Бутлеровское направление в научной деятельности
Докторская диссертация Зайцева вышла отдельным изданием в Казани в 1870 г. Часть этой работы, посвященную способу превращения карбоновых (жирных) кислот в спирты, он доложил на втором съезде русских естествоиспытателей в Москве, но перед съездом послал предварительное сообщение в немецкий журнал «Zeitschrift fur chemie». В диссертации он подробно рассмотрел историю открытия и изучения бутиловых спиртов. Вкратце она такова: изобутиловый спирт был получен А.Вюрцем (1852) из сивушного масла; третичный бутиловый спирт предсказал А.Кольбе (1860), а получил А.Бутлеров (1864); вторичный спирт получил де Люинь (1864).
	По замыслу Зайцева надо было в первую очередь найти способ получения первичных спиртов из таких наиболее доступных в то время соединений, как соответствующие им кислоты. Но оказалось, что более удобным исходным продуктом является хлористый бутирил, а в качестве вещества, выделяющего при взаимодействии с амальгамой натрия необходимый для восстановления водород, - нормальная масляная кислота. В результате восстановления образуется сложный эфир, который при омылении дает бутиловый спирт. Строение последнего доказывалось его окислением в масляный альдегид и в масляную кислоту.
	Вторая задача, стоящая перед А.М.Зайцевым (эту работу он выполнил совместно с братом, Михаилом), заключалась в изучении бутилена, получаемого из нормального бутилового спирта, но не непосредственно через иодистый бутил. Последний был приготовлен действием на бутиловый спирт иода и фосфора. Иодиды, отвечающие другим изомерным бутиловым спиртам, как было известно, обладают способностью при действии спиртового раствора едкого кали легко распадаться на иодоводород и бутилен. Нормальный бутилиодид, как выяснил Зайцев в диссертации, распадается довольно трудно и дает мало бутилена. Для выяснения расположения двойной связи в своем бутилене А.М.Зайцев воспользовался уже известными методами. Сначала действием на бутилен иодистого водорода и хлорноватистой кислоты получались иодид или хлоргидрин, которые путем омыления превращались в спирт. Он провел также реакцию присоединения иодоводорода к бутилену. Несмотря на трудности, Зайцеву удалось провести названные реакции и в обоих случаях получить в конечном итоге вторичный бутиловый спирт.
	А.М.Зайцев в пользу формулы CH3-CH2-CH=CH2 для полученного им бутилена ссылается также и на правила Марковникова. Он в своих выводах отмечает, что «факт образования иодистого вторичного бутила из бутилена нормального алкоголя и иодоводорода подтверждает мнение В.В.Марковникова. что при присоединении иодистого водорода к непредельным углеводородам, несимметрично построенным, иод присоединяется всегда к наименее гидрогенизированному паю».
	Относительно порядка отщепления элементов иодоводорода и вообще галогеноводородов А.М.Зайцев расходится с В.В.Марковниковым. Последний принял, что из двух углеродных атомов, соединенных с третьим, связанным с галогеном, менее склонен отщеплять водород менее гидрогенизированный. «Мне же казалось, - писал Зайцев, - что при условиях соседства с паем углерода, связанным с иодом, нескольких различно гидрогенизированных углеродов, будет наиболее способен терять свой водород наименее гидрогенизированный». Это и есть известное «правило Зайцева» о порядке отщепления элементов галогеноводородов от галогенопроизводных предельных углеводородов. Например, реакция 
(CH3)2CH-CHI-CH3  (CH3)2C=CH-CH3,
протекает по указанной выше схеме, а не с образованием продукта (CH3)2CH-CH=CH2.
В дальнейшем А.М.Зайцев вместе со своим учеником Н.И.Грабовским изучал бутилены различного происхождения, т.е. полученные из первичного и вторичного спиртов. Авторы показали, что такие бутилены являются изомерами. С Е.Е.Вагнером А.М.Зайцев получил амилен из диэтилкарбинола. Авторы определили строение амилена и изучили реакцию присоединения к нему иодистого водорода . Это был частный случай, когда углеводород имеет два одинаково гидрогенизированных ненасыщенных атома углерода, один из которых соединен с метилом (CH3-CH=CH-CH2-CH3). Было найдено, что в этом случае галоид присоединяется к тому из ненасыщенных углеводородных атомов, который находится в связи с метильной группой.
	Испытанный в своей докторской диссертации способ восстановления хлорангидрида масляной кислоты амальгамой натрия Зайцев распространил и на хлорангидрид двухосновной кислоты – янтарной (хлористый сукцинил). В 1875 г. он опубликовал в Трудах IV съезда естествоиспытателей в Казани сообщение о том, что в результате восстановления хлористого сукцинила им получен янтарный альдегид. Но некоторые литературные данные и его собственные сомнения заставили его повторить эти исследования, и в 1880 г. он писал, что полученный продукт является ангидридом нормальной оксибутириновой кислоты, т.е. соединением, относящимся к классу лактонов (Berichte. – 1880. - 13, S. 1061-1062). Таким образом, хотя А.М.Зайцев и получил впервые лактон -оксимасляной кислоты - первый простейший представитель этого класса соединений - заслуга в правильном истолковании его природы принадлежит другим химикам (Fittig R. // Lieb. Ann. – 1880. - S. 62).