Χέρμαν Στάουντινγκερ

Ο Χέρμαν Στάουντινγκερ (Hermann Staudinger, 23 Μαρτίου 1881 – 8 Σεπτεμβρίου 1965) ήταν Γερμανός χημικός που απέδειξε την ύπαρξη των μακρομορίων, τα οποία ονόμασε πολυμερή. Για την ανακάλυψή του αυτή βραβεύθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1953. Είναι επίσης γνωστός για την ανακάλυψη των κετενών και της ομώνυμης αντιδράσεως.

Η αρχή της σταδιοδρομίας του

Ο Στάουντινγκερ γεννήθηκε στη Βορμς της τότε Γερμανικής Αυτοκρατορίας. Αφού πήρε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Χάλε το 1903, διορίστηκε σε μία θέση στο Πανεπιστήμιο του Στρασβούργου.
Σχήμα 1: Η γενική δομή μιας κετένης. Το R είναι μία οποιαδήποτε ομάδα.

Στο Στρασβούργο ανακάλυψε τις κετένες, μία οικογένεια μορίων γενικής μορφής που φαίνεται στο Σχήμα 1.[8] Οι ενώσεις αυτές θα αποδεικνύονταν ένα συνθετικώς σημαντικό ενδιάμεσο για την παραγωγή στο μέλλον αντιβιοτικών όπως η πενικιλλίνη και η αμοξικιλλίνη.

Το 1907 ο Στάουντινγκερ έγινε επίκουρος καθηγητής στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης. Εκεί κατόρθωσε να απομονώσει μερικές χρήσιμες οργανικές χημικές ενώσεις (μεταξύ των οποίων μία συνθετική αρωματική ουσία του καφέ), που περιγράφονται μία προς μία από τον Rolf Mülhaupt[9].
Η αντίδραση Στάουντινγκερ

Το 1912 ο Στάουντινγκερ ανέλαβε μία νέα θέση στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Ζυρίχη. Μία σημαντική ανακάλυψή του έγινε το 1919, όταν ανέφερε μαζί με τον συνάδελφό του Μέγιερ ότι τα αζίδια αντιδρούν με την τριφαινυλφωσφίνη σχηματίζοντας φωσφαζίδιο (Σχήμα 2).[10] Η αντίδραση αυτή, που αποκαλείται συνήθως «Αντίδραση Στάουντινγκερ», έχει μεγάλη απόδοση σε φωσφαζίδιο[11]
Σχήμα 2: Η τριφαινυλφωσφίνη και ένα αζίδιο αντιδρούν προς σχηματισμό ενός φωσφαζιδίου και αέριου αζώτου (αντίδραση Staudinger).
Το Nylon 6 και το Nylon 6-6
Χημεία των πολυμερών

Στην Καρλσρούη και αργότερα στη Ζυρίχη ο Στάουντινγκερ άρχισε να ερευνά χημικώς το καουτσούκ (ελαστικό κόμμι), για το οποίο είχαν ήδη μετρηθεί πολύ μεγάλα μοριακά βάρη με τις φυσικές μεθόδους των Ραούλ και βαν'τ Χοφ. Σε αντίθεση με τις τότε επικρατούσες ιδέες (δείτε και παρακάτω), ο Στάουντινγκερ πρότεινε σε μία δημοσίευση-ορόσημο το 1920 ότι τα μόρια που αποτελούν το ελαστικό κόμμι και πολλές άλλες ουσίες, όπως το άμυλο, η κυτταρίνη και οι πρωτεΐνες, είναι μακρές αλυσίδες βραχέων επαναλαμβανόμενων μοριακών μονάδων, οι οποίες συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς[12] Με άλλα λόγια, τα πολυμερή στο μοριακό επίπεδο μοιάζουν με αλυσίδες από συνδετήρες, διαμορφωμένα από μικρά συστατικά μέρη που συνδέονται η μία τους άκρη με την άλλη του επόμενου (Σχήμα 3).
Σχήμα 3: Μία αλυσίδα από συνδετήρες (άνω) αποτελεί ένα καλό πρότυπο για ένα πολυμερές όπως το πολυγαλακτικό οξύ (κάτω). Η αλυσίδα αποτελείται από σχετικώς μικρά τμήματα που συνδέονται μαζί «κεφαλή με ουρά».

