Становление ученого
Заграничной командировки за казенный счет действительному студенту А.Зайцеву не полагалось, но средства, полученные по наследству, позволили ее предпринять (в те годы в среде русских химиков широко практиковалась работа у крупных западноевропейских ученых в их сравнительно хорошо оборудованных лабораториях). В июне 1862 г. он направился в Лондон для знакомства со Всемирной выставкой. К ноябрю переехал в Германию и стал студентом Марбургского университета, пробыв там 4 семестра. Он слушал лекции Г.Кольбе, изучал его учебники, на несколько месяцев выезжал в Париж, где работал в лаборатории А.Вюрца. Вскоре он вообразил, что способен самостоятельно написать диссертацию на теоретическую тему (предварительной договоренности с Бутлеровым о теме и подходе к ее разработке у Зайцева не было). В феврале 1863 г. диссертация А.М.Зайцева «Теоретические взгляды Кольбе на рациональную конституцию органических соединений и их связь с неорганическими» поступила в Казанский университет к Бутлерову. Последний забраковал работу: его не удовлетворил даже вынесенный в заглавие термин «конституция органических соединений» .
Как могло случиться, что к началу 1863 г. А.М.Зайцев еще не знал всей глубины бутлеровского учения и написал диссертацию во славу Кольбе без сопоставления взглядов Кольбе и Бутлерова? В книге Платэ А.В., Быкова Г.В., Эвентова М.С. «В.В.Марковников» (Изд. АН СССР, 1962, с. 12) авторы предполагают, что А.М.Зайцев только в 1860 г. слушал лекции по органической химии, когда Бутлеров еще не пришел к идеям химического строения. А позднее он их не посещал и, следовательно, не знал о знаменитом докладе Бутлерова «О химическом строении веществ» (Шпейер, 19 октября 1861 г.), опубликованном в Казани в Ученых записках Казанского университета (Отделение физ.-мат. и мед. наук. - 1862. – Вып.1. – С. 1-11).
Несмотря на первую неудачу, молодой ученый продолжил работу и в августе 1864 г. представил в Казанский университет новую диссертацию «О диамидосалициловой кислоте». Это была уже экспериментальная работа, и А.М.Бутлеров был удовлетворен ею. В сентябре 1864 г. Совет университета утвердил А.М.Зайцева кандидатом наук. Так, через два года после окончания университета свершилось долгожданное событие. А.М.Зайцев после этого еще в течение года работал сначала в Париже у Вюрца, а затем в Марбурге у Кольбе. В 1865 г. в немецком журнале вышли три его статьи, последняя из его зарубежных работ – 1866 г.
В сентябре 1865 г. А.М.Зайцев вернулся в Казань, и А.М.Бутлеров принял его на работу в качестве частного лица, т.е. бесплатно, но одновременно начал ходатайствовать о введении его в состав своей кафедры. Из характеристик, представленных им, видно, что к этому времени он высоко ценил А.М.Зайцева, который уже творчески воспринимал теорию химического строения. В результате стараний Бутлерова в апреле 1866 г. Зайцев стал лаборантом агрономической лаборатории, хотя соответствующая кафедра еще только числилась в штатном расписании. И, как это предвидел Бутлеров, Зайцева прикомандировали к химической лаборатории, где он вел обязательные для естественников и медиков занятия по качественному (неорганическому) анализу, заменив брата Константина.
Высокая оценка Бутлеровым трудов Зайцева позволяла думать о достижении им степени магистра химии, и он продолжал исследования органических сернистых соединений, начатые за границей. Но А.М.Зайцев был только кандидатом камеральных наук и, чтобы получить право на защиту магистерской диссертации по химии, ему нужно было либо получить степень доктора философии зарубежного университета, либо дополнительно сдавать многочисленные экзамены. А.М.Бутлеров категорически выступал против такого положения, считая необоснованными всякие сомнения в том, «могут ли кандидаты камеральных наук Казанского университета считаться достаточно подготовленными для того, чтобы сделаться учеными-химиками и приобретать ученые степени по этой науке… пример гг. Морковникова  и А.Зайцева доказывает на деле возможность для кандидата камеральных наук сделаться хорошим химиком, с успехом разрабатывающим науку» . Зайцев послал в Лейпцигский университет в качестве диссертации свою статью «О новом ряде органических сернистых соединений», опубликованную в Германии в 1866 г., и ему, благодаря поддержке Кольбе, заочно присвоили искомую степень.
