Нобелевские лауреаты: Герман Штаудингер. Непропущенные полимеры

Как ботаник стал химиком, бросил вызов всем органикам мира и зачем в современной науке нужно жить достаточно долго, рассказывает наш выпуск рубрики «Как получить Нобелевку». Герман Штаудингер Родился 23 марта 1881 года, Вормс, Германия Умер 9 сентября 1965 года, Фрайбург, ФРГ Нобелевская премия по химии 1953 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За исследования в области химии высокомолекулярных веществ (for his discoveries in the field of macromolecular chemistry)». Будущий лауреат Нобелевской премии по химии родился за 72 года до своего высшего триумфа в германском Вормсе – древней столице Нибелунгов. Отец его, Франц Штаудингер, был профессором философии и потому академическая среда окружала мальчика с раннего детства. И именно поэтому не стоял вопрос «кем быть?». Ответ был очевиден – ученым. Оставался вопрос: «каким?». Изначально мальчик выбрал ботанику. Отец не мешал, напротив – помогал и организовал уроки ботаники у одного из лучших специалистов того времени – Георга Клебса (эту фамилию сейчас лучше всего знают по брату Георга, микробиологу Эдвину Клебсу. Именно в честь него названа бактерия клебсиелла и именно он стал первооткрывателем возбудителя дифтерии). Однако уже тогда – в XIX веке – люди понимали, что ботаника – это не только тычинки и пестики, но и физиология растений. Это понимал и Клебс, и даже философ Штаудингер. Именно поэтому мальчику настоятельно рекомендовали основательно изучить химию. Папа сказал – сын сделал. По германской традиции того времени, уважающий себя интеллигент должен был проучиться не в одном университете, а менять несколько подряд. Штаудингер-сын отучился в Галле, Дармштадте и Мюнхене. Молодой человек так увлекся химической подготовкой к служению ботанике, что в итоге решил заняться химией. Тем более, что к 22 годам под руководством Даниэля Форланделя, одного из «отцов» жидких кристаллов, Штаудингер защитил докторскую диссертацию и плотно «подсел» на органику. В смысле – на органическую химию, а не то, что можно было подумать в отношении молодого интеллигента. Став ученым со степенью, Штаудингер перешел в Страсбургский университет, где получил место ассистента у выдающегося германского химика Иоганнеса Тиле, автора, помимо всего прочего, одной из альтернативных структур бензола (надо сказать, что Тиле обучил не одного нобелевского лауреата: кроме Штаудингера, его студентом был Генрих Отто Виланд). Именно работая у Тиле, Штаудингер сделал свое первое важнейшее открытие – кетен. Очень реакционноспособное вещество, а точнее – группа веществ общей формулы R1R2C=C=O. В 1905 году в журнале Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft вышла его статья с описанием кетенов, которая и ввела этот термин в научный обиход. В 1907 году Штаудингеру исполняется 26 лет и он получает должность профессора Технического университета в Карлсруэ. Там он продолжает заниматься кетенами, но постепенно отдает эту тему своему студенту – Леопольду Ружичке, который в итоге станет Нобелевским лауреатом на 14 лет раньше своего учителя. А сам Штаудингер начинает расширять сферу интересов. Например, он открыл способ получения изопрена – главного компонента искусственного каучука. Слава Германа Штаудингера была настолько велика, что когда в 1912 году крупнейший химик-органик Европы, Рихард Вильштеттер, освободил кафедру химии в Швейцарской высшей технической школе Цюриха, место предложили нашему герою. Штаудингер с энтузиазмом развернул деятельность на новом месте и весьма преуспел. За время Первой мировой он, в отличие от своих многочисленных коллег, не занимался разработкой химического оружия, а продолжал раскрывать тайны природных соединений и искать их аналоги. Штаудингер стал одним из основателей пищевой химии – именно он создал многие заменители и ароматизаторы, в которых нуждалась военная кулинария. Среди них – синтетический заменитель красного перца и кофейный ароматизатор. К 40 годам Штаудингер был одним из самых авторитетных химиков-органиков мира. Его именем назвали одну важную химическую реакцию (химики-олимпиадники помнят, что реакцией Штаудингера называют получение аминов из азидов). Казалось бы, можно продолжать работать в этой области – стабильность и научная слава гарантированы. Но Герману Штаудингеру не сиделось на месте. Была одна вещь, которая не давала ему покоя – структура каучука, способ получения «полуфабриката» которого он нашел в 1910 году. Ему казалось, что все химики что-то пропускали, описывая его структуру. Дело в том, что тогда понятия «полимер» практически не существовало. И сама мысль об огромных молекулах не укладывалась в головы химиков. Как же тогда изопрен превращается в каучук? Чтобы понять это, Штаудингер не пропускал ни одной научной статьи по своей теме. Пазл постепенно складывался. Карл Харриес предложил мицелларную концепцию: несколько молекул изопрена соединяются в кольца, а те образуют мицеллы с помощью межмолекулярных сил. Эта теория неплохо объясняла некоторые экспериментальные факты и была абсолютно господствующей. Что дернуло Штаудингера рискнуть авторитетом и предложить то, с чем гарантированно не согласятся его коллеги – непонятно. Но факт остается фактом: в 40 лет ведущий химик мира «сходит с ума» и говорит: каучук состоит из очень длинных молекул, в которые объединены сотни, тысячи повторяющихся звеньев изопрена. Впоследствии такие молекулы были названы полимерами. Впрочем, «соломку» Штаудингер подстелил – он провел очень изящное химическое исследование, которое подтвердило его правоту. Если бы каучук состоял из небольших молекул, при гидрировании бы получались жидкие продукты реакции – небольшой молекулярный вес составляющих мицелл Харриеса гарантировал это. Однако когда Штаудингер с коллегами гидрировал каучук (и фиксировал присоединение водорода), получался твердый продукт (впрочем, это сделал еще Бертло). Гидрирование полистирола тоже дало твердый продукт. В 1926 году коллеги будущего нобелевского лауреата собрали все доказательства существования полимеров (в том числе – рентгеноструктурные данные) и его версия постепенно стала общепринятой. Прошло всего 10 лет – и уже никто не сомневался в существовании полимеров. В 1932 году вышла классическая монография Германа Штаудингера: «Высокомолекулярные органические соединения, каучук и целлюлоза» (Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Cellulose), подробно описывающая его теорию и проведенные эксперименты. Впрочем, трения еще шли какое-то время. Частично виной тому сам Штаудингер. Он был упрям, и утверждал, что его полимеры – прямые гигантские молекулы, никак не могущие гнутся и сворачиваться – и категорически отвергал другие мнения. В результате споры разгорелись уже в лагере «полимерщиков». Видимо, именно это заставило Нобелевский комитет так затянуть с премией (Штаудингера номинировали суммарно 74 раза с 1931 года!). В своей лекции он 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». Как отмечает его биограф, «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». Тем не менее, очень здорово, что Герман Штаудингер прожил достаточно долго, чтобы все-таки получить свою премию – ведь открытие новой, неизведанной области химии точно заслуживает высшей научной награды. Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще. Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.