Εκείνη την εποχή οι κορυφαίοι οργανική χημικοί, όπως ο Εμίλ Φίσερ και ο Χάινριχ Βίλαντ[9][13], είχαν τη γνώμη ότι τα μετρούμενα τεράστια μοριακά βάρη ήταν φαινομενικά, προκαλούμενα από τη συσσωμάτωση ξεχωριστών μικρών μορίων, όπως στα κολλοειδή. Αρχικώς η πλειονότητα των συναδέλφων του Στάουντινγκερ αρνήθηκαν να αποδεχθούν τη δυνατότητα των μικρών μορίων να συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς σχηματίζοντας χημικές ενώσεις τεράστιου μοριακού βάρους. Αυτό, όπως σημειώνει προσφυώς ο Mülhaupt, οφειλόταν εν μέρει στο ότι η μοριακή δομή και η θεωρία των χημικών δεσμών δεν είχαν κατανοηθεί πλήρως στο πρώτο τέταρτο του 20ού αιώνα[9].

Το 1926 ο Στάουντινγκερ διορίστηκε λέκτορας της χημείας στο Πανεπιστήμιο του Φράιμπουρκ στη Βάδη-Βυρτεμβέργη, όπου θα περνούσε την υπόλοιπη ζωή του[14]. Επιπλέον δεδομένα που υποστήριζαν την υπόθεσή του για τα πολυμερή παρουσιάστηκαν μετά το 1930: Τα μεγάλα μοριακά βάρη τους επιβεβαιώθηκαν από μετρήσεις ωσμωτικών πιέσεων, καθώς και από μετρήσεις του ιξώδους που πραγματοποίησε ο ίδιος ο Στάουντινγκερ σε διαλύματα. Οι μελέτες πολυμερών με περίθλαση ακτίνων Χ από τον Χέρμαν Μαρκ προσέφεραν απευθείας απόδειξη για μακρές αλυσίδες επαναλαμβανόμενων μοριακών μονάδων. Και το συνθετικό έργο του Κάροδερς και άλλων απέδειξε ότι τα πολυμερή όπως το νάιλον και ο πολυεστέρας μπορούσαν να παρασκευαστούν από καλώς κατανοούμενες οργανικές αντιδράσεις. Η θεωρία του Στάουντινγκερ άνοιξε το αντικείμενο προς παραπέρα ανάπτυξη και βοήθησε στην τοποθέτηση της επιστήμης των πολυμερών πάνω σε μία στέρεη βάση.
Η επιστημονική κληρονομιά του

Η διαλεύκανση από τον Στάουντινγκερ της φύσεως των ουσιών μεγάλου μοριακού βάρους, για τις οποίες ο ίδιος χρησιμοποίησε πρώτος τον όρο «μακρομόρια» (Makromoleküle στη γερμανική) έστρωσε τον δρόμο για τη γέννηση ενός νέου επιστημονικού πεδίου: της χημείας των πολυμερών[15]. Ο ίδιος ο Στάουντινγκερ διείδε τις προοπτικές αυτού του κλάδου πολύ πριν καθιερωθεί. «Δεν είναι απίθανο», σχολίασε διορατικά το 1936, «ότι αργά ή γρήγορα θα ανακαλυφθεί ένας τρόπος παρασκευής τεχνητών ινών από συνθετικά προϊόντα μεγάλου μοριακού βάρους, επειδή η αντοχή και η ελαστικότητα των φυσικών ινών εξαρτώνται αποκλειστικά από τη μακρομοριακή δομή τους – δηλαδή από τα μακρά, σε σχήμα ίνας, μόριά τους.»[16] Ο Στάουντινγκερ ίδρυσε και το πρώτο ερευνητικό περιοδικό της χημείας των πολυμερών, το 1940, υπό τον τίτλο «Η μακρομοριακή χημεία» (Die Makromolekulare Chemie)[17], ενώ το 1953 βραβεύθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας «για τις ανακαλύψεις του στο πεδίο της μακρομοριακής χημείας»[18]. Το 1999 η Αμερικανική και η Γερμανική Χημική Εταιρεία από κοινού ανακήρυξαν το έργο του Στάουντινγκερ «Διεθνές Ιστορικό Ορόσημο στη Χημεία»[19]. Οι πρωτοποριακές του έρευνες απέφεραν τελικώς στην ανθρωπότητα μυριάδες πλαστικά, συνθετικά υφάσματα και άλλα πολυμερισμένα υλικά, που κατέστησαν πολύ φθηνότερα και πρακτικότερα τα καταναλωτικά αγαθά, ενώ βοήθησαν και μηχανικούς να αναπτύξουν ελαφρότερες και ανθεκτικότερες δομές.
Δείτε επίσης