В начале 1867 г. магистерская диссертация на тему «О действии азотной кислоты на некоторые органические соединения двуатомной серы и о новом ряде органических сернистых соединений, полученном при этой реакции» была завершена. В октябре 1868 г. А.М.Зайцев успешно защитил диссертацию и в декабре был утвержден магистром химии. А.М.Бутлеров и В.В.Марковников в отзыве на диссертацию писали: «Вообще опыты г. Зайцева отличаются точностью, а результаты – определенностью. Все это приводит нас к заключению, что труд его, как самостоятельное исследование, заслуживает полное одобрение» .
А.М.Бутлеров к этому времени был уже избран профессором Петербургского университета и готовился к переезду в столицу. Он довел дело об устройстве А.М.Зайцева до конца и перед отъездом в начале января 1869 г. писал декану физико-математического факультета: «…считаю Зайцева могущим с честью занять место преподавателя в Университете. Между молодыми русскими химиками, еще не имеющими преподавательских должностей, А.М.Зайцев занимает, по сделанным им работам, одно из первых мест; в его знаниях и любви к делу я не раз имел случай убедиться из наших разговоров и одновременных занятий в лаборатории. От души желаю, чтобы факультет приобрел в Зайцеве полезного преподавателя и ученого, искренно преданного своему делу. Что касается меня, то я не имею повода сомневаться ни в том, ни в другом…».
По уставу 1863 г. университетам полагалось две кафедры химии. Вопрос о создании второй кафедры возникал не раз, но откладывался за отсутствием соответствующей кандидатуры профессора на должность заведующего. В феврале 1869 г. Совет университета единогласно избрал А.М.Зайцева доцентом по второй кафедре химии, первую после отъезда Бутлерова занял В.В.Марковников. А.М.Зайцев читал в бутлеровской аудитории общий курс органической и неорганической химии, вел практикумы по качественному анализу и по органической химии.
На обеих кафедрах химии магистры-доценты стали быстро продвигаться к высшим ученым степеням и званиям. Уже в апреле 1869 г. В.В.Марковников успешно защитил докторскую диссертацию «Материалы по вопросам о взаимном влиянии атомов в химических соединениях», а через год его избрали ординарным профессором. А.М.Зайцев в сентябре 1870 г. защитил докторскую диссертацию «Новый способ превращения жирных кислот в соответствующие им алкоголи». Это было уж классическое бутлеровское направление как по теоретической постановке вопроса, так и по выбору объектов исследования. Положительный отзыв дал В.В.Марковников. В ноябре 1871 г. Зайцева назначили ординарным профессором.
После отъезда В.В.Марковникова в декабре 1871 г. в Новороссийский университет (Одесса) А.М.Зайцев стал единственным преподавателем химии, ответственным за обе кафедры, и оказался в трудном положении. Попытка пригласить профессора из Петербурга не удалась, и тогда по его предложению заведующим второй кафедрой химии был избран (1872) Г.Н.Глинский. В 1884 г. Г.Н.Глинский неожиданно скончался и экстраординарным профессором стал Ф.М.Флавицкий, приехавший в Казань в 1872 г. Его приезд был связан с тем, что университетский устав предусматривал преподавание будущим химикам теоретической (по сути физической) химии, но в Казани ее читать было некому. Поэтому Бутлеров рекомендовал Зайцеву кандидатуру Флавицкого, выпускника Харьковского университета, прослушавшего курс физической химии у М.Н.Бекетова – основоположника этого направления в химии.
А.М.Зайцев всегда интересовался основными вопросами химии, считал крайне желательным, чтобы физическая химия вошла в круг факультетского преподавания. Примерно с 1879г. его ученик И.И.Канонников изучал оптические свойства органических соединений, т.е. стал развивать физико-химическую методику. А.М.Зайцев поддержал его, выделив средства на приобретение дорогого прибора. В 1880г. И.И.Канонников защитил магистерскую диссертацию «Материалы по вопросу о влиянии строения на светопреломляющую способность органических соединений», а 1884г. – докторскую «О светопреломляющей способности химических соединений». По существу эти работы являются одними из первых в области применения физических методов для изучения структуры органических соединений.
В 1880-90-ые годы в лаборатории Зайцева работали его ученики – впоследствии известные ученые, которые после защиты докторских диссертаций уезжали из Казани и организовывали свои научные центры в других университетах, например, С.Н.Реформатский – в Киевском, А.А.Альбицкий – в Харьковском. А.Н.Реформатский уехал в Москву и работал в лаборатории В.В.Марковникова. А.Е.Арбузов – выпускник 1900 г. – был оставлен по предложению Зайцева в университете, но решение вопроса затянулось в Министерстве, и Арбузов уехал в Ново-Александрию в институт сельского хозяйства и лесоводства и там самостоятельно определил свой научный путь – химия фосфорорганических соединений.