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科学先驱:Hermann Staudinger

通过|2020年6月23日

从他的突破性纸张上的一个世纪,高级科学新闻需要看看诺贝尔·洛伯特·斯坦克州诺贝尔·洛瑞特的生活和工作。伟德安全吗

图片来信:Kieran O'Brien

一百年前的这个月标志着化学和材料技术革命的开始。1920年6月12日,一位当时在苏黎世的瑞士联邦理工学院工作的有机化学家发表了一篇论文,这篇论文永远地改变了我们对化学的理解,为合成材料的扩散铺平了道路,并对现代世界产生了深远的影响;建筑、制造、包装、生物、医药等等,都被人类突然掌握的一种不再局限于自然界的新化学所不可逆转地改变了。

这个有机化学家是赫尔曼·斯兰廷格,及其纸张,über聚合聚合)是第一个提出小分子单位可以共价结合在一起的长链称为大分子或聚合物。评论1936年聚合物,赫尔曼自己说:“这不是不可能的,迟早会发现准备人工纤维合成高分子产品,因为天然纤维的强度和弹性完全取决于他们的微分子结构——也就是说,在他们的长thread-shaped分子。”但是谁是Hermann Staudinger,为什么这个表面上简单的大分子描述可能是20年来最重要的发现之一th世纪科学?

本文在科学中的开拓者看着富豪的生活和工作,突出了他的影响100年的聚合物科学对微塑料和塑料垃圾的担忧已经刺激了该领域的新分支,使我们从上个世纪的经验教训中得到了更好的准备,以应对本世纪的挑战。

开端

Hermann Staudinger出生于德国蠕虫,于1881年,这是一个年轻的国家正在经历快速的工业化。在1871年的几年内,德国将成为钢铁和越来越多的化学工业世界领导者的主导出口国。赫尔曼最初对植物学感兴趣,被席卷进入这一不可抗拒的新兴产业,并选择研究化学,获得他的博士学位。1903年,哈勒大学。

他伟大的迹象是有机化学家在1920年之前已经很明显。1905年,在24岁,施陶丁格发现烯酮现在,在世界各地的化学家熟知的常见化合物。在接下来的几年里,作为卡尔斯鲁厄技术大学教授,他也成功地用辣椒和咖啡制作了合成的替代品,主要是在第一次世界大战期间回应这些食品的短缺。

在这里,我们看到斯兰廷格对科学的政治观点及其与社会的关系。他热情地认为,科学应该用于公众良好 - 即使它是谦虚的咖啡替代品的含量,也可以像困难时代一样繁琐的咖啡 - 这一观点,让他与他的同时代人有所在战争年份。弗里茨·哈伯尔(Fritz Haber)在卡尔斯鲁厄的一位崇拜者的朋友,对德国军队使用的化学武器的使用表达了热烈的支持,这是一个富豪发现令人憎恶的立场。他公开反对哈夫伯,1919年甚至在法语中发表了一篇论文在杂志上的红十字会关于技术和战争的想法。

随着战争的恐怖结束,毫无疑问这对Staudinger和其他许多人来说是一个巨大的解脱,世界以乐观的态度面对20世纪20年代的新十年。对于Staudinger来说,他不知道的是,他一直在研究的一个关于某些化合物高分子量的问题,会对许多人所希望的一个新的现代世界的黎明产生深远的影响。

über聚合

在1920年之前,化学群落认为对某些化合物测量的特异性高分子量是分子聚集成胶体的结果。这一观点特别支持Heinrich Otto Wieland和Emil Fischer(“费舍尔预测”被命名的那个人),后者在1902年获得了诺贝尔化学奖(Wieland也将在1927年赢得奖品)。但富豪有不同意这种胶体解释。他的解释现在是当今化学的基本原则:斯兰廷格表示,这些化合物如橡胶,纤维素和蛋白质实际上是一种纸夹链,由一系列更小,重复的化学单位组成,彼此粘合共价。换句话说,这些是聚合物。

