Август Кекуле

Для середины XIX столетия в Германии характерно бурное развитие капиталистических производственных отношений. Возки-кали крупные промышленные предприятия, на которых использовалась наиболее совершенная в то время технология. В течение нескольких десятилетий основные отрасли германской промышленности по мощности превзошли английскую промышленность,, бывшую до этого ведущей в Европе. В Германии первой половины XIX в. существовали лишь небольшие химические фабрики, каждая из которых производила самую разнообразную продукцию. В первые десятилетия второй половины XIX в. в стране появились крупные, построенные с учетом последних достижений химической технологии предприятия, специализировавшиеся на выпуске определенных видов продукции. Помимо развития существовавших ранее производств удобрений и взрывчатых веществ были созданы другие отрасли химической промышленности, появление которых было обусловлено успехами химической науки: в первую очередь это относится к созданию анилинокрасочной промышленности. Число известных органических соединений возрастало со скоростью взрыва; если в 1865 г. их было известно около 3000, то в 1880 г. уже примерно 15 000. Естественно, что на повестке дня появилось создание теоретических основ органической химии. Выдающийся вклад в решение этой проблемы внес Август Кекуле (фон Страдониц).

Как и многие другие, ставшие впоследствии знаменитыми химики того времени, Август Кекуле²⁵ вначале предполагал посвятить себя совсем иной профессии: он собирался стать архитектором. Август Кекуле родился 7 сентября 1829 г. в Дармштадте. Сын чиновника, он поступил в "местный" Гиссенский университет, где с интересом слушал лекции Либиха. Эти лекции настолько заинтересовали Кекуле, что он в 1849 г. начал свое обучение химии у Либиха. Родители Кекуле разрешили юноше заниматься химией лишь после длительных споров, что характеризовало существовавшую в то время низкую репутацию химии в немецких университетах и в немецкой промышленности.

Август Кекуле (1829-1896)

Кекуле был самоотверженным студентом. Многие годы он спал по три-четыре часа в сутки. "Одна ночь, проведенная без сна, была не в счет. Только две или три ночи подряд без сна я считал своей заслугой",- вспоминал Кекуле [48, с. 1308]. Трудолюбие, преданность науке сочетались у Кекуле с громадным талантом исследователя. Бурное развитие химической промышленности и науки во второй половине XIX в. стимулировало теоретическое осмысливание фактического материала в химии. Кекуле стал одним из выдающихся теоретиков классической органической химии.

За изучением химии у Либиха последовало довольно продолжительное пребывание Кекуле в Париже, где он до 1852 г. занимался у Ж. Дюма, А. Вюрца и Ш. Жерара. В Париже, бывшем тогда знаменитым научным центром, у Кекуле пробудился особый интерес к проблеме конституции органических соединений.

После получения ученой степени Либих помог своему ученику найти место для работы в Англии, где у молодого химика еще более окрепло желание заняться изучением конституции веществ. Он познакомился в Англии с химиками, проводившими исследования в этом направлении и оказавшими, как признавал сам Кекуле, значительное влияние на него. Так, в статье, направленной против Кольбе, с которым Кекуле часто полемизировал, он констатировал: теория валентности основывается как на теории типов Дюма и Жерара, которые строили систематизацию органических соединений, исходя из нескольких основных типов (воды, аммиака и т. д.), так и на материале, важном для разработки теории валентности, который имелся в работах А. Уильямсона и У. Одлинга.

Вначале Кекуле в своих работах усовершенствовал теорию типов, введя в нее тип метана как основной для многочисленных органических соединений. Однако Кекуле сам понимал недостаточность этой теории, что особенно проявилось при изучении изомерии и природы радикалов. Работы Либиха, Франкланда и Кольбе также оказались источником основных идей Кекуле.

