Нобелови лауреати – 1953 година

Херман Щаудингер (Hermann Staudinger)

23 март 1881 г. – 8 септември 1965 г.

Нобелова награда за химия

(За изследванията му в областта на химията на високомолекулните съединения.)

Германският физик Херман Щаудингер е роден във Вормс, в семейството на професора по философия Франц Щаудингер и Августа (Венк) Щаудингер. Той решава да стане ботаник, но баща му го съветва преди това да учи химия, смятайки, че значението на този предмет ще помогне на сина му в избраната професия. Щаудингер започва да учи химия в Галския университет, в Германия, през 1899 г., веднага след завършването на гимназията във Вормс. Но скоро, когато баща му получава преподавателска длъжност в Техническия университет в Дармщат, бъдещият химик се премества да учи там. След това за кратко време учи в Мюнхенския университет, после се връща в Галския. В Галския университет под ръководството на Даниел Форландер пише дисертация за малоновите естери на наситените съединения и през 1903 г. получава докторска степен по органична химия.

След получаването на докторска степен Щаудингер заема длъжността асистент на Йоханес Тиле, водещ учен в областта на химията на наситените органични съединения в Страсбургския университет. През този период той открива кетените, притежаващи висока химическа активност наситени видове кетони, и изучава обширно този нов вид съединения. Заради това свое изследване получава през 1907 г. правото да работи като преподавател. След това става асистент-професор в Техническия университет в Карлсруе, където работи с известния химик Карл Енглер, специалист по химически технологии. Енглер е също така консултант на „Баденската анилинова и содова фабрика“ (БАСФ), едра германска химическа компания. БАСФ се интересува от синтеза на каучук, защото цената на естествения каучук по това време непрекъснато се повишава. Така, стимулиран от интереса на БАСФ, Щаудингер открива през 1910 г. нов, по-прост начин за синтезиране на изопрен, основният компонент на естествения каучук. Въпреки това основно направление на научно-изследователската дейност на учения остава изучаването на кетените, което провежда с помощта на своя студент Леополд Ружичка.

През 1912 г. Щаудингер става приемник на Рихард Вилщетер в престижния Федерален технологически институт в Цюрих. По време на Първата световна война той и Ружичка се занимават с изучаването на състава на природните инсектициди пиретрини и получаването на изкуствен пипер. Едновременно с това ученият търси изкуствен заместител на срещащото се в природата лекарствено средство атропин. Заедно със своя студент Тадеуш Райхщайн той изследва химическите основи на ароматните и вкусовите свойства на кафето и получава изкуствена есенция на кафе, която се използва в Германия по време на войната, когато страната е отрязаната от обичайните си доставчици заради британската морска блокада.

След войната Щаудингер се връща към изучаването на естествения каучук. Благодарение на своята, макар и краткотрайна, работа над синтеза на изопрена през 1910 г. и на запазената от детството си любов към ботаниката той се отнася с голямо внимание към появяващите се изследвания, които по един или други начин засягат структурата на естествения каучук. Днес ние знаем, че естественият каучук има много голяма молекула с молекулна маса 1 500 до 5 000. А по времето на Щаудингер преобладава гледна точка, в основата на която лежи теорията, изказана от германския химик Карл Харинес. Тя се състои в това, че каучукът няма една молекула, а е съвкупност от отделни пръстени, всеки от който има две или повече изопренови звена. Съществуването на подобни очевидно големи молекули, като молекулите на каучука и целулозата, обясняват с помощта на мицеларната теория, според която малките молекули се държат заедно благодарение на слаби връзки и образуват съвкупност, наречена мицел.

През 1917 г. Щаудингер стига до извода, че концепцията за структурата на каучука, предложена от Хариес, не е вярна. Той твърди, че молекулата на естествения каучук е истинска, устойчива молекула, която се състои от вериги изопренови звена, държани заедно с помощта на прости връзки, и съдържа хиляди атоми. Като нарича големите молекули макромолекули, Щаудингер обобщава след три години своите идеи, създавайки цялостна молекулярна теория за строежа на полимерите – молекули с дълги вериги, състоящи се от малко на брой повтарящи се десетки или стотици пъти съединения. Да отхвърли популярната мицеларна теория, като се изложи на огъня на критиката, е за него акт на голямо мъжество. По това време Щаудингер е почти на четиридесет години и авторитетът му като химик е много висок. Но публикуваните резултати от редица изследвания, проведени от други учени през последните четири години, говорят в полза на мицеларната теория.

Щаудингер е честолюбив и затова, набелязвайки програма за изследвания, които да потвърдят неговата молекулярна теория, взема под внимание силата на научната опозиция. През периода на 20-те и 30-те години той и сътрудниците му правят много опити, с които проверяват съществуването на гигантските молекули. Отначало те „атакуват“ структурата, предложена от Хариес. Понеже привържениците на мицеларната теория твърдят, че молекулярните агрегати се държат заедно благодарение на привличането между двойните връзки във всеки пръстен, отстраняването на тези двойни връзки с възстановяване (тоест с присъединяване на водородни атоми) би предизвикало разрушаване на мицела и появата на течни въглеводороди. Но през XIX в. френският химик Марселен Бертло възстановява каучук и получава твърд материал, а през 1922 г. Щаудингер потвърждава неговите резултати. Щаудингер възстановява също така макромолекули на полистирол и отново не получава течни въглеводороди, както предсказва мицеларната теория.

