Дальнейшие события развивались не так быстро, как хотелось бы. Работа лаборантом химической лаборатории, магистрские экзамены, занятия со студентами, работа над диссертацией по изомерии, совпадавшая по времени с созданием и развитием теории строения органических соединений А. М. Бутлерова, и, наконец, защита диссертации «Об изомерии органических соединений» на физико-математическом факультете Казанского университета. В мае 1865 года Марковников становится магистром химии.

В отзыве на диссертацию Бутлеров писал: «Вопрос об изомерии принадлежит к числу тех, разрабатывая которые, поневоле приходится идти, очищая науку от произвольного и замыкаясь все более и более в круг необходимых теоретических воззрений. Вот почему все, что относится к вопросу об изомерии и уяснению ее причин, не может считаться чуждым развитию науки вообще…» В то время как учитель созданием теории химического строения совершает переворот в органической химии, его ученик стремится исторически обосновать необходимость новых взглядов и добыть им новые экспериментальные подтверждения. Марковников сделал глубокий обзор развития теории строения химических соединений от Я. Берцелиуса до А.М. Бутлерова. Сосредоточив главное внимание на явлениях изомерии, он воспользовался своими экспериментальными результатами по исследованию изомерии жирных кислот — масляных, «пировинных» и пиролимонных. Теория Бутлерова получила первое весомое подтверждение не только в диссертации Марковникова, но и в его статье «К истории учения о химическом строении», в которой прозвучала резкая критика А. Кекуле за его попытку приписать себе заслугу создания теории химического строения. Эта статья была напечатана в 1865 году «Лейпциге на немецком языке.

Между тем работа лаборанта, получающего очень небольшое жалование, вынуждала Марковникова с первых же месяцев искать дополнительный заработок. Он начал давать уроки на дому, что было весьма распространенным занятием в то время. Быстро нашлась и ученица — Любовь Дмитриевна Рычкова — внучка историографа Оренбургского края П.И. Рычкова. Постепенно между учителем и ученицей зародилась дружба, которая незаметно и естественно переросла в любовь, и в 4864 году состоялась свадьба. Любовь Дмитриевна свободно владела тремя иностранными языками и стала для мужа не только прекрасной женой, но и впоследствии незаменимой помощницей. Она делала для ученого переводы иностранных статей, переписывала его работы, сопровождала супруга в поездках за границу.

С июля 1865 года Марковников оставил должность лаборанта в Казанском университете, был причислен к Министерству народного просвещения и командирован на два года за границу для подготовки к профессорскому званию.

— Ну, что ж, милая Любочка, — обратился Марковников к супруге, нежно взяв ее под руку. — Наконец-то, и нас с тобой признали. Едем за границу, в Германию — центр химической науки. Посмотрим, что там знают и думают о работах по химическому строению.

— А тебе не страшно, Володя, ведь ты еще начинающий исследователь. Обычно таких, как ты, посылают учиться, т. е. перенимать знания, а ты самостоятелен в своих суждениях, и даже настроен агрессивно. Как нас встретят в чужих краях, особенно после твоей разгромной статьи о теории Кекуле?

— Не тревожься, милая, будем учиться, но и не только учиться, — загадочно улыбнулся Марковников. — Скажу тебе одной: давно уже думаю о том, что наши представления об органической молекуле слишком упрощенны. Я имею в виду тот вывод Бутлерова, где говорится, что химический характер атомов, входящих в молекулу, меняется в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле. Это изменение химического характера обусловлено взаимным влиянием атомов.

— Прости меня, но я мало понимаю в этом.

— Конечно, но я говорю об этом потому, что у меня большие надежды на предстоящую работу за рубежом; я попытаюсь все хорошенько проверить и обдумать.

