奥古斯特·凯库勒:咬住尾巴的蛇
1890年,在纪念他发表苯论文二十五周年的庆典上,一位六十多岁的化学家向满堂同事讲述了他如何解决了该领域最困难的结构问题。他说,他当时正在打瞌睡,看到原子链像蛇一样扭动,直到其中一条咬住了自己的尾巴。他醒来后推导出了结论。这是化学史上最著名的起源故事;历史学家们仍在争论它是否真实,但这并不重要:结构是正确的,从那时起,有机化学就一直沿用凯库勒的图表。
从达姆施塔特到吉森
弗里德里希·奥古斯特·凯库勒(Friedrich August Kekulé)于1829年9月7日出生在黑森大公国的达姆施塔特。他于1847年进入吉森大学,打算成为一名建筑师——这一事实值得记住,因为他实际上创立的学科本质上就是建筑学的。在第一学期,他听了欧洲最强大的化学家尤斯图斯·冯·李比希(Justus von Liebig)的讲座,随后改变了方向。
他于1852年获得博士学位,随后做了四年巡回助理:1851–52年在巴黎,1852–53年在瑞士,1853年至1855年在伦敦。伦敦的岁月最为重要。在那里,他结识了亚历山大·威廉姆森(Alexander Williamson),后者关于分子结构的研究促使凯库勒思考他将终身致力于解决的问题——不是物质由什么组成,而是各部分是如何排列的。
四价碳
答案分两部分到来。1857年底,凯库勒宣布碳是四价的:每个碳原子正好形成四个键。1858年,他补充了决定性的扩展——碳原子可以直接相互连接,形成无限长的链。
说得这么简单听起来很明显。事实并非如此。化学家们一直无法解释为什么碳化合物的数量如此荒谬地超过所有其他化合物,而这两个命题合在一起提供了原因:一种拥有四只手且能抓住同类的元素构建了一个无限的组合库。科学历史研究所的总结很准确——凯库勒的理论解释了“一直困扰化学家的碳化合物的多样性”。
苏格兰化学家阿奇博尔德·斯科特·库珀(Archibald Scott Couper)独立得出了大致相同的结论,但他的论文在凯库勒于1858年5月发表后几周才到达法国科学院。库珀在他短暂职业生涯的余下时间里对优先权感到痛苦,而主张共享功劳的理由很充分。
根特
凯库勒于1856年在海德堡成为私教,1858年在根特担任正教授,并于1867年被召至波恩,在那里一直工作到退休。根特是他第二次发现发生的地方。
苯是有机化学中突出的丑闻。它的分子式C6H6是已知的;没有任何碳链排列能容纳它。1865年,凯库勒提出六个碳原子形成一个带有交替单键和双键的闭合环。这是化学中的第一个环状结构,它开启了整个芳香族化学——染料、药物、炸药,以及随后半个世纪的整个德国化学工业。
该结构有一个缺陷:它预言了不存在的异构体。1872年,凯库勒通过提出分子在两种等效形式之间快速振荡、键不断互换来修补它。这在细节上是错误的,但在精神上是正确的;它预示了六十年后量子化学将建立的共振和离域。
梦
凯库勒讲述了两个富有远见的故事,都发生在晚年。在一个故事中,大约1855年,他乘坐伦敦公共汽车时,看到碳原子跳着令人眩晕的舞蹈并配对。在另一个故事中,他在比利时炉火旁打瞌睡时,看到了蛇形的链条,其中一条把尾巴放进嘴里——衔尾蛇。
历史学家从未确定这些是回忆,还是一个懂得宣传的人的回顾性神话构建。毫无疑问的是他所做主张的形式:这个想法是不请自来的,处于一种遐想状态,而证明它的工作是在那之后进行的。无论是否真的如此,这都是关于理论工作感觉如何的一种异常诚实的描述。
为什么奥古斯特被称为天才
凯库勒的天赋是应用于不可见物体的空间想象力。他看不见分子,他有生之年也没人能看见;他所做的是从组合比例和反应行为中构建出一幅后来被证明是正确的三维图像。他赋予了化学它的符号——结构式,即每个化学家此后都在黑板上画的东西——并在此过程中将一门配方科学转化为一门建筑科学。这位失败的建筑系学生建立了这个领域。
成就的规模可以通过他的学生来衡量。他的三名博士候选人获得了诺贝尔化学奖:1901年的雅各布斯·亨里克斯·范托夫(Jacobus Henricus van 't Hoff),1902年的埃米尔·费舍尔(Emil Fischer)和1905年的阿道夫·冯·拜尔(Adolf von Baeyer)。任何学科中很少有老师能展示出这样的记录。英国在1885年授予他科普利奖章;德国在1895年封他为凯库勒·冯·斯特拉多尼茨(Kekule von Stradonitz)。
反面案例有两条线索。库珀独立得出了结构理论,只是在发表时间上输了,而凯库勒并没有刻意去分享功劳。而且凯库勒提出的苯结构并不正确——一旦理解了电子,交替键模型和振荡修补都被取代了。他是生产性近似的天才:一个在任何人能解释它为什么结合在一起之前几十年就猜出了正确形状的人。
遗产
他的《有机化学教科书》(Lehrbuch der Organischen Chemie)从1859年到1887年分卷出版,培养了一代具有新结构思维的化学家。他于1896年7月13日在波恩去世,在那里度过了近三十年。
苯环现在是科学界复制最多的符号之一,印在教科书、实验室门和邮票上。每一个药物分子和每一个聚合物图表都源于他建立的惯例:化学物质有形状,而且形状可以被画出来。无论他是否真的梦见过那条蛇,他都教会了化学用图像来思考。