Стремейки се да заобиколи трудностите, свързани с експерименталните проучвания на сложните природни полимери, Щаудингер решава да изследва синтетичните „модели“ на съединенията. За модел на целулозата той избрал полиоксиметилена (параформалдехида), твърда форма на антикоагулантното средство формалин. Модел на каучука става полистиролът. Към 1930 г. Щаудингер събира значителен обем експериментални данни, потвърждаващи съществуването на макромолекулите и на много дългите полимерни вериги. Той потвърждава също така, че полимерните вериги не завършват със свободна химична връзка, а с обикновени химични групи с произход от околния разтвор или от самия полимер. Този важен етап от своите изследвания ученият сумира в класическата си монография „Високомолекулярни органични съединения, каучук и целулоза“ („Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Cellulose“), публикувана през 1932 г.

Гледната точка на Щаудингер предизвиквала все още възражението на много химици, а привържениците на мицеларната теория я посрещали с яростни атаки. Но широкото отрицателно отношение към неговите идеи не пречи на Щаудингер да стане през 1926 г. директор на химическата лаборатория към Фрайбургския университет и професор в университета. През същата година Херман Марк представя старателно подбрани експериментални свидетелства на Щаудингер по време на ежегодната конференция на Асоциацията на германските учени-естествоизпитатели и лекари в Дюселдорф. Изказването на Марк убеждава много химици, включително и Вилщетер, който председателства конференцията, във вероятността да съществуват извънредно големи молекули. Теориите на Щаудингер намират подкрепа и девет години по-късно, когато британското Фарадеево дружество свиква симпозиум за полимерите, изказващите се там не смятат съществуването на макромолекулите за нуждаещо се от доказателства.

И все пак дори Щаудингер не разбира правилно някои аспекти на структурата на макромолекулите. Понеже не е съгласен с мисълта, че полимерите са агрегати от малки молекули, ученият решава, че макромолекулите не могат по никакъв начин да приличат на мицел. Придържайки се към мнението, че макромолекулите са твърди оси, Щаудингер критикува експерименталните свидетелства, събрани от Херман Марк и Фридрих Ейрих, които посочват, че полимерите могат да съществуват както във вид на гъвкави вериги, така и във вид на мицелоподобни връзки. Грешката на Щаудингер го довежда до конфликт с другите привърженици на макромолекулната теория. Този разкол в редиците на защитниците на новата теория във време, когато тя все още се намира под огъня на критиката от страна на учените, насочва необходимите за нейната защита и потвърждаване сили в крайно неуспешна посока.малка макромолекула,

В края на 20-те години Щаудингер се запознава с използваната от Теодор Сведберг ултрацентрофуга, нов мощен инструмент за определяне на молекулната маса на протеините. Откритието на Сведберг, че малка макромолекула, например молекулата на хемоглобина, може да притежава точно определена молекулна маса, потвърждава теорията на Щаудингер, защото мицеларната теория предвижда изменяемост на молекулната маса. Щаудингер разбира, че методът на Сведберг може да подкрепи сериозно теорията му, но когато се обръща към официалните власти с молба да му бъде купена центрофуга, получава отрицателен отговор. Когато му отказват, Щаудингер започва да изследва вискозитета на полимерите в разтвори. Въпреки добре установения метод за определяне на молекулната маса на малките молекули този метод се използва рядко за полимерите. Работейки с разтвори на полистирол, Щаудингер доказва, че вискозитета на полимера е пряко пропорционална на молекулната му маса, което опровергава още един път мицеларната теория.

През 30-те години Щаудингер запазва интереса си към проблема за вискозитета на полимерните разтвори. Но по същото време се заема и с нови изследвания - проучва сложните биологични макромолекули и наблюдава непосредствено макромолекулите с микроскоп.

През 40-те години за Щаудингер е създаден научно-изследователски институт по макромолекулна химия към Фрайбургския университет. След Втората световна война той проучва взаимната връзка между структурата и функционирането на биологичните макромолекули, с други думи – занимава се в изследователска област, която днес е известна като молекулярна биология. През 1947 г. Щаудингер основава списанието „Макромолекулярна химия“ („Makromolekulare Chemie“) и публикува книгата „Макромолекулярна химия и биология“ („Makromolekulare Chemie und Biologie“), в която представя своите възгледи за развитието на молекулярната биология. Но по днешните мерки неговите възгледи са доста опростени, а работата на учения в следвоенния период не допринася много за развитието на молекулярната биология.

През 1927 г. Щаудингер се жени за Магда Войт. Специалист по физиология на растенията, тя става негов надежден другар в работата. Семейството няма деца. Човек с висок ръст и тих глас, Щаудингер привлича студентите от цял свят благодарение на рядкото съчетание от чувствителност, възприемчивост и интуиция в областта на химията, а също така и с борбените си качества, когато трябва да защитава своята теория. През 1951 г. той се пенсионира и напуска Фрайбургския университет, но до 1956 г. оглавява научно-изследователския институт по молекулярна биология. Умира във Фрайбург от сърдечна болест.

Освен с Нобелова награда Щаудингер е удостоен с много други награди. Сред тях са медалът Емил Фишер на Немското химическо дружество (1930 г.), медалът Льоблан на Френското химическо дружество (1931 г.) и наградата Станислав Каницаро на Италианската национална академия на науките (1933 г.). Той е почетен доктор на Техническия университет в Карлсруе и на университета в Майнц.

Превод от руски:Павел Б. Николов