[资料分享] [抛砖引玉每日一例]--Kekule_The story of the benzene ring[2010-02-03] [复制链接]

Stefana
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发表于 2010-2-3 23:56:58 |显示全部楼层

KEY WORD:

1、化学家凯库勒 chemist Friedrich A·Kekule
2、苯环结构 The sturcture of the benzene ring
3、想象力与知识 imagination and knowledge
4、经验与研究 experience and research
5、颠覆传统 topple down conventional ways
6、独立思考 thinking independently
7、不同点与相似性 differences and relevance

相关题目:
4  "No field of study can advance significantly unless outsiders bring their knowledge and experience to that field of study."

27  "No one can possibly achieve success in the world by conforming to conventional practices and conventional ways of thinking."

34  "Instead of requiring students to take courses in a variety of disciplin es -- that is, courses ranging from the arts and the humanities to the physical and biological sciences -- colleges and universities should allow students to enroll only in those courses that will help prepare them for jobs in their chosen fields. Such concentration is necessary in today's increasingly work-oriented society."

59  "Too much emphasis is placed on role models. Instead of copying others, people should learn to think and act independently and thus make the choices that are best for them."

65  "People have been so encouraged by society to focus on apparent differences that they fail to see meaningful similarities among ideas, individuals, and groups."

73  "In most professions and academic fields, imagination is more important than knowledge."

94  "Universities should require every student to take a variety of courses outside the student's field of study because acquiring knowledge of various academic disciplines is the best way to become truly educated."

164  "Sometimes imagination is a more valuable asset than experience. People who lack experience are free to imagine what is possible and thus can approach a without constraints of established habits and attitudes."

227  "To remain vigorous, any academic field needs to be led by truly independent thinkers who are willing to ignore established boundaries and challenge long-standing assumptions."

