Возвратившись в Казань, Бутлеров прежде всего занялся улучшением университетской лаборатории. Характеристика великого ученого была бы не полной, если бы мы не рассказали о том, что было сделано им для практического преподавания химии.

Химическую лабораторию в Казани Александр Михайлович получил в весьма примитивном состоянии. Рабочее помещение состояло из одной, правда большой, в семь окон, комнаты. Два рабочих стола, большая печь, горн, песчаная баня без тяги, две переносные калильные печи — вот и все оборудование лаборатории. Тут велись научные исследования, здесь же подготовлялись опыты для лекций, мылась грязная посуда.

За невысокой перегородкой находилась и каморка старика-служителя.

Студенты работали на подоконниках больших окон. Газа не было, все пользовались спиртовыми лампами или углями. Если приходилось делать органический анализ, устраивались кое-как на печи.

И тем не менее Казанский университет прежде всего своей химической лаборатории обязан почетным местом в истории науки.

Познакомившись за границей со всеми преимуществами работы на газе, Бутлеров немедленно по возвращении в Казань начинает хлопотать об устройстве газового завода для лаборатории. Правление университета дало на это средства. Лаборатория была несколько перестроена: появился шкаф для тяги, к рабочему помещению прибавилась еще одна комната.

Надо упомянуть и о том, с какой опасностью соединялись занятия в лаборатории. Из-за недостатка средств невозможно было и думать об устройстве особого здания для газового заводика. Поэтому решили поместить печь с ретортой под передней, а газометр под главной рабочей комнатой. Мастерами были отставные солдаты-татары, едва ли понимавшие, что такое взрыв на газовом заводе. Лаборатория, таким образом, помещалась как бы на вулкане. Когда Бутлеров уехал в Петербург и лаборатория перешла в руки Марковникова, опасность еще более возросла. Для практических занятий, в особенности по аналитической химии, правда, была устроена стеклянная галлерея для работ с вредными газами. Но одновременно встал вопрос об увеличении газового завода ввиду прибавившегося числа студентов. Совет университета дал средства, с тем, однако, чтобы химическая лаборатория снабжала газом и все другие лаборатории.

Когда Казань получила городской газ, А. М. Зайцев, достойный преемник химических традиций Клауса, Зинина и Бутлерова, воспользовался этим случаем, чтобы все освободившиеся помещения присоединить к лаборатории.

Денежные средства лаборатории в пятидесятых и в начале шестидесятых годов были весьма скудны. Ежегодная сумма, отпускавшаяся на лабораторию, не превышала четырехсот рублей. Прибавлял еще иногда столько же университет, но все вместе составляло ничтожную сумму. Между тем оборудование для лаборатории приходилось выписывать или из-за границы, или из Петербурга и за одну перевозку уплачивать рублей по двести в год.

Отпускаемых средств нехватало даже на то, чтобы заказать рабочий стол для практикантов, число которых с каждым годом возрастало. Марковников, будучи студентом четвертого курса, собрал по подписке между работавшими двенадцать рублей, чтобы заказать стол на шесть мест, а недостающие десять рублей добавил Бутлеров. Недостаток средств тормозил работу как самого Бутлерова, так и его учеников. С введением нового устава в 1863 году все вздохнули свободнее: лаборатория стала получать около двух тысяч рублей, что казалось уже огромным богатством.

В этой значительно улучшенной химической лаборатории Казанского университета и начал серию новых работ ее руководитель.

За три года, предшествующие второй заграничной поездке, Бутлеров провел шесть чрезвычайно интересных исследований.

В первой работе этого периода, напечатанной в начале 1859 года, подтверждается прежде всего новыми данными состав уксусного эфира метиленгликоля и затем описываются «новые опыты, при помощи которых Бутлеров рассчитывал получить метиленгликоль. Правда; получить это соединение Бутлерову не удалось, но он получил новое интересное соединение, названное «диоксиметиленом». В этой же работе дано описание не приведших к положительным результатам опытов приготовления в свободном виде радикала метилена.

В 1860 году была опубликована работа Бутлерова о продукте реакции аммиака на диоксиметилен. Хорошо кристаллизующийся продукт этой реакции назван гексаметилентетрамином, известным нам теперь под названием уротропина.

К 1861 году относятся еще две замечательные работы Бутлерова. В одной из них описано сахаристое вещество, названное Бутлеровым метиленитаном, которое было получено действием известковой воды на диоксиметилен. Это соединение представляет первое синтетическое сахаристое вещество, приготовленное из простейшего органического соединения.

Открытие Бутлерова внесло новый свет в разрешение очень важного вопроса биологии — вопроса о механизме усвоения углекислоты растениями.

Этот бутлеровский синтез явился очень важной ступенью в формировании представлений о фотосинтезе. Он помог другим ученым решить эту важную проблему.

Открытие Бутлерова создало почву для открытия путей перехода из мира неорганического в органический.

Надо заметить, что все эти работы Бутлерова стоят в тесной связи с разрабатывавшейся им в то же время теорией химического строения. Между ними нет почти ни одной, которая давала бы лишь фактический материал для будущего науки. Напротив, каждая из них разрешала тот или другой частный теоретический вопрос, открывающий перспективы дальнейших обобщений. Работа такого характера совпадала с давнишней склонностью Бутлерова. В идее атомности он видел средство повести химию к ее широкому будущему, средство осуществить программу своей жизни, намеченную еще в его магистерской диссертации. Погружаясь мысленно в тесный мир молекулы, стараясь напряженным до страстности зрением увидеть, понять ее строение, взаимную связь и расположение атомов в ней, Бутлеров все ближе проникал «во внутреннее нечувствительных частиц строение».

Работы по синтезу формальдегида, уротропина, сахаристого вещества помогли ему уточнить для себя представление о строении молекул и приблизиться к разрешению важной проблемы изомерии. Ему становилось ясным, что различие органических веществ при тождественном атомном составе зависит от порядков связей атомов в молекуле, что знание этих порядков откроет возможность предсказания изомерных веществ.

Смелость и ясность ума, с какою Бутлеров подошел к вопросу предсказания новых органических соединений и изомеров на основе теории строения, можно сравнить лишь с той решительностью и ясностью ума, с какой впоследствии Д. И. Менделеев предсказал на основе (периодического закона существование и свойства неизвестных элементов.

«Десятилетие между 1858 и 1868 годами, — пишет Н. А. Меншуткин, — самое плодотворное из ученой деятельности Бутлерова; это десятилетие проведено в Казани и обнимает период его жизни примерно от 30 до 40 лет. Нелегкая лабораторная работа днем сменялась вместо отдыха кабинетной работой вечером. Печатные источники лишь в малой мере дают понять те успехи, которых, по словам его учеников, достигла теория строения в его устном преподавании».

Чтение лекций и подготовка к ним в тихие вечерние часы становятся часами напряженного творческого труда. Бутлеров постепенно перестраивает свой курс, теперь резко отличающийся не только от курсов, читанных его предшественниками, но и от курса, ранее читавшегося им самим. В основу изложения он кладет принцип химического строения; красною нитью через весь курс проходит понятие об атомности со всеми его следствиями.

Как в воспоминаниях учеников, так и в трудах самого Бутлерова мы не много находим подробностей, относящихся к творческой истории структурной теории.

Но в общих чертах восстановить ход творческой мысли Бутлерова мы можем по его «Введению к полному изучению органической химии», представляющему переработку читанного им в эти годы курса лекций.