Вначале Марковниковы приехали в Берлин, где Владимир Васильевич некоторое время работал в лаборатории известного немецкого химика Адольфа Байера. Затем они перебрались в Гейдельберг, где ученого привлекла лаборатория молодого приват-доцента Эмиля Эрленмейера — друга Бутлерова. В мае 1866 года Марковниковы вновь вернулись в Берлин к Байеру, через месяц — снова в Гейдельберг к Эрленмейеру и, наконец, после отдыха в Швейцарии надолго обосновались в Лейпциге в лаборатории Германа Кольбе — ярого противника теории химического строения. Марковникову удалось даже отсрочить возвращение из Германии. Лишь необходимость заменить уехавшего в заграничную командировку Бутлерова на кафедре химии Казанского университета заставила Марковникова в октябре 1867 года вернуться в Казань. Но они встретились с Бутлеровым в Германии на съезде немецких естествоиспытателей во Франкфурте-на-Майне, а затем Марковниковы посетила Всемирную выставку в Париже и вернулись на родину.

Поездка эта в значительной степени способствовала становлению Марковникова как ученого и преподавателя. В одном из писем учителю он писал: «Мое положение в лаборатории Кольбе было несколько иное, чем всех остальных. Уже три года, как я был магистром и работал на собственные темы. Уже в первый год по приезде в Германию я убедился, что казанская лаборатория в теоретическом отношении далеко опередила все лаборатории Германии, курсы же лекций (в Германии. — авт.) были слишком элементарны [208] . Не особенно много также пришлось пользоваться и практическими указаниями профессоров, и если я остался в германских лабораториях, то лишь потому, что за границей вся жизнь сложена так, чтобы время тратилось более производительно, между тем как у нас это наоборот…»

Из-за границы Марковников вернулся уже доцентом и с осени 1867 года начал читать первокурсникам общую химию. Через полгода Бутлеров был избран на кафедру органической химии Петербургского университета, однако летом он уехал за границу, а вернувшись в августе, продолжал еще некоторое время номинально руководить кафедрой в Казанском университете и лишь с января 1869 года приступил к чтению лекций в Петербургском университете.

Тем временем Марковников напряженно работал, тщательно проводя исследования по изомерии и изучая взаимное влияние атомов в органических молекулах. Эта работа завершилась его знаменитой докторской диссертацией «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях».

Защита была назначена на 27 апреля 1869 года. Оппонентами были утверждены доцент Казанского университета А. М.. Зайцев и специально приехавший из Петербурга А.М. Бутлеров. Здесь, в Казанском университете, Владимир Васильевич Марковников впервые в завершенном виде изложил свои представления о взаимном влиянии атомов в молекулах органических соединений, впоследствии объединенные в «правила Марковникова».

Марковников прекрасно понимал тесную взаимосвязь теории строения Бутлерова со своей теорий влияния, поэтому доклад он начал с посвящения учителю.

— Я считаю наиболее приличным посвятить свой небольшой труд вам, мой многоуважаемый наставник, так как приводимые в нем мысли суть дальнейшее развитие того, что было установлено вами. И даже если в нем заключается что-либо новое, то появление этого было бы невозможно без основ, заложенных вами.

В первой части работы Марковников изложил результаты своих экспериментальных исследований реакций замещения, расщепления и отщепления, присоединения и изомеризации. Затем, во второй части, он перешел к «философско-химическим основаниям» для последующих выводов, т. е. к тем общим положениям, которые следует принять при развитии учения о взаимном влиянии атомов. В третьей Марковников изложил историю связи различных теорий с рассматриваемым вопросом, показав себя глубоким и объективным историком теории химического строения и утвердив приоритет А. М. Бутлерова.

Наиболее важной была четвертая часть диссертации. Именно в ней Марковников сформулировал выводы о зависимости между химическим строением органических соединений и их химическими свойствами. Возникнув на основе теории химического строения, теория взаимного влияния атомов в химических соединениях выдвинула на передний план проблему изучения внутреннего механизма химических реакций. Если теория строения стремилась раскрыть порядок расположения атомов в органических веществах, то теория влияния раскрывала сами процессы сочетания атомов друг с другом. Структурная теория предсказывает, сколько изомеров может иметь данное органическое соединение, а теория взаимного влияния атомов устанавливает, какой именно из возможных изомеров получится при данных условиях опыта, какое направление примет химическая реакция в конкретных условиях. Таким образом, теория взаимного влияния атомов значительно оживила органическую химию, сделала ее динамической.