150 χρόνια από τη δομή του Kekulé για το βενζόλιο

O Friedrich August Kekulé (1829-1896) ήταν γιος δημοσίου υπαλλήλου και γεννήθηκε στο Darmstadt. Μετά την αποφοίτησή του από το γυμνάσιο, το φθινόπωρο του 1847 εισήλθε στο Πανεπιστήμιο του Giessen , με την πρόθεση να σπουδάσει αρχιτεκτονική. Αφού άκουσε τις διαλέξεις του Justus von Liebig  κατά το πρώτο εξάμηνο του, αποφάσισε να σπουδάσει χημεία. Μετά από τέσσερα έτη σπουδών σε Giessen και μια σύντομη υποχρεωτική στρατιωτική θητεία, πήρε προσωρινές θέσεις βοηθού στο Παρίσι (1851-1852), στο Chur  της Ελβετίας (1852-1853) και στο Λονδίνο (1853-1855), όπου επηρεάστηκε αποφασιστικά από τον Alexander  Williamson. To  διδακτορικό του δίπλωμα απονεμήθηκε το καλοκαίρι του 1852.

Ο Kekulé και το βενζόλιο

Το πιο διάσημο έργο του Kekulé ήταν σχετικά με τη δομή του βενζολίου. Το 1865 δημοσίευσε ένα έγγραφο στα γαλλικά (γιατί βρισκόταν τότε στο γαλλόφωνο Βέλγιο), που υποδηλώνει ότι η δομή περιείχε ένα εξαμελή δακτύλιο ατόμων άνθρακα με εναλλασσόμενους απλούς και διπλούς δεσμούς.  Την επόμενη χρονιά έκανε μια πολύ μεγαλύτερη δημοσίευση στα γερμανικά για το ίδιο θέμα. Ο εμπειρικός τύπος για το βενζόλιο ήταν προ πολλού γνωστός, αλλά ο προσδιορισμός της δομής του ήταν μια πρόκληση. Ο Archibald Scott Couper το 1858 και o Joseph  Loschmidt  το 1861 πρότειναν πιθανές δομές που περιείχαν πολλαπλούς διπλούς δεσμούς ή πολλαπλά δαχτυλίδια, αλλά η μελέτη των αρωματικών ενώσεων ήταν στα πρώτα χρόνια της και πολύ λίγα στοιχεία ήταν διαθέσιμα τότε στους χημικούς.

Από τα στοιχεία που ήταν διαθέσιμα το 1865, ιδίως όσον αφορά τις σχέσεις των αρωματικών ισομερών, ο  Kekulé υποστήριξε την προτεινόμενη δομή του, εξετάζοντας τον αριθμό των ισομερών που παρατηρήθηκαν για τα παράγωγα του βενζολίου. Για κάθε μονοπαράγωγο του βενζολίου μόνο ένα ισομερές υπήρχε, πράγμα που σημαίνει ότι όλα τα έξι άτομα άνθρακα είναι ισοδύναμα, ούτως ώστε η υποκατάσταση σε οποιοδήποτε άνθρακα δίνει μόνο ένα δυνατό προϊόν. Για τα διπαράγωγα παρατηρήθηκαν τρία ισομερή, για τα οποία ο Kekulé πρότεινε δομές με τα δύο υποκατεστημένα άτομα άνθρακα να χωρίζονται από ένα, δύο και τρεις δεσμούς άνθρακα-άνθρακα. Αυτά αργότερα ονομάστηκαν ορθο-, μετα- και παρα- ισομερή αντίστοιχα.

Ωστόσο η δομή αυτή αμφισβητήθηκε έντονα από πολλούς, μεταξύ των οποίων οι Hermann Kolbe και Albert Ladenburg. Ο πρώτος θεωρούσε ότι η θεωρία διατυπώθηκε βεβιασμένα, ενώ ο δεύτερος υπέδειξε ότι τα δι- παράγωγα του βενζολίου θα έπρεπε να είναι περισσότερα από τρία αφού θα μπορούσε το σημερινό ορθο- παράγωγο να είναι διαφορετικό αν μεταξύ των δύο ατόμων άνθρακα με την υποκατάσταση μεσολαβούσε απλός ή διπλός δεσμός. Τα ισομερή αυτά δεν ανιχνεύθηκαν ποτέ κι αυτό έδωσε στον Kekulé τη βάση για να διατυπώσει το 1872 την πιο προχωρημένη από τις θεωρίες του, αυτή της "ταλάντωσης" του βενζολίου μεταξύ δύο ισοδύναμων δομών που διέφεραν στη σχετική θέση των απλών και διπλών δεσμών.

Αυτό σημαίνει ότι και οι έξι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα είναι ισοδύναμοι, καθώς ο καθένας είναι απλός στο μισό του χρόνου και διπλός στο άλλο μισό. Μια πιο σταθερή θεωρητική βάση για μια παρόμοια ιδέα προτάθηκε αρκετά αργότερα, το 1928, από τον Linus Pauling, ο οποίος αντικατέστησε την ταλάντωση με την έννοια του "συντονισμού" μεταξύ των δομών.

Το όνειρο με τον ουροβόρο

Η σημασία της δομής του βενζολίου και κατ' επέκταση όλων των αρωματικών ενώσεων ήταν τόση ώστε η Γερμανική Χημική Κοινότητα οργάνωσε το 1890 έναν εορτασμό για τα 25 χρόνια από την πρόταση της δομής από τον Kekulé. Στον εορτασμό αυτό μίλησε ο ίδιος ο Kekulé για τη δημιουργία της θεωρίας. Είπε ότι είχε ανακαλύψει το σχήμα του δακτυλίου του μορίου βενζολίου μετά από ένα όνειρο που είδε μια μέρα : ενός φιδιού που έτρωγε την ουρά του (αυτό είναι ένα αρχαίο σύμβολο γνωστό ως ουροβόρος). Η εικόνα αυτή δεν είναι βέβαια καθημερινό φαινόμενο στη ζωή αποτελεί όμως ένα γνωστό αλχημιστικό μοτίβο και προφανώς ήταν στο γνωστικό υπόβαθρο του Kekulé όπως και πολλών από τους ακροατές του.

Πηγή : Wikipedia