ГЕРМАН ШТАУДИНГЕР
ГЕРМАН ШТАУДИНГЕР
(1881- 1965)
Основополагающие работы в области химии высокомолекулярных соединений принадлежат немецкому ученому Герману Штаудингеру.
Герман Штаудингер родился 23 марта 1881 года в городе Вормс. Его отцом был университетский профессор философии Франц Штаудингер. С детства Герман увлекался ботаникой, поэтому когда в восемнадцать лет окончил гимназию в своем родном городе, то хотел совершенствоваться в этой науке. Однако отец настоял на его занятиях химией, и в 1899 году Герман поступил в Галльский университет на соответствующий факультет.
Постепенно Штаудингер увлекся химией. Окончив университет, в 1903 году он под руководством Форлендера подготовил и защитил в родном университете докторскую диссертацию на тему «Присоединение малонового эфира к ненасыщенным соединениям».
С 1903 по 1907 год Штаудингер работает ассистентом у Тиле в Страсбурге. Здесь же в 1907 году он получил право на занятие должности доцента за исследование свойств кетенов. Эти исследования сделали имя Штаудингеру, что позволило ему в двадцать шесть лет занять должность экстраординарного профессора в Высшей технической школе Карлсруэ.
Штаудингер получил возможность работать в лаборатории известного химика Энглера, который произвел на него большое впечатление. В Карлсруэ молодой ученый опубликовал результаты исследований хлористого оксалила, бутадиена и алифатических углеводородов, изопрена. Что касается последнего, то по заказу фирмы БАСФ Штаудингер в 1910 году изобрел более простой способ получения этого основного компонента каучука.
В 1912 году ученого пригласили в Швейцарскую Высшую техническую школу в Цюрихе, где он должен был заменить известного ученого Р. Вильштеттера. В первое время на новом месте Штаудингер помимо большой преподавательской работы проводил исследования диазосоединений. Продолжая интенсивную работу, несмотря на начавшуюся вскоре мировую войну, химик открыл фосфазин и предпринял, в частности, исследование компонента кофе, определяющего его запах. Он также нашел синтетический заменитель атропину.
Надо сказать, что Штаудингер был ярко выраженным ученым-гуманистом. Он решительно выступал против любой войны. Ученый писал: «На вопрос о войне… можно сегодня ответить прямо, не ссылаясь на то, что война всегда была и что в будущем она никогда не перестанет быть свойственной человеческой природе». Штаудингер подчеркивал, что «длительный мир является насущной задачей всего человечества, которая должна быть решена в наши дни и именно в наши дни».
Исследования Штаудингера после окончания Первой мировой войны были связаны с высокомолекулярными соединениями. К тому времени господствовали взгляды Кекуле, предполагавшего существование «молекулярного притяжения», поскольку «только таким образом можно объяснить существование бесконечного числа сложных тел, описываемых как продукты молекулярного присоединения или молекулы высшего порядка». Ботаник же К. фон Негели предположил, что природные высокомолекулярные вещества, такие как целлюлоза и белок, состоят из низкомолекулярных соединений, связываемых «мицеллярными силами». И, уж конечно, казалось невозможным определить при помощи физико-химических методов молекулярные массы соединений свыше 5000. Такие соединения, как целлюлоза, каучук и крахмал, рассматривались состоящими из относительно малых молекул, связанных между собой особыми ассоциативными силами.
Штаудингеру удалось раскрыть общий принцип построения многих высокомолекулярных природных и искусственных веществ, а также наметить пути их исследования и синтеза. В 1921 году немецкий ученый показал, что каучук и другие коллоидные вещества в действительности являются соединениями, молекулы которых состоят из огромного количества (от тысяч до миллионов) атомов, связанных между собой обычными валентными силами.
В 1922 году Штаудингер завершил, при помощи И. Фричи, гидрирование каучука. При этом они получили гидрокаучук, который оказался растворимым коллоидом. Тогда же Штаудингер предложил для названия подобных молекул термин «макромолекулы».
На съезде естествоиспытателей в 1926 году в Дюссельдорфе Штаудингер изложил свои представления об образовании макромолекул. По мнению ученого, образование таких молекул хорошо объяснялось в соответствии со структурным учением Кекуле о способности атомов углерода к образованию связей между собой и с другими элементами, входящими в состав органических соединений.
