苯的发现和研究
苯是在1825年由英国科学家法拉第(即迈克尔·法拉第,Michael Faraday,1791-1867)首先发现的。19世纪初,英国和其他欧洲国家一样,城市的照明已普遍使用煤气。从生产煤气的原料中制备出煤气之后,剩下一种油状的液体却长期无人问津。法拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家。他用蒸馏的方法将这种油状液体进行分离,得到另一种液体,实际上就是苯。当时法拉第将这种液体称为“氢的重碳化合物”。
1834年,德国科学家米希尔里希(即恩斯特·埃尔哈德·米希尔里希,ErnstEilhard Mitscherlich,1794-1863) 通过蒸馏苯甲酸和石灰的混合物,得到了与法拉第所制液体相同的一种液体,并命名为苯。待有机化学中的正确的分子概念和原子价概念建立之后,法国化学家日拉尔(即查理·弗雷德里克·日拉尔,Charles Frederic Gerhardt,1816-1856) 等人又确定了苯的相对分子质量为78,分子式为C6H6。苯分子中碳的相对含量如此之高,使化学家们感到惊讶。对于如何确定苯的结构式,化学家们遇到了难题:苯的碳、氢比值如此之大,表明苯是高度不饱和的化合物,但它又不具有典型的不饱和化合物应具有的易发生加成反应的性质。
奥地利化学家洛希米特(即约翰·约瑟夫·洛希米特,Johann Jasef Loschmidt) 在他的《化学研究》(1861年出版)一书中画出了121个苯及其他芳香化合物的环状化学结构。德国化学家凯库勒(即弗里德里希·奥古斯特·凯库勒·冯·斯特拉多尼茨,Friedrich August Kekulé von Stradonitz,1829年-1896年) 也看过这本书,在1862年1月4日给其学生的信中提到洛希米特关于分子结构的描述令人困惑。不过,洛希米特把苯环画成了圆形。
凯库勒是一位极富想象力的学者,他曾提出了碳四价和碳原子之间可以连接成链这一重要学说。对苯的结构,他在分析了大量的实验事实之后认为:这是一个很稳定的“核”,6个碳原子之间的结合非常牢固,而且排列十分紧凑,它可以与其他碳原子相连形成芳香族化合物。于是,凯库勒集中精力研究这6个碳原子的“核”。在提出了多种开链式结构但又因其与实验结果不符而一一否定之后,1865年他终于悟出闭合链的形式是解决苯分子结构的关键。
关于凯库勒悟出苯分子的环状结构的经过,一直是化学史上的一个趣闻。1890年,在柏林市政大厅举行的庆祝凯库勒发现苯环结构25周年的大会上,据他自己说这来自于一个梦。那是他在比利时的根特大学任教时,一天夜晚,他在书房中打起了瞌睡,眼前又出现了旋转的碳原子。碳原子的长链像蛇一样盘绕卷曲,忽见一蛇抓住了自己的尾巴,并旋转不停。他像触电般地猛醒过来,整理苯环结构的假说,又忙了一夜。对此,凯库勒说:“我们应该会做梦!……那么我们就可以发现真理,……但不要在清醒的理智检验之前,就宣布我们的梦。”应该指出的是,凯库勒能够从梦中得到启发,成功地提出重要的结构学说,并不是偶然的。
但是,1992年,美国南伊利诺大学化学教授约翰·沃提兹(John H. Wotiz,1919年-2001年)在《凯库勒之谜,对化学家和心理学家的挑战》(The Kekulériddle, a Challenge to Chemists and Psychologists)一书中对凯库勒在苯环结构建立过程中所扮演的角色提出了质疑。早在1854年,法国化学家劳伦(即奥古斯特·劳伦,Auguste Laurent,1807-1853)在《化学方法》一书中已把苯的分子结构画成六角形环状结构。沃提兹还在凯库勒的档案中找到了他在1854年7月4日写给德国出版商的一封信,在信中他提出由他把劳伦的这本书从法文翻译成德文。这就表明凯库勒读过而且熟悉劳伦的这本书。但是凯库勒在论文没有提及劳伦对苯环结构的研究,只提到劳伦的其他工作。
