苯是一種重要的化工原料，其産品在今天的生活中可以說是無處不在，應用廣泛。苯的發現距今已有190年，但當時的科學家怎麼也不會想到，看似簡單的這種物質，其結構的分析竟然困擾了科學家們整整一個世紀。在這漫長的時間裡，衆多科學家設計了許多巧妙的實驗，利用衆多的科學儀器才研究出苯分子的結構。而苯分子完美的結構也引起了有機化學結構理論的重大飛躍。今天，我們就追尋曆史的足迹，重溫苯分子結構的發現曆程，領略苯分子的結構之美。

苯

19世紀歐洲許多國家都使用煤氣照明，煤氣通常是壓縮在桶裡貯運的，人們發現這種桶裡總有一種油狀液體，但長時間無人問津。英國科學家法拉第對這種液體産生了濃厚興趣，他花了整整五年時間提取這種液體，最後在分離得到了一種新的液體物質。法拉第将這種無色的液體稱之為“氫的重碳化合物”。至于這種物質到底時候什麼？法拉第對此一無所知。

法拉第

法拉第分離出的這種他自稱為“氫的重碳化合物”的物質引起了衆多科學家的興趣，他們通過實驗和研究又得到了一些信息。1834年，德國科學家米希爾裡希通過蒸餾苯甲酸和石灰的混合物，得到了與法拉第所制液體相同的一種液體，并命名為“苯”。

當有機化學中的分子概念和原子價概念建立之後，法國化學家日拉爾等人又确立了苯的相對分子質量為78，僅由碳、氫兩種元素組成。這樣我們就很容易的可以得出苯的分子式應該是C6H6。

科學家們通過研究得出苯的含碳量高達92.3%，這令他們非常震驚，苯與等碳原子數的烷烴C6H14相比，整整少了8個氫原子。苯究竟是一種什麼樣的結構，這引起當時衆多科學家的興趣。19世紀初的時候，有機化學才剛剛萌芽，支撐整個有機化學理論的隻有德國化學家凱庫勒和法國化學家古柏爾提出的“碳四價學說”和“碳鍊學說”。衆多科學家根據上述的學說紛紛提出了自己的苯結構假說。有的是含有一個碳碳三鍵和兩個碳碳雙鍵的鍊狀分子，也有的是兩個碳碳三鍵的鍊狀分子，應該說當時對苯結構的猜測多種多樣、五花八門。

1860年左右，科學家發現苯與液溴在鐵粉存在時發生取代反應，并且苯的一溴代物隻有一種結構。十九世紀中葉，化學家們發現1mol苯在一定條件下最多可以與3mol氫氣發生加成反應。這些關于苯性質的發現徹底推翻了之前衆多科學家的假說，沒有一個能和相應的反應現象相吻合。那麼苯真正的結構到底是什麼樣的呢？這給當時的衆多科學家造成了很大的困擾。其中，有一位研究苯結構的德國科學家——凱庫勒也和現在的我們一樣陷入了苦苦的思索之中，得不出答案。這時，有機物結構發現史上具有傳奇色彩的一幕出現了。據凱庫勒自己事後所說，他當時研究苯的結構也是百思不得其解，想着、想着就睡着了，做夢了，在夢中他獲得了啟示。我們一起來看一下凱庫勒自己的回憶。

凱庫勒一直在想着怎樣在教材中寫苯的結構這一難題，然而百思不得其解，隻好停筆，偎爐休息。他面對爐中飄忽不定的火苗陷入了沉思，不知不覺進入了夢鄉。朦胧之中，凱庫勒仿佛覺得有一些碳原子在自己的面前跳起舞來，它們排成蛇的形狀，一會兒在火焰中翻滾，一會兒卷曲起來，突然，原子“蛇”的頭咬住了自己的尾巴，形成一個環狀，不停地旋轉起來。凱庫勒猛然驚醒，根據夢中受到的啟示，他迅速畫起苯的封閉式結構式來。經過若幹次的修正，最後他決定用六角環狀結構來描述苯的分子結構。