　　人们在慨叹建筑业失去一位优秀的设计家之余，却惊喜地发现在有机化学这片原始森林中矗立起一座精美的大厦！
　　凯库勒投身化学的时期，正是有机化学成为化学主流的时期。有机化学以前所未有的速度向前发展：化学家们发现了有机化合物大量存在的事实，并人工合成了许多罕见的有机化合物；维勒和李比希基因理论的提出；法国化学家日拉尔“类型论”的建立等等。
　　这无疑大大丰富了有机化学知识，但此时的有机化学无论如何也不能和无机化学相比，因为无机化学的研究有道尔顿原子论的理论为指导，而有机化学没有。没有理论指导的实践，必然是盲目的，混乱的：为了描述醋酸的结构，人们使用了19种表达方式，谁是谁非？化学家们各持己见，互不相让，有机化学界一片混乱。
　　1895年，已颇有建树的化学家凯库勒担任了根特大学的化学教师。他在根特大学的化学实验室里集中研究了有机化合物的主干——碳链问题。大家知道，自然界中的碳原子，不像其他无机元素那样单个地组成物质分子，而是在碳原子之间形成手拉手似的碳链。短的链有几个碳原子，长的链有成百上千个碳原子。
　　凯库勒通过对醋酸的氯化研究，认识到碳链在化学反应中是不变的，牢固稳定的。紧接着，他又用琥珀酸、富马酸及顺丁烯二酸等有机化合物，进行了一系列的实验研究，来加以印证。不久，凯库勒表述了他对碳链的见解，还提出了有机化合物的结构理论他以碳四价为核心，建立起碳链结构理论。凯库勒的理论，后来经过俄国著名化学家布列特列夫的发展和完善，成为经典性的有机化合物的结构理论。
　　日新月异的有机化学，使在根特大学从事系统化学教授的凯库勒感到传统的教材已经过时，应该重新编写一本有机化学的新教科书以适应新的课题的需要。
　　但是，凯库勒在收集资料过程中，深深地感到化学界的混乱。为了提高化学家的理论统一性，他于1859年秋来到了卡尔斯鲁厄。
　　凯库勒此行的目的，是要和化学教授卡尔·魏尔青商讨关于召开世界化学家会议的问题。会议的主要内容，是解决化学家们在化学价、元素符号、原子和分子概念等方面的不同意见。
　　凯库勒的这种想法立即得到世界化学界的响应。
　　1860年9月3日，第一届世界化学家大会在德国卡尔斯鲁厄城召开，来自十几个国家的150位化学家出席了这次大会。这次会议解决了所有无机化学存在的混乱问题，可以说达到了预期目的。
　　但是作为会议发起人的凯库勒却很不满意。因为在这次会议上占主导地位的是无机化学，他的有机化学结构问题却被大多数人淡忘了。也许是有机化学真像维勒所说的那样是一片狰狞的、可怕的原始森林，
　　在吉森大学获博士学位。曾受教于著名化学家李比希等人。先后在海德堡大学、根特大学(比利时)、波恩大学任教。
　　早年，他在前人工作的基础上发展了类型论，认为分子的性质主要由类型决定，并试图建立一个有机物的整体的类型学说。1857—1858年，他提出了有机物分子中碳原子为四价，而且可以互相结合成碳链的思想，为现代结构理论奠定了基础。他的另一重大贡献是在1865年发表“论芳香族化合物的结构”论文，第一次提出了苯的环状结构理论。这一理论极大地促进了芳香族化学的发展和有机化学工业的进步。充分体现了基础理论研究对于技术和经济进步的巨大推动作用。
　　凯库勒一生著述甚丰。1929年，安许茨(R.Anschütz)主编，在柏林出版了两卷凯库勒资料汇编，包括他的生平、工作以及论文等。
　　曾任波恩大学校长和德国化学会主席。培养出拜尔等一批优秀化学家。1895年被德国皇帝威廉二世赐予贵族封号。
　　弗里德里希·奥古斯特·凯库勒是近代化学史上的一位著名有机化学家。他1829年9月7日出生于德国达姆施塔特。中学时代的凯库勒已才华初露，，他能讲四门流利的外语,法语、拉丁语、意大利语和英语。他非常喜欢钻研问题，思想深刻而新颖，经常受到老师们的表扬，同学们总爱同他一起讨论问题，觉得他对别人的思想有启发。他几乎对一切科学现象都很感兴趣，在各方面都表现出独特的才能。写作方面他与众不同，经常独出心裁；在建筑方面，他表现了惊人的天资。有一位建筑师是他家的世交，他经常教凯库勒制图和绘画，这个学生的接受能力颇使他惊奇，当时，在达姆施塔特市有三幢新建的房子，人们想不到它竞是由一个中学生设计出来的，他的名字就叫凯库勒。他喜欢学自然科学，但当时对化学并无什么偏爱。考虑到将来会有更多的收入，父母都主张他将来学建筑。然而不幸的是，在他中学毕业以前，父亲就去世了，他只好边工作边读书。
