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Primogénito de los quince hijos de un pastor luterano, cursó estudios de química con Friedrich Wöhler. En 1842 asistió a Bunsen en la Universidad de Marburgo; posteriormente, durante su estancia en Gran Bretaña, fue ayudante de Lyon Playfair en la Universidad de Londres. Entre 1847 y 1851 se ocupó de la edición del Diccionario de Química Pura y Aplicada, del cual fue coautor junto a Justus von Liebig. Finalizada esta tarea, suplió a Bunsen en la plaza que éste ocupaba en la Universidad de Marburgo. Catorce años después se trasladó a la Universidad de Leipzig, donde continuó con su labor como investigador y docente. Investigador de enorme talento, se mantenía firme en creencias abandonadas por sus colegas. Estaba seguro de que era posible obtener compuestos orgánicos a partir de algunos inorgánicos; tales presupuestos le llevaron a sintetizar hidrocarburos mediante la electrolisis de la sal metálica de un álcali, procedente a su vez de un ácido orgánico. Pionero en la aplicación de la electrolisis a compuestos orgánicos, estableció además la distinción entre alcoholes primarios, secundarios y terciarios y descubrió junto a Sir Edward Franklan los derivados organometálicos en 1849. En 1873 observó las propiedades del ácido acetilsalicílico (base de la aspirina) como antiséptico y logró sintetizarlo a escala industrial mediante el calentamiento del fenóxido metálico de un álcali con dióxido de carbono sometido a presión; un grupo carbóxido pasa a formar parte del anillo y el producto resultante es un ácido fenólico.
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