F
riedrich August Kekule sinh năm 1829 ở Đức. Ngay từ khi còn học trong trường trung học, cậu bé Kekule gầy yếu đã bộc lộ trí tuệ thật độc đáo. Có lần Kekule bị thầy giáo gọi lên bảng để đọc trước lớp bài tập làm văn được viết ở nhà, Kekule đã suy nghĩ kĩ về bài văn đó nhưng chưa kịp viết vào vở. Bị gọi bất ngờ, cậu học trò có trí nhớ tuyệt vời đã cầm trên tay quyển vở trống không và “đọc” cho mọi người nghe không phải những điều đã viết mà mới chỉ nghĩ trong đầu. Do tạng người yếu ớt, ông được nhà trường cho phép không phải học tiếng Hy Lạp, nhưng Kekule vẫn tự động theo học các giờ ngoại ngữ và thậm chí tốt nghiệp các môn ngoại ngữ như tiếng Ý, tiếng Anh với kết quả xuất sắc nhất. Kekule còn có một năng khiếu hội họa hiếm có. Chính trong thời đi học, Kekule đã sáng tạo nên bức tranh nổi tiếng “Sân lâu đài Heidelberg”.
Kekule mồ côi cha khi sắp tốt nghiệp trung học, hoàn cảnh kinh tế cùng với nguyện vọng của người cha mới từ trần không cho phép Kekule theo đuổi môn hóa học mà ông yêu thích, Kekule bèn ghi tên vào học ngành kiến trúc, một nghề dễ kiếm sống hơn trong xã hội bấy giờ. Mặc dù là một sinh viên kiến trúc tài năng, lòng say mê sâu sắc của Kekule vẫn dành cho hóa học và hai năm sau, mùa hè 1849 ông chuyển sang học hóa học cũng tại trường Đại học Ghitxen nơi Libic đang giảng dạy.
Tháng 5-1851, người anh cùng cha khác mẹ đã chuẩn bị cho Kekule một số tiền để đến du học ở Paris. Ở Paris, Kekule nghe các bài giảng hóa học, hóa lí và vật lý tại trường Sorbonne hay trường đại học y khoa. Nhưng may mắn lớn của ông là cuộc gặp gỡ với Saclexo Ghechac, người đã xây dựng nên thuyết kiểu, một bước tiến quan trọng trong hóa học hữu cơ thời bấy giờ. Kekule kể lại, một lần khi đi trên đại lộ của “thành phố của thế giới” ấy, chợt ông trông thấy một tờ quảng cáo lớn: “Những bài giảng triết học, hóa học của Saclexo Ghechac - giáo sư ở Montpellier…” ông rất ngạc nhiên và đã ghi tên vào học. Một ngày kia, Kekule viết “nhận được danh thiếp của Ghechac cho biết đã thấy tên ông trong các công trình về hóa học của Libic…” Kekule đến tìm Ghechac ngay và được đón tiếp rất nồng nhiệt, thậm chí Ghechac còn đề nghị Kekule làm trợ lí cho mình, nhưng điều kiện mà Ghechac đặt ra ông không chấp nhận được. Về điều kiện mà Ghechac nêu ra khi mời Kekule làm trợ lí, về sau Kekule kể: “Ghechac đề nghị là chúng tôi chia nhau số tiền học phí mà thực tập sinh của Ghechac phải nộp và khi Kekule hỏi có bao nhiêu thực tập sinh, Ghechac trả lời 1 người và thế là đành chịu”.
Theo Ghechac, các nguyên tố hóa học liên kết với nhau theo một số kiểu mẫu cơ bản đó là kiểu nước, kiểu amoniac, kiểu axitclohidric và kiểu hiđro. Thuyết kiểu là một cố gắng lớn lao nhằm hệ thống hóa các chất hóa học đã được phát hiện và gợi ý cho các thế hệ sau đi tới những hiểu biết đúng đắn về hóa trị của các nguyên tố trong các hợp chất. Nhờ sự tiếp xúc với Ghechac, Kekule có một tầm nhìn tổng quát về các vấn đề lí thuyết của hóa học, các hiện tượng đồng đẳng và tính chất cơ bản của các loại hợp chất. Những năm về sau, Kekule đã phát triển thuyết kiểu lên một bước mới đề xuất lí thuyết về hóa trị và sự tạo thành mạch cacbon trong chất hữu cơ.
