La differenza più fondamentale tra i composti di basso peso molecolare e i composti macromolecolari risiede nel fatto che questi ultimi possono mostrare proprietà che non possono essere dedotte da un esame attento dei materiali a basso peso molecolare.
Hermann Staudinger era un chimico organico tedesco che dimostrò l'esistenza delle macromolecole, che caratterizzò come polimeri. Per questo lavoro ricevette il Premio Nobel per la Chimica nel 1953.
È anche conosciuto per la sua scoperta dei cheteni e della reazione di Staudinger. Staudinger, insieme a Leopold Ružička, ha anche chiarito le strutture molecolari della piretrina I e II negli anni Venti, permettendo lo sviluppo degli insetticidi piretroidi negli anni Sessanta e Settanta.
Primi lavori
Staudinger nacque nel 1881 a Worms. Staudinger, che inizialmente voleva diventare botanico, studiò chimica presso l'Università di Halle, presso il TH Darmstadt e presso la LMU Munich. Ha ricevuto il suo "Verbandsexamen" comparabile a una laurea magistrale dal TH Darmstadt. Dopo aver ricevuto il suo dottorato di ricerca dall'Università di Halle nel 1903, Staudinger si qualificò come docente accademico presso l'Università di Strasbourg nel 1907.
Fu qui che scoprì i cheteni, una famiglia di molecole caratterizzate dalla forma generale mostrata nella Figura 1. I cheteni si rivelarono essere un intermedio sinteticamente importante per la produzione di antibiotici ancora da scoprire come la penicillina e l'amoxicillina.
Nel 1907, Staudinger iniziò un incarico come professore assistente presso il Politecnico Tecnico di Karlsruhe. Qui, isolò con successo un numero di utili composti organici incluso un aromatizzante sintetico del caffè come più completamente revisionato da Rolf Mülhaupt.
La reazione di Staudinger
Nel 1912, Staudinger assunse una nuova posizione presso il Politecnico Federale Svizzero di Zurigo, Svizzera. Una delle sue prime scoperte avvenne nel 1919, quando lui e il collega Meyer riferirono che gli azidi reagiscono con la trifenilfosfina per formare fosfinimine Figura 2. Questa reazione – comunemente chiamata reazione di Staudinger – produce un alto rendimento di fosfinimine.
Chimica dei polimeri
Mentre era a Karlsruhe e successivamente a Zurigo, Staudinger iniziò la ricerca sulla chimica della gomma, per la quale pesi molecolari molto elevati erano stati misurati dai metodi fisici di Raoult e van 't Hoff. Contrariamente alle idee prevalenti vedi sotto, Staudinger propose in un articolo fondamentale pubblicato nel 1920 che la gomma e altri polimeri come l'amido, la cellulosa e le proteine sono lunghe catene di piccole unità molecolari ripetenti legate da legami covalenti. In altre parole, i polimeri sono come catene di fermagli di carta, composti da piccole parti costituenti collegate da un capo all'altro Figura 3.
All'epoca, importanti chimici organici come Emil Fischer e Heinrich Wieland credevano che i pesi molecolari elevati misurati fossero solo valori apparenti causati dall'aggregazione di piccole molecole in colloidi. All'inizio, la maggior parte dei colleghi di Staudinger si rifiutò di accettare la possibilità che piccole molecole potessero legarsi insieme covalentemente per formare composti ad alto peso molecolare. Come nota giustamente Mülhaupt, ciò è dovuto in parte al fatto che la struttura molecolare e la teoria dei legami non erano completamente comprese all'inizio del ventesimo secolo.
Nel 1926 fu nominato docente di chimica presso l'Università di Friburgo a Friburgo im Breisgau Germania, dove trascorse il resto della sua carriera. Nel 1927, sposò la botanica lettone, Magda Voita nota anche come tedesco: Magda Woit, che fu una collaboratrice con lui fino alla sua morte e i cui contributi riconobbe nel suo discorso di accettazione del Premio Nobel. Ulteriori prove a sostegno della sua ipotesi polimerica emersero negli anni Trenta. Gli alti pesi molecolari dei polimeri furono confermati dall'osmometria a membrana, e anche dalle misurazioni di viscosità in soluzione di Staudinger. Gli studi di diffrazione dei raggi X dei polimeri di Herman Mark fornirono prove dirette di lunghe catene di unità molecolari ripetenti. E il lavoro sintetico condotto da Carothers dimostrò che i polimeri come il nylon e il poliestere potevano essere preparati mediante reazioni organiche ben comprese. La sua teoria ha aperto il soggetto a ulteriori sviluppi, e ha aiutato a collocare la scienza dei polimeri su una base solida.
Eredità
Il chiarimento rivoluzionario di Staudinger della natura dei composti ad alto peso molecolare che lui stesso ha chiamato Makromoleküle ha aperto la strada alla nascita del campo della chimica dei polimeri. Staudinger stesso vide il potenziale di questa scienza molto prima che fosse pienamente realizzato. "Non è improbabile," ha commentato Staudinger nel 1936, "che presto o tardi verrà scoperto un modo per preparare fibre artificiali da prodotti sintetici ad alto peso molecolare, perché la resistenza e l'elasticità delle fibre naturali dipendono esclusivamente dalla loro struttura macro-molecolare – cioè, dalle loro lunghe molecole a forma di filo."
Staudinger ha fondato il primo giornale di chimica dei polimeri nel 1940, e nel 1953 ha ricevuto il Premio Nobel per la Chimica per "le sue scoperte nel campo della chimica macromolecolare." Nel 1999, l'American Chemical Society e la Gesellschaft Deutscher Chemiker hanno designato il lavoro di Staudinger come un Punto di riferimento chimico storico internazionale. La sua ricerca pionieristica ha fornito al mondo innumerevoli materie plastiche, tessuti e altri materiali polimerici che rendono i prodotti di consumo più convenienti, attraenti e divertenti, mentre aiuta gli ingegneri a sviluppare strutture più leggere e durevoli.
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