הרמן שטאודינגר

ראשית דרכו

שטאודינגר נולד ב-1881 בוורמס, גרמניה. אביו דר' פרנץ שטאודינגר היה מורה בבית ספר תיכון וסוציאל-דמוקרט פעיל, אמו אוגוסטה שטאודינגר (ונק) הייתה פעילה למען זכויות נשים. היו לו שני אחים ואחות. אחיו האנס היה פוליטיקאי חבר המפלגה הסוציאל-דמוקרטית של גרמניה וכלכלן שהיגר ב-1933 לארצות הברית מאימת השלטון הנאצי בין השאר כיוון שאשתו הייתה יהודיה.
ב-1903 הוענק לו תואר .Ph.D באוניברסיטת האלה-ויטנברג וב-1907 קיבל משרה כמרצה באוניברסיטת שטרסבורג, צרפת . כאן הוא גילה את הקֵטֶנים (Ketene), קבוצה של חמרים מהצורה R′R″C=C=O. זהו תוצר ביניים פעיל בעל חשיבות בין השאר בסינתזה של אנטיביוטיקות כמו פניצילין ואמוקסיצילין.
בשנת 1907, שטאודינגר קיבל משרה של מרצה בכיר באוניברסיטה הטכנית בקרלסרוהה, כאן הצליח לבודד מספר תרכובות אורגניות שימושיות כולל תוסף מלאכותי בטעם קפה.

תגובת שטאודינגר

בשנת 1912 שטאודינגר קיבל משרה חדשה במכון הטכנולוגי של ציריך, שווייץ. אחת התגליות המוקדמות שם הייתה ב-1919. אזיד וטריפנילפוספין מגיבים לתת פוספאזיד. לתגובה זו, המוכרת כתגובת שטאודינגר, ניצולת גבוהה של פוספט. בשלב שני, אחרי הידרוליזה מתקבל Phosphine oxide (אורגני) ואמין.

כימיה של פולימרים

עוד בהיותו בקרלסרוהה ומאוחר יותר בשווייץ, שטאודינגר התחיל להתעניין בכימיה של גומי. המסה המולקולרית שנקבעה לגומי בעזרת השיטה הסטנדרטית (הורדת נקודת הקיפאון) שפיתחו פרנסואה-מארי ראול ויאקובוס ואן 'ט הוף הייתה גבוהה מאוד.
הדעה המקובלת של כימאים מובילים כמו הרמן אמיל פישר והיינריך אוטו וילנד הייתה כי המסה המולקולרת הגבוהה הנמדדת למשפחה שלמה של חמרים כמו עמילן, תאית וחלבונים לא מעידה על מולקולות מרובות אטומים אלא נובעת מקולואיד שנוצר מאגרגציה של מולקולות קטנות.
בניגוד לדעה המקובלת שטאודינגר הציע מודל, במאמר פורץ דרך שפורסם ב-1920, שהגומי וחומרים אחרים המדגימים מסה מולקולרית גבוהה בנויים כשרשראות ארוכות שנוצרות מיחידות קטנות שחוזרות על עצמן וקשורות זו לזו בקשר קוולנטי.
בהתחלה, האפשרות שמולקולות קטנות יכולות להתחבר זו לזו בקשר קוולנטי וליצור מקרומולקולות נדחתה על ידי רוב הקולגות של שטאודינגר, אבל בתחילת המאה ה-20 הידע על מהות הקשרים והמבנה של מולקולות לא היה שלם.
בשנת 1926 הוא מונה למרצה לכימיה באוניברסיטת פרייבורג, גרמניה, מקום בו עבד עד סוף הקריירה המקצועית. שנה לאחר מכן נשא את הבוטניקאית הלטבית מגדה וויטה לאישה. מגדה שטאודינגר הייתה שותפה במחקריו עד יומו האחרון ושטאודינגר ציין את תרומתה בנאמו במעמד קבלת פרס נובל.
עדות נוספת התומכת בהיפוטזה על מבנה הפולימרים הופיעה בשנות ה-30. משקלים מולקולריים גבוהים התקבלו במדידות בעזרת אוסמומטריה וגם בעזרת מדידות של צמיגות בתמיסות שבוצעו על ידי שטאודינגר עצמו. מחקרים של פולימרים בעזרת קריסטלוגרפיה בקרני X שבוצעו על ידי הרמן מארק סיפקו הוכחה ישירה למבנה של שרשראות ארוכות עם יחידות מונומר חוזרות על עצמן. הסינתזה של וולאס קרותרס הדגימה שניתן להכין פולימרים כמו ניילון ופוליאסטר בעזרת תגובות אורגניות שמנגנוניהן נלמדו והובנו מראש. התאוריה של הרמן שטאודינגר הייתה אבן יסוד להתפתחות מחקר ויישום של פולימרים בכימיה אורגנית, ביוכימיה, ביופיזיקה, ביולוגיה מבנית, ביוטכנולוגיה, והנדסה כימית.

מורשת

הבנת המבנה של תרכובות עם מסה מולקולרית גבוהה, שנקראו על ידי שטאודינגר מקרומולקולות סללה את הדרך להגדרת ענף מדעי חדש בשם כימיה פולימרית. שטאודינגר ראה את הפוטנציאל הטמון בענף מדעי זה הרבה לפני שהדבר הובן על ידי הקהילה המדעית. ההערה שלו מ-1936 "זה לא בילתי אפשרי שבמוקדם או במאוחר תמצא דרך להכין סיבים מלאכותיים מתוצרים סינתטים, כיוון שהחוזק והגמישות של סיבים טבעיים תלוי בלעדית במבנה המקרומולקולרי שלהם - במילים אחרות במולקולות הארוכות דמויות הפתיל שלהם" מדגימה זאת.
תגליתו חיזקה את ההיפותזות המוקדמות של אדואר גרימו (Édouard Grimaux,1882) ׁׁׁׂושל פרנץ הופמייסטר (Franz Hofmeister) והרמן אמיל פישר (1902) על המבנה המקרומולקולרי של חלבונים, שעד אז לא קיבלו הכרה על ידי קהילת הביוכימאים, ותרמה את חלקה להתפתחויות שחלו בשטח זה מאז.
שטאודינגר הקים את כתב העת המדעי הראשון שעסק בכימיה של פולימרים ב-1940, וב-1953 הוענק לו פרס נובל בכימיה על "תגליותיו בשטח הכימיה של מקרומולקולות". ב-1999 הגדירה האגודה האמריקנית לכימיה ו-GDCh (האגודה הגרמנית המקבילה) את עבודתו על מקרומולקולות כנקודת ציון היסטורית (National Historic Chemical Landmarks). עבודתו החלוצית הניבה מספר עצום של פלסטיקים, טקסטיל, וחמרים פולימריים רבים אחרים שמספקים מוצרי צריכה, קלים, עמידים, יפים וזולים בכל שטחי החיים המודרניים.