在 19 世纪,西欧工业比较发达的国家,炼铁技术得到飞速发展,他们把 煤经过干馏制成焦炭用于炼铁,但对在炼铁过程中同时产生的煤焦油和煤气 等,这些乌黑、气味难闻而又容易着火的东西要找个出路,曾经大伤脑筋, 并为此经历了很长一段时期。但在当时,化学家们却对它们很感兴趣。化学 家把这些煤焦油和煤气拿来,经过仔细的分离提炼后,得到了无数种有机化 合物。原来,有机化合物中,它们是非常特殊的大家族,有机化学家们把它 们称为芳香族化合物。 起初,人们从香树脂、香料油等天然物质中得到一些有特殊香味的纯物 质,现在又从煤焦油等物中,得到了其组成、化学特性与前者相类似的东西, 尽管其气味并不芳香,但品种却更多,在科学研究上的意义更大,作为有机 化合物的一族,也更具有 性,只是它的含义已不再是表面上有香味而已。 芳香族的有机物中,最主要的化合物便是苯。 最早发现苯的人是英国化学家和物理学家法拉第。他是偶然从贮运煤气 的桶里所凝集的油状物中,经过分离后得到了一种无色的液体。他用当时原 子量 H=1、C=6 的标准测出它的实验式是 H,并测出它的蒸汽比重是氢气的 39 倍。但他并没有推出它的分子式。如照现在原子量标准 H=1、C=12、苯的 实验式则应该是 ,根据蒸汽比重就能算出它的分于量是 78,便很容易知道 苯的真正分子式是 H6 。在约 9 年之后的 1834 年,又有人把安息香酸和石灰 放到一起干馏之后,也得到一种碳氢化合物,才给这个化合物取名叫“苯” (benzene),接着又有人测定出它的分子式是 H6 。
19 世纪中叶,有一位德国有机化学家凯库勒(1829~1896),在研究芳 香族有机化合物方面,做出了卓越贡献。他发现所有芳香性(族)有机化合 物有一个共同的特点:就是这们进行非彻底破坏(不燃烧)的激烈反应后, 经常失去了一部分碳,但主要产物总是至少含有 6 个碳原子。这种包含有 6 个碳原子的化合物,就是以苯为主体的化合物。于是 1865 年凯库勒提出了以 苯为基团的芳香族化合物的设想,并曾用多种图式来表示苯的分子结构,最 后 为 边形图式,也就是我们现在学化学时常用的苯的结构式。 早些时候,凯库勒在研究有机化合物的分子组成过程中,于 1857 年提出 了“原子数”的概念,指出:氢、氯、溴、钾为“一原子的”,氧和硫是“二 原子的”,氮、 砷是“三原子的”,而碳是“四原子的’”。这是化合 价的早期说法,也就是说,这些元素分别是一价、二价、三价和四价。
在这 一基础上,凯库勒认为有机化合物中,碳原子之间可以连成链状,这就能很 好的说明。例如碳氢化合物中,由甲烷 (CH4 )开始,随着碳原子数目的增多, 就分别能有组成不同的乙烷(C2 H6 )、丙烷( H8 )、丁烷( H10 )等一系 列化合物存在的道理了。 几乎是同时,英国的有机化学家库帕,于 1858 年也独立的提出了碳是四 价及碳原子间可以相连成链的学说。 凯库勒和库帕所提出的这些学说,为有机化学结构理论的建立奠定了非 常重要的基础。“化学结构”这个概念,在 19 世纪上半叶就已为化学家们所采用,“化合价”概念,特别是碳为四价的共识,更为探索有机化合物分子结构铺平了道路。但是苯(C6 H6 )分子的出现,让凯库勒等一直认为碳原子能够连成链 人,为难了好久,实验的事实证明,苯分子中六个碳原子、六个氢原了的性质分别完全相同,即它们分别以相同的关系,处在相同的位置上,如果这6个碳连成一个有头有尾的链条,而且又性质完全相同,若用碳四价的理论,是根本解释不通的。 凯库勒经过冥思苦想,终于认为可能这六个碳原子是连成一个环,经过 现代的结构理论研究 了这个六碳环是真实存在的。 对于凯库勒的设想,有人传说是他一 梦中见了一条蛇,咬着自己的 尾巴直打转而受到启发的。不知是否 其事,而他提出的苯的环状结构学 说,在有机化学发展史上的确起到了巨大的作用。
1890 年,在纪念苯的结构 学说发表 25 周年时,伦敦的化学学会指出:“苯作为一个封闭链式结构的巧 妙构想,对于化学理论发展的影响,对于研究这一类及其相似化合物衍生物 的异构现 内在问题所给予的动力,以及对于像煤焦油染料这样巨大规模 的工业的前导,都已为举世公认。” 前面说到的芳香族有机物,人们自从认识了苯环之后,它的真实含义便是具有苯环的化合物的简称了。这其中包括了很多种染料、医药、香料和炸 药。 自然界的煤,开始对被人们当成黑色的石头,在后来却发现它能燃烧,因而在很长的时间内只被当作燃料。随着炼铁工业的发展,大量的煤堆着闷 烧成焦碳时,便产生了浓烟而被排放到大气中,污染环境,损人健康。后来改为干馏炼焦,一方面提高了焦碳的产量和质量,同时所产生的煤气和煤焦 油,也被当作气体燃料和化工原料,都有其各自的用途,这样又降低了炼焦生产的成本。化学家们研究了苯结构后,发展了以煤焦油为基础的焦化工业。芳香烃 有机物的提取和合成,更极大地丰富了有机化学的内容,并且也极大地丰富了人们的物质生活。