Fakta jsou lepší než sny

Augustu Kekulému se obvykle přičítá zásluha, že první předpověděl cyklickou strukturu benzenu. Existují ovšem důkazy, které naznačují, že k tomuto cíli dospěl dříve rakouský učitel jménem Josef Loschmidt.

Zeptáte-li se kteréhokoliv organického chemika na deset nejvýznamnějších objevů devatenáctého století, skoro určitě mezi ně zařadí cyklickou strukturu benzenu. Říká se, že napadla Augusta Kekulého ve snu o hadech zakusujících se do vlastního ocasu – odtud tedy kruhová struktura benzenu. Mělo se to stát na střeše londýnského autobusu nebo před požárem v Ghentu. V pozdějších popisech snu byli hadi nahrazeni opicemi. Hned po šesti biblických snech, spojených s osobou Josefovou, patří Kekulého sny mezi nejdiskutovanější snové záležitosti v západním písemnictví: byly o nich napsány stovky článků, vyskytují se v učebnicích organické chemie a posloužily jako náměty psychologických studií.

Fakta

Tyto sny jsou ovšem poněkud od věci. Kekulému se r. 1861 dostala do rukou kniha, kterou napsal tehdy ještě málo známý rakouský chemik a fyzik Josef Loschmidt. To se tedy stalo čtyři roky předtím, než Kekulé zveřejnil svou cyklickou strukturu benzenu. Zmíněná kniha obsahuje 368 grafických zobrazení, z nichž 121 se týká aromatických sloučenin (obrázek).

Nepatrný náznak může někdy přivést na stopu netušených věcí a to se stalo Kekulému. Ke své nejdůležitejší práci, přednesené před Francouzskou akademií r. 1865, přidal Kekulé poznámku pod čarou, v níž uvádí, že dává přednost svým návrhům struktur před strukturami Loschmidta a Cruma Browna. Po mnoha letech si této poznámky povšiml Richard Anschütz, Kekulého student, tajemník, nástupce jako profesor organické chemie v Bonnu a také jeho životopisec, a začal se zajímat, kdo vlastně ten Loschmidt byl.

Málokdy v historii chemie se hodí tak dobře výrok Johna F. Kennedyho: „Jedinec může změnit chod věcí a každý by se o to měl pokusit.“ Anschütz objevil stručný odkaz na Loschmidtovu knihu v Liebigově Jahresbericht (dávném předchůdci Chemických abstrakt) z r. 1861 a nakonec tuto knížku získal od vídeňského knihkupce. Anschütz byl zcela ohromen: čtyři roky před Kekulého předpovědí zobrazovala tato knížka správně četné aromatické struktury, poprvé vůbec ukazovala dvojné a trojné vazby s překryvy (obrázek), správně popisovala strukturu ozonu a předpovídala existenci cyklopropanu – o 21 let dříve, než tuto sloučeninu připravil jiný rakouský chemik – Freund. Anschütz si samozřejmě položil tu nejdůležitější otázku: znal Kekulé Loschmidtovu knihu? A zpočátku to kategoricky zamítl.

Po letech však objevil Kekulého dopis Erlenmeyerovi datovaný 4. ledna 1862, tedy jen několik měsíců poté, co Loschmidtova kniha vyšla. V dopise se Kekulé zmiňuje o Loschmidtových „Confusions-Formel“, zmatených formulích. Loschmidt nazval svou knihu “Constitutions-Formeln der organischen Chemie“ a “confusion“ byla Kekulého slovní hříčka. Kekulé tedy Loschmidtovu knihu viděl.

Ta knížka se nečte lehko. Jejích 47 stran je vyplněno toliko strukturami hustě natlačenými na rozkládacích stránkách, které se vyklápějí až na sedminásobek formátu. Chce to hodně odvahy a trpělivosti, aby si člověk dal dohromady struktury s textem.

