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Die Brüder produzierten Arzneimittel im industriellen Maßstab. Seit 1850 beziehungsweise 1860 arbeiteten sie als gleichberechtigte Teilhaber in der Engels-Apotheke, die der Familie seit 1668 gehörte, und in der chemisch- pharmazeutischen Fabrik in Darmstadt. Ihrem Vater war im Apothekerlabor die chemische Isolierung von Pflanzenalkaloiden gelungen, die in der Medizin – unter anderem als Betäubungs- oder Aufputschmittel – eingesetzt werden konnten. Deren Verkauf war stetig gewachsen, sodass er sein Labor zur Fabrik ausgebaut hatte. Als seine Nachfolger waren die Söhne bestens vorbereitet. Carl war Drogist, Georg studierter Apotheker und Wilhelm studierter Chemiker. Alle drei hatten einige Zeit in Paris und London gearbeitet. Die Brüder kümmerten sich vor allem um die Vielfalt und Reinheit der Produkte. Georg hatte schon im Studium ein Opiumalkaloid, das Papaverin, entdeckt, das als krampflösendes Mittel genutzt wurde. 1860 produzierte Merck mehr als 800 verschiedene Grundstoffe für Arzneimittel und Feinchemikalien. Seit 1888 brachte das Unternehmen Reagenzien mit festgeschriebenen Reinheitsstandards in den Handel und schuf damit die Grundlage für eine vergleichende chemische Analyse.