日有所思,夜有所梦 江铭辉 五梦网
图1:1829年,凯库勒诞生在德国西南部的达姆斯塔特,他发现苯的结构
凯库勒 (Friedrich August Kekule) ,德国人,有机化学的奠基者,其中以引入苯的结构最著名。
1829年,凯库勒诞生在德国西南部的达姆斯塔特(Darmstadt),1848年进吉森(Giessen)大学,原先学习建筑·后来多次聆听该校化学大师李比希(Justus von Liebig,图2)的讲演,深受吸引和启发,遂改攻化学并在李比希实验室进行科学研究。大学毕业后从事教学和研究工作。后来他到巴黎及伦敦游学,然后再到比利时的康德大学,1867年转到德国北部的波恩大学(Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn),他在波恩之后就不去别的地方,在那里教学和研究度过一生。1875年当选英国皇家学会会员。他有着惊人的记忆力、丰富的想象力和坚韧不拔的进取精神,这三方面的结合,使他有活跃的创造力,在化学结构理论方面作出了巨大的贡献。
人到底最后会走哪条路,谁都不能预测,凯库勒"偶然"走上化学之路,且成名于化学并永垂千古。当达姆斯塔特的风气,也许受到传统文化的熏,凯库勒从小就喜欢文科。他能流利地讲4种外语 (法语、拉丁语、意大利语和英语),思维敏捷、思想新颖、写作独出心裁,常常受到老师们的表扬。有一次文学课时,老师出了一道作文要求学生们下课时交卷。别的学生都在埋头写作,唯独凯库勒呆呆地坐着望着天花板。老师冷眼望着他,但凯库勒却不知道。下课了,大家交出卷子,老师一看他的卷子,果然是空白,于是把他叫到黑板前,让他朗读目己的作文。出乎意料,凯库勒竟不慌不忙看着手中的白纸,读起来,而且他朗读的是一篇美妙无比的即兴之作。这使老师和同学们都大为惊讶,从此,凯库勒的文才在学校里出了名,凯库勒喜欢的是语文,可是父亲却要他去学建筑。虽然建筑不是他的所好,但凯库勒对建筑学也表现不凡,一位他父亲的建筑朋友曾教凯库勒制图和绘画的本项。当这位建筑师知道达姆施塔特市有3幢房子就是根据凯库勒这个中学生的设计而建造起来时,对他的能力非常敬佩。就在凯库勒中学将毕业时,父亲因心丈脏病去逝。按照父亲的遗愿,凯库勒到德国西部的吉森大学去学建筑。在大学时,凯库勒第一次听到李比希的名字。高年级学生提到李比希时,都显得十分钦佩和尊敬,因为这是一位名满世界的大化学家。大家对李比希的尊敬引起了凯库勒的好奇心,尽管他那时还不喜欢化学,但决定听一听这位有声望的科学家的讲课。听了第一次课之后,这位世界闻名的教授就给他留下了难忘的印象。凯库勒经常来听李比希的课,就这样,化学便一天天愈来愈强烈地及引着他,以至他打定主意改学化学。但只是学生追随先生,而李比希并不认识这位学生。他们俩的相互认识是在一个偶然的场合下,法院开庭审理轰动一时的赫尔利夫伯爵夫人戒指失窃案,他们俩都被传到法庭作证。凯库勒去作证是因为伯爵夫人的住宅就在他家对面。他清楚地记得伯爵夫人家发生火灾那天的情景,那天伯爵夫人的宝石戒指丢了。后来在她仆人那里找到相同的戒指,仆人说早在1805年这祖传的宝贝就到他手里,伯爵夫人的戒指上有两条蛇缠在一起,一条是黄全做的,另一条是白金做的。仆人却说他戒指上的白蛇是白银做的。传李比希到庭,是因为法庭事先请他测定戒指白色金属蛇的成分。这位化学家在法庭上宣布:「白蛇是白金制成的,而不是白银做的。同时,白金用在首饰业是从1819年才开始的,而该仆人却硬说这只戒指早在1805年就到了他手中。」因此,伯爵夫人仆人的罪行是很明显的,听了李比希这一席话,凯库勃更敬重这位教授了,也更加坚定了他献身化学的决心。从1850年秋天开始,凯库勒就开始在李比希的实验室工作。19世纪中叶,随着石油工业、炼焦工业的迅速发展,有机化学也很快发展起来。当时的有机化学家面临的一个难题是,如何理解苯的结构。苯是从煤焦油中提取的一种芳香的液体。苯的分子中含有6个碳原子和6个氢原子,碳的化合价是四价,氢的化合价是一价,例如水是二个氢和氧的结合(H-O-H),那么1个碳原子就要和4个氢原子化合,也就是说甲烷是四个氢和一个碳的结合。因此6个碳原子就该和12个氢原子化合(因为碳原子和碳原子之间还要化合),而苯怎么会是6个碳原子和6个氢原子结合呢?人们百思不得甚解。这时凯库勒也着手探索这一有机化学结构式上的难题。他经常每天只睡三四个小时,一起来就不歇手。他在黑板上、地板上、笔记本上、墙壁上画着各科各样的化学结构式,简直到废寝忘食的地步,但始终没能找到正确的答案。一天晚上他坐马车回家。由于过度劳累,在摇摇晃晃的马车上很快就唾着了。凯库勒做了一个梦,梦见六个碳原子手牵着手在空中飞舞,当他觉得奇怪想仔细看清楚时,翻身一变,变成伯爵夫人戒指上那条白蛇。蛇的头部正咬着自己的尾巴,变成了一个环(图3)。正在这时,马车夫大声喊道:「先生,您到家了!」凯库勒这才大梦中醒来,他很肯定的他梦中所看到的正是苯的构造。当即它把苯的六个碳画成一个环(图4),解决了有机化学上的这一长期没有解决的难题。1890年,德国化学会庆祝成立25周年大会上,凯库勒报告了自己的发现经过。谁知当天晚上,好几个化学学会的会员们特地雇了马车在大街上慢慢地行驶,睡起觉,做起梦来。他们也学凯库勒一样·能够从梦中得到灵感,可是谁也没有得到什么。这几位不求甚解的先生们忘了凯库勒在做梦之前曾花儿个月的时间紧张地探索苯的结构之谜。"日有所思"才会"夜有所梦"。凯库勒虽然是从梦中得到启示,而实际上他是在做梦中还念念不忘进行科学研究!
图3:蛇的头部正咬着自己的尾巴,变成了一个环。
大约过了四十年,化学家又创立新的化学键理论,有的原子不仅可以单键连接,也可以以双键连接,这样凯库勒的苯结构式就画成如图5。
图4
图5
现代化学研究告诉我们,苯环上的六个碳原子处在同一平面上,它们之间的价电子则均匀的分布在苯环的平面上,它的结构是因此被表示如图6。
图6