　　1847年，他考人古森大学学建筑学，在大学里，所学的课程有几何学、数学、制图和绘画。他口齿清楚，具有非凡的演说才能，他谈吐凤趣。善于很策略地提出重要建议。所以，入学不久他就成了人们普遍喜欢的活跃人物。
　　李比希是当时吉森大学里颇受人的敬佩的化学家，凯库勒决定亲自去听听这位声里很高的科学家讲课。他听了课之后，感到果然名不虚传。他很快就被这门奇妙的、具有强大生命力的学科所吸引。于是，他立志转学化学。此举遭到了亲人们的坚决反对，为此，他曾一度被迫转入达姆施塔特市的高等工艺学校求学。但他仍坚信，自己未来的前途是从事化学，别无它路。进入工艺学校不久，他就同因发明磷火柴而闻名的化学教师弗里德里希·莫登豪尔接近起来。凯库勒在这位老师的指导下，进行分析化学实验，熟练地掌握了许多种分析方法。当亲人们了解到凯库勒决心不放弃化学时，只好同意他重返吉森大学继续学习。1849年秋天，他回到了李比希实验室，继续进行分析化学实验。李比希被这位学生的坚强意志深深地感动了。在他的指引下，凯库勒从此走上了研究化学的道路。
　　为了在化学方面继续深造， 1851年，凯库勒在叔父的支助下，自费去法国巴黎留学。由于经济上紧张，他在巴黎只能维持很低的生活水平。但精力充沛的凯库勒，全然不顾这些困难，硬是顽强地刻苦学习着。他要利甩一切机会与每一分钟时间，充分吸收法国新的学术思想和学术风格。有一天：他从校园里的布告牌上得知，著名法国有机化学家查理·日拉尔正在讲授化学哲学课。他随即跑去听课，课后他向日拉尔提出了一些相当重要的问题，立刻引起了这位学者的注视。他被日拉尔请到自己的书房里，一起讨论。他们谈得很投机，竟忘记了吃饭。当他告别日拉尔慢慢走回家时，已经是深夜了。在巴黎，凯库勒过着清苦的生活。每天从早到晚，奔跑在教室与图书馆和宿舍之间。他的收获很大，掌握了不少新的实验事实和研究方法。他抓紧每一分钟时间，固为他深知，离1852年春天回国的日子越来越近了。
　　凯库勒所写的第一篇化学论文，是他研究硫酸氢戊酯的成果。这篇学术论文，得到了威尔教授等专家的很高评价。论文发表后，1852年6月，大学的学术委员会决定授予凯库勒以化学博士学位。
　　回国后不久，经李比希介绍，凯库勒到阿道夫·冯·普兰特的私人实验室工作过一段时间。后来到伦敦的约翰·施但豪斯的实验室工作。施但豪斯实验室的主要任务，是分析各种药物制剂，并研究从天然物（主要是植物）中制取各种新药的方法。这些工作单调乏味，每天累得精疲力竭，但凯库勒却毫无怨言，不知疲倦地研究着。晚上闲下来，就和同事们讨论有机化学中的理论问题和哲学问题。他们围坐在一起，进行着激烈的争论：象“化合价”、“原子量”、“分子”等概念，都是多次引起争论的话题。
　　凯库勒对原子价问题特别关注。他反复设想着，二价的硫和氧是一样的，因此，如果具备适当的条件，某些含氧有机化合物中的氧应该能被硫原子所取代，不久。他的想法果然得到了实验证明，由此，凯库勒认为原子的“化合价”概念，可以作为新理论的基础。原子之间是按照某种简单的规律化合的。他把元素的原子设想为一个个极小的小球，它们之间的差别只是大小不同而已。每当他闭上眼睛时，就仿佛清晰地看到了这些小球，在不停地运动着。当它们相互接近时，就彼此化合在一起。在斯但豪斯的实验室里，紧张而单调的工作几乎占去了凯库勒的全部时间，他的许多科学思想、新的假说都无暇去深入思考和进行实验验证。因此，他渴望能回到德国去，即使在某大学当个讲师，也可以有进行自己科研工作的时间。在1855年春天，凯库勒离英回国。他先后访问了柏林、吉森、葛廷根和海德堡等城市的一些大学，但令他失望的是，这么多地方都未能使他找到一份合适的工作。于是，他决定在海德堡以副教授的身份私人开课。他的这个想法得到了海德堡大学的化学教授罗伯特·本生的支持。凯库勒租了一套房子，把其中的一间作为教室，将一间改装成实验室。经济上完全由叔父支助。
　　到他这里来听课的人，最初只有6人；但没过多久，教室里就座无虚席了。这使凯库勒获得一笔可观的收入。而预约登记到他的实验室来工作的实习生还在与日俱增。他一边讲课，一边带实习生做实验，并用所有的空闲时间继续自己的研究。主要课题还是在伦敦时开始的有机物的“类型论”和原子的“化合价”。资金虽不充足，但尚可维持研究能不断进行下去。凯库勒用弄到的各种化学试剂合成了许多新物质，研究了它们的性质。他特别集中精力研究了雷酸及其盐类，期望搞清它们的结构。
