1865 Benzeenstructuur van Kekulé

C₆H₆

Benzeen is een kleurloze vloeistof die bij 80°C kookt, zeer brandbaar is en daarenboven ook nog kankerverwekkend. Het bezit wel een aangename reuk, vandaar de term aromatisch die men gebruikt voor verbindingen die men aan benzeen kan relateren

In principe zou benzeen een eenvoudige structuur moeten bezitten. Het bestaat per slot van rekening maar uit twaalf atomen, zes koolstof- en zes waterstofatomen. Maar toch was het sinds de ontdekking in 1825 door de Engelsman Faraday, gissen naar een structuur. Het is Kekulé die tijdens zijn aanstelling aan de UGent de klassieke structuurformule bedenkt en bewijst, namelijk een zeshoek met alternerende enkele en dubbele bindingen.

De droom in de Veldstraat

Kort voor zijn komst in Gent had Kekulé reeds twee heel belangrijke postulaten geformuleerd: koolstof is vierwaardig of tetravalent en koolstof kan niet alleen bindingen aangaan met het monovalente waterstof (wat leidt tot methaan) maar ook met zichzelf, wat aanleiding geeft tot koolstofketens. Aan het tweede postulaat ging een droom vooraf. Gedurende zijn eerder verblijf in Londen (wellicht in de nazomer van 1855) zou hij op weg naar huis, al dromend zittend in een door paarden getrokken dubbelgedekte diligence, gezien hebben hoe dansende atomen in een farandole een ketenmolecule vormden, een illustratie van het tweede postulaat. Aan deze postulaten blijft ook de naam van de Schot Archibald Couper gelinkt die in dezelfde periode analoge ideeën geformuleerd had.

Op basis van de twee postulaten was het niet evident om een structuurformule voor te stellen voor het koolwaterstof benzeen, een verbinding die bestaat uit zes koolstof- en slechts zes waterstofatomen. Het verhaal wil nu verder dat Kekulé, gedurende zijn verblijf in de Veldstraat in Gent, vermoedelijk in de winter van 1861-1862, dommelend voor de open haard, in een dromerij een slang zag die in haar staart beet, waardoor hij een mogelijke ringketenstructuur voor benzeen overwoog. Hij zou zelf het droomvoorval pas veel later aanhalen, in 1890, 25 jaar na de formulering van de benzeenstructuur, in een redevoering gehouden ter gelegenheid van de “Benzolfeste”, een grootse Kekulé-huldiging in het stadhuis van Berlijn, opgeluisterd met een festijn gefinancierd door de chemische industrie.

Prioriteitsdebat

Het blijft nog onduidelijk waarom de cyclische benzeenstructuur pas in 1865 is gepubliceerd, een aantal jaren na de vermeende slangendroom. De bekendmaking gebeurde eerst op 27 januari in Parijs gedurende een zitting van de Franse Academie voorgezeten door Pasteur, waar Kekulé’s bijdrage met titel “Sur la constitution des substances aromatiques” door een collega werd voorgesteld. En een paar maanden later op 11 mei stelde hij het werk zelf voor voor de Koninklijke Academie in Brussel. De titel van zijn bijdrage aldaar luidde: “Note sur quelques produits de substitution de la benzine”. Een zeer gedetailleerde beschrijving volgde een jaar later in het tijdschrift Annalen der Chemie und Pharmacie met als titel: “Untersuchungen über Aromatische Verbindungen”.

Voor Kekulé’s bekendmaking had de Oostenrijker Josef Loschmidt reeds in 1861 structuurvoorstellingen gepubliceerd waarin zowel meervoudige bindingen als ringen voorkwamen. Van het bestaan van het werk met oorspronkelijke titel “Constitutions-Formeln der organischen Chemie in graphischer Darstellung” moet Kekulé weet gehad hebben. Maar wat nu algemeen wordt aangenomen is dat van alle wetenschappers die toen een stelling hadden ingenomen omtrent de structuurproblematiek in het algemeen en omtrent die van benzeen in het bijzonder, Kekulé de persoon was die het meest correcte beeld had van de natuur van benzeen, zoals die toen mocht blijken uit de resultaten van experimentele waarnemingen. En in die zin was Kekulé wellicht de persoon die van alle chemici het minst vatbaar was voor dromen. In deze context past dan ook  het volgende citaat uit zijn Berlijnse testamentsrede: “Lernen wir träumen, meine Herren, dann finden wir vielleicht die Wahrheit: ... aber hüten wir uns, unsere Träume zu veröffentliche, ehe sie durch den wachenden Verstand geprüft worden sind.”