Шарль Жерар (1816-1856); французский химик, изучал значение гомологических рядов углеводородов и создал теорию типов

В либиховских "Анналах" за 1857 г. и в известном учебнике органической химии в 1859 г. Кекуле, получивший в то время уже звание приват-доцента Гейдельбергского университета, отчетливо высказал представление о "четырехзначности" атома углерода. Против приоритета Кекуле в установлении и доказательстве четырехзначности атома углерода всегда выступал Кольбе, приписывавший эту заслугу себе и Франкланду. Мысль о том, что атомы каждого элемента обладают определенной способностью к насыщению, или "атомностью" (Вихельхаус позднее назвал это "валентностью"), была высказана при рассмотрении металлоорганических соединений Э. Франкландом в 1853 г. и утвердилась за несколько лет до появления работы Кекуле в 1858 г. Но Кекуле распространил эту идею на углерод и связал ее с представлением о способности атомов углерода при насыщении своих "единиц сродства" образовывать цепи. Это механистическое учение о соединении атомов в цепи с образованием молекул²⁶ легло в основу теории химического строения. Для соединений с несколькими углеродными атомами Кекуле допускал возможность "более плотного прилегания атомов углерода друг к другу" [51, с. 155].

Но при рассмотрении строения ненасыщенных соединений большинство ученых все же приняли выдвинутое Э. Эрленмейером в 1862 г. представление о существовании кратных связей, в образовании которых при условии сохранения постоянной четырехвалентности атомов углерода участвует несколько единиц сродства каждого атома углерода.

Вначале Кекуле рассматривал эти представления лишь как рабочую гипотезу, с помощью которой можно было объяснить определенные явления и поэтому полезные для исследовательской работы. Кекуле считал, что лишь при помощи анализа, синтеза и химических превращений, т. е. всех методов, которыми тогда располагали химики, нельзя получить полного представления о строении молекул. Для более точного описания фактического материала требовались, согласно Кекуле, еще пространственные формулы и модели веществ. Кекуле первоначально придерживался представления о постоянных валентностях элементов, что, однако, противоречило фактам, и поэтому некоторые его взгляды подвергались жестокой критике.

Изображение бензольного кольца в 'Известиях Немецкого химического общества' (1890 г.)

В 1858 г. Кекуле стал профессором химии в университете Ген-та. По совету Либиха он охотно оставил свою очень плохо оборудованную лабораторию в Гейдельберге.

В 1865 г. в Генте Кекуле предложил гипотезу о строении бензола. Синтезы красителей, проводимые в то время в большом масштабе, стимулировали химиков к разработке более точных представлений о строении неизменявшихся при этом процессе исходных веществ, чтобы случайные успехи превратить в планомерные. Эти практические потребности снова вызвали на первый план проблемы конституции органических веществ.

Объединив в гипотезе строения бензола высказанные им ранее представления об образовании цепей углеродными атомами с учением Эрленмейера о существовании кратных связей, Кекуле пришел к идее о чередовании в молекуле бензола простых и двойных связей. Однако и здесь Кекуле имел предшественника в лице Й. Лошмидта, незадолго до того предложившего сходные по виду структурные формулы.

Кекуле никогда не отрицал, что его взгляды опираются на мысли и выводы других ученых. Он выступал против утверждения, что "теория строения бензола появилась, как метеор в небе",- и объяснял: "Едва ли можно вообще считать наверняка что-либо абсолютно новым не только в химии, но и вообще в любой науке, так постоянно развивающейся, как химия" [48, с. 1304].

Медаль Кекуле Химического общества ГДР, присуждаемая за выдающиеся заслуги в органической химии

Август Кекуле опубликовал свою гипотезу строения бензола в Париже в 1865 г., а спустя год - в "Анналах" Либиха. Несмотря на то что эта теория сразу столкнулась с возражениями, она довольно быстро была принята в науке и практике. Начало этому положил сам Кекуле, разъясняя возникавшие вопросы о строении ароматических соединений, изучая случаи изомерии при нескольких заместителях, различие между замещением в ядре и в боковой цепи. Для объяснения имевшихся данных Кекуле разработал в 1872 г. осцилляционную гипотезу, согласно которой в бензольном кольце происходит непрерывный обмен местами простых и двойных связей. Многочисленные попытки других химиков, например А. Ладенбурга и А. Клауса, преодолеть обнаруженные недостатки гипотезы Кекуле путем введения новых формул бензола оказались безуспешными. Только в наши дни удалось разрешить многие проблемы, связанные со структурной формулой бензола, на основе электронной теории.

Многие известные химики, современники Кекуле,- иные сразу, а другие в последующие годы - восторженно отзывались о его бензольной гипотезе, поскольку она живительным образом повлияла на исследования и позволила укрепить и расширить систематику органической химии. Кроме того, эта гипотеза оказала большую услугу в решении практических проблем химической промышленности, особенно при получении синтетических красителей. Это был еще один наглядный пример того, как химическая наука становилась производительной силой.