Πολυμερή

Παραπομπές

Γερμανική Εθνική Βιβλιοθήκη, Κρατική Βιβλιοθήκη του Βερολίνου, Βαυαρική Κρατική Βιβλιοθήκη, Εθνική Βιβλιοθήκη της Αυστρίας: Gemeinsame Normdatei. Ανακτήθηκε στις 9 Απριλίου 2014.
Εθνική Βιβλιοθήκη της Γαλλίας: (Γαλλικά) BnF authorities. data.bnf.fr/ark:/12148/cb13746676z. Ανακτήθηκε στις 10 Οκτωβρίου 2015.
«Encyclopædia Britannica» (Αγγλικά) biography/Hermann-Staudinger. Ανακτήθηκε στις 9 Οκτωβρίου 2017.
(Γερμανικά) Munzinger-Archiv. 00000002300. Ανακτήθηκε στις 9 Οκτωβρίου 2017.
(Γερμανικά) Εγκυκλοπαίδεια Μπρόκχαους. staudinger-hermann. Ανακτήθηκε στις 9 Οκτωβρίου 2017.
(Αγγλικά) Nobelprize.org. data.nobelprize.org/resource/laureate/216. Ανακτήθηκε στις 13 Οκτωβρίου 2018.
biography/Hermann-Staudinger. Ανακτήθηκε στις 13 Οκτωβρίου 2018.
Hermann Staudinger (1905). «Ketene, eine neue Körperklasse». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 38 (2): 1735–1739. doi:10.1002/cber.19050380283.
Mülhaupt, R. (2004). «Hermann Staudinger and the Origin of Macromolecular Chemistry». Angew. Chem. Int. Ed. 43 (9): 1054–1063. doi:10.1002/anie.200330070. PMID 14983438.
Staudinger, H.; Meyer, J. (1919). «Über neue organische Phosphorverbindungen III. Phosphinmethylenderivate und Phosphinimine». Helv. Chim. Acta 2 (1): 635–646. doi:10.1002/hlca.19190020164.
Breinbauer, R.; Kohn, M. (2004). «The Staudinger Ligation – A Gift to Chemical Biology». Angew. Chem. Int. Ed. 43 (24): 3106–3116. doi:10.1002/anie.200401744. PMID 15199557.
Staudinger, H. (1920). «Über Polymerisation». Ber. Deut. Chem. Ges. 53 (6): 1073. doi:10.1002/cber.19200530627.
Feldman, S.D., Tauber, A.I. (1997). «Sickle Cell Anemia: Reexamining the First "Molecular Disease"». Bulletin of the History of Medicine 17 (4): 623–650. doi:10.1353/bhm.1997.0178.
Βιογραφία του Στάουντινγκερ στον ιστοτόπο των Βραβείων Nobel
Staudinger, H. (1933). «Viscosity investigations for the examination of the constitution of natural products of high molecular weight and of rubber and cellulose». Trans. Faraday Soc. 29 (140): 18–32. doi:10.1039/tf9332900018.
Staudinger, H.; Heuer, W.; Husemann, E.; Rabinovitch, I.J. (1936). «The insoluble polystyrene». Trans. Faraday Soc. 32: 323–335. doi:10.1039/tf9363200323.
Meisel, I., Mülhaupt, R. (2003). «The 60th Anniversary of the First Polymer Journal ("Die Makromolekulare Chemie"): Moving to New Horizons». Macromolecular Chemistry and Physics 204 (2): 199. doi:10.1002/macp.200290078.
The Nobel Prize in Chemistry 1953 (ανακτήθηκε τον Μάρτιο του 2006).

«Hermann Staudinger: Foundation of Polymer Science». International Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 12 Ιανουαρίου 2013. Ανακτήθηκε στις 25 Ιουνίου 2012.

Πηγές

Helmut Ringsdorf (2004). «Hermann Staudinger and the Future of Polymer Research Jubilees – Beloved Occasions for Cultural Piety». Angewandte Chemie International Edition 43 (9): 1064–1076. doi:10.1002/anie.200330071. PMID 14983439.
Heinrich Hopff (1969). «Hermann Staudinger 1881–1965». Chemische Berichte 102 (5): XLI. doi:10.1002/cber.19691020502.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Staudinger's Βιογραφία στον ιστοτόπο του Ιδρύματος Nobel
«Μακρομοριακή Χημεία», Η διάλεξή του στην απονομή του Βραβείου Nobel