Во время пребывания Зинина за границей закончилось строительство нового здания лаборатории. Заведующим лабораторией был назначен адъюнкт химии Карл Карлович Клаус. Впервые были введены штатные должности лаборантов, деятельность которых была урегулирована инструкцией, составленной Клаусом. Он оборудует лабораторию, успешно совмещает преподавательскую и исследовательскую работу.

Если от Н.Зинина ведёт свою родословную органическая ветвь казанской химической школы, то Карл Клаус - основоположник неорганического направления в её развитии. Он внес свой выдающийся вклад в науку. В 1844 году, исследуя остатки платиновых руд уральских месторождений, Клаус открыл новый элемент - рутений. Это единственный из естественных элементов, открытый в России и названный им в честь России (латинское название России - Ruthenia). В музейных коллекциях хранятся препараты рутения и другие оригинальные препараты элементов платиновой группы, полученные Клаусом.

Не меньшая заслуга Зинина и Клауса перед русской химической наукой заключается в том, что они своим примером, своей любовью к химии, своим энтузиазмом привлекли к занятию этой наукой большой круг способной молодёжи. Самому талантливому из молодых учёных - Александру Михайловичу Бутлерову было суждено занять особое место в истории казанской химической школы и дать ей своё имя.

В течение двадцати лет, с 1849 по 1869 год, Бутлеров работал в Казанском университете, в двадцать девять лет стал профессором. Именно к казанскому периоду относятся все его капитальные труды, в том числе теория химического строения органических соединений (1861 год), связавшая химические свойства вещества со строением его молекул.

Значение этой теории огромно - она указала пути познания химического строения и дала химикам путеводную нить для сознательного конструирования сначала на бумаге, затем и в химической лаборатории разнообразных органических молекул. Для доказательства справедливости и значимости своей теории Бутлеров провёл серию целенаправленных синтезов, в ходе которых впервые получил ряд веществ, например триметилкарбинол, изобутилен. Впервые в лабораторных условиях он синтезировал сахаристое вещество - "метиленитан". Многие из полученных Бутлеровым веществ также хранятся в музее.

В период с 1861 по 1863 год Бутлерова дважды назначали на должность ректора, а в третий раз он был избран Советом университета, но ушел с этого поста по собственному желанию.