Создание бутлеровской теории химического строения органических соединений позволило объяснить большинство случаев изомерии. Стало ясно, что они являются результатом различий в химическом строении при одинаковом составе молекул. Однако все же встречались случаи изомерии, которые не поддавались истолкованию и с этих позиций. Это было известное еще с начала XIX в. существование пар оптических антиподов - веществ, полностью совпадающих друг с другом по всем физико-химическим свойствам, но имеющих противоположный знак вращения плоскости поляризации света. Из числа таких оптически активных веществ в то время были известны, например, винная и молочная кислоты, амиловый спирт, терпены, сахара и др. Не находили объяснения также и различия физико-химических свойств у некоторых пар непредельных соединений, которые, по всем данным, имели одинаковое химическое строение и тем не менее отчетливо различались по свойствам. Классическим примером такой пары являются фумаровая и малеиновая кислоты. Таким образом, старый «двигатель» теории органической химии - изомерия - продолжал действовать, требуя объяснения новых ее случаев.
Многие ученые интуитивно чувствовали, что речь идет об изомерии весьма тонкой, связанной, по-видимому, с новой главой теоретических представлений - с рассмотрением реально существующего объекта - молекулы в реальных условиях существования всякого физического тела - в пространстве. Уже в 60-е годы высказывался в этом смысле и А. М. Бутлеров.
Утвердившееся к началу 70-х годов учение о химическом строении приучило химиков представлять себе молекулы органических веществ в виде стройных архитектурных сооружений, в которых отдельные атомы связаны друг с другом в определенном порядке. И хотя скептики не уставали повторять, что никаких реальных данных о строении молекул в руках ученых еще нет (а некоторые из них, как мы видели, и в принципе отрицали познаваемость внутреннего строения молекул), что рассуждения о положении атомов - «метафизическая нелепость», - подавляющая масса ученых не сомневалась в том, что молекула, построенная из атомов, является определенным физическим телом, существующим в трехмерном пространстве.
Конкретную идею о пространственном строении органических молекул выдвинул в 1874 г. молодой голландский ученый Я. Вант-Гофф. Рассматривая структурные формулы веществ, способных существовать в виде пар оптических антиподов, Я. Вант-Гофф обратил внимание на то, что в них всегда присутствует атом углерода, соединенный с четырьмя разными атомными группами. Подметив это, он поставил перед собой вопрос: как же должны быть расположены эти четыре заместителя, чтобы объяснить существование двух различных молекул?