大家現在可能覺得能夠想到苯是環狀結構好像也不是什麼很了不起的事情，其實不然。在19世紀的時候，當時人們都認為碳原子之間隻能形成碳鍊，從來沒有人想過碳原子還可以成環，能夠邁出這一步應該說具有開創意義，它使人們研究有機物結構上升到一個新的階段。而凱庫勒能夠走出這具有決定意義的一步，應該說和他本人的經曆也有着一定的關系。凱庫勒早年上大學的時候剛開始并不是學習的化學，而是建築學，在一次偶然的情況之下，聽了當時化學大師李比希教授的一次講座，讓他對化學産生了濃厚的興趣，才轉行學習化學的。所以他本人非常擅長運用建築學的觀點去研究化學問題，被人稱為“化學建築師”。

凱庫勒（左）與李比希（右）

根據夢中的啟示，結合他本人研究的結果，凱庫勒在1866年發表的“關于芳香族化合物的研究”一文中，提出兩個假說：1.苯的6個碳原子形成環狀閉鍊，即平面六角閉鍊。2.各碳原子之間存在單雙鍵交替形式。

苯的球棍模型

但是很快新的問題又出現了。當時很多科學家都在做着實驗來驗證凱庫勒的假說，就連凱庫勒的兒子也很想證明他父親的結論，隻不過他走的是另一條途徑。苯的鄰位二元取代物的種類，從凱庫勒的假說中可以推導出兩種（一種接在雙鍵兩端的碳原子上，一種接在單鍵兩端的碳原子上）。但凱庫勒的兒子無論通過什麼方法都隻得到了一種結構。

通過上述種種的情況可以看出凱庫勒的假說與一些實驗有着矛盾，為了解決這些矛盾，1872年凱庫勒提出著名的“共振假說”：苯分子中碳原子完全以平衡位置為中心進行振蕩運動，使得相鄰的兩個碳原子不斷反複進行相吸與相斥，雙鍵因此不斷更換位置。苯分子實際如下圖所示，不斷地進行兩種結構的交替運動。

這時關于苯的性質又有新的發現。來回顧一下凱庫勒的假說，“各碳原子之間存在單雙鍵交替形式”，也就是說苯分子結構内部含有三個碳碳雙鍵。如果真得含有碳碳雙鍵的話，那麼苯就應該可以使溴水或者酸性高錳酸鉀溶液褪色，但研究表明苯并不具備這樣的性質。

苯結構的研究再一次陷入了困境。與此同時，從1865年起，許多化學家都提出了各種苯的結構式，其中拉登堡提出了三棱式一度成為凱庫勒式的有力競争者。但拉登堡的結構模型仍然不能與部分實驗事實完美的契合。

拉登堡的苯模型

這個時候人們隻能等待，等待科技的進步來徹底揭開苯分子結構上的神秘面紗。

進入20世紀以來，理論物理和實驗技術的快速發展為人類認識物質結構提供了基礎。

1935年，詹斯用X射線衍射法證明苯環是平面的正六角形，氫原子位于六角形的頂點，并測得苯分子中所有的碳碳鍵都是完全一樣的，它的鍵長介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間，是一種特殊的共價鍵。

20世紀著名化學家鮑林運用量子力學，用共振論解釋了苯分子的共轭體系與性質，這可以說是凱庫勒的振蕩假說以電子論的形式提出來了。

1988年，美國IBM公司的科學團隊利用掃描隧道顯微鏡第一次拍攝到苯的單個環狀影像。

2009年，美國IBM公司的科學團隊利用原子力顯微鏡給單個并五苯分子拍照。

并五苯

至此，覆蓋在苯結構上的神秘面紗才算是被真正揭開。

從苯環結構的照片我們可以清楚的看到，苯的結構特點：①苯環是平面正六邊形的結構，苯分子中12個原子共平面，鍵與鍵之間的夾角為120度。②6個碳碳鍵完全相同，它是一種介于單鍵和雙鍵之間的特殊的共價鍵。

100年來，凱庫勒式經曆了無數實驗的檢驗，它與真實如此接近令人驚歎！

凱庫勒說過的一句名言我們應該永遠記在心間：“我們應當會做夢……那麼我們就可以發現真理……但請不要在清醒的理智檢驗之前，就宣布我們的夢”

但是凱庫勒萬萬沒想到，在他發現苯結構的150年後，苯竟然讓中國的網友們玩嗨了，“苯寶寶”表情包火遍全網。

怎麼樣，今天小編介紹的化學史内容有趣嗎？

最後祝大家：福（氟）祿（氯）雙全（醛）

沒有中間的苯環，我們還能福（氟）祿（氯）雙全（醛）嗎？

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