Náprava omylu

Anschütz věnoval měsíce práce tomu, aby v Loschmidtově knize sladil formule s textem. Kromě toho připojil řadu vysvětlujících poznámek a biografii. Lépe čitelný text pak publikoval jako sérii historicky významných článků. Zdá se, jako by Anschützova obrovská práce byla činem, jímž student napravuje opomenutí svého učitele. Zemřelý William Wiswesser pečlivě studoval Loschmidtovy struktury, které lze dobře považovat za předchůdce jeho “racionálních vzorců“ a Wiswesserova liniového značení. Publikoval pak článek o Loschmidtovi r. 1989 v Aldrichimica Acta (3). Roku 1890 uspořádala Německá chemická společnost rozsáhlou oslavu nazvanou Benzolfest na památku 25. výročí Kekulého objevu cyklické struktury benzenu. V dubnu 1990 pak Americká chemická společnost zorganizovala sympozium, jehož námětem byla diskuse o Benzolfestu. Prof. Wiswesser a my jsme dostali pozvání, abychom na sympoziu hovořili o životě a díle Josefa Loschmidta. Prof. Wiswesser bohužel zemřel před zahájením sympozia. Náš příspěvek na setkání, rozšířený na kapitolu, vyšel v knize „The Kekulé riddle, a challenge to chemists and psychologists“ (4) a zabýval se podrobně Loschmidtovým dílem.

Někteří historici chemie kritizovali naše pojetí J. Loschmidta jako prvního, kdo popsal cyklickou strukturu benzenu. Podle jejich názoru Loschmidt použil kruhu jenom jako symbolu a neměl na mysli kruhové uspořádání šesti atomů uhlíku. V kapitole o benzenu a jeho derivátech Loschmidt nezdůraznil jmenovitě, že myslí na šest uhlíkových atomů v kruhu. Jeho sedmačtyřicetistránkový esej je velmi hutný a Loschmidt se v něm neopakuje: v diskusi o možnosti existence cyklopropanu však uvedl, že takový uhlíkový kruh se zdá možný, a dodal: „...jak uvidíme dále u fenylu, je to nejpřijatelnější domněnka.“ Stejně přesvědčivé je i Loschmidtovo pojetí aromatického šestičlenného heterocyklu v obrázku. Je tedy jisté, že Loschmidt byl opravdu první, kdo popsal cyklické organické molekuly – cyklopropan, benzen i heterocykly.

Jistá německá společnost otiskla zajímavou tabulku (viz text v rámečku), v níž jsou rok po roce shrnuty nejvýznamnější objevy v chemii. Pro rok 1865 je uveden Kekulého vzorec pro benzen a Loschmidtovo číslo, které vedlo k určení skutečné velikosti molekuly. Roku 1811 předpověděl Avogadro, že takový výpočet lze udělat, a r. 1865 jej Loschmidt uskutečnil.

Vztah mezi Kekulém, Loschmidtem a strukturou benzenu se stává nyní zřejmým. Kekulé opomněl citovat Loschmidta, neboť jak napsal Wotiz (4), „sny nejsou provázeny poznámkami pod čarou a citacemi literatury“. Vztah struktury benzenu a Loschmidtova čísla není hned patrný, ale je zcela reálný. Jen málokdo ví o motivaci, která Loschmidta vedla k výpočtu tohoto čísla. Odpověď poskytl on sám: „Hlavním cílem této práce je poskytnout hlubší pohled do stavby hmoty.“ Tato klíčová věta se nenachází v jeho slavné práci z r. 1865 o výpočtu velikosti molekuly, ale v osmistránkovém eseji o zákonech plynných soustav, jenž doprovází onu 47stránkovou práci Chemische Studien z r. 1861. Esej obsahuje Loschmidtův program, který vedl až k výpočtu Loschmidtova čísla, a je úmyslně publikován s článkem Chemische Studien snažícím se popsat molekuly „geograficky“, tedy v prostoru. Liebig a mnozí jiní chemici pochybovali o tom, že vůbec lze určit skutečné atomové váhy; takový výpočet lze ovšem uskutečnit pomocí Loschmidtova čísla. Toto číslo vedlo k váhám, jeho molekulové vzorce z r. 1861 vedly ke strukturám molekul.

Je úžasné, jak blízko je Loschmidt k našim molekulovým modelům. I zde pomáhá Anschützova práce: ukazuje, jak vysoko stojí Loschmidtova zobrazení nejjednodušších molekul (např. kyseliny octové v obrázku v rámečku) nad Kekulého popisem z r. 1861. Kdyby byl Kekulé pochopil a připustil, jak je Loschmidt geniální (místo toho, aby nazýval jeho vzorce Confusions-Formeln), mohli jsme mít molekulové modelování o celé století dříve.