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카를 치글러

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목차

1. 개요

카를 치글러는 독일의 화학자이다. 마르부르크 대학교에서 박사 학위를 받은 후 여러 대학에서 교수로 재직하며, N-브로모숙신이미드를 이용한 유기 화합물 브롬화 반응(잘-치글러 반응)을 발표했다. 그는 1953년 트리에틸알루미늄과 사염화티탄 혼합물을 이용한 에틸렌 중합 촉매를 발견했으며, 이는 치글러-나타 촉매로 발전하여 폴리에틸렌 생산에 혁신을 가져왔다. 치글러는 이 업적으로 1963년 노벨 화학상을 수상했다. 그는 또한 유기금속 화합물, 자유 라디칼, 다원자 고리 화합물에 대한 연구를 수행했으며, 독일 화학회 회장과 독일 석유 과학 및 석탄 화학회 회장을 역임했다.

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카를 치글러
기본 정보
카를 치글러
출생 이름카를 발데마르 치글러
출생일1898년 11월 26일
출생지독일 제국 카셀 근처 헬자
사망일1973년 8월 12일
사망지서독 뮐하임
국적독일
로마자 표기kal ˈvaldəˌmaːɐ ˈtsiːɡlɐ
연구 분야
학문 분야유기화학
연구 기관괴테 대학교 프랑크푸르트
하이델베르크 대학교
할레-비텐베르크 대학교
막스 플랑크 석탄 연구소
시카고 대학교
출신 학교마르부르크 대학교
지도 교수카를 폰 아우베르스
주요 업적치글러 공정
치글러-나타 촉매
볼-치글러 브롬화 반응
소프-치글러 반응
디에논-페놀 재배열 반응
유기알루미늄 화학
유기리튬 시약
아스카리돌 합성
수상
수상 내역리비히 메달 (1935년)
전쟁 공로 훈장 2급 (1940년)
베르너 폰 지멘스 링 (1961년)
노벨 화학상 (1963년)
푸르 르 메리트 훈장 (1969년)
왕립학회 회원 (1971년)

2. 생애

카를 치글러는 마르부르크 대학교를 졸업한 후 프랑크푸르트 대학교, 하이델베르크 대학교, 할레-비텐베르크 대학교에서 교수직을 역임했다. 1942년, N-브로모숙신이미드(NBS)를 이용하여 올레핀의 알릴 위치 또는 방향족 화합물의 벤질 위치를 선택적으로 브롬화할 수 있다는 것을 발표했다(볼-치글러 반응). 1943년에는 뮬하임 안 데어 루어에 있는 막스 플랑크 석탄 연구소 소장 겸 아헨 공과대학교 교수가 되었다.

1953년, 트리에틸알루미늄과 사염화티탄의 혼합물에 의해 에틸렌이 중합되어 폴리에틸렌이 생성되는 것을 발견했다. 이는 후에 줄리오 나타에 의해 개량되어 치글러-나타 촉매로 널리 알려졌다. 치글러 촉매 발견 이전에는 에틸렌 중합에 고압과 산소를 개시제로 하는 라디칼 중합이 사용되었으나, 치글러의 발견으로 고압을 사용할 필요가 없어졌다. 기존의 중합법은 고압 중합법, 치글러 촉매에 의한 중합법은 저압 중합법이라고 한다. 고압 중합법으로 얻어지는 폴리에틸렌은 분지가 많고 밀도가 낮아 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이라 부르고, 저압 중합법으로 얻어지는 폴리에틸렌은 분지가 없고 밀도가 높아 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이라 부른다.

그는 뮬하임 안 데어 루어에서 사망했다.

2. 1. 초기 생애와 교육

카를 치글러는 1898년 11월 26일 독일 카셀 근처 헬사에서 루터교 목사인 아버지 카를 치글러와 어머니 루이제 랄 치글러 사이의 둘째 아들로 태어났다.[2] 그는 카셀-베텐하우젠에서 초등학교를 다녔다. 어린 시절 읽었던 물리학 교과서는 치글러가 과학에 관심을 가지게 되는 계기가 되었다. 그는 집에서 실험을 하고 고등학교 교과 과정을 넘어 광범위하게 공부했다. 그는 아버지를 통해 디프테리아 백신으로 유명한 에밀 아돌프 폰 베링을 포함한 많은 저명한 인물들을 만났다.[3] 이러한 경험은 그가 독일 카셀에서 고등학교 졸업반에서 가장 뛰어난 학생에게 수여되는 상을 받은 이유를 설명해준다.[8] 그는 마르부르크 대학교에서 공부했으며, 광범위한 배경 지식 덕분에 처음 두 학기의 수업을 면제받을 수 있었다. 그러나 1918년 제1차 세계 대전에 병사로 참전하기 위해 전선에 배치되면서 학업이 중단되었다.[4] 그는 1920년 카를 폰 아우어스의 지도하에 "세미벤졸 및 관련 화합물에 관한 연구"라는 논문으로 박사 학위를 받았다.[2][8]

2. 2. 경력

카를 치글러는 마르부르크 대학교에서 박사 학위를 받은 후, 마르부르크 대학교와 프랑크푸르트 대학교에서 짧은 기간 강의했다.

