يكمن الفرق الأساسي الأكثر جوهرية بين المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض والمركبات الكبيرة الجزيئية في حقيقة أن الأخيرة قد تظهر خصائص لا يمكن استنتاجها من فحص دقيق للمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض.
Hermann Staudinger كان كيميائياً عضوياً ألمانياً أثبت وجود الجزيئات الكبيرة، التي وصفها بأنها بوليمرات. وقد حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1953 لهذا العمل.
وهو معروف أيضاً باكتشافه للكيتينات وتفاعل Staudinger. كما قام Staudinger، بالتعاون مع Leopold Ružička، بتوضيح البنى الجزيئية للبيريثرين I و II في عشرينيات القرن العشرين، مما مكّن من تطوير مبيدات البيريثرويد في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين.
العمل المبكر
وُلِد Staudinger عام 1881 في Worms. أراد Staudinger في البداية أن يصبح عالم نبات، فدرس الكيمياء في جامعة Halle وفي TH Darmstadt وفي LMU Munich. حصل على درجة "Verbandsexamen" المعادلة لدرجة الماجستير من TH Darmstadt. بعد حصوله على درجة الدكتوراه من جامعة Halle عام 1903، حصل على مؤهل Staudinger كمحاضر أكاديمي في جامعة Strasbourg عام 1907.
اكتشف هنا عائلة الكيتينات، وهي جزيئات تتميز بالشكل العام الموضح في الشكل 1. ستثبت الكيتينات أنها وسيط تخليقي مهم لإنتاج المضادات الحيوية التي لم يتم اكتشافها بعد مثل البنسلين والأموكسيسيلين.
في عام 1907، بدأ Staudinger عملاً كأستاذ مساعد في جامعة Karlsruhe التقنية. هنا، قام بعزل عدد من المركبات العضوية المفيدة بما في ذلك نكهة قهوة اصطناعية كما تمت مراجعتها بشكل أكثر تفصيلاً بواسطة Rolf Mülhaupt.
تفاعل Staudinger
في عام 1912، تولى Staudinger منصباً جديداً في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في Zurich، سويسرا. كان أحد اكتشافاته الأولى عام 1919، عندما أبلغ هو وزميله Meyer أن الأزيدات تتفاعل مع ثلاثي فينيل الفوسفين لتشكيل فوسفينيمينات في الشكل 2. ينتج هذا التفاعل – المشار إليه عادة باسم تفاعل Staudinger – عائداً عالياً من الفوسفينيمين.
كيمياء البوليمرات
بينما كان في Karlsruhe وفيما بعد في Zurich، بدأ Staudinger أبحاثاً في كيمياء المطاط، والتي تم قياس أوزان جزيئية عالية جداً لها بواسطة الطرق الفيزيائية لـ Raoult و van 't Hoff. خلافاً للأفكار السائدة انظر أدناه، اقترح Staudinger في ورقة بحثية علامية نُشرت عام 1920 أن المطاط والبوليمرات الأخرى مثل النشا والسليلوز والبروتينات عبارة عن سلاسل طويلة من وحدات جزيئية صغيرة متكررة مرتبطة برابط تساهمي. بعبارة أخرى، البوليمرات تشبه سلاسل مشابك الورق، مكونة من أجزاء صغيرة مترابطة من طرف إلى طرف في الشكل 3.
في ذلك الوقت، اعتقد الكيميائيون العضويون البارزون مثل Emil Fischer و Heinrich Wieland أن الأوزان الجزيئية المرتفعة المقاسة كانت مجرد قيم واضحة ناتجة عن تجميع جزيئات صغيرة في الغرويات. في البداية، رفض الأغلبية من زملاء Staudinger إمكانية أن تتحد جزيئات صغيرة معاً بشكل تساهمي لتشكيل مركبات عالية الوزن الجزيئي. كما يلاحظ Mülhaupt بشكل مناسب، يعود هذا جزئياً إلى حقيقة أن البنية الجزيئية ونظرية الترابط لم تكن مفهومة بالكامل في أوائل القرن العشرين.
في عام 1926 عُين محاضراً للكيمياء في جامعة Freiburg في Freiburg im Breisgau بألمانيا، حيث قضى بقية حياته المهنية. في عام 1927، تزوج عالمة النبات اللاتفية Magda Voita والتي تُعرّف أيضاً بـ Magda Woit الألمانية، التي كانت متعاونة معه حتى وفاته وقد اعترف بمساهماتها في خطاب قبوله جائزة نوبل. ظهرت أدلة إضافية تدعم فرضيته حول البوليمرات في الثلاثينيات. تم تأكيد الأوزان الجزيئية العالية للبوليمرات بواسطة قياس الضغط الاسموزي للأغشية، وأيضاً بواسطة قياسات Staudinger للعكارة في المحلول. وقدمت دراسات الحيود السيني للبوليمرات بواسطة Herman Mark أدلة مباشرة على سلاسل طويلة من الوحدات الجزيئية المتكررة. وأثبتت الأعمال التخليقية بقيادة Carothers أن البوليمرات مثل النايلون والبوليستر يمكن تحضيرها بواسطة تفاعلات عضوية مفهومة جيداً. فتحت نظريته الموضوع أمام المزيد من التطور، وساعدت في وضع علم البوليمرات على أساس متين.
الإرث
أتاحت توضيحات Staudinger الرائدة لطبيعة المركبات عالية الوزن الجزيئي التي أطلق عليها Makromoleküle الطريق لميلاد مجال كيمياء البوليمرات. رأى Staudinger نفسه الإمكانيات المتاحة لهذا العلم قبل وقت طويل من تحققها بالكامل. "ليس من غير المحتمل"، علّق Staudinger عام 1936، "أن تُكتشف طريقة عاجلاً أم آجلاً لتحضير ألياف اصطناعية من منتجات عالية الجزيئية الاصطناعية، لأن القوة والمرونة للألياف الطبيعية تعتمد حصراً على بنيتها الكبيرة الجزيئية – أي على جزيئاتها الطويلة على شكل خيط."
أسس Staudinger مجلة كيمياء البوليمرات الأولى عام 1940، وحصل عام 1953 على جائزة نوبل في الكيمياء "لاكتشافاته في مجال كيمياء الجزيئات الكبيرة." في عام 1999، عيّنت الجمعية الكيميائية الأمريكية و Gesellschaft Deutscher Chemiker عمل Staudinger كمعلم تاريخي كيميائي دولي. وقد وفّرت أبحاثه الرائدة للعالم عدداً لا يحصى من اللدائن والمنسوجات والمواد البوليمرية الأخرى التي جعلت المنتجات الاستهلاكية أكثر بأسعار معقولة وجاذبية وتسلية، مع مساعدة المهندسين على تطوير هياكل أخف وأكثر متانة.
.jpg)
