La diferencia más fundamental entre los compuestos de bajo peso molecular y los compuestos macromoleculares reside en el hecho de que estos últimos pueden exhibir propiedades que no pueden deducirse de un examen minucioso de los materiales de bajo peso molecular.
Hermann Staudinger fue un químico orgánico alemán que demostró la existencia de macromoléculas, que caracterizó como polímeros. Por este trabajo recibió el Premio Nobel de Química de 1953.
También es conocido por su descubrimiento de cetenos y de la reacción de Staudinger. Staudinger, junto con Leopold Ružička, también dilucidó las estructuras moleculares de la piretrina I y II en los años 1920, lo que permitió el desarrollo de insecticidas piretroides en los años 1960 y 1970.
Trabajo temprano
Staudinger nació en 1881 en Worms. Staudinger, quien inicialmente quería convertirse en botánico, estudió química en la Universidad de Halle, en la TH Darmstadt y en la LMU Munich. Recibió su "Verbandsexamen" comparable a una Maestría de TH Darmstadt. Después de recibir su doctorado de la Universidad de Halle en 1903, Staudinger se calificó como profesor académico en la Universidad de Strasbourg en 1907.
Fue aquí donde descubrió los cetenos, una familia de moléculas caracterizadas por la forma general que se muestra en la Figura 1. Los cetenos resultaron ser intermedios sintéticamente importantes para la producción de antibióticos aún por descubrirse como la penicilina y la amoxicilina.
En 1907, Staudinger comenzó una cátedra de profesor asistente en la Universidad Técnica de Karlsruhe. Aquí, aisló exitosamente una serie de compuestos orgánicos útiles, incluido un aromatizante sintético de café, como se revisa más completamente por Rolf Mülhaupt.
La reacción de Staudinger
En 1912, Staudinger asumió un nuevo cargo en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, Suiza. Uno de sus primeros descubrimientos llegó en 1919, cuando él y su colega Meyer informaron que las azidas reaccionan con trifenilfosfina para formar fosfininiminas Figura 2. Esta reacción, comúnmente conocida como la reacción de Staudinger, produce un rendimiento de fosfininimina alto.
Química de polímeros
Mientras estaba en Karlsruhe y posteriormente en Zurich, Staudinger comenzó investigaciones en la química del caucho, para el cual se habían medido pesos moleculares muy altos mediante los métodos físicos de Raoult y van 't Hoff. Contrariamente a las ideas predominantes ver a continuación, Staudinger propuso en un artículo histórico publicado en 1920 que el caucho y otros polímeros como el almidón, la celulosa y las proteínas son cadenas largas de pequeñas unidades moleculares repetidas vinculadas por enlaces covalentes. En otras palabras, los polímeros son como cadenas de clips de papel, formados por pequeñas partes constituyentes vinculadas de extremo a extremo Figura 3.
En ese momento, químicos orgánicos destacados como Emil Fischer y Heinrich Wieland creían que los pesos moleculares medidos altos eran solo valores aparentes causados por la agregación de pequeñas moléculas en coloides. Al principio, la mayoría de los colegas de Staudinger se negaron a aceptar la posibilidad de que pequeñas moléculas pudieran vincularse covalentemente para formar compuestos de alto peso molecular. Como Mülhaupt señala acertadamente, esto se debe en parte al hecho de que la estructura molecular y la teoría de enlace no se entendían completamente a principios del siglo XX.
En 1926 fue nombrado profesor de química en la Universidad de Freiburg en Freiburg im Breisgau Alemania, donde pasó el resto de su carrera. En 1927, se casó con la botánica letona, Magda Voita también conocida como alemana: Magda Woit, quien fue una colaboradora con él hasta su muerte y cuyas contribuciones él reconoció en su discurso de aceptación del Premio Nobel. Evidencias adicionales para apoyar su hipótesis de polímeros surgieron en los años 1930. Los pesos moleculares altos de los polímeros fueron confirmados por osmometría de membrana, y también por las mediciones de viscosidad de Staudinger en solución. Los estudios de difracción de rayos X de polímeros de Herman Mark proporcionaron evidencia directa de cadenas largas de unidades moleculares repetidas. Y el trabajo sintético dirigido por Carothers demostró que los polímeros como el nylon y el poliéster podían prepararse mediante reacciones orgánicas bien entendidas. Su teoría abrió el tema para un mayor desarrollo y ayudó a colocar la ciencia de polímeros sobre una base sólida.
Legado
La elucidación revolucionaria de Staudinger sobre la naturaleza de los compuestos de alto peso molecular que él llamó Makromoleküle allanó el camino para el nacimiento del campo de la química de polímeros. El propio Staudinger vio el potencial de esta ciencia mucho antes de que fuera completamente realizado. "No es improbable," comentó Staudinger en 1936, "que tarde o temprano se descubra una forma de preparar fibras artificiales a partir de productos sintéticos de alto peso molecular, porque la resistencia y elasticidad de las fibras naturales dependen exclusivamente de su estructura macromolecular – es decir, de sus moléculas largas en forma de hilo."
Staudinger fundó la primera revista de química de polímeros en 1940, y en 1953 recibió el Premio Nobel de Química por "sus descubrimientos en el campo de la química macromolecular." En 1999, la Sociedad Química Estadounidense y la Gesellschaft Deutscher Chemiker designaron el trabajo de Staudinger como un Hito Químico Histórico Internacional. Su investigación pionera ha permitido al mundo innumerables plásticos, textiles y otros materiales poliméricos que hacen que los productos de consumo sean más asequibles, atractivos y divertidos, mientras ayudan a los ingenieros a desarrollar estructuras más ligeras y duraderas.
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