En 1825, Friedrich Wöhler (1800-1882) et Justus von Liebig (1803-1673) font  la première découverte des isomères ainsi nommés plus tôt par Berzelius. Ils travaillent avec de l'acide isocyanhydrique et de l'acide fulminique et ils déduisent correctement que l’isomérie est causée par différents arrangements d'atomes dans une structure moléculaire. En 1827, William Prout classe les biomolécules dans leurs groupements modernes : les glucides, les protéines et les lipides. Après que la nature de la combustion ait été réglée, commence un autre différend, à propos de vitalisme et la distinction essentielle entre les substances organiques et inorganiques. Le vitalisme est ébranlé en 1828 lorsque Friedrich Wöhler synthétise l'urée prouvant ainsi que les composés organiques peuvent être produits à partir de matières premières minérales et  réfute la théorie du vitalisme. Jamais auparavant un composé organique n’avait été synthétisé à partir d'un matériau inorganique.

Cela ouvre un nouveau champ de recherche en chimie, et à la fin du 19e siècle, les scientifiques sont  en mesure de faire la synthèse de centaines de composés organiques. Les plus importants d'entre eux sont les colorants  synthétiques mauves, magentas et d’autres  ainsi que l'aspirine médicament largement utilisé. La découverte de la synthèse artificielle de l'urée contribua grandement à la théorie de l'isomérie, vu que les formules chimiques empiriques pour l'urée et cyanate d’ammonium sont identiques (voir la synthèse de Wöhler). En 1832, Friedrich Wöhler et Justus von Liebig découvent et expliquent les groupes fonctionnels et les radicaux en  chimie organique, et synthétisent , pour la premiére fois, la benzaldéhyde. Liebig, un chimiste allemand, donne d'importantes contributions à la chimie agricole et biologique et travaille sur l'organisation de la chimie organique. Il est considéré comme le “ père de l'industrie des engrais" pour sa découverte de l'azote comme un nutriment essentiel pour les plantes, et sa formulation de la loi du minimum qui décrit l'effet des différents nutriments sur les cultures.

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