A diferença mais fundamental entre compostos de baixo peso molecular e compostos macromoleculares reside no fato de que estes últimos podem exibir propriedades que não podem ser deduzidas de um exame minucioso dos materiais de baixo peso molecular.
Hermann Staudinger foi um químico orgânico alemão que demonstrou a existência de macromoléculas, que ele caracterizou como polímeros. Por este trabalho recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1953.
Ele também é conhecido por sua descoberta de cetenas e da reação de Staudinger. Staudinger, juntamente com Leopold Ružička, também elucidou as estruturas moleculares de piretrina I e II nos anos 1920, possibilitando o desenvolvimento de inseticidas piretroides nos anos 1960 e 1970.
Trabalho inicial
Staudinger nasceu em 1881 em Worms. Staudinger, que inicialmente queria se tornar botânico, estudou química na Universidade de Halle, na TH Darmstadt e na LMU Munich. Recebeu seu "Verbandsexamen", comparável a um diploma de mestrado, pela TH Darmstadt. Após receber seu Ph.D. da Universidade de Halle em 1903, Staudinger qualificou-se como palestrante acadêmico na Universidade de Strasbourg em 1907.
Foi aqui que ele descobriu as cetenas, uma família de moléculas caracterizadas pela forma geral apresentada na Figura 1. As cetenas se mostraram um intermediário sinteticamente importante para a produção de antibióticos ainda a serem descobertos, como penicilina e amoxicilina.
Em 1907, Staudinger começou um cargo de professor assistente na Universidade Técnica de Karlsruhe. Aqui, ele isolou com sucesso uma série de compostos orgânicos úteis, incluindo um aromatizante de café sintético, conforme revisado mais completamente por Rolf Mülhaupt.
A reação de Staudinger
Em 1912, Staudinger assumiu uma nova posição no Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique, Suíça. Uma de suas descobertas mais antigas veio em 1919, quando ele e seu colega Meyer relataram que azidas reagem com trifenilfosfina para formar fosfiniminas Figura 2. Esta reação – comumente chamada de reação de Staudinger – produz um alto rendimento de fosfinimina.
Química de polímeros
Enquanto estava em Karlsruhe e posteriormente em Zurique, Staudinger começou pesquisas na química da borracha, para a qual pesos moleculares muito altos haviam sido medidos pelos métodos físicos de Raoult e van 't Hoff. Contrariamente às ideias prevalecentes veja abaixo, Staudinger propôs em um artigo marcante publicado em 1920 que borracha e outros polímeros como amido, celulose e proteínas são cadeias longas de pequenas unidades moleculares repetidas ligadas por ligações covalentes. Em outras palavras, polímeros são como cadeias de clipes de papel, compostas de pequenas partes constituintes ligadas de ponta a ponta Figura 3.
Na época, químicos orgânicos proeminentes como Emil Fischer e Heinrich Wieland acreditavam que os pesos moleculares medidos elevados eram apenas valores aparentes causados pela agregação de pequenas moléculas em coloides. A princípio, a maioria dos colegas de Staudinger recusou-se a aceitar a possibilidade de que pequenas moléculas pudessem se ligar covalentemente para formar compostos de alto peso molecular. Como Mülhaupt observa adequadamente, isto se deve em parte ao fato de que a estrutura molecular e a teoria de ligação não eram totalmente compreendidas no início do século XX.
Em 1926 foi nomeado professor de química na Universidade de Freiburg em Freiburg im Breisgau Alemanha, onde passou o resto de sua carreira. Em 1927, casou-se com a botânica letã, Magda Voita também mostrada como alemão: Magda Woit, que foi uma colaboradora com ele até sua morte e cujas contribuições ele reconheceu em seu discurso de aceitação do Prêmio Nobel. Evidências adicionais para apoiar sua hipótese de polímero surgiram nos anos 1930. Os altos pesos moleculares de polímeros foram confirmados por osmometria de membrana, e também pelas medições de viscosidade em solução de Staudinger. Os estudos de difração de raios X de polímeros por Herman Mark forneceram evidência direta de cadeias longas de unidades moleculares repetidas. E o trabalho sintético liderado por Carothers demonstrou que polímeros como nylon e poliéster poderiam ser preparados por reações orgânicas bem compreendidas. Sua teoria abriu o assunto para desenvolvimento posterior, e ajudou a colocar a ciência dos polímeros em uma base sólida.
Legado
A elucidação revolucionária de Staudinger da natureza dos compostos de alto peso molecular que ele chamou de Makromoleküle preparou o caminho para o nascimento do campo da química de polímeros. O próprio Staudinger viu o potencial dessa ciência muito antes de ser totalmente realizado. "Não é improvável," comentou Staudinger em 1936, "que mais cedo ou mais tarde um caminho seja descoberto para preparar fibras artificiais a partir de produtos sintéticos de alto peso molecular, porque a resistência e elasticidade das fibras naturais dependem exclusivamente de sua estrutura macromolecular – ou seja, de suas moléculas longas em forma de fio."
Staudinger fundou o primeiro periódico de química de polímeros em 1940, e em 1953 recebeu o Prêmio Nobel de Química por "suas descobertas no campo da química macromolecular." Em 1999, a American Chemical Society e Gesellschaft Deutscher Chemiker designaram o trabalho de Staudinger como um Marco Histórico Químico Internacional. Sua pesquisa pioneira proporcionou ao mundo inúmeros plásticos, têxteis e outros materiais poliméricos que tornam os produtos de consumo mais acessíveis, atraentes e divertidos, ao mesmo tempo que ajudam os engenheiros a desenvolver estruturas mais leves e duráveis.
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