Лаборатория Джона Стенхауза находилась в здании одной из больниц. Основная задача Стенхауза и его сотрудников состояла в анализе различных лекарственных препаратов, а также в разработке методов получения новых лекарств из природных продуктов, в основном из растений. Кекуле немедленно приступил к работе. Многочисленные и продолжительные анализы утомляли его и докучали своим однообразием, но он не жаловался. Удовлетворение после напряженного дня он находил в вечерних беседах с коллегами соотечественниками. Обычно он приводил с собой Генри Буфа, работавшего вместе с ним в лаборатории. Профессор Август Гофман и Рейнгольд Гофман, ассистент профессора Александра Уильямсона[80], тоже постоянно посещали эти дружеские собрания. Теоретические и философские проблемы органической химии были основным предметом их суждений. Такие понятия, как «соединительный вес», «атомный вес», «молекула», вызывали еще много споров. Теория типов, созданная Жераром, доказывала, что замещение одного элемента другим имеет место и в тех случаях, когда в реакции участвует элемент, весовое количество которого в два, три ила четыре раза больше соединительного веса. Франкланд ввел понятие «атомность» (мы это понятие называем валентностью). Идеи Франкланда развил Уильям Одлинг[81], предложивший валентность элементов обозначить черточкой у химического символа, например Н’, О”, Са”.
Вопрос о валентности чрезвычайно занимал Кекуле, и в его сознании постепенно назревали идеи экспериментальной проверки некоторых теоретических положений.
— Сера двухвалентна, как и кислород. Отсюда следует, что в некоторых органических соединениях, содержащих кислород, — спиртах, кислотах и эфирах — кислородный атом может замещаться атомом серы, если для этого будут подходящие условия, — вслух размышлял Кекуле.
— Это логично, но положение требует экспериментальной проверки, — поддержал его Уильямсон. — У вас есть какие-нибудь идеи на этот счет?
— Да. Сульфиды фосфора менее устойчивы, чем его окислы. Если нагреть смесь сульфида фосфора с органическим веществом, можно ожидать, что произойдет реакция обмена — образуется окись фосфора и серное производное органического соединения. Думаю начать с уксусной кислоты.
— Прекрасная идея! Для теории это будет иметь огромное значение, кроме того, если реакция пройдет успешно, вы, в сущности, введете в органическую химию новый реактив.
— К сожалению, я не могу сейчас начать опыты. И времени нет, да и негде. Даже трудно себе представить, чтобы в нашей лаборатории кто-нибудь мог заняться чем-то другим. Не думаю, что Стенхауз благосклонно отнесется к этой затее, ведь она непосредственно не связана с задачами лаборатории.
— Не думаю. Стенхауз — человек удивительно добрый. — Профессор Уильямсон на мгновение замолчал, размышляя о чем-то, затем продолжал: — Нужно найти выход, Кекуле. Иначе мне самому придется взяться за осуществление ваших идей.
После этого разговора Кекуле начал приходить в лабораторию ранним утром, за три-четыре часа до начала работы. Он готовил необходимые для синтеза вещества накануне, чтобы утром сразу же приступить к опыту. За короткое время, исходя из соответствующих кислородных соединений, он получил различные серосодержащие вещества — меркаптаны, диэтилсульфид, тиоуксусную кислоту и ее эфиры. Его работа не могла остаться не замеченной Стенхаузом по той простой причине, что тиосоединения обладали отвратительным стойким запахом. Узнав, что Август работает «для себя», Стенхауз рассердился, но тем не менее работать не запретил.
Профессор Уильямсон представил статью Кекуле в Королевское общество. В этой статье Кекуле делал попытку обобщить и расширить теорию типов, разработанную Жераром. К основным типам — воде, водороду, аммиаку, хлористому водороду и другим — он прибавил еще один — сероводород. Синтезированные им новые соединения представляли собой производные этого типа.
Предположения Кекуле оправдались. Сера действительно в эквивалентных количествах вытесняла кислород. Кекуле сравнивал свои выводы с главными положениями теории Одлинга. Понятие «валентность» атомов можно использовать как основу новой теории! Атомы соединяются по какой-то простой закономерности. Он представил себе атомы элементов в виде маленьких сфер, которые отличаются друг от друга только по величине. Кекуле закрывал глаза и отчетливо видел их. То крупные, то поменьше, они двигались, приближались друг к другу, сцеплялись.
Напряженная и утомительная своей монотонностью работа в лаборатории Стенхауза заполняла почти все время, и Кекуле не имел возможности обдумать и проверить опытным путем мысли, которые не давали ему покоя. Нужно искать другую работу. Он мечтал стать доцентом в каком-нибудь университете Германии, но из писем Либиха явствовало, что такой перспективы в ближайшем будущем не намечалось.
Весной 1855 года Кекуле покинул Англию и вернулся в Дармштадт. Он посетил университеты Берлина, Гиссена, Геттингена и Гейдельберга, но вакантных мест там не было. Тогда он решил просить разрешения определиться в качестве приватдоцента в Гейдельберге. Роберт Бунзен, профессор химии Гейдельбергского университета, одобрил эту идею. По его мнению, лекции Кекуле должны были привлечь слушателей, так как многие студенты интересовались органической химией. Получив разрешение, Кекуле снял помещение в большом трехэтажном доме, принадлежавшем торговцу мукой. Одну комнату отвел под аудиторию, а в другой устроил лабораторию. Места было мало, в лаборатории поместилось всего лишь два рабочих стола, но Кекуле был доволен. Деньги на оборудование дал опять дядя Карл.
Вначале лекции Кекуле по органической химии посещали только шесть человек, но постепенно аудитория заполнилась, и доходы Кекуле возросли — каждый слушатель вносил определенную сумму. Число практикантов, записавшихся в лабораторию, тоже увеличилось. Первым, кто начал работать в лаборатории Кекуле, был Рейнгольд Гофман. Еще в Лондоне они начали совместные с Кекуле исследования монохлоруксусной кислоты. Позже появился и второй практикант — Адольф Байер. Поселившийся в том же доме приват-доцент органической химии Эмиль Эрленмейер[82] разделил с Кекуле расходы по найму помещения.
Теперь Кекуле все свободное время мог посвятить исследовательской работе. Опыты, которые проводил он сам или вместе со своими практикантами, ставились с целью изучения двух основных теоретических вопросов, волновавших ученого еще в Лондоне: теории типов и валентности элементов. Несмотря на скудные средства, работа не приостанавливалась. Кекуле доставал химикаты, синтезировал новые вещества, изучал их свойства. Свое внимание он сосредоточил на гремучей кислоте и ее солях, строение которых оставалось еще не выясненным. Первые исследования Гей-Люссака и Либиха показали, что гремучая и циановая кислоты имеют одинаковый состав: в более поздних работах русского химика Л. Н. Шишкова[83], Ш. Жерара и того же Ю. Либиха доказывалась возможность получения и других продуктов с аналогичным составом — фульминуровой, изоциануровой и других кислот. Проследить этапы образования гремучей кислоты, установить тип, к которому она принадлежит, — это были важные вопросы, решение которых могло расширить и дополнить теорию типов.
К основным типам Кекуле добавил еще один — тип метана. В результате замещения четырех водородных атомов различными одновалентными радикалами получаются соединения типа метана.
Свои выводы он изложил в статье «О конституции гремучей ртути». Введя новый тип метана, Кекуле продолжал развивать и углублять теорию типов. Он решил подробнее коснуться этих вопросов в отдельной статье, тем более что в Германии было не так много химиков, которые знали бы и разделяли передовые идеи Жерара и Одлинга.