De impact van de ontdekking van Kekulé

De ontrafeling van de structuur van benzeen door Kekulé vormt de basis voor de ontwikkeling van de klassieke aromatische chemie, die gewijd is aan (de studie van) verbindingen met analoge eigenschappen aan benzeen.

Waar in het eerste deel van de negentiende eeuw te weinig verbindingen van de benzeenfamilie bekend waren om er een verzamelnaam aan toe te kennen, maakte Kekulé’s theorie het mogelijk nieuwe producten te bereiden op rationele wijze. Vooral in Duitsland werd deze chemie verder ontwikkeld. Talrijke aromatische verbindingen bleken toepassingen te vinden eerst in de kleurstofindustrie, nadien in de farmaceutische. De door Bayer ontwikkelde aspirine op het einde van de negentiende eeuw is hier de meest sprekende exponent van. En ook vandaag bezit het overgrote deel van de farmaca een aromatische kern in hun structuur.

Een structuur die blijft verjaren

1865 zal vereeuwigd worden als hét ontdekkingsjaar van de klassieke benzeenstructuur door Kekulé. En dit zou men 100 jaar later uitvoerig vieren. Niet alleen werd in Gent opnieuw een tentoonstelling georganiseerd, ook vond rond deze periode een aantal internationale herdenkingscongressen plaats. Zowel in Duitsland (1864) als in België werd een postzegel met de structuur uitgebracht.

Pierre J. De Clercq
Vakgroep Organische en Macromoleculaire Chemie
28 november 2016

Dit is een variant van de tekst uitgesproken op de Sartonlezing door de auteur op 23 maart 2016.

Hoe verwijs je naar dit artikel?

De Clercq, Pierre. "1865 De benzeenstructuur van Kekulé." UGentMemorie. 28.11.2016. www.ugentmemorie.be/gebeurtenissen/1865-benzeenstructuur-van-kekulé

Bibliografie

Anschütz, Richard, August Kekulé. Berlin: Verlag Chemie, g.m.b.h., 1929.

Burmester, Ralph. Kekulés Traum - von Benzolformel zum Bonner Chemiepalast. Bonn: Dt. Museum, 2011.

De Clercq, Pierre. “In het spoor van Kekulé te Gent (1858-1867).” In Symposium 150 jaar Benzeenstructuurformule - Ontstaan en Huidige Toepassingen, uitgegeven door Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging, 33-53.

De Clercq, Pierre. “In het spoor van Kekulé te Gent (1858-1867).” Digitaal boek van de Sartonlezing van Pierre De Clercq op 24 maart 2015. Gent: Museum voor de geschiedenis van de Wetenschappen, 2015. (https://www.albelli.nl/onlinefotoboek-bekijken/ebb7b5c1-f772-4963-a945-3...)

Gillis, Jan. “Kekulé te Gent (1858-1867): De geschiedenis van de benoeming van August Kekulé te Gent en de oprichting van het eerste onderrichtslaboratorium voor scheikunde in België.” Brussel: Koninklijke Vlaamse Academie voor Wetenschappen, Letteren en Schone Kunsten van België 1959. (Verhandelingen 62.)

Symposium 150 jaar Benzeenstructuurformule - Ontstaan en Huidige Toepassingen. Gent: Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging, 2015.

Rocke, A. J. Image and Reality -  Kekulé, Kopp, and the Scientific Imagination. Chicago: University of Chicago Press, 2010.

Rocke, A.J. "It began with a Daydream: The 150th Anniversary of the Kekulé Benzene Structure." Angewandte Chemie 54 (2015): 46-50.

Wotiz, John H. The Kekulé Riddle - A Challenge for Chemists and Psychologists. Clearwater, FL: Cache River Press, 1993.