有机结构理论奠基人之一——布特列洛夫

布特列洛夫是19世纪中叶杰出的化学家之一，他在创建有机化学的结构理论上做出了重要的贡献，和凯库勒、柯尔柏同时为结构理论的建立奠定了基础。为了了解布特列洛夫的成就，让我们先了解一下他所处的时代。

在1840年左右，喀山大学是俄罗斯的化学研究中心，这所大学创建于1804年，那里有2位有名的学者研究化学:一位是克劳斯，既是解剖学家，又是化学家，他以研究铂和发现元素钌而闻名;另一位是有机化学家齐宁，他是首先将西欧先进的科学技术和丰硕的化学成果介绍到俄罗斯的科学家之一。

尽管喀山大学有这两位有名的化学家指导学生学习和研究化学，但是工作条件远远落后于西欧。例如，在克劳斯任职之前，喀山大学根本没有化学实验室。

直到1857年著名的有机化学家马尔科夫尼科夫在该校学习时，化学实验室的条件仍然是不能令人满意的。他描述一间化学实验室里，只有两个实验台，一个大炉子，一个砂浴作为加热用具，而当时西欧的化学实验室已经使用煤气加热。马尔科夫尼科夫认为俄罗斯与西欧之间隔着一堵高墙，只有少数人能冲破它，呼吸到欧洲新鲜的空气。而布特列洛夫正是在这样的工作条件下开始了他的大学生活。

1828年8月25日亚历山大·米哈伊洛维奇·布特列洛夫出生于喀山附近的齐斯托波尔镇，他的父亲是一位退伍的军官。父亲希望他成为一位数学家，但是亚历山大·米哈伊洛维奇自认为没有计算能力，愿意从事实际的工作，于是他就进入喀山大学学习化学。一开始，布特列洛夫在克劳斯指导下学习，但是，他发现自己对齐宁的有机化学研究更加感兴趣，他看到了红色片状结晶偶氮苯、黄色针状结晶氧化偶氮苯和闪闪发光的联苯胺，使他决心一生从事有机化学研究。

在齐宁循循善诱的引导下，布特列洛夫研究了各种安息香基化合物和萘的化合物，完成了尿酸、靛蓝等一系列的有机制备。从这些较难的实验中，布特列洛夫掌握了有机化学知识和实验技能。他不仅在学校的实验室工作，而且还在家里制备咖啡碱、靛红、双阿脲等。显然，对于不习惯化学实验室气氛的家人来说，硝酸和硫酸的蒸气闻起来很不愉快，但是布特列洛夫却非常乐意做这些实验。

1849年，布特列洛夫完成了学士学位论文，题目是《乌拉尔—伏尔加地区的蝴蝶的研究》，由于这位年轻人的能力很强，喀山大学希望他能留在学校工作，于是他担任了喀山大学物理学讲师。1851年，布特列洛夫获硕士学位，论文题目是《有机化合物的氧化反应》。

1853年他完成了博士学位论文，题目是《从俄罗斯一家工厂的轻油中提取与樟脑类似的物质》。当时，喀山大学的化学和矿物学教授都同意通过这篇博士论文，但是物理学教授萨维尔也夫认为论文未能达到要求。于是，布特列洛夫只得将论文送到莫斯科大学去答辩，并于1854年获莫斯科大学化学和物理学博士学位。布特列洛夫在获得博士学位以后，对彼得堡进行了短期的访问，在那里会见了当时已在彼得堡工作的老师齐宁。

齐宁向布特列洛夫详细地介绍了日拉尔和罗朗的学说，以及《化学的方法》和《有机化学的特点》，使布特列洛夫的眼界大为开阔。布特列洛夫回到喀山大学以后，担任了编外教授，开始研究三碘化磷对甘露糖醇的作用，以及不同条件下松节油的性质。1858年他被提升为正教授，此后一直是喀山大学颇有名望的教授。

1857年，马尔科夫尼科夫进入喀山大学时，就在布特列洛夫指导下学习。马尔科夫尼科夫这样形容他的老师:“他不仅是一位优秀和慈祥的教授，而且对每一个学生所提出的问题都仔细地聆听，并作出详细的回答，当我们在实验室工作时，就好像在家里一样，感到很自由。”

1857年6月到1858年8月，能够熟练运用法语和德语的布特列洛夫到西欧访问，他首先访问了米希尔里希的实验室，看到了实验室中都使用煤气加热，而喀山大学则还在用酒精灯或煤炉加热，相比之下，喀山大学要落后得多，很难满足有机分析实验的需要。他还访问了海德尔堡大学，当时凯库勒还是一位讲师，但是这位年轻的学者却发表了著名的论文《碳的化学本性》，第一次介绍了原子价的概念。布特列洛夫对凯库勒的理论十分感兴趣，他们之间的学术交流和友谊对于后来布特列洛夫的研究工作产生了很大的影响。(https://www.daowen.com)

