Der grundlegendste Unterschied zwischen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht und makromolekularen Verbindungen besteht darin, dass letztere Eigenschaften aufweisen können, die nicht aus einer genauen Untersuchung der Materialien mit niedrigem Molekulargewicht abgeleitet werden können.
Hermann Staudinger war ein deutscher Organiker, der die Existenz von Makromolekülen nachwies, die er als Polymere charakterisierte. Für diese Arbeit erhielt er 1953 den Nobelpreis für Chemie.
Er ist auch für die Entdeckung von Ketenen und der Staudinger-Reaktion bekannt. Staudinger klärte zusammen mit Leopold Ružička in den 1920er Jahren auch die Molekularstrukturen von Pyrethrin I und II auf, was die Entwicklung von Pyrethroid-Insektiziden in den 1960er und 1970er Jahren ermöglichte.
Frühe Arbeiten
Staudinger wurde 1881 in Worms geboren. Staudinger, der zunächst Botaniker werden wollte, studierte Chemie an der Universität Halle, an der TH Darmstadt und an der LMU München. Er erhielt sein „Verbandsexamen", vergleichbar mit einem Master-Abschluss, von der TH Darmstadt. Nach seinem Doktorabschluss von der Universität Halle 1903 habilitierte sich Staudinger 1907 an der Universität Straßburg.
Hier entdeckte er die Ketene, eine Familie von Molekülen, die durch die in Abbildung 1 dargestellte allgemeine Form gekennzeichnet sind. Ketene sollten sich als synthetically wichtiges Zwischenprodukt für die Herstellung von noch zu entdeckenden Antibiotika wie Penicillin und Amoxicillin erweisen.
1907 begann Staudinger eine Assistentenprofessur an der Technischen Universität Karlsruhe. Hier isolierte er erfolgreich eine Reihe nützlicher organischer Verbindungen, einschließlich eines synthetischen Kaffeearomas, wie von Rolf Mülhaupt ausführlicher dargelegt.
Die Staudinger-Reaktion
1912 übernahm Staudinger eine neue Position an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, Schweiz. Eine seiner frühesten Entdeckungen kam 1919, als er und sein Kollege Meyer berichteten, dass Azide mit Triphenylphosphin reagieren, um Phosphinimine zu bilden, Abbildung 2. Diese Reaktion – allgemein als Staudinger-Reaktion bekannt – erzeugt eine hohe Phosphiniminausbeute.
Polymerchemie
Während seines Aufenthalts in Karlsruhe und später in Zürich begann Staudinger mit Forschungen zur Chemie von Kautschuk, für den sehr hohe Molekulargewichte durch die physikalischen Methoden von Raoult und van 't Hoff gemessen worden waren. Entgegen den vorherrschenden Ansichten siehe unten, schlug Staudinger in einem Meilenstein-Papier, das 1920 veröffentlicht wurde, vor, dass Kautschuk und andere Polymere wie Stärke, Cellulose und Proteine lange Ketten von kurzen wiederholten Moleküleinheiten sind, die durch kovalente Bindungen verbunden sind. Mit anderen Worten, Polymere sind wie Ketten von Büroklammern, die aus kleinen Bestandteilen zusammengesetzt sind, die von Ende zu Ende verbunden sind, Abbildung 3.
Damals glaubten führende Organiker wie Emil Fischer und Heinrich Wieland, dass die gemessenen hohen Molekulargewichte nur Scheinwerte waren, die durch die Aggregation kleiner Moleküle in Kolloide verursacht wurden. Zunächst weigerten sich die meisten Kollegen von Staudinger, die Möglichkeit zu akzeptieren, dass kleine Moleküle kovalent miteinander verbunden werden könnten, um hochmolekulare Verbindungen zu bilden. Wie Mülhaupt treffend bemerkt, ist dies teilweise darauf zurückzuführen, dass Molekularstruktur und Bindungstheorie im frühen 20. Jahrhundert nicht vollständig verstanden wurden.
1926 wurde er zum Dozenten für Chemie an der Universität Freiburg in Freiburg im Breisgau Deutschland ernannt, wo er den Rest seiner Karriere verbrachte. 1927 heiratete er die lettische Botanikerin Magda Voita, auch als Deutsch bekannt: Magda Woit, die bis zu seinem Tod eine Mitarbeiterin mit ihm war und deren Beiträge er in seiner Nobelpreis-Annahmerede anerkannte. Weitere Beweise zur Stützung seiner Polymerhypothese entstanden in den 1930er Jahren. Hohe Molekulargewichte von Polymeren wurden durch Membran-Osmometrie bestätigt, und auch durch Staudingers Messungen der Viskosität in Lösung. Die Röntgendiffraktionsstudien von Polymeren von Herman Mark lieferten direkte Beweise für lange Ketten von wiederholten Moleküleinheiten. Und die Synthesearbeit unter der Leitung von Carothers zeigte, dass Polymere wie Nylon und Polyester durch gut verstandene organische Reaktionen hergestellt werden konnten. Seine Theorie eröffnete dem Fachgebiet weitere Entwicklung und half, die Polymerwissenschaft auf eine solide Grundlage zu stellen.
Erbe
Staudingers bahnbrechende Erklärung der Natur der hochmolekularen Verbindungen, die er Makromoleküle nannte, ebnete den Weg für die Entstehung des Feldes der Polymerchemie. Staudinger selbst sah das Potenzial dieser Wissenschaft lange, bevor es vollständig realisiert wurde. „Es ist nicht unwahrscheinlich," kommentierte Staudinger 1936, „dass früher oder später ein Weg entdeckt wird, künstliche Fasern aus synthetischen hochmolekularen Produkten herzustellen, weil Festigkeit und Elastizität von Naturfasern ausschließlich von ihrer makromolekularen Struktur abhängen – d. h. von ihren langen fadenscheinigen Molekülen."
Staudinger gründete 1940 die erste Polymerchemie-Zeitschrift und erhielt 1953 den Nobelpreis für Chemie für „seine Entdeckungen auf dem Gebiet der Makromolekularen Chemie". 1999 designierten die American Chemical Society und Gesellschaft Deutscher Chemiker Staudingers Arbeit als International Historic Chemical Landmark. Seine bahnbrechende Forschung hat der Welt unzählige Kunststoffe, Textilien und andere polymere Materialien beschert, die Konsumentenprodukte erschwinglicher, attraktiver und unterhaltsamer machen, und Ingenieuren dabei helfen, leichtere und langlebigere Strukturen zu entwickeln.
.jpg)
