Вернувшись в Гент, он продолжил исследование фумаровой и малеиновой кислот. Не было сомнения, что эти кислоты — изомерные соединения. Но как объяснить их изомерию? Опытами было установлено, что молекула фумаровой кислоты присоединяет два атома водорода, в результате чего превращается в молекулу янтарной кислоты. Подобное свойство имеет и этилен: он превращается в этан в результате присоединения двух атомов водорода. Такое свойство кислот до сих пор известно не было. Объяснить это явление с точки зрения теории типов невозможно. Немало бессонных ночей провел ученый, пытаясь найти объяснение, но все усилия пока оказались тщетными. И Кекуле упорно продолжал ставить опыты и изучать свойства других кислот, набирать все больше и больше фактического материала.
Разрядкой огромного душевного напряжения явилась долгожданная свадьба, которая состоялась летом 1862 года. Сколько радости и счастья принесла ему Стефания! Силы его будто удвоились — вернувшись из свадебного путешествия, он работал с еще большим энтузиазмом: проводил опыты с ненасыщенными кислотами, заканчивал рукопись учебника. Но этот счастливый период оказался недолгим: грядущее материнство Стефании принесло тревогу за ее здоровье. Кекуле был очень обеспокоен состоянием жены, которое с каждым днем внушало все-больше опасения. И самые худшие опасения подтвердились — рождение сына стоило жизни матери. Кекуле был безутешен в горе.
Хоть какое-то успокоение могла дать только работа, и он буквально заточил себя в лаборатории.
Ненасыщенными кислотами теперь занимался его ассистент Шварц, а сам Кекуле принялся за изучение структуры бензола и его производных, требовавшее, прежде всего, отыскания подходящих средств для изложения учебного материала в разделе ароматических соединений. Он хорошо знал книгу Лошмидта[89], вышедшую в 1861 году, в которой впервые формулы органических соединений были представлены согласно атомной теории. Знал и теорию Бутлерова, которую еще полностью не принимал, но и не мог отвергнуть…
Атомы в молекуле взаимно влияют друг на друга, и свойства молекулы зависят от расположения атомов. Кекуле представлял себе углеродные цепи в виде змей. Они извивались, принимали самые различные положения, отдавали или присоединяли атомы, превращаясь в новые соединения. Кекуле обладал большим даром воображения, и, закрывая глаза, он реально представлял картину чудесных превращений одной молекулы в другую. И все-таки представить структуру бензола ему пока не удавалось. Как расположены шесть углеродных и шесть водородных атомов в его молекуле? Кекуле делал десятки предположений, но, поразмыслив, отбрасывал.
Утомленный работой, Кекуле отложил исписанные листы и подвинул кресло к камину. Приятная теплота постепенно окутала тело, и ученый забылся в полудреме. И снова в его сознании возникли шесть углеродных атомов, образуя причудливые фигуры. Шестиатомная «змея» непрерывно «извивалась» и вдруг, будто разозленная чем-то, она с ожесточением начала кусать себя за хвост, потом крепко ухватила его за кончик и так замерла. Нет, не змея, это же перстень графини Герлиц, который протягивал Кекуле Юстус Либих. Да, на его ладони лежит перстень — платиновая змея, переплетенная с золотой. Кекуле вздрогнул и очнулся. Какой странный сон! И длился-то всего мгновенье. Но атомы и молекулы не исчезали перед его глазами, он продолжал наяву вспоминать порядок расположения атомов в молекуле, увиденный во сне. Может быть, это ж есть решение? Кекуле поспешно набросал на листке бумаги новую форму цепи. Первая кольцевая формула бензола…[90]
Идея бензольного кольца дала новый толчок для экспериментальных и теоретических исследований. Статью «О строении ароматических соединений»[91] Кекуле послал Вюрцу, который представил ее Парижской Академии наук. Статья была напечатана в «Бюллетене Академии» в январе 1865 года. Наука обогатилась еще одной новой, исключительно плодотворной теорией строения ароматических соединений[92].
Дальнейшие исследования в этой области привели к открытию различных изомерных соединений, многие ученые стали проводить опыты по выяснению строения ароматических веществ, предлагали другие формулы бензола…[93] Но теория Кекуле оказалась наиболее правомерной и вскоре утвердилась повсеместно. На основе своей теории Кекуле предсказал возможность существования трех изомерных соединений (орто, мета и пара) при наличии двух заместителей в бензольном кольце. Перед учеными открылось еще одно поле деятельности, появилась возможность синтеза новых веществ. В Германии над этим работали Гофман, Байер, во Франции — Вюрц, в Италии — Канниццаро, в России — Бутлеров и другие. В 1867 году Кекуле был назначен директором нового химического института Боннского университета. Боннское правительство поддерживало кандидатуру Кольбе[94], который претендовал на это место с единственной целью — соперничества с Кекуле. Взгляды ученых были диаметрально противоположны, а вражда между ними стала пресловутой. Получив моральное удовлетворение от того, что его предпочли Кекуле, Кольбе отказался от места, и тогда Кекуле возглавил институт. В лаборатории Кекуле работали О. Баллах[95], Л. Кляйзен[96], Г. Шультц[97], Р. Ашпютц[98] и другие. Многие из них впоследствии стали известными учеными[99].