Сообщения немецкого химика не только произвели сенсацию, но и вызвали многочисленные возражения. Был среди оппонентов и лауреат Нобелевской премии 1927 года по химии Г. Виланд, который писал Штаудингеру: «Дорогой коллега, оставьте, пожалуйста, Ваши представления о больших молекулах; органических молекул с молекулярным весом свыше 5000 не существует. Если вы хорошо очистите исследуемые Вами продукты, как, например, каучук, тогда он закристаллизуется и обнаружит свой низкомолекулярный характер».
Вскоре у противников Штаудингера появился существенный аргумент: в результате рентгеноструктурных исследований было установлено, что кристаллическая целлюлоза состоит из элементарных ячеек. По представлениям Негели мицеллы соответствуют мельчайшим кристаллам в кристаллических веществах.
Но Штаудингер считал, что в химии высокомолекулярных соединений это понятие следовало интерпретировать иначе: «Под мицеллами следует понимать коллоидные частицы, построенные из многочисленных более мелких молекул, связанных между собой при помощи вандерваальсовых сил».
Заслугой Штаудингера является то, что, введя понятие «макромолекулярные коллоиды», или, иначе, обозначив так класс высокомолекулярных соединений, он осознал и подчеркнул большое теоретическое и практическое значение размера молекул этих веществ.
В своих воспоминаниях Штаудингер писал о том, какими путями он доказывал существование макромолекул. Ему пришлось для этого создать новые методы исследования, которые значительно обогатили существовавшие ранее способы изучения низкомолекулярных веществ, поскольку известные и проверенные на бесчисленных примерах методы исследования низкомолекулярных веществ были совершенно непригодны для обнаружения макромолекул.
«Существование так называемых "макромолекул" Штаудингеру с сотрудниками удалось обосновать путем наблюдений, что "макрорадикалы" переходят неизменными из одного соединения в другое, - отмечается в книге «Биографии великих химиков». - Макромолекулы оказались идентичными с коллоидными частицами, которые, как предполагалось, состоят из "мицелл". Способность к набуханию и вязкость были основными показателями продуктов полимеризации, и Штаудингер сам внес значительный вклад в установление количественных соотношений между вязкостью и молекулярной массой веществ.
Для объяснения строения определенных природных веществ Штаудингер получил синтетические модельные вещества. Это позволило установить существенные закономерности и взаимосвязи, обусловливающие образование макромолекул. Штаудингер изложил результаты своих исследований и обрисовал затронутые при этом проблемы более чем в 400 публикациях. Среди них сообщения об определениях вязкости, обнаружении концевых групп, о превращениях макромолекулярных веществ в их производные, а также полемика с научными противниками, ставившими под сомнение существование макромолекул.
Некоторые представления Штаудингера не подтвердились, как, например, отрицание им вначале ассоциации молекул в разбавленных и концентрированных растворах полимеров. Неправильным оказалось и предположение, что цепеобразные молекулы должны представлять собой довольно жесткие палочки. Но в общем многочисленные основополагающие исследования Штаудингера в области препаративной и физической химии высокомолекулярных соединений принесли ему всеобщее признание».
В 1926 году Штаудингера пригласили занять должность ординарного профессора химии в университете Фрайбурга. До 1950 года ученый возглавлял Институт химии высокомолекулярных соединений этого университета. Он проявил себя не только как выдающийся ученый, но и как прекрасный воспитатель. Под его руководством начинали свой путь в науку такие известные химики, как В. Керн, Р. Зигнер и О. Швейцер.
В 1927 году Штаудингер женился на Магде Войт. Специалист по физиологии растений, она стала ему надежным товарищем в работе. Детей у супругов не было.
В 1953 году, спустя четверть века после осуществленной ученым большой работы, Штаудингер был удостоен Нобелевской премии по химии «за исследования в области химии высокомолекулярных веществ».
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».
Широкое международное признание работ Штаудингера выразилось не только в присуждении ученому Нобелевской премии по химии. Он был избран почетным доктором шести различных высших учебных заведений и членом многих научных обществ.
В 1951 году ученый ушел (в отставку) из Фрайбургского университета, став во главе Научно-исследовательского института макромолекулярной химии. Эту должность Штаудингер занимал до 1956 года.
Еще велась полемика относительно правильности теоретических представлений о природе макромолекул, а уже началось практическое использование результатов работ Штаудингера. Вторая половина двадцатого века прошла под знаком быстрого роста производства искусственных высокомолекулярных соединений, что в просторечье зовется «пластиком». Начало этого бума застал и Штаудингер. Он умер во Фрайбурге 8 сентября 1965 года от болезни сердца.