虽然他在同行中受到尊敬,显然是一位才华横溢的年轻科学家,但公开反对当时的主流科学观点,尤其是像费舍尔这样的诺贝尔奖得主的观点,是一件相当了不起的事情。因此,Staudinger对这些化合物中发现的高分子量的聚合物解释在最初受到怀疑之后über聚合出版于1920年。维兰德甚至给了Staudinger以下建议;“亲爱的同事,放弃您对大分子的想法,分子量超过5000的有机分子不存在。纯化您的产品如橡胶,它们将结晶并转向出低分子量化合物。

然而,兹托宾不摇曳。在他对聚合物的第一次解释之后,他和同事,J. Fricschi,在1922年出版这是天然橡胶中长聚合物链存在的第一个直接证据。在这篇论文中,Staudinger还给出了“大分子”这个词,他自己就是这样描述的1924年:“对于这样的胶体颗粒,其中分子与初级颗粒相同,并且该胶体分子的个体原子通过共价键将它们连接在一起,我们提出更好地分化为MACROMOLECULE。”

到20世纪20年代末,越来越多的研究人员发现了聚合物存在的证据,证明了Staudinger的观点是正确的,Staudinger的事业开始达到新的高度。1926年,他开始在弗莱堡大学工作,并在那里度过了他的余生。1927年,他与拉脱维亚生物学家和植物学家结婚Madga voita.,两者都将合作以了解大分子在生物过程中的作用。

聚合物化学接管了世界

到20世纪30年代,基于富豪手指工作的聚合物的理解是时尚,研究人员利用了这种聚合物的新描述,以更好地制备具有良好材料性质的合成聚合物。这一新的兴奋导致了1936年的创建尼龙,世界上第一个商业成功的合成塑料。它的创造者是辉煌的化学家,华莱士加冕,在特拉华州杜邦实验部分工作。与世界各地的许多其他化学公司一样,杜邦被斯兰格在聚合物上的工作受到刺激。到1938年,制造了第一个带尼龙刷毛的牙刷。1939年,第一个尼龙丝袜在纽约城市世界公平的情况下揭幕,根据“明天世界”一节。By 1940, these nylon stockings were made commercially available and were an immediate commercial success, in part due to DuPont’s own marketing campaign, touting such claims that wouldn’t make it past the desk of modern advertising standards regulators such as being “as strong as steel, as fine as the spider’s web”. Clearly, synthetic polymers — or plastics, as the general public would come to know them by — were the material for a modern world.

但这种明显的奇迹材料看起来很迷人的开始很快被20世纪30年代在世界范围内黯然失色。即将发生的第二次世界大战中的全球悲剧很快让人们对远离社会利益的聚合物的兴趣,而是朝着军事目的。毫无疑问,这不会导致斯兰德痛苦的痛苦,他对纳粹政权的看法并没有被目前在他的祖国掌权的纳粹政权被忽视。在整个20世纪30年代,斯兰佩格在紧张的监视下保持,禁止离开该国,甚至在1934年被盖帕托审查。然而,他肯定是令人难以置信的幸运,他的和平主义的观点没有导致他更糟糕的事情it did for countless others — he was allowed to keep his post at the University of Freiburg, even founding Europe’s first research institute dedicated entirely to polymer research at Freiburg in 1940.

