凯库勒的凯库勒的环状碳链理论

早年，凯库勒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。
在海德堡以副教授的身份私人开课期间（1856-1858)，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、溴、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，凯库勒开始研究苯的结构。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，它围绕、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。

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