Mùa hè năm 1852, Kekule rời Paris và ngày 25 tháng 5 năm 1852 ông bảo vệ thành công luận án tiến sĩ triết học tại Giessen - nơi ông đã học đại học. Sau một thời gian làm việc ở London, năm 185, Kekule trở thành giáo sư hóa học tại trường đại học tổng hợp Gent nước Bỉ. Chính trong thời gian làm việc ở đây ông đã hoàn thiện lí thuyết về cấu trúc vòng benzen và các hợp chất thơm, tuy thế một phần đáng kể của công trình này còn được tiếp tục phát triển khi ông trở về Đức làm viện trưởng Viện hóa học của trường Đại học tổng hợp Bonn (1867).
Ông là nhà hoá học hữu cơ Đức, đã đưa ra những quan niệm về tính hoá trị IV của cacbon và về sự tạo thành mạch của các nguyên tử cacbon; những quan niệm này đã đặt cơ sở cho sự phát triển hoá học hữu cơ.
Trên bìa một cuốn sách giáo khoa phổ thông về hoá hữu cơ có minh họa công thức sáu cạnh của benzen với các liên kết đơn và liên kết đôi luân phiên. Công thức được dùng để tượng trưng cho hoá hữu cơ đó do Kekule đưa ra năm 1865, khi ông đề xuất lí thuyết cấu tạo các hợp chất thơm. Công thức của Kekule phản ánh đúng đắn trật tự kết hợp các nguyên tử trong phân tử benzen và là một mô hình đơn giản thành công nhất về cấu tạo hợp chất này.
Luận điểm cơ bản trong thuyết cấu tạo hợp chất thơm là luận điểm về sự bắt buộc phải có mặt nhân benzen trong tất cả các hợp chất, những nguyên tử hydro trong đó có thể bị thay thế bởi các nguyên tố khác hoặc bằng các nhóm nguyên tử có cấu tạo khác nhau. Trên cơ sở lý thuyết này, người ta đã nhanh chóng tìm ra phương pháp sản xuất công nghiệp chất thơm, là nguyên liệu ban đầu để điều chế thuốc nhuộm tổng hợp.
Benzen dùng làm dung môi và là nguyên liệu để tổng hợp chất nổ được nhà khoa học người Anh - Michael Faraday (1791-1867) phát hiện từ năm 1825, nhưng sau đó vài chục năm người ta vẫn chưa biết được kết cấu của nó.
Người ta hiểu phân tử benzen rất đối xứng nhưng lại không tưởng tượng ra được là 6 nguyên tử cacbon hóa trị 4 và 6 nguyên tử hydro hóa trị 1 tổ hợp sắp xếp đối xứng với nhau như thế nào để hình thành phân tử benzen ổn định. Kekule suy nghĩ rất nhiều về vấn đề này và một điều kỳ lạ đã xuất hiện.
Chuyện kể rằng, một ngày mùa đông năm 1865, Kekule ngồi ngủ gật cạnh bếp lò do mệt mỏi nghiên cứu. Trong giấc mơ, cùng với ảo giác, những nguyên tử, phân tử cacbon và hydro nối nhau nhảy múa thành một dây xích. Ông viết “Tôi làm việc ở bàn viết với một cuốn sách và không đi đến đâu cả. Ý nghĩ của tôi lang thang. Các nguyên tử đang nhảy múa trước mắt tôi. Tuy nửa mơ nửa tỉnh nhưng tâm tư tôi có thể phân biệt được những chuỗi dài nguyên tử vặn vẹo đây đó như là những con rắn. Nhưng trời ơi! Một con rắn trong đó đột nhiên ngậm lấy cái đuôi của chính nó và quay cuồng trước mắt tôi tựa như trêu chọc tôi. Tôi giật nảy mình như bị sét đánh và tỉnh hẳn…”
Kekule bỗng nhiên bừng tỉnh và hiểu rằng benzen là vật chất kết cấu dạng vòng, đó chính là một vòng benzen hình 6 cạnh, ở mỗi đỉnh của hình lục lăng này đính một nguyên tử cacbon và một nguyên tử hydro.