斯兰辛格的遗产

第二次世界大战结束时,这个研究所在盟军对弗莱堡的轰炸中被完全摧毁,但他的工作没有被摧毁。

从他的研究所发布的研究是他于1939年的学习,杂志FürMakromolekulareChemie(宏观分子化学杂志),他是主编的主编。这是第二次世界大战后更名的Die Makromolekulare Chemie(大分子化学)。期刊接受了另一个名称的改变和生活在这一天大分子化学和物理学,一系列“宏观分子”期刊的一部分,这些期刊来自一系列大分子主题生物科学理论材料反应工程, 也快速通信

斯兰廷格的遗产100年:前封面大分子化学和物理学一个世纪后的2020年über聚合富豪创立了80多年来,建立了这个杂志。他仍然被列为今天发表的每个问题的创始人。

战后,聚合物的生产重新转向和平和民用用途,到1950年,全球塑料产量已经达到每年150万吨。随着时间的推移,这一数字只会进一步增加。1953年,Staudinger被授予诺贝尔化学奖,“他在高分子化学领域的发现”。在他的接受中,他承认麦格达是他的合作者。事实上,和科学合作一样,Staudinger的许多其他著作——由于政治原因,在战争年代不能公开——在战后几十年由Magda编辑和出版。

1965年去世后,马格达继续发表丈夫的工作,并成为国际大学女性联合会的总裁。她不知疲倦地为认识到科学妇女,并成为联合国教科文组织德国科学委员会的总裁,以实现这些目标。她自己的遗产是在1996年认可的1996年,她接受了拉脱维亚科学院奖牌学院的宏伟秩序。

聚合物在哪里?

自1920年以来,高分子科学世界发生了很多,自1950年以来,全球塑料的生产 - 与哪些聚合物长期同义 - 远远超过每年150万吨的早期日期;2019年,我们的星球上生产了超过3.5亿吨塑料。

一旦被誉为奇迹材料,曾经被誉为前所未有的问题。微塑料的祸害使我们非常面对我们对自然世界的责任我们目前未能保护。现在已经发现了微型塑料的区域为“原始”北极海冰。这些塑料本身的生产涉及原油的提取和燃烧,这有助于加速人为气候破坏。共价键将单体结合在一起以形成聚合物的共价键,其被富豪指成一个世纪以前,允许创造如此化学稳定的材料,他们可能需要几个世纪,如果不是千年,则在自然环境中分解。尽管这一事实,可见,宏观规模大小的塑料正在我们的水道中倾倒,并对海洋生物构成存在的威胁。All of this combines to form what scientists call the “anthropocene” — the geological epoch some think we are living in, named from the fact that our carbon emissions and plastic littering are having such a profound effect on the earth’s environment that evidence of our activities will be noticeable in the geological record millions of years from now.

我们可以安全地说,斯兰佩格不希望看到他的想法有助于以这种粗心的方式使用的思想,特别是给出了负面的社会影响气候崩溃。但本着Staudinger的信念的精神,科学也可以用于公众的好处,这种现代化的塑料问题不必有理由放弃高分子化学的理由,同样的方式,科学家们迫使我们放弃化石燃料。

更重要的是,聚合物科学必须提供我们的集体利益,新一代聚合物科学家正在积极研究,使新的可持续聚合物,而不是对自然环境的危险。近年来,基于生物的聚合物取得了很大进展。我们之前报道了植物油基聚合物用于清理漏油和其他化学灾难和使用细菌种植酶的研究人员分解现有的塑料废物

今年,Staudinger自己的日记,大分子化学和物理学他继承了Staudinger的遗产,一直在展望21世纪聚合物科学的美丽新世界。在一个特别的文章系列中,未来的聚合物“,Laura Hartmann和Miriam M. Unterlass - 来自海因里希 - Heine-University杜塞尔多夫和技术大学维也纳 - 以及期刊副编辑,Mara Staffilani,给予更多洞察力进入现代聚合物科学领域令人兴奋的新工作。

由于目前的污染和过量消耗,聚合物可能遭受了令人难度的声誉,因为目前的污染和过度消耗,但由于更好或更糟,聚合物在这里留下来。But if Staudinger’s work is anything to go by, and the work being built on the back of his, then the future can be bright again for polymers, as we use them in ways that benefit society, correct and clean up the damage of the past, and give us the means to maintain and protect the future.

也许在2120年,科学家们将回顾并庆祝2020年代的一些开拓工作,这将继续彻底改变生态聚合物化学化学。