1926년 하이델베르크 대학교 교수가 되어 10년 동안 유기화학, 특히 3가 탄소 원자상의 라디칼 안정성, 유기금속 화합물, 다원자 고리 시스템 합성에 대한 연구를 수행했다.[5][6] 1933년에는 대형 고리 시스템에 관한 주요 연구인 "Vielgliedrige Ringsysteme"를 발표했으며, 이는 Ruggli-Ziegler 희석 원리의 기초를 제시했다.[7]

막스 플랑크 석탄 연구소


1936년 할레-잘레 대학교의 화학 연구소(Chemisches Institut) 교수 겸 소장이 되었고, 시카고 대학교에서 방문 강사로도 활동했다.[8] 1942년에는 N-브로모숙신이미드(NBS)를 이용해 올레핀의 알릴 위치나 방향족 화합물의 벤질 위치를 선택적으로 브롬화하는 방법(볼-치글러 반응)을 발표했다.

1943년부터 1969년까지 뮐하임 안 데어 루르에 있는 막스 플랑크 석탄 연구소(Max-Planck-Institut für Kohlenforschung) 소장으로 프란츠 피셔의 후임으로 활동했다.[8]

1949년 독일 화학회(Gesellschaft Deutscher Chemiker) 설립에 참여하여 5년 동안 회장직을 역임했다.[8][13] 1954년부터 1957년까지 독일 석유 과학 및 석탄 화학회(Deutsche Gesellschaft für Mineralölwissenschaft und Kohlechemie) 회장을 역임했다.[8] 1953년, 트리에틸알루미늄과 사염화티탄 혼합물로 에틸렌을 중합하여 폴리에틸렌을 생성하는 방법을 발견했다. 이는 줄리오 나타에 의해 개량되어 치글러-나타 촉매로 알려지게 되었다.

치글러 촉매가 발견되기 전에는 에틸렌 중합에 고압과 산소를 개시제로 하는 라디칼 중합이 사용되어 왔다. 치글러가 발견한 에틸렌 중합법은 고압을 사용할 필요가 없으므로, 기존의 중합법을 고압 중합법이라고 하고, 치글러 촉매에 의한 중합법을 저압 중합법이라고 한다. 고압 중합법으로 얻어지는 폴리에틸렌은 분지가 많고 밀도가 낮으므로 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이라고 부르고, 저압 중합법으로 얻어지는 폴리에틸렌은 분지가 없고 밀도가 높으므로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이라고 부른다. HDPE는 분지가 없기 때문에 결정성이 높고 뿌옇게 보이는 것이 특징이다.

1971년 런던 왕립 학회는 그를 외국 회원으로 선출했다.[6]

2. 3. 사생활

1922년, 지글러는 마리아 쿠르츠와 결혼하여[1] 슬하에 에르하르트와 마리아나, 두 자녀를 두었다.[2] 딸 마리아나 지글러 비테 박사는 의학 박사였으며, 아들 에르하르트 지글러 박사는 물리학자이자 특허 변리사였다.[10] 칼 지글러는 딸을 통해 5명, 아들을 통해 5명의 손주를 두었으며,[10] 손녀 중 한 명인 코르둘라 비테는 그의 노벨상 수상식에 참석하기도 했다.[4]

지글러는 가족과 함께 전 세계를 여행하는 것을 즐겼으며, 특히 크루즈 여행을 좋아했다. 일식 관측을 위해 특별 크루즈와 비행기를 전세하기도 했다.[5] 1972년 손주와 함께 일식 관측 크루즈 여행 중 칼 지글러는 병에 걸렸고, 1년 후 사망했다.[5]

