Штаудингер, Герман: биография

Исследования макромолекул

В 1920 году Герман Штаудингер, профессор органической химии Технического университета Цюриха, взволновал научное сообщество, объявив, что материалы, такие как натуральный каучук,  имеют молекулы с очень высокой молекулярной массой (Рис. 3). В статье, озаглавленной «ber Polymerisation» Штаудингер привел несколько реакций, позволяющих синтезировать тяжелые молекулы, соединяя друг с другом большое количество однотипных коротких молекул. В ходе этих реакций, названных «полимеризацией», свободные мономеры ковалентно соединялись в цепи.

Эта новая теория, описанная Штаудингером как макромолекулярная в 1922 году, охватывала и природные, и синтетические полимеры и открыла путь к синтезу новых полимерных материалов для различных целей. Сейчас многие современные технологии основаны на спроектированных на молекулярном уровне полимерных материалах и биополимерах. Достижения химии полимеров используются в самых разных областях: от упаковки еды, текстильных волокон, автозапчастей и игрушек до водоочистных мембран и носителей, регулируемо выпускающих лекарство в кровь и биополимеров для тканевой инженерии.

Теория Штаудингера, однако, оказалась сложна для многих его современников. Научное сообщество очень неохотно признало существование чрезвычайно больших молекул с молекулярными массами более 5000. Противники идей Штаудингера объясняли специфические свойства полимерных материалов наличием в их структуре мицеллоподобных агрегатов, обнаруженных экспериментально для молекул мыла. Более того, некоторые ученые были убеждены в том, что размер молекулы не может превышать размер элементарной ячейки, определенной методами рентгеноструктурного анализа.

Штаудингер, придерживаясь эмпирических подходов классической органической химии, провел ряд экспериментов, подтверждающих существование макромолекулярных соединений. В качестве модельной системы был выбран натуральный каучук, потому что Карл Харриес и Рудольф Пуммерер независимо друг от друга предположили, что натуральный каучук представляет собой совокупность небольших циклических блоков полиизопрена, нековалентно связанных за счет «частичных валентностей» двойных связей. Такие агрегаты, по его мнению, должны были разрушиться при исчезновении двойных связей в процессе гидрирования. Практический эксперимент по гидрированию каучука показал, что гидрогенированный образец очень похож по свойствам на натуральный, что подтвердило гипотезу Штаудингера.

В конце 1920-х годов Штаудингер привел еще одно доказательство своей теории, основанное на вискозиметрическом исследовании растворов полимеров. Исследования подтвердили, что молекулярный вес полимеров почти не меняется в процессе химической модификации.

Однако, даже несмотря на впечатляющие экспериментальные данные, Штаудингер продолжал встречать сопротивление со стороны ведущих химиков-органиков  в течение почти двух десятилетий. Например, Генрих Виланд, лауреат Нобелевской премии по химии 1927-го года, писал Штаудингеру: «Дорогой коллега, откажитесь от идеи больших молекул, органические молекулы с молекулярной массой больше 5000 не существуют. Очистите свои продукты и резины, и они начнут кристаллизоваться, показав тем самым свой малый молекулярный вес».

В своей автобиографии Штаудингер пишет: «Мои коллеги были очень скептически настроены по отношению к моей теории, и все, кто встречал мои публикации в области низкомолекулярной химии, спрашивали меня, почему я пренебрегаю этой интересной областью и продолжаю работать с плохо изученными и неинтересными соединениями вроде резины и синтетических полимеров. В то время химию этих соединений, благодаря их свойствам, часто называли химией смазок».

Штаудингер никогда не переставал продвигать свою концепцию строения полимеров, несмотря на недоверие его коллег ко многим его методам и результатам. В оживленной полемике он красноречиво защищал свои идеи от всех нападок, используя свою изобретательность, настойчивость и неиссякаемый энтузиазм. В период с конца 1920-х до середины 1930-х годов макромолекулярная теория Штаудингера стала приниматься научным сообществом. Хотя некоторые из его противников продолжали упорствовать в своих возражениях, концепция Штаудингера нашла применение в промышленных процессах.