Созданием гипотезы строения бензола отнюдь не ограничивается вклад Кекуле в теоретическую химию. В 1867 г. он опубликовал работу о пространственном расположении атомов в молекуле, в которой указывал, что валентности углеродного атома могут и не находиться в одной плоскости. Скорее можно думать, что они "исходят из атомного ядра в направлении гексаэдрических осей... и оказываются в плоскости тетраэдра" [52, с. 218].

Химические формулы Кекуле ('сложные формулы') для органических соединений

Тем самым был проложен путь для создания впоследствии еще одного из основных положений современной органической химии. Идя по этому пути, ученик Кекуле Вант-Гофф и независимо от него Ле Бель предложили в 1874 г. широко используемую до настоящего времени тетраэдрическую модель метана²⁷.

Ученики и современники Кекуле оставили многочисленные свидетельства о деятельности ученого как преподавателя высшей школы, рисуя его как выдающуюся личность, влияние которой сохранилось надолго. Во время работы в Боннском университете Кекуле исполнял также (одно время) обязанности ректора. Особый интерес в связи с этим представляют две ректорские речи Кекуле, в которых он изложил свои взгляды на значение и цели естествознания. В 1877 г., выступая с речью "Научные цели и достижения химии", Кекуле объявил основной задачей естествознания исследование материи. Основой физики и химии Кекуле считал механику. Кекуле был одним из тех ученых второй половины XIX в., которые искали связи между отдельными областями естествознания. Мыслям, которые Кекуле при этом высказал, отдал должное Фридрих Энгельс, когда он занимался классификацией наук при работе над "Диалектикой природы" [5, с. 267-273]. Взгляды Кекуле на взаимосвязь отдельных областей науки на- ? шли отражение также в его материалистической оценке проведенных органических синтезов, которые противоречили виталистическим представлениям. В своем многотомном учебнике химии соединений углерода, который выдержал немало изданий, Кекуле писал: "Мы смогли убедиться в том, что химические соединения животного и растительного мира содержат те же самые элементы, что и тела неживой природы; мы также убеждены, что элементы, входящие в эти тела, подчиняются одним и тем же самым законам; разница между органическими и неорганическими соединениями не зависит, следовательно, ни от веществ, ни от числа или вида группировки атомов" [53, с. 10]. Кекуле принимал учение Демокрита как исходный пункт для научного анализа природы и утверждал, что понятие химического атома будет долговечным, хотя следует еще представить доказательства, что атомы построены из еще меньших частиц материи. В этом также отчетливо проявилось материалистическое мировоззрение Кекуле.

В своей второй ректорской речи (1878 г.) "Принципы высшего образования и реформа гимназии", как и многие другие его коллеги, Кекуле выступал за создание единой школы, которая должна осуществлять "подготовку к академическому высшему образованию" [54, с. 917 и сл.]. Помимо гимназий, по мнению Кекуле, необходимо создание реальных школ, поскольку уровень преподавания естественных наук в гимназиях был явно недостаточным.

Взгляды Кекуле на характер преподавания очень современны: он придавал большое значение общему развитию учащихся, тесно связывая его с совершенствованием производства. Он требовал от преподавания воспитания мысли, возбуждения и развития умственных способностей, приобретения знаний, полезных "самих по себе". Поэтому, по мнению Кекуле, в первые школьные годы предпочтение должно быть отдано учебным предметам, стимулирующим умственное развитие, "...лишь потом гораздо большее внимание должно уделяться изучению специальных предметов, важных для будущей профессии" [54, с. 917 и сл.].

Свою деятельность в качестве профессора химии в Боннском университете Кекуле начал как выдающийся преподаватель и великолепный исследователь. Это было высшей точкой его творческой деятельности. Затем состояние здоровья Кекуле ухудшилось. Из его лаборатории перестали выходить работы, которые привлекали бы, как прежде, внимание ученых всего мира. Но благодаря его выдающимся заслугам в прошлом имя Кекуле не было предано забвению. Знаменитые ученики, среди которых был, например, Адольф фон Байер, продолжили его дело.

Август Кекуле - классик органической химии - скончался 13 июля 1896 г.