지글러와 그의 아내는 예술, 특히 그림을 매우 사랑했다. 칼과 마리아는 생일, 크리스마스, 기념일에 서로 그림을 선물했다. 그들은 특정 시대의 그림이 아니라 그들이 좋아하는 그림들을 모아 방대한 그림 컬렉션을 수집했다. 열렬한 정원사였던 마리아는 특히 에밀 놀데, 에리히 헤켈, 오스카르 코코슈카, 칼 슈미트-로틀루프의 꽃 그림을 좋아했다. 칼은 그와 그의 아내가 고향이라고 불렀던 곳들의 그림, 즉 할레와 루르 계곡의 그림을 좋아했다. 그들의 공동 소장품 중 42점은 뮬하임 지글러 미술관에 기증되었다.[11]

막스 플랑크 연구소와의 특허 계약 결과, 지글러는 상당한 부를 축적했다. 그는 이 부의 일부로 연구소의 연구를 지원하기 위해 약 의 지글러 기금을 설립했다.[5]

칼 지글러는 1973년 8월 12일 독일 뮬하임에서 사망했다. 그의 아내는 1980년에 사망했다.

3. 과학적 업적

카를 치글러는 평생 동안 모든 종류의 연구가 필연적으로 불가분하다고 주장했다. 그의 과학적 업적은 기초적인 것부터 실용적인 것까지 다양하며, 화학 분야 내에서 광범위한 주제를 아우른다.[3] 젊은 교수 시절, 치글러는 치환된 에탄 유도체에서 탄소-탄소 결합의 해리에 기여하는 요인이 무엇인지에 대한 질문을 던졌다. 이 질문은 그를 자유 라디칼, 유기금속 화합물, 고리 화합물, 그리고 중합 과정에 대한 연구로 이끌었다.[3]

3. 1. 자유 라디칼 화합물

카를 치글러는 초기 연구에서 할로크롬성(halochromic) 염 (R3C+Z−)을 카르비놀(carbinols)로부터 만드는 방법을 제시했다. 이전 연구들은 할로크롬성 염이나 자유 라디칼(R3C•)에서 R이 방향족이어야 한다는 인상을 주었다. 치글러는 비슷하게 치환된 자유 라디칼 합성을 시도하여, 1923년에 1,2,4,5-테트라페닐알릴을, 1925년에 펜타페닐사이클로펜타디에닐을 성공적으로 제조했다.[12] 이 두 화합물은 트리페닐메틸과 같은 이전의 3가 탄소 자유 라디칼보다 훨씬 더 안정적이었다.

오른쪽


3가 탄소 자유 라디칼 화합물의 안정성에 대한 연구는 헥사치환 에탄 유도체의 해리에 영향을 미치는 입체적 및 전자적 요인을 확인하는 연구로 이어졌다.[12]

3. 2. 다원자 고리 화합물

카를 치글러는 치환된 에탄 유도체에서 탄소-탄소 결합의 해리에 영향을 주는 요인에 대해 질문했다. 이 질문은 그를 자유 라디칼, 유기금속 화합물, 고리 화합물 연구로 이끌었다.[3]

3. 3. 유기금속 화합물

질러는 알칼리 금속의 유기금속 화합물을 연구하면서 에테르 분해를 통해 나트륨 및 칼륨 알킬을 새롭게 제조하는 방법을 발견했다. 또한 이러한 화합물들이 헥사 치환 에탄 유도체로 쉽게 전환될 수 있음을 알아냈다.[3] 1930년에는 금속 리튬과 할로겐화 탄화수소를 이용, 금속-할로겐 교환 반응을 통해 알킬리튬 및 아릴리튬을 직접 합성하는 방법을 개발했다. 이 방법은 유기리튬 시약 연구를 촉진시켰으며, 유기리튬 시약은 현대 유기 합성 화학에서 매우 중요한 도구로 활용되고 있다.[3]

1927년, 질러는 (E)-스틸벤에 페닐이소프로필칼륨을 첨가했을 때 탄소-탄소 이중 결합에 유기알칼리 금속 화합물이 첨가되는 최초의 사례를 발견했다. 이후 부타디엔을 순차적으로 첨가하여 반응성 유기칼륨 말단이 유지되는 장쇄 탄화수소를 얻는, 이른바 "살아있는 중합"의 전신을 발견했다.[3]

3. 4. 폴리에틸렌 및 치글러-나타 촉매

막스 플랑크 석탄연구소에서 근무하면서, 에틸렌을 이용한 실험을 통해 고분자량 폴리에틸렌 합성을 시도했다.[12] 초기에는 경쟁적인 제거 반응으로 인해 어려움을 겪었으나, 미량의 니켈 염이 제거 반응의 원인임을 밝혀냈다.[12] 이후 다른 금속 염, 특히 티타늄 염이 제거 반응을 억제하고 "성장" 반응을 가속화한다는 것을 발견했다. 대기압에서 에틸렌을 촉매량의 TiCl3과 Et2AlCl에 통과시켜 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 즉시 침착시키는 데 성공했다.

