凱庫勒 1829 年生于達姆施塔特, 1847 年入吉森大學學習建筑。他受了李比希的影響,把注意力轉(zhuǎn)向化學,拜李比希為師。1850 年,完成了題為《硫酸氫戊酯》的博士論文。
1850--1856 年,他遵照導師的意見到巴黎去與類型論者進行廣泛的接觸,聽過杜馬講授的有機化學,讀過熱拉爾( Charles Gerhardt )剛剛寫成的《有機化學專論》手稿,結(jié)識了武慈。凱庫勒已窺見了有機化學的現(xiàn)狀,以及有機化學理論上的混亂情況。
1854 年冬,凱庫勒抵倫敦,在一家醫(yī)院里擔任斯登豪斯( Stenhouse ,是李比希的學生)的助手,在那里結(jié)識了威廉遜和霍夫曼等人,他們經(jīng)常聚會在一起討論有機化學的理論問題和哲學問題,這些對年輕的凱庫勒產(chǎn)生強烈的影響。如他后來所說:" 我最初是李比希的學生,后來是杜馬、熱拉爾和威廉遜的學生,現(xiàn)在我不屬于任何學派。"1858 年,他任比利時時根特( Ghent )大學的教授,在這里( 1866 年),他發(fā)表了苯的結(jié)構(gòu)式,使凱庫勒名揚于世。1867 年,應聘為波恩大學教授和化學研究所所長,至 1896 年逝世。
凱庫勒對有機化學結(jié)構(gòu)理論的建立做了許多重要貢獻。其中如:
( 1 ) 關(guān)于碳元素四價學說和碳原子之間可以連接成鏈的假設。1850 年英國化學家富蘭克蘭德在研究金屬有機化合物時,發(fā)現(xiàn)在一些金屬有機分子中,每一種金屬原子只能和完全確定數(shù)目的有機基團化合,這個數(shù)目稱為元素的原子價。富蘭克蘭德的想法為凱庫勒發(fā)展了,凱庫勒懂得化合價真正意義并把它當作自己的有機分子的結(jié)構(gòu)理論的主導思想。1857 年凱庫勒提出有機化合物最重要的元素是碳,碳是四價的。在此基礎(chǔ)上設計了一些化合物的結(jié)構(gòu)模型。1858 年,凱庫勒發(fā)表了《關(guān)于化合物結(jié)構(gòu)與變態(tài)以及碳原子的化學性質(zhì)》,再次強調(diào)碳原子是四價的,并提出碳原子之間可以相互成鏈,這一假說后來成為有機分子結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ),至今證實了它的正確性,反映了客觀性。同年英國化學家?guī)炫猎谒摹墩撔碌幕瘜W理論》一文中也提出碳是四價的和碳原子之間可以相連成鏈狀的假說。凱庫勒讀了這篇論文之后,立即又寫了一篇論文,指出:確認碳原子是四價的和確認有可能形成碳鏈的優(yōu)先權(quán)應當屬于凱庫勒。然而他又指出,認為有機化合物分子具有一定的結(jié)構(gòu),可用結(jié)構(gòu)式表示。這種觀點的提出應當歸功于庫帕。
( 2 ) 建立了苯的結(jié)構(gòu)式。苯是法拉第于 1825 年發(fā)現(xiàn)的。1865 年凱庫勒提出苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)學說為:" 假如我們要說明芳香性化合物中原子的組成情況,必須解釋以下事實:① 所有芳香性化合物,即使是最簡單的,也較脂肪族中相應的化合物含較多的碳;② 象脂肪族中一樣,芳香族中也存在著為數(shù)很多的同系物;③ 最簡單的芳香性化合物,至少含有六個碳原子,六個碳原子形成對稱環(huán)狀,各碳原子之間存在著單鍵或雙鍵;④ 芳香物質(zhì)的所有衍生物,表現(xiàn)某些同族的特性,它們都屬于芳香族化合物 ,它們在進行一些較激烈的反應后,常常失去部分的碳,但主要產(chǎn)物仍至少含有六個碳原子,除非有機基團受到完全破壞。否則,當這些至少含有六個碳原子的產(chǎn)物形成時,分解作用也就停止了。"
