凱庫勒夢見苯的平面結(jié)構(gòu)
凱庫勒“夢見”苯分子的平面結(jié)構(gòu)
苯是在1825年由英國科學(xué)家法拉第首先發(fā)現(xiàn)的.19世紀(jì)初,英國和其他歐洲國家一樣,城市的照明已普遍使用煤氣.生產(chǎn)煤氣的原料制備出煤氣之后,剩下一種油狀的液體.法拉第是第一位對這種油狀液體感興趣的科學(xué)家.他用蒸餾的方法將這種油狀液體進(jìn)行分離,得到另一種液體,實(shí)際上就是苯.當(dāng)時(shí)法拉第將這種液體稱為“氫的重碳化合物”.
1834年,德國科學(xué)家米希爾里希通過蒸餾苯甲酸和石灰的混合物,得到了與法拉第所制液體相同的一種液體,并命名為苯.
C6H5COOH + Ca(OH)2 = C6H6+ CaCO3 + H2O （脫羧反應(yīng)）
法國化學(xué)家日拉爾等人又確定了苯的相對分子質(zhì)量為78,分子式為C6H6.苯分子中碳的相對含量如此之高,使化學(xué)家們感到驚訝.如何確定它的結(jié)構(gòu)式呢?化學(xué)家們?yōu)殡y了：苯的碳、氫比值如此之大,表明苯是高度不飽和的化合物.但它又不具有典型的不飽和化合物應(yīng)具有的易發(fā)生加成反應(yīng)的性質(zhì).
對苯的結(jié)構(gòu),凱庫勒在分析了大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)之后認(rèn)為：這是一個(gè)很穩(wěn)定的“核”,6個(gè)碳原子之間的結(jié)合非常牢固,而且排列十分緊湊,它可以與其他碳原子相連形成芳香族化合物.于是,凱庫勒集中精力研究這6個(gè)碳原子的“核”.在提出了多種開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)但又因其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符而一一否定之后,1865年他終于悟出閉合鏈的形式是解決苯分子結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,他先以(Ⅰ)式(如圖1)表示苯結(jié)構(gòu).1866年他又提出了(Ⅱ)式,后簡化為(Ⅲ)式,也就是我們現(xiàn)在所說的凱庫勒式.
這個(gè)成環(huán)的概念在有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論上是一個(gè)重大突破,與碳原子之間能夠形成長鏈的概念具有同等重要的意義.1890年,在紀(jì)念苯環(huán)結(jié)構(gòu)學(xué)說發(fā)表25周年時(shí),倫敦化學(xué)會指出：苯作為一個(gè)封閉鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的巧妙構(gòu)思,對于化學(xué)理論的發(fā)展,對于研究這一類化合物及其衍生物中異構(gòu)現(xiàn)象的指導(dǎo)作用,對于發(fā)展煤焦油為原料的染料工業(yè)所起的先導(dǎo)作用,都已經(jīng)是舉世公認(rèn)的了.”
有人根據(jù)凱庫勒描述的夢境,用6只小猴子形象地表示苯分子的結(jié)構(gòu).
關(guān)于凱庫勒悟出苯分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的經(jīng)過,一直是化學(xué)史上的一個(gè)趣聞.據(jù)他自己說這來自于一個(gè)夢.那是他在比利時(shí)的根特大學(xué)任教時(shí),一天夜晚,他在書房中打起了瞌睡,眼前又出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)的碳原子.碳原子的長鏈像蛇一樣盤繞卷曲,忽見一蛇抓住了自己的尾巴,并旋轉(zhuǎn)不停.他像觸電般地猛醒過來,整理苯環(huán)結(jié)構(gòu)的假說,又忙了一夜.對此,凱庫勒說：“先生們,我們應(yīng)該會做夢!……那么我們就可以發(fā)現(xiàn)真理,……但不要在用清醒的理智檢驗(yàn)之前,就宣布我們的夢.”
應(yīng)該指出的是,凱庫勒能夠從夢中得到啟發(fā),成功地提出苯分子的結(jié)構(gòu)學(xué)說,并不是偶然的.這是由于他善于獨(dú)立思考,平時(shí)總是冥思苦想有關(guān)的原子、分子結(jié)構(gòu)等問題,才會夢其所思；更重要的是,他懂得原子價(jià)的真正意義,善于捕捉直覺形象；加之以事實(shí)為依據(jù),以嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度進(jìn)行多方面的分析和探討,這一切都為他取得成功奠定了基礎(chǔ).