布特列洛夫在访问了瑞士和意大利以后，于1857年12月到达巴黎，他接受邀请访问了霍夫曼和威廉逊的实验室。在1857～1858年，巴黎云集了许多知名的化学家，如杜马、德维尔、贝特罗、巴拉德等，使布特列洛夫受益匪浅。他在巴黎时，主要在武慈的实验室中工作，研究从乙基钠和碘制备二碘乙烯，它与醋酸银反应又生成亚甲基二醇的醋酸盐。这一研究使布特列洛夫开始出名。

1858年7月布特列洛夫回到喀山大学，介绍了他访问西欧的观感，用他自己的话说他从学生变成了学者。他立即着手改善化学实验室的条件，在学校里建立了一座小型的煤气工厂，为实验室提供良好的燃料。在这一段时期，他继续在巴黎时的研究工作，虽然在尝试分离出二甲基二醇上未获得成功，但却证明了自由甲基是不可能存在的。他还制得了甲醛的聚合物，称之为二羟基甲基;用这种化合物与氨作用，布特列洛夫首先制得了六亚甲基四胺(即乌洛托品)。

他利用二羟基甲基与石灰水的反应，第一次合成了属于糖类的物质，这是利用比较简单的物质合成碳水化合物的第一个例子。这和维勒利用氰化物合成尿素，柯尔柏利用木炭、硫磺、氯和水为原料合成醋酸具有同等重要的意义。

1861年，布特列洛夫再一次访问西欧，又与他的老朋友凯库勒会晤。然后参加了在斯佩耶举行的“德国自然科学家和医生代表大会”，他在会上宣读了论文《化合物的化学结构》，这是在有机化学中第一次使用“化学结构”这一术语。

布特列洛夫提出，化学的发展，使日拉尔、罗朗和贝采里乌斯的理论已经满足不了要求，需要有一种新的理论来阐明有机化学。他所强调的化学结构的含义是:“假定一个原子具有一定的和有限的化学亲合力，借助于这种亲合力，原子形成化合物，那么，这种关系，或者说在组成的化合物中各原子间的相互连接，就可以用化学结构这一术语来表示。”他还指出:“一个分子的本性，取决于组合单元的本性、数量和化学结构。”因此，他认为有机化合物的化学性质与化学结构之间存在着以下关系:“根据化学结构可以推测分子的化学性质;同时，又可以根据化学性质和化学反应推测分子的化学结构。”

1862年，布特列洛夫又在《对有机化合物进行全面研究的介绍》一书中阐明了这些观点，这本书于1867年译成德文。不久，布特列洛夫被指定担任喀山大学校长，但是他并不需要一个干扰他研究工作的职位，所以他请求不担任此职。但是学校当局还是在1862年任命他为校长，而他只当了几个月的校长，就于1863年辞去了这一职务，专心致志于研究有机化学。

1864年，他研究了二甲基锌与碳酰氯(光气)的作用，得到了一种醇的混合物。接着，他又用乙酰氯代替碳酰氯，与二甲基锌反应，得到了一种新的醇，经过证明，它是叔丁基醇。这是第一次制得叔醇。柯尔柏曾经预言过叔醇这种化合物，现在由布特列洛夫制得了。后来，他还继续改进叔醇的制法，研究它的氧化反应，分离出它的衍生物。

1868年，门捷列夫认识到化学结构研究具有深远的意义，因此，他推选布特列洛夫担任彼得堡大学教授。布特列洛夫还担任过彼得堡科学院院长和美国化学会名誉会员。

1872年，布特列洛夫转向一个新的研究领域——合成并研究三甲基醋酸的性质，他用氰化亚汞处理叔丁基碘，再使生成的叔腈水解，就制得了三甲基醋酸，这一研究使他发现了叔酮的化学结构。

1876年，布特列洛夫在华沙发表了关于二异丁烯的论文，研究了聚合机理，第一次阐明了互变异构现象。他利用硫酸与叔丁醇的作用，获得了2种二异丁烯的异构体，并讨论了异构体之间存在的化学平衡:“在研究一种物质的化学结构时，由于反应条件不同，分子总是存在着2种或2种以上的异构体。”

1886年春天，布特列洛夫的健康开始恶化，于同年8月5日突然逝世，享年58岁。他的学生马尔科夫尼科夫不但接替了他的职位，还对有机结构理论的发展做出了贡献，提出了著名的马尔科夫尼科夫规则。