89
Иоганн Йозеф Лошмидт (1821–1895) — австрийский химик и физик, профессор физики в Вене; рассчитал количество молекул, содержащихся в 1 см3 газа при нормальных условиях (число Лошмидта 2,687∙1019). В 1861 г. в книге «Конституционные формулы органической химии в графическом изображении» предложил графические формулы 368 соединений. (Больцман Л. Статьи и речи. — М.: Наука, 1970, с. 85–105; Храмов Ю. А., ук. соч., с. 171; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 312.)
90
В литературе имеется множество версий о том, как Кекуле открыл формулу бензола: это и хоровод атомов, и змеи, и шесть обезьян, схвативших друг друга за лапы или хвост, и кольцо из золота и платины графини, убитой своим камердинером, и персидский ковер с рисунком, напоминающим бензольное кольцо, и др. (Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 209).
91
Понятие «ароматические соединения» Кекуле предложил еще в 1860 г.; оно происходит от лат. aromata — духи.
92
В этой статье Кекуле изложил теорию строения ароматических соединений. Он установил, что молекула бензола состоит из ядра с высоким содержанием углерода, и дал первую структурную формулу:
В 1866 г. Кекуле предложил свою знаменитую формулу бензола — замкнутое кольцо из шести атомов углерода, которые связаны друг с другом попеременно одной или двумя валентностями. Каждый из атомов углерода имеет свободную валентность, насыщаемую водородом:
93
К ним принадлежат диагональная формула А. Клауса (1867 г.), призматическая формула А. Ладенбурга (1869 г.), тетраэдр А. Розенштиля (1869 г.), центрические формулы А. Байера (1888 г.), В. Мейера (1872 г.), Г. Армстронга (1887 г.) и др. См.: Соловьев Ю. И. Эволюция основных теоретических проблем химии. — М.: Наука, 1971, с. 203–207; Быков Г. В. История классической теории химического строения. — М.: Издво АН СССР, 1960, с. 143; Быков Г. В. История органической химии: Структурная теория, ук. соч., с. 34–37 и др.; Биографии великих химиков, ук. соч., с. 179–185; Соловьев Ю. И. История химии, ук. соч., с. 211–215.
94
Адольф Вильгельм Герман Кольбе (1818–1884) — немецкий химик-органик, ученик Вёлера и Бунзена, с 1865 г. профессор Лейпцигского университета; исследовал и синтезировал многие органические вещества; в 1847 г. впервые применил обратный холодильник, а двумя годами позже открыл электрохимический метод получения насыщенных углеводородов (реакция Кольбе); написал ряд учебников, научных и научно-популярных книг. О Кольбе см.: Джуа М., ук. соч., с. 245–246; Быков Г. В. История органической химии: Структурная теория, ук соч., с. 23 и др.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 248.
95
Отто Баллах (1857–1931) — немецкий химик-органик, с 1889 г. профессор в Гёттингене. Его выдающиеся исследования в области химии терпенов и других алициклических соединений способствовали значительному развитию органической химии и химической промышленности. За эти работы он получил Нобелевскую премию по химии в 1910 г. О Валлахе см.: Красницкая Н. Д., Макареня А. А. ЖВХО, № 6, 622 (1975); Быков Г. В. История органической химии: Открытие, ук. соч., с 147 и др.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 894.
96
Людвиг Кляйзен (Клайзен) (1851–1930) — немецкий химик-органик; особо известен развитием общих методов органического синтеза: его именем названы реакция диспропорционирования альдегидов (1887 г.), сложноэфирная конденсация (1887 г.), перегруппировка (1912 г.), колба для вакуумной перегонки (1893 г.). О Кляйзене см.: Волков В. А. и др., ук. соч., с. 237–238.
97
Густав Теодор А. О. Шультц (1851–1919) — немецкий химик, профессор химической технологии и металлургии в Высшей технической школе в Мюнхене, ученик Кекуле.
98
Рихард Аншютц (1852–1937) немецкий химик и историк химии, профессор химии в Боннском университете, автор монографии о Кекуле.
99
В разное время в лаборатории Кекуле работали четыре русских химика — В. М. Петриев (Петриашвили) (1845–1908), П. Д. Хрущов (1849–1909), В. Ю. Рихтер (1841–1891), А. Н. Попов (1840–1881). Трижды (в 1857, 1858 и 1861 гг.) Кекуле встречался с А. М. Бутлеровым (Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 208).