1952년, 줄리오 나타에게 자신의 촉매를 공개했고, 나타는 이를 "지글러 촉매"로 명명하며 프로펜과 같은 α-올레핀의 입체규칙적 중합에 활용했다.[12] 치글러-나타 촉매는 저압에서 에틸렌을 중합하여 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 생산하는 혁신적인 방법으로, 플라스틱 산업에 큰 영향을 미쳤다.

치글러 촉매가 발견되기 전에는 에틸렌 중합에 고압과 산소를 개시제로 하는 라디칼 중합이 사용되어 왔다. 치글러가 발견한 에틸렌 중합법은 고압을 사용할 필요가 없으므로, 기존의 중합법을 고압 중합법이라고 하고, 치글러 촉매에 의한 중합법을 저압 중합법이라고 한다. 고압 중합법으로 얻어지는 폴리에틸렌은 분지가 많고 밀도가 낮으므로 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이라고 부르고, 저압 중합법으로 얻어지는 폴리에틸렌은 분지가 없고 밀도가 높으므로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이라고 부른다. HDPE는 분지가 없기 때문에 결정성이 높고 뿌옇게 보이는 것이 특징이다.

4. 수상 경력


  • 1935년: 리비히 메달
  • 1940년: 전쟁 공로 훈장 2등급
  • 1953년: 칼 두이스베르크 플라케테
  • 1955년: 라부아지에 메달
  • 1958년: 칼 엥글러 메달
  • 1960년: 베르너 폰 지멘스 링
  • 1963년: 노벨 화학상 ("유기금속 화합물에 대한 그의 뛰어난 연구는 예상치 못하게 새로운 중합 반응으로 이어져 새롭고 매우 유용한 산업 공정의 길을 열었다.")
  • 1964년: 스윈번 메달, 대십자훈장과 별 및 띠
  • 1967년: 국제 합성 고무 메달
  • 1969년: 연방 공로 십자훈장 (독일 연방 공화국 공로훈장), 예술과 과학을 위한 푸르 르 메리트
  • 1971년: 왕립 학회 외국인 회원[14], 빌헬름 엑스너 메달[15]
  • 2008년: 독일화학회의 화학 역사적 랜드마크 프로그램에 따른 뮬하임 안 데어 루르의 막스 플랑크 석탄 연구소 기념비
  • 하노버 공과대학교, 기센 대학교, 하이델베르크 대학교, 다름슈타트 공과대학교 명예 박사 학위
  • 뮬하임의 칼-지글러-슐레는 그의 이름을 따서 명명되었다.
  • 칼 지글러 재단은 독일화학회에 있으며 과학상인 Karl-Ziegler-Preis|칼-지글러-프라이스de (50000EUR)을 수여한다.

독일화학회 기념비

참조

[1] 논문 Karl Ziegler 26 November 1898 -- 11 August 1973
[2] 서적 The Who's Who of Nobel Prize Winners 1901–2000 Oryx Press
[3] 논문 Karl Ziegler: Master Advocate for the Unity of Pure and Applied Research
[4] 웹사이트 Historical Sites of Chemistry: Karl Ziegler http://www.analyticj[...] Max-Planck-Institute for Coal Research 2008-05-08
[5] 웹사이트 Karl Ziegler http://www.britannic[...]
[6] 노벨상 Consequences and Development of an Invention 1963-12-12
[7] 논문 Fifty Years of Ziegler Catalysts: Consequences and Development of an Invention
[8] 서적 Das Personenlexikon zum Dritten Reich. Wer war was vor und nach 1945 Fischer Taschenbuch Verlag
[9] 서적 Die Kaiser-Wilhelm-, Max-Planck-Gesellschaft und ihre Institute. Das Harnack-Prinzip de Gruyter
[10] 서적 Nobel Lectures, Chemistry 1963–1970 Elsevier Publishing Company
[11] 웹사이트 Karl Ziegler Schule http://www.karlziegl[...]
[12] 서적 Nobel Laureates in Chemistry, 1901–1992 https://archive.org/[...] Chemical Heritage Foundation
[13] 논문 Karl Ziegler 1948-09-01
[14] 웹사이트 Library and Archive Catalogue http://www2.royalsoc[...] Royal Society
[15] 간행물 Wilhelm Exner Medal Austrian Trade Association. ÖGV
[16] 서적 Nobel Lectures, Chemistry 1963–1970 Elsevier Publishing Company


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