카데미에 도착했다. 쿠퍼는 짧은 경력의 나머지 기간 동안 우선권에 대해 쓰라려 했고, 공로를 공유해야 한다는 주장은 강력하다.

헨트

케쿨레는 1856년 하이델베르크에서 사강사가 되었고, 1858년 헨트에서 정교수가 되었으며, 1867년 본으로 부름을 받아 은퇴할 때까지 그곳에 머물렀다. 헨트는 두 번째 발견이 일어난 곳이다.

벤젠은 유기화학의 뛰어난 스캔들이었다. 그 공식인 C6H6은 알려져 있었지만, 탄소 사슬의 어떤 배열도 그것을 수용할 수 없었다. 1865년, 케쿨레는 6개의 탄소가 단일 결합과 이중 결합이 교대로 있는 닫힌 고리를 형성한다고 제안했다. 이것은 화학에서 최초의 고리형 구조였으며, 염료, 의약품, 폭발물, 그리고 그 후 반세기 동안의 전체 독일 화학 산업인 전체 방향족 화학을 열었다.

그 구조에는 결함이 있었다. 존재하지 않는 이성질체를 예측한 것이다. 1872년, 케쿨레는 분자가 두 개의 등가 형태 사이에서 빠르게 진동하고 결합이 지속적으로 교환된다고 제안함으로써 이를 수정했다. 이것은 세부적으로는 틀렸지만 정신적으로는 옳았다. 그것은 60년 후 양자화학이 확립할 공명과 비편재화를 예견한 것이다.

꿈

케쿨레는 생애 후반에 두 가지 환상적인 이야기를 들려주었다. 하나는 1855년경 런던 버스를 타고 가다가 탄소 원자들이 어지러운 춤을 추며 짝을 짓는 것을 보았다는 것이다. 다른 하나는 벨기에에서 벽난로 옆에서 졸다가 뱀 같은 사슬을 보았는데, 그중 하나가 꼬리를 입에 물고 있었다는 것이다. 우로보로스이다.

역사학자들은 이것이 기억인지, 아니면 홍보를 이해했던 남자의 회고적인 신화 만들기인지 결론을 내리지 못했다. 의심할 여지가 없는 것은 그가 주장한 내용의 형태이다. 즉, 아이디어는 초대받지 않은 상태에서 몽상 상태로 왔고, 그것을 증명하는 작업은 그 후에 왔다는 것이다. 그것이 사실이든 아니든, 이것은 이론적 작업이 어떻게 느껴지는지에 대한 이례적으로 정직한 설명이다.

아우구스트가 천재라고 불리는 이유

케쿨레의 재능은 보이지 않는 물체에 적용되는 공간적 상상력이었다. 그는 분자를 볼 수 없었고 그의 생애 동안 아무도 볼 수 없었을 것이다. 그가 한 일은 결합 비율과 반응 행동으로부터 나중에 옳은 것으로 판명된 3차원 그림을 구성한 것이다. 그는 화학에 그 표기법, 즉 구조식을 주었는데, 이는 모든 화학자가 그 이후로 칠판에 그려온 것이다. 그렇게 함으로써 그는 요리법의 과학을 건축의 과학으로 바꾸었다. 실패한 건축학도는 그 분야를 구축했다.

업적의 규모는 그의 학생들을 통해 측정할 수 있다. 그의 박사 후보생 중 3명이 노벨 화학상을 수상했다. 1901년 야코뷔스 헨리퀴스 판트호프(Jacobus Henricus van 't Hoff), 1902년 에밀 피셔(Emil Fischer), 1905년 아돌프 폰 바이어(Adolf von Baeyer)이다. 어떤 분야에서도 이와 같은 기록을 보여줄 수 있는 교사는 거의 없다. 영국은 1885년에 그에게 코플리 메달을 수여했고, 독일은 1895년에 그를 케쿨레 폰 스트라도니츠(Kekule von Stradonitz)로 귀족에 봉했다.

반대 사례에는 두 가지 가닥이 있다. 쿠퍼는 독립적으로 구조 이론에 도달했지만 발표 시기에서만 졌고, 케쿨레는 공로를 공유하기 위해 애쓰지 않았다. 그리고 케쿨레가 제안한 벤젠 구조는 정확하지 않다. 교대 결합 모델과 진동 수정은 전자가 이해되자마자 대체되었다. 그는 생산적 근사의 천재였다. 즉, 아무도 그것이 왜 결합되어 있는지 설명할 수 있기 수십 년 전에 올바른 모양을 추측한 남자였다.

유산

1859년부터 1887년까지 권별로 출판된 그의 《유기화학 교과서(Lehrbuch der Organischen Chemie)》는 새로운 구조적 사고를 가진 화학자 세대를 훈련시켰다. 그는 1896년 7월 13일 본에서 사망했는데, 그곳에서 거의 30년을 보낸 후였다.

벤젠 고리는 이제 과학에서 가장 많이 복제된 기호 중 하나이며, 교과서, 실험실 문, 우표에 인쇄되어 있다. 모든 약물 분자와 모든 고분자 도표는 그가 확립한 관습, 즉 화학 물질은 모양이 있고 그 모양은 그려질 수 있다는 관습에서 유래한다. 그가 뱀을 꿈꿨든 아니든, 그는 화학에게 그림으로 생각하는 법을 가르쳤다.