Benzen thuộc loại hidrocacbon không no (dãy đồng đẳng CnH2n-6), nhưng khác với hidrocacbon thuộc dãy etylen C2H4, benzen thể hiện các tính chất vốn có của hidrocacbon no. Benzen bền vững với tác dụng của các chất oxi hoá, dễ tham gia phản ứng thế hơn là phản ứng cộng, v.v… Sở dĩ benzen và những hợp chất thơm khác có các tính chất đặc biệt này là vì nhân benzen tương đối bền vững đối với các phản ứng hoá học.
Việc khám phá ra công thức vòng benzen khiến cho việc chiết xuất benzen từ cốc hoá than đá, cũng như từ các hidrocacbon béo và hidrocacbon vòng no của dầu mỏ trở nên dễ dàng. Hiện nay, quá trình tổng hợp hoá học benzen từ hidrocacbon no và từ parafin vòng đã được đưa vào công nghiệp. Benzen là một nguyên liệu rất quan trọng trong công nghiệp hoá chất. Những nguyên tử hydro trong benzen dễ bị thay thế bằng clo và các halogen khác, bằng các nhóm sunfo-, amino-, nitro- và các nhóm định chức khác. Clobenzen, hexaclobenzen, phenol, anilin, nitrobenzen… là một số dẫn suất của benzen dùng trong công nghiệp hoá chất để sản xuất chất dẻo và thuốc nhuộm, bột giặt và dược phẩm, sợi nhân tạo, chất nổ, hoá chất bảo vệ thực vật, v.v
Có thể nói, nếu không có những quan niệm quan trọng nhất về sự cấu tạo các hợp chất hữu cơ do Kekule đưa ra vào những năm 1857-1858 thì không thể xây dựng được thuyết cấu tạo các hợp chất thơm. Năm 1857, Kekule đã định nghĩa hoá trị của một nguyên tố là số nguyên tử của các nguyên tố khác liên kết với nó. Trên cơ sở này, ông đã chia ra ba nhóm nguyên tố chủ yếu: nhóm nguyên tố hoá trị I như hydro, clo, brom, kali; nhóm nguyên tố hoá trị II như lưu huỳnh, oxi; nhóm nguyên tố hoá trị III như Nitơ, photpho, asen. Lần đầu tiên trong lịch sử khoa học, Kekule đã đưa ý kiến về hoá trị IV của cacbon. Ông dẫn ra nhiều ví dụ về các hợp chất của cacbon hoá trị IV: rượu etylic, etyl clorua, axit axetic... Ông đã nhận thấy nguyên nhân tạo thành các hợp chất hữu cơ là “một phần nguyên tử của các nguyên tố khác được ái lực của cacbon giữ lại trong hợp chất, còn chính những nguyên tử cacbon lại nối với nhau, tất nhiên phần ái lực của nguyên tử này liên kết với một lượng tương đương ái lực của nguyên tử khác”. Nói cách khác, Kekule đã giải thích được nguyên nhân tạo thành mạch nguyên tử cacbon trong các hợp chất hữu cơ. Ông đưa ra cả công thức tính toán số lượng nguyên tử hydro: 2n+2, trong đó n là số lượng các nguyên tử cacbon.
Cuối những năm 1850-1860 là giai đoạn nhiều thành công nhất trong cuộc đời Kekule. Vào thời gian này, ông đã cho in hai tập đầu tiên “Giáo trình hoá học hữu cơ”, trong đó lần đầu tiên ông coi khoa học này là “hoá học các hợp chất của cacbon”.
Kekule cũng là một trong những người tổ chức Đại hội quốc tế các nhà hoá học ở thành phố Đức Caclơxruhe (Karlsruhe) (1860), đại hội này đã chính xác hoá nội dung các khái niệm hoá học cơ bản: nguyên tử, phân tử, đương lượng.