Hermann Staudinger

Hermann Staudinger (23 de marzo de 1881 – 8 de septiembre de 1965) fue un químico orgánico alemán que demostró la existencia de macromoléculas, que caracterizó como polímeros.

También es conocido por su descubrimiento del ceteno y de la reacción de Staudinger. Staudinger, junto con Leopold Ružička, también esclareció las estructuras moleculares de la piretrina I y II en los años 20, permitiendo el desarrollo de insecticidas piretroides en los años 60 y 70.

Infografía Hermann Staudinger

La teoría macromolecular de los polímeros de Hermann Staudinger eventualmente reemplazó la teoría de los agregados imperante. Fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1953 por sus descubrimientos en el campo de la química macromolecular.

Nacido en Worms, Alemania, Staudinger debe gran parte de su visión política a su padre, un profesor de filosofía con inclinaciones socialistas y pacifistas – puntos de vista que afectaron seriamente la carrera científica del joven Staudinger. Estudió química, originalmente como preparación para una carrera como botánico, en las universidades de Darmstadt, Munich y Halle, donde obtuvo su doctorado.

Inicios de Staudinger

Staudinger nació en 1881 en Worms. Staudinger, que al principio quería ser botánico, estudió química en la Universidad de Halle, en la TH Darmstadt y en la LMU de Múnich. Recibió su “Verbandsexamen” (comparable a la maestría) del TH Darmstadt. Después de recibir su doctorado en la Universidad de Halle en 1903, Staudinger se graduó como profesor académico en la Universidad de Estrasburgo en 1907.

Estructura general de un ceteno, grupo funcional descubierto por Staudinger. R es cualquier grupo.
Estructura general de un ceteno, grupo funcional descubierto por Staudinger. R es cualquier grupo.

Fue aquí donde descubrió los cetenos, una familia de moléculas caracterizadas por la forma general descrita en la figura anterior. Los cetenos resultarían ser un intermediario sintéticamente importante para la producción de antibióticos aún por descubrir como la penicilina y la amoxicilina.

En 1907, Staudinger comenzó una cátedra auxiliar en la Universidad Técnica de Karlsruhe. Aquí aisló con éxito una serie de compuestos orgánicos útiles (incluido un aromatizante de café sintético), según una revisión más completa de Rolf Mülhaupt

La reacción de Staudinger

En 1912, Staudinger asumió un nuevo cargo en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, Suiza. Uno de sus primeros descubrimientos fue en 1919, cuando él y su colega Meyer informaron que las azidas reaccionan con la trifenilfosfina para formar fosfiniminas. Esta reacción – comúnmente conocida como la reacción de Staudinger – produce un alto rendimiento de fosfiniminas.

La trifenilfosfina y un azida reaccionan para formar un fosfato y un nitrógeno gaseoso mediante la reacción de Staudinger
La trifenilfosfina y un azida reaccionan para formar un fosfato y un nitrógeno gaseoso mediante la reacción de Staudinger

En desacuerdo con Alemania

Al estallar la Primera Guerra Mundial, Staudinger era profesor de química en la Eidgenössische Technische Hochschule de Zurich, Suiza. Desde la Suiza neutral criticó abiertamente la participación de su país natal en la guerra y desafió directamente a su compatriota y químico Fritz Haber sobre su papel en la guerra del gas.

Teoría Macromolecular de los Polímeros

Mientras tanto, Staudinger estaba comenzando una línea de investigación química de polímeros naturales y sintéticos. La teoría reinante era que todos los compuestos químicos eran entidades de bajo peso molecular que a veces se “agregaban” para mostrar características como las que se encuentran en los polímeros de caucho y poliestireno.

A principios de los años 20, Staudinger publicó una serie de artículos sobre su nueva teoría, presentando evidencia química de que tales compuestos eran en realidad moléculas de alto peso molecular enlazadas covalentemente y formadas por la unión de moléculas más pequeñas. Los polímeros eran, como él los llamó, “macromoléculas”. Pero el mundo de la química tardó mucho tiempo en estar de acuerdo con él.

Desarrollo de la teoría macromolecular

Durante su estancia en Karlsruhe y más tarde en Zúrich, Staudinger comenzó a investigar en la química del caucho, para lo cual se habían medido pesos moleculares muy elevados mediante los métodos físicos de Raoult y van ‘t Hoff.

Contrariamente a las ideas prevalecientes, Staudinger propuso en un trabajo histórico publicado en 1920 que el caucho y otros polímeros como el almidón, la celulosa y las proteínas son largas cadenas de unidades moleculares cortas y repetidas unidas por enlaces covalentes. En otras palabras, los polímeros son como cadenas de sujetapapeles, formadas por pequeñas partes constituyentes unidas de extremo a extremo.

Una cadena de clips es un buen modelo para un polímero como el ácido poliláctico. La cadena de polímeros está compuesta de pequeñas piezas unidas entre sí de cabeza a cola.
Una cadena de clips es un buen modelo para un polímero como el ácido poliláctico. La cadena de polímeros está compuesta de pequeñas piezas unidas entre sí de cabeza a cola.