　　凯库勒的研究，使原有的几种基本类型的有机化合物中，又补充了一种新的类型——甲烷类型。例如把甲烷的四个氢原子由一价的基团所取代，则可以得到甲烷类型的化合物。在《论雷酸汞的结构》一文中，他阐述了上述结论。在当时的德国，能理解和赞同日拉尔和欧德林等人的科学思想的化学家甚少，而凯库勒却补充和发展了他的类型论。
　　关于原子价理论，凯库勒曾发表了《关于多原子基团的理论》一文，他提出了一些基本原理。并对弗兰克兰、威廉逊、欧德林等人的某些结论加以概括总结，深入地研究了原子间的化合能力问题，他认为，一种元素究竟以几个原子与另一种元素的一个原子相结合。这个数目取决于化合价，即取决于各组分之间亲合力的大小。他把元素分为三类：
　　一价元素——氢、氯、澳、钾和钠；
　　二价元素——氧和硫；
　　三价元素一一氮、磷和砷。
　　这样，凯库勒就阐明了他对化合价的观点。在该文中，他还指出在所有的化学元素中，碳是占有特殊地位的。在有机化合物中碳是四价，因为它与四个一价的氢或氯相结合而形成CH4、CCl4。但是，碳还能生成别的碳氢化合物。因此，对于含碳的化合物需要特别加以研究。他的《论含碳化合物的组成和转化，兼论碳的化学性质》一文，不仅论证了碳在有机物中呈四价这一特点，还指出日拉尔曾试图用一个普遍原理——“双置换”（或称”二元置换”）来概括所有的化学反应。实践证明，日拉尔的理论是错误的，因为有“些反应是由几个分子直接化合成一个分子。文中凯库勒还用他崭新的思想考察了有机基团的组成。他写道，对于那些含有若干个碳原子的物质来说，应认为，个别种元素的原子是依靠了碳对它们的亲合力（即化合价）才能存在于有机物中。碳原碳与碳原子之间也相互化合，这时，一个碳原子的部分亲合力（化合价）被另一个碳原子的等量亲合力（化合价）所饱合。这在当时大多数化学家还不理解化合价的本质时、凯库勒的上述思想，也就是关于碳链的新思想的出现是有机化合物理论的一次革命。
　　凯库勒不仅表述了关于碳链的见解，还陆续地提出了有机化合物的结构理论，指出饱和碳氢化合物的组成通式为CnH2n+2 。他还指出，如果用简单转化的方法从一种物质中制取另一种物质，那么，可以认为在这类化合物中，碳原子的排列是不变的。发生转化时，所改变的仅仅是除碳原子外的别种原子的位置和它们的类型。
　　1861年起，凯库勒编著的《有机化学教程》一书，分册陆续出版问世。1862年33岁的凯库勒与照明用煤气厂厂长的女儿斯特凡尼娅结了婚。美满的婚姻使凯库勒力量倍增，他以更大的热情投入了工作。但可惜的是幸福的时光转瞬即逝。怀孕后的妻子健康状况令人担扰，使凯库勒非常焦虑。结果，由于儿子的诞生却牺牲了母亲的生命。凯库勒沉浸在无限悲痛之一。多少亲朋好友的劝慰，都未能使他从痛苦中解脱。唯有研究工作，使他在紧张中暂时忘却不幸，他集中精力研究起苯及其衍生物。
　　凯库勒关于苯环结构的假说，在有机化学发展史上作出了卓越贡献。他早年受到建筑师的训练，具有一定的形象思维能力，他善于运用模型方法，把化合物的性能与结构联系起来，他的苦心研究终于有了结果，1864年冬天，他的科学灵感导致他获得了重大的突破。他曾记载道：“我坐下来写我的教科书，但工作没有进展；我的思想开小差了。我把椅子转向炉火，打起瞌睡来了。原子又在我眼前跳跃起来，这时较小的基团谦逊地退到后面。我的思想因这类幻觉的不断出现变得更敏锐了，现在能分辨出多种形状的大结构，也能分辨出有时紧密地靠近在一起的长行分子，它竹滋绕、旋转，象蛇一样地动着。看！那是什么？有一条蛇咬住了自己的尾巴，这个形状虚幻地在我的眼前旋转着。象是电光一闪，我醒了。我花了这一夜的剩余时间，作出了这个假想。”于是，凯库勒首次满意地写出了苯的结构式。指出芳香族化合物的结构含有封闭的碳原子环。它不同于具有开链结构的脂肪族化合物。
　　苯环结构的诞生。是有机化学发展史上的一块里程碑，凯库勒认为苯环中六个碳原子是由单键与双键交替相连的，以保持碳原子为四价。1866年，他画出一个单、双键的空间模型，与现代结构式完全等价。 1896年春天，在柏林发生了严重的流行性感冒，早已患慢性气管炎的凯库勒被感染后，病情日益恶化。同年6月13日他与世长辞了。
　　作为一个杰出的科学家，凯库勒的成就得到了全世界的普遍公认。许多国家的科学院曾选他为名誉院士。他的意见不仅受到科学家的重视，而且也常为工业家们所采纳，成为19世纪以来。有机化学界的真正权威。