ШТАУДИНГЕР (Staudinger), Герман

23 марта 1881 г. - 8 сентября 1965 г.
Немецкий химик Герман Штаудингер родился в Вормсе, в семье профессора философии Франца Штаудингера и Августы (Венк) Штаудингер. Ш. решил стать ботаником, но отец посоветовал ему прежде изучить химию, считая, что знание этого предмета пригодится Ш. в выбранной профессии. Ш. приступил к изучению химии в Галльском университете, в Германии, в 1899 г., сразу после окончания гимназии в Вормсе. Однако вскоре, когда его отец получил преподавательскую должность в Техническом университете в Дармштадте, перешел учиться туда. Потом на короткий период времени был Мюнхенский университет, затем - возвращение в Галльский. В Галльском университете под руководством Даниэля Форландера Ш. написал диссертацию о малоновых эфирах ненасыщенных соединений и в 1903 г. получил докторскую степень по органической химии.
После получения докторской степени Ш. занял должность ассистента Иоганнеса Тиле, ведущего ученого в области химии ненасыщенных органических соединений в Страсбургском университете. В этот период Ш. открыл кетен, обладающий высокой химической активностью ненасыщенный вид кетона, и широко изучил этот новый класс соединений. За это исследование он в 1907 г. получил право работать преподавателем. Затем Ш. стал ассистент-профессором в Техническом университете в Карлсруэ, где работал с известным химиком Карлом Энглером, специалистом по химической технологии. Энглер был также консультантом 'Баденской анилиновой и содовой фабрики' (БАСФ), крупной германской химической компании. БАСФ интересовалась синтезом каучука, поскольку цены на натуральный каучук в то время постоянно повышались. Так, стимулируемый интересом со стороны БАСФ, Ш. в 1910 г. открыл новый, более простой способ синтеза изопрена, основного компонента натурального каучука. Тем не менее главным направлением научно-исследовательской деятельности ученого оставалось изучение кетенов, которое он проводил с помощью своего студента Леопольда Ружички.
В 1912 г. Ш. стал преемником Рихарда Вилъштеттера в престижном Федеральном технологическом институте Цюриха. Во время первой мировой войны Ш. и Ружичка занимались изучением состава природного инсектицида пиретрина и получением искусственного перца. Одновременно Ш. искал искусственный заменитель встречающегося в природе лекарственного средства атропина. Вместе со своим студентом Тадеушем Рейх-штейном он провел исследование химической основы ароматических и вкусовых свойств кофе и получил искусственную эссенцию кофе, которая использовалась в Германии в военное время, когда страна была отрезана от своих обычных поставщиков из-за британской морской блокады.
После войны Ш. вернулся к изучению натурального каучука. Благодаря своей, хотя и недолгой, работе над синтезом изопрена в 1910 г. и пронесенной с детства любви к ботанике он с большим вниманием относился к появляющимся работам, которые так или иначе касались структуры натурального каучука. Сегодня мы знаем, что натуральный каучук представляет собой очень большую молекулу с молекулярной массой около 1 млн. Во времена же Ш. преобладала точка зрения, в основе которой лежала теория, выдвинутая немецким химиком Карлом Харриесом. Она заключалась в том, что каучук представлялся не единой молекулой, а совокупностью отдельных колец, каждое из которых состоит из двух или более изопреновых звеньев. Существование таких очевидно больших молекул, как молекулы каучука и целлюлозы, объясняли с помощью мицелларной теории, согласно которой маленькие молекулы удерживались вместе благодаря слабым связям и образовывали совокупность, называемую мицеллой.
