Герман Штаудингер (нем. Hermann Staudinger; 23 марта 1881, Вормс — 8 сентября 1965, Фрайбург) — немецкий химик.
Штаудингер приступил к изучению химии в Галльском университете, в Германии, в 1899 г., сразу после окончания гимназии в Вормсе. Тут он написал диссертацию о малоновых эфирах ненасыщенных соединений и в 1903 г. получил докторскую степень по органической химии.
После получения докторской степени Штаудингер занял должность ведущего ученого в области химии ненасыщенных органических соединений в Страсбургском университете. В этот период Штаудингер открыл кетен, обладающий высокой химической активностью ненасыщенный вид кетона, и широко изучил этот новый класс соединений. За это исследование он в 1907 г. получил право работать преподавателем. Затем Штаудингер стал ассистент-профессором в Техническом университете в Карлсруэ, где работал с известным химиком Карлом Энглером, специалистом по химической технологии. Энглер был также консультантом «Баденской анилиновой и содовой фабрики» (БАСФ), крупной германской химической компании. БАСФ интересовалась синтезом каучука, поскольку цены на натуральный каучук в то время постоянно повышались. Так, стимулируемый интересом со стороны БАСФ, Штаудингер в 1910 г. открыл новый, более простой способ синтеза изопрена, основного компонента натурального каучука. Тем не менее главным направлением научно-исследовательской деятельности ученого оставалось изучение кетенов.
В 1912 г. стал профессором Высшей технической школы в Цюрихе. Наиболее известные работы Штаудингера этого периода – получение этилсульфонов на основе диазониевых соединений и создание метода замены атома кислорода карбонильной группы иминогруппой с помощью трифенилфосфиминов. В Цюрихе Штаудингер начал исследования природных и синтетических высокомолекулярных веществ. В 1921 г. показал, что молекулы каучука и других коллоидных соединений состоят из огромного числа атомов (от тысяч до миллионов), соединенных ковалентными связями, вопреки господствовавшим тогда представлениями, что они образуются из относительно низкомолекулярных соединений под действием неких «ассоциативных сил». В 1920–1922 гг. Штаудингер провел гидрирование каучука, получив гидрокаучук, который оказался растворимым коллоидом; эта растворимость была объяснена им действием валентных сил. В 1922 Штаудингер предложил называть подобные молекулы «макромолекулами».
В 1926 г. Штаудингер стал директором химической лаборатории и профессором Фрейбургского университета. В том же году Герман Марк представил тщательно отобранные Штаудингером экспериментальные свидетельства и объяснение анализа рентгеновской кристаллографии на ежегодной конференции Ассоциации германских ученых-естественников и врачей в Дюссельдорфе. Выступление Марка убедило многих химиков в вероятности существования чрезвычайно больших молекул. Теории Штаудингера нашли поддержку, и уже 9 лет спустя, когда британское Фарадеевское общество созвало симпозиум по полимерам, выступавшие на нем считали существование макромолекул не требующим доказательств.
И все же даже Штаудингер неправильно понял некоторые аспекты структуры макромолекул. Поскольку ученый не соглашался с мыслью о том, что полимеры представляют собой совокупность агрегатов из маленьких молекул, он решил, что макромолекулы никоим образом не могут напоминать мицеллы.
Придерживаясь того мнения, что макромолекулы – это жесткие стержни, Штаудингер раскритиковал экспериментальные свидетельства, собранные Германом Марком и Фридрихом Эйрихом, которые указывали на то, что полимеры могут существовать как в виде гибких цепей, так и в виде мицеллоподобных связок. Ошибка Штаудингера привела его к конфликту с другими сторонниками макромолекулярной теории.
В конце 20-х гг. Штаудингер ознакомился с использованием Теодором Сведбергом ультрацентрифуги, нового мощного инструмента для определения молекулярной массы белков. Открытие Сведбергом того, что небольшая макромолекула, например молекула гемоглобина, могла обладать точно определяемой молекулярной массой, послужило важной поддержкой для теории Штаудингера, поскольку мицеллярная теория предсказывала изменяемость молекулярной массы. Штаудингер понял, что метод Сведберга может оказать важную поддержку его теории, однако на обращение Штаудингера к официальным властям с просьбой о покупке центрифуги был дан отрицательный ответ, что свидетельствовало о сохраняющемся в научных кругах скептицизме в отношении макромолекул. Получив отказ, Штаудингер обратился к исследованию вязкости полимеров в растворах. Несмотря на прочно установившийся метод определения молекулярной массы небольших молекул, этот метод редко применялся к полимерам. Работая с растворами полистирола, Штаудингер доказал, что вязкость полимера прямо пропорциональна его молекулярной массе, найдя еще одно опровержение мицеллярной теории.