凱庫勒在 1865 年用六角形表示苯的結(jié)構(gòu)式( Ⅰ ), 1866 年,他畫了一個有單,雙鍵的空間模型的草圖( Ⅱ ) ,后來簡化為( Ⅲ )。
至于凱庫勒如何發(fā)現(xiàn)苯的結(jié)構(gòu)式,據(jù)記載有各種說法。例如,有原子環(huán)圈舞形式的;有六個猴彼此抓住爪子或尾巴的;有被其侍仆打碎的伯爵夫人的戒指形式的;有的像波斯地毯上的圖案;有蛇形說的。就以蛇形的來說,記載也有出入。凱庫勒在 1890 年紀念苯的結(jié)構(gòu)式問世 25 周年大會上回憶說:" 如果大家聽到在我頭腦中產(chǎn)生的極為輕率的聯(lián)想是怎樣形成這一有關(guān)概念的經(jīng)過,一定會感到有趣的。" 在我當年僑居倫敦期間曾有一度住在議會下院附近的克拉帕姆路。我常常去找住在這個城市另一端的一位朋友 —— 謬拉,一起度過夜晚時間。我們海闊天空地談論各種問題,其中大部分話題是關(guān)于化學的。一個晴朗的夏日夜晚,喧囂的城市已經(jīng)沉睡了的時候,我才乘最后的一班公共馬車返回。我照例坐在車上不一會便陷入沉思。這時,我的眼前浮現(xiàn)出原子在旋轉(zhuǎn)。平時原子總是在我腦海中不停地運動著,但未看出是什么模樣。而這個夜晚小原子總是時而結(jié)合成對,時而大原子擁抱兩個小原子,大原子一會兒捉住三個或四個小原子,一會兒又似乎全部形成旋渦狀而跳起華爾茲舞來。我還看見大原子排著隊,處于鏈的另一端的小原子被牽著走。那正是我的恩師。化學大師考普在他的著作《分子世界》中,以他那引人入勝的筆調(diào)描繪世界。而這些我都是在他之前看到的。當馬車乘服務員喊了一聲:" 克拉帕姆路到了 " 的時候,才使我從幻想中驚醒。我回到寓所之后,為了把這個幻影記下來,至少耗費了這個晚上的一個時辰,我的結(jié)構(gòu)理論就這樣誕生了。"" 關(guān)于苯式理論的起源也是同樣的。當我住在比利時的格恩,我的書房面向狹窄的胡同,一點陽光也透不進來,這對于白天在實驗室工作的我來說,沒有什么不方便。一天夜晚,我執(zhí)筆寫著《化學教程》,但是,思維總是不時地轉(zhuǎn)向別的問題,寫得很不順利。于是,我把椅子轉(zhuǎn)向壁爐打起肫來。這時候,在我的眼前又出現(xiàn)一群原子旋轉(zhuǎn)起來,其中小原子群跟在后面。曾經(jīng)體驗過這種幻影的我,對此敏感起來,立即從中分辨出種種不同形狀,不同大小的形象以及多次濃密集結(jié)的長列。而這一些像一群蛇一樣,互相纏繞,邊旋轉(zhuǎn)邊運動。除此以外,我還見了什么,仿佛其中一條蛇銜著自己的尾巴,似乎在嘲弄我,開始旋轉(zhuǎn)起來。我象被電擊一樣猛醒起來。這一次,我又為整理這一假說忙了剩余的夜晚。" 在莫里森的《有機化學》又有一段稍有不同的敘述。根據(jù)以上的敘述,說明凱庫勒平時總是把原子分子的形象縈繞在腦海中,從幻覺中得到了重要的啟示,這是因為他在青年時代學過建筑學,善于捕捉住直觀形象。他曾從過名師李比希、杜馬、威廉遜等,不屬于任何學派,養(yǎng)成獨立思考的習慣,以豐富的化學事實為依據(jù),以嚴肅的科學態(tài)度進行多方面的分析探討才取得成功。