В 1917 г. Ш. пришел к заключению, что концепция структуры каучука, предложенная Харриесом, неверна. Ш. утверждал, что молекула натурального каучука - это настоящая, устойчивая молекула, которая состоит из цепи изопреновых звеньев, удерживаемых вместе с помощью простых связей, и содержит тысячи атомов. Назвав эти большие молекулы макромолекулами, Ш. 3 года спустя обобщил свои идеи, создав целостную макромолекулярную теорию строения полимеров - длинноцепочечных молекул, состоящих из небольшого числа повторяющихся десятки или сотни раз соединений. Отвергнуть популярную мицелларную теорию, поставив себя под огонь критики, было актом большого мужества. А ведь Ш. было тогда почти 40 лет, и авторитет его как химика-органика был очень высок. К тому же опубликованные результаты ряда экспериментальных работ, проведенных другими учеными в последующие 4 года, казалось, говорили в пользу мицелларной теории.
Ш. был честолюбив и поэтому, намечая программу исследований с целью подтверждения своей макромолекуляр-ной теории, принял во внимание силу научной оппозиции. В период между 20-ми и началом 30-х гг. Ш. и его сотрудники провели множество опытов с целью проверки существования гигантских молекул. Сначала они 'повели наступление' на структуру, предложенную Харриесом. Поскольку сторонники мицелларной теории утверждали, что молекулярные агрегаты удерживаются вместе благодаря притяжению между двойными связями в каждом кольце, устранение этих двойных связей восстановлением (т.е. присоединением атомов водорода) вызвало бы разрушение мицелл и появление жидких углеводородов. Однако в XIX в. французский химик Марселей Бертло восстановил каучук и получил твердый материал, и в 1922 г. Ш. подтвердил его результаты. Ш. восстановил также макромолекулы полистерола и снова не получил жидких углеводородов, как это предсказывалось мицелларной теорией.
Стремясь обойти трудности, связанные с экспериментальным изучением высокосложных природных полимеров, Ш. решил исследовать синтетическую 'модель' соединений. В качестве модели для целлюлозы он выбрал полиоксиметилен (параформальдегид), твердую форму антикоагулянтного средства - формалина. Моделью для каучука стал полистирол. К 1930 г. Ш. собрал значительный объем экспериментальных данных, подтверждающих существование макромолекул и очень длинных полимерных цепей. Он также подтвердил, что полимерные цепи оканчиваются не свободной химической связью, а обычными химическими группами, которые берутся из окружающего раствора или из самого полимера. Этот важный этап исследований суммирован ученым в его ставшей классической монографии 'Высокомолекулярные органические соединения, каучук и целлюлоза' ('Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Cellulose'), опубликованной в 1932 г.
Точка зрения Ш. у многих химиков продолжала вызывать возражение, а уж у сторонников мицелларной теории - просто яростное неприятие. Однако столь широко распространенное прохладное отношение к его идеям не помешало Ш. в 1926 г. стать директором химической лаборатории и профессором Фрейбургского университета. В том же году Герман Марк представил тщательно отобранные Ш. экспериментальные свидетельства и объяснение анализа рентгеновской кристаллографии на ежегодной конференции Ассоциации германских ученых-естественников и врачей в Дюссельдорфе. Выступление Марка убедило многих химиков, включая Вильштеттера, председательствовавшего на конференции, в вероятности существования чрезвычайно больших молекул. Теории Ш. нашли поддержку, и уже 9 лет спустя, когда британское Фарадеевское общество созвало симпозиум по полимерам, выступавшие на нем считали существование макромолекул не требующим доказательств.
И все же даже Ш. неправильно понял некоторые аспекты структуры макромолекул. Поскольку ученый не соглашался с мыслью о том, что полимеры представляют собой совокупность агрегатов из маленьких молекул, он решил, что макромолекулы никоим образом не могут напоминать мицеллы. Придерживаясь того мнения, что макромолекулы - это жесткие стержни, Ш. раскритиковал экспериментальные свидетельства, собранные Германом Марком и Фридрихом Эйрихом, которые указывали на то, что полимеры могут существовать как в виде гибких цепей, так и в виде мицеллоподобных связок. Ошибка Ш. привела его к конфликту с другими сторонниками макромолекулярной теории. Этот раскол в рядах защитников новой теории в то время, когда она еще находилась под огнем критики со стороны ученых, направлял нужные для ее защиты и подтверждения силы в крайне неудачное русло.