En aquel momento, destacados químicos orgánicos como Emil Fischer y Heinrich Wieland creían que los altos pesos moleculares medidos eran sólo valores aparentes causados por la agregación de pequeñas moléculas en coloides. Al principio, la mayoría de los colegas de Staudinger se negaron a aceptar la posibilidad de que las moléculas pequeñas pudieran unirse de forma covalente para formar compuestos de alto peso molecular. Como Mülhaupt señala acertadamente, esto se debe en parte al hecho de que la estructura molecular y la teoría de los enlaces no se comprendían completamente a principios del siglo XX.

Los altos pesos moleculares de los polímeros fueron confirmados por la osmometría de la membrana, y también por las mediciones de Staudinger de la viscosidad en solución. Los estudios de difracción de rayos X de los polímeros realizados por Herman Mark proporcionaron pruebas directas de cadenas largas de unidades moleculares que se repiten. Y el trabajo sintético dirigido por Carothers demostró que los polímeros como el nylon y el poliéster podían prepararse mediante reacciones orgánicas bien entendidas. Su teoría abrió el tema a un mayor desarrollo y ayudó a colocar la ciencia de los polímeros sobre una base sólida.

Teoría de Agregados vs. Teoría Macromolecular

En 1926 regresó a Alemania para ocupar un puesto en la Universidad de Friburgo en Breisgau, donde pasó el resto de su carrera. En 1927 se casó con la botánica letona Magda Voita (también conocida como Magda Woit), que colaboró con él hasta su muerte y cuya contribución reconoció en su aceptación del Premio Nobel. En el proceso de obtener este puesto renunció en gran medida a su oposición a la guerra del gas, pero ésta continuó acechando su vida profesional.

Unos meses más tarde tuvo lugar un debate que se hizo famoso en un simposio especial, orquestado por Haber en el encuentro de científicos y médicos naturales alemanes en Düsseldorf, entre los partidarios de la teoría de los agregados de polímeros y los partidarios de la teoría macromolecular.

Una presentación de Herman Mark sobre la problemática evidencia cristalográfica de rayos X de las estructuras de varios polímeros naturales sugirió que tales macromoléculas podrían existir, pero no que existieran. Al final del simposio todavía no había consenso. Poco después, los cálculos matemáticos completados de Mark fueron más confirmadores de las macromoléculas de Staudinger, aunque los dos hombres pronto estuvieron en desacuerdo en asuntos estructurales más detallados.

Hermann Staudinger con un modelo de esferas de un polimero
Hermann Staudinger con un modelo de esferas de un polimero

El químico sueco Thé Svedberg, con sus muestras ultracentrífugas girando a 100.000 veces la fuerza de gravedad, dio más evidencia de los altos pesos moleculares de polímeros como la hemoglobina. Y el trabajo de Wallace Carothers creando varios polímeros sintéticos en DuPont dio mayor credibilidad a la hipótesis macromolecular.

La reivindicación y el Premio Nobel

Durante la Segunda Guerra Mundial, el pasado político de Staudinger como presunto enemigo de la nación alemana lo persiguió. Mientras que muchos de sus colegas y estudiantes se vieron obligados a abandonar Alemania debido a las leyes nazis contra los judíos, Staudinger eligió quedarse para continuar sus investigaciones, pero fue condenado al ostracismo por las organizaciones profesionales y se le negaron los fondos para comprar instrumentos como el ultracentrifugador.

Hacia el final de su vida activa, Staudinger se dedicó al estudio de las macromoléculas biológicas, o biomoléculas. En 1953 recibió el Premio Nobel de Química, 30 años después de su trabajo pionero en polímeros.

Legado de Staudinger

La innovadora propuesta de Staudinger sobre la naturaleza de los compuestos de alto peso molecular que denominó Makromoleküle allanó el camino para el nacimiento del campo de la química de los polímeros.

 El propio Staudinger vio el potencial de esta ciencia mucho antes de que se realizara plenamente. “No es improbable”, comentó Staudinger inteligentemente en 1936, “que tarde o temprano se descubra una forma de preparar fibras artificiales a partir de productos sintéticos de alto peso molecular, porque la fuerza y la elasticidad de las fibras naturales dependen exclusivamente de su estructura macromolecular”.

Hermann Staudinger en un sello postal de San Vicente y las Granadinas
Hermann Staudinger en un sello postal de San Vicente y las Granadinas

Staudinger fundó la primera revista de química de polímeros en 1940 y en 1953 recibió el Premio Nobel de Química por “sus descubrimientos en el campo de la química macromolecular”.

En 1999, la Sociedad Americana de Química y la Gesellschaft Deutscher Chemiker designaron el trabajo de Hermann Staudinger como un Hito Químico Histórico Internacional. Su investigación pionera ha proporcionado al mundo innumerables plásticos, textiles y otros materiales poliméricos que hacen que los productos de consumo sean más asequibles, atractivos y divertidos, a la vez que ayudan a los ingenieros a desarrollar estructuras más ligeras y duraderas.

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