Наиболее фундаментальное различие между соединениями низкого молекулярного веса и макромолекулярными соединениями заключается в том, что последние могут проявлять свойства, которые невозможно вывести из тщательного изучения материалов низкого молекулярного веса.
Hermann Staudinger был немецким органическим химиком, который продемонстрировал существование макромолекул, которые он охарактеризовал как полимеры. За эту работу он получил Нобелевскую премию по химии в 1953 году.
Он также известен своим открытием кетенов и реакции Staudinger. Staudinger вместе с Leopold Ružička также выяснили молекулярные структуры пиретрина I и II в 1920-х годах, что позволило разработать пиретроидные инсектициды в 1960-х и 1970-х годах.
Ранние работы
Staudinger родился в 1881 году в Worms. Staudinger, который первоначально хотел стать ботаником, изучал химию в Университете Halle, в TH Darmstadt и в LMU Munich. Он получил свой "Verbandsexamen", сравнимый со степенью магистра, от TH Darmstadt. После получения докторской степени в Университете Halle в 1903 году, Staudinger получил квалификацию академического лектора в Университете Strasbourg в 1907 году.
Именно здесь он открыл кетены, семейство молекул, характеризующихся общей формой, показанной на Рисунке 1. Кетены оказались синтетически важным промежуточным соединением для производства еще не открытых антибиотиков, таких как пенициллин и амоксициллин.
В 1907 году Staudinger начал работать доцентом в Технологическом университете Karlsruhe. Здесь он успешно выделил ряд полезных органических соединений, включая синтетический кофейный ароматизатор, как более полно рассмотрено Rolf Mülhaupt.
Реакция Staudinger
В 1912 году Staudinger принял новую должность в Швейцарском федеральном политехническом институте в Zurich, Switzerland. Одно из его самых ранних открытий произошло в 1919 году, когда он и его коллега Meyer сообщили, что азиды реагируют с трифенилфосфином с образованием фосфинаминов (Рисунок 2). Эта реакция – обычно называемая реакцией Staudinger – дает высокий выход фосфинамина.
Химия полимеров
Находясь в Karlsruhe и позже в Zurich, Staudinger начал исследования в области химии резины, для которой были измерены очень высокие молекулярные веса физическими методами Raoult и van 't Hoff. Вопреки преобладающим представлениям, см. ниже, Staudinger предложил в знаковой статье, опубликованной в 1920 году, что резина и другие полимеры, такие как крахмал, целлюлоза и белки, представляют собой длинные цепи коротких повторяющихся молекулярных единиц, связанных ковалентными связями. Другими словами, полимеры — это как цепи скрепок, состоящие из малых составных частей, связанных от конца к концу (Рисунок 3).
В то время ведущие органические химики, такие как Emil Fischer и Heinrich Wieland, полагали, что измеренные высокие молекулярные веса были только кажущимися значениями, вызванными агрегацией малых молекул в коллоиды. Вначале большинство коллег Staudinger отказывались принимать возможность того, что малые молекулы могли ковалентно связываться между собой, образуя соединения с высоким молекулярным весом. Как aptly отмечает Mülhaupt, это отчасти связано с тем, что молекулярная структура и теория связей не были полностью поняты в начале XX века.
В 1926 году он был назначен преподавателем химии в Университете Freiburg в Freiburg im Breisgau, Germany, где он провел остаток своей карьеры. В 1927 году он женился на латвийском ботанике Magda Voita, также известной как Magda Woit, которая была его сотрудницей до его смерти и чей вклад он признал в своей нобелевской речи. Дополнительные доказательства в поддержку его гипотезы о полимерах появились в 1930-х годах. Высокие молекулярные веса полимеров были подтверждены мембранной осмометрией, а также измерениями вязкости Staudinger в растворе. Исследования рентгеновской дифракции полимеров Herman Mark предоставили прямые доказательства длинных цепей повторяющихся молекулярных единиц. Синтетическая работа, возглавленная Carothers, продемонстрировала, что полимеры, такие как нейлон и полиэстер, могли быть получены хорошо понятными органическими реакциями. Его теория открыла эту область для дальнейшего развития и помогла поставить науку о полимерах на прочную основу.
Наследие
Новаторское объяснение Staudinger природы соединений с высоким молекулярным весом, которые он назвал Makromoleküle, проложило путь к рождению области химии полимеров. Сам Staudinger видел потенциал этой науки задолго до его полной реализации. "Вполне вероятно, – прокомментировал Staudinger в 1936 году, – что рано или поздно будет найден способ производить искусственные волокна из синтетических высокомолекулярных продуктов, потому что прочность и эластичность естественных волокон зависят исключительно от их макромолекулярной структуры – то есть от их длинных нитеподобных молекул."
Staudinger основал первый журнал по химии полимеров в 1940 году, и в 1953 году получил Нобелевскую премию по химии за "его открытия в области макромолекулярной химии". В 1999 году Американское химическое общество и Gesellschaft Deutscher Chemiker обозначили работу Staudinger как Международный исторический химический ориентир. Его новаторские исследования подарили миру множество пластмасс, текстильных материалов и других полимерных материалов, которые делают потребительские товары более доступными, привлекательными и интересными, а также помогают инженерам разрабатывать более легкие и долговечные конструкции.
.jpg)