В конце 20-х гг. Ш. ознакомился с использованием Теодором Сведбергом ультрацентрифуги, нового мощного инструмента для определения молекулярной массы белков. Открытие Сведбергом того, что небольшая макромолекула, например молекула гемоглобина, могла обладать точно определяемой молекулярной массой, послужило важной поддержкой для теории Ш., поскольку мицелларная теория предсказывала изменяемость молекулярной массы. Ш. понял, что метод Сведберга может оказать важную поддержку его теории, однако на обращение Ш. к официальным властям с просьбой о покупке центрифуги был дан отрицательный ответ, что свидетельствовало о сохраняющемся в научных кругах скептицизме в отношении макромолекул. Получив отказ, Ш. обратился к исследованию вязкости полимеров в растворах. Несмотря на прочно установившийся метод определения молекулярной массы небольших молекул, этот метод редко применялся к полимерам. Работая с растворами полистирола, Ш. доказал, что вязкость полимера прямо пропорциональна его молекулярной массе, найдя, таким образом, еще одно опровержение мицелларной теории
В течение 30-х гг. Ш. сохранял интерес к проблеме вязкости полимерных растворов. В то же время он взялся за новую тему исследований - изучение сложных биологических макромолекул и непосредственное наблюдение макромолекул в микроскоп.
В 40-е гг. для Ш. был создан научно-исследовательский институт макромолекулярной химии при Фрейбургском университете. После второй мировой войны Ш. изучал взаимосвязь между структурой и функционированием в биологических макромолекулах, т.е. занимался той областью исследований, которая в настоящее время известна как молекулярная биология. В 1947 г. он основал журнал 'Макромолекулярная химия' ('Makromolekulare Chemie') и опубликовал книгу 'Макромолекулярная химия и биология' ('Makromolekulare Chemie und Biologie'), в которой излагал свои взгляды на перспективы развития молекулярной биологии. Однако по сегодняшним меркам его взгляды представляются довольно упрощенными, а работа ученого в послевоенный период не внесла значительного вклада в развитие молекулярной биологии.
В 1953 г., спустя четверть века после осуществленной ученым большой работы, Ш. была присуждена Нобелевская премия по химии 'за исследования в области химии высокомолекулярных веществ'. Возможно, тот факт, что Ш. так поздно был удостоен звания Нобелевского лауреата, является показателем противоречий, вызванных выдвинутой им теорией. В своей Нобелевской лекции 'Макромолекулярная химия' ('Macro-molecular Chemistry') Ш. сказал: 'В свете новых знаний в области макромолекулярной химии чудо жизни в ее химическом аспекте открывается в удивительном богатстве и совершенной макромо-лекулярной архитектуре живой материи'. Жаль, что для Ш. 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.
В 1927 г. Ш. женился на Магде Войт. Специалист по физиологии растений, она стала ему надежным товарищем в работе. Детей у супругов не было. Человек высокого роста с тихим голосом, Ш. привлекал к себе студентов со всего мира благодаря редкому сочетанию чуткости, восприимчивости и интуиции в области химии, а также своими бойцовскими качествами там, где речь шла о поддержке его теории. В 1951 г. он вышел в отставку из Фрейбургского университета, став во главе Научно-исследовательского института макромолекулярной химии. Эту должность Ш. занимал до 1956 г. Умер ученый во Фрейбурге 8 сентября 1965 г. от болезни сердца.
Помимо Нобелевской премии, Ш. был удостоен многих наград. В их числе медаль Эмиля Фишера Германского химического общества (1930), медаль Леблана Французского химического общества (1931) и премия Станислав Канниццаро Итальянской национальной академии наук (1933). Он был почетным доктором Технического университета в Карлсруэ (в области инженерного дела) и университета в Майнце (области естественных наук).