η — η0 / η 0 = KMMC,
где η — η0 / η 0 — удельная вязкость η уд (она показывает относительное приращение вязкости чистого растворителя при прибавлении к нему высокомолекулярного вещества); М — молекулярная масса вещества; С — концентрация раствора; Км — константа для каждого полимергомологического ряда (порядка 10-4). По уравнению Штаудингера, представленному в виде:
M = ηуд /KMC можно вычислять молекулярную массу ВМС.
Иногда вязкость растворов ВМС выражают через приведенную вязкость.
ηуд / С = КмМ
Отношение ηуд / С называется приведенной (к единице концентрации) вязкостью. Казалось бы, что приведенная вязкость для одного и того же полимера не должна зависеть от концентрации. Однако исследования показали, что приведенная вязкость обычно возрастает с повышением концентрации высокополимера, причем это возрастание в интервале небольших концентраций происходит по прямой:
Возрастание значения ηуд / С объясняется взаимодействием макромолекул между собой. Отрезок, отсекаемый прямой на оси ηуд / С, соответствует величине так называемой характеристической вязкости. Она обозначается символом [η] и представляет собой приведенную вязкость при бесконечно большом разбавлении раствора:
Характеристическую вязкость находят графически и по ее величине определяют молекулярные массы ВМС.
В течение 30-х гг. Штаудингер сохранял интерес к проблеме вязкости полимерных растворов. В то же время он взялся за новую тему исследований – изучение сложных биологических макромолекул и непосредственное наблюдение макромолекул в микроскоп.
В 40-е гг. для Штаудингера был создан научно-исследовательский институт макромолекулярной химии при Фрейбургском университете. После второй мировой войны Штаудингер изучал взаимосвязь между структурой и функционированием в биологических макромолекулах, т.е. занимался той областью исследований, которая в настоящее время известна как молекулярная биология. В 1947 г. он основал журнал «Макромолекулярная химия» и опубликовал книгу «Макромолекулярная химия и биология», в которой излагал свои взгляды на перспективы развития молекулярной биологии. Однако по сегодняшним меркам его взгляды представляются довольно упрощенными, а работа ученого в послевоенный период не внесла значительного вклада в развитие молекулярной биологии.
В 1951 г. он вышел в отставку из Фрейбургского университета, став во главе Научно-исследовательского института макромолекулярной химии. Эту должность Штаудингер занимал до 1956 г. Умер ученый во Фрейбурге 8 сентября 1965 г. от болезни сердца.
Награды
В 1953 г., спустя четверть века после осуществленной ученым большой работы, Штаудингеру была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования в области химии высокомолекулярных веществ». Возможно, тот факт, что Штаудингер так поздно был удостоен звания Нобелевского лауреата, является показателем противоречий, вызванных выдвинутой им теорией. В своей Нобелевской лекции «Макромолекулярная химия» Штаудингер сказал: «В свете новых знаний в области макромолекулярной химии чудо жизни в ее химическом аспекте открывается в удивительном богатстве и совершенной макромолекулярной архитектуре живой материи». Жаль, что для Штаудингера совершенно незамеченным прошло событие, случившееся восемью месяцами ранее и как бы явившееся зримым подтверждением произнесенных им слов: Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали отчет о структуре двойной спирали молекулы ДНК.
Помимо Нобелевской премии, Штаудингер был удостоен других наград.
- медаль Эмиля Фишера Германского химического общества (1930),
- медаль Леблана Французского химического общества (1931)
- премия Станислав Канниццаро Итальянской национальной академии наук (1933).
Источники:
- Википедия. Герман Штаудингер
2. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
3. Люди Герман Штаудингер.Биография
4. Химический каталог. Вязкость растворов ВМС