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아우구스트 빌헬름 폰 호프만

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목차

1. 개요

아우구스트 빌헬름 폰 호프만은 독일의 화학자이다. 그는 유기 화학 분야에 광범위한 업적을 남겼으며, 콜타르 연구를 통해 아닐린 관련 연구를 지속했다. 또한 아민과 암모늄염 연구, 색소 개발, 호프만 규칙, 호프만 제거 반응 등 다양한 반응과 법칙, 물질에 그의 이름이 붙여졌다. 호프만은 런던 왕립 화학 대학 교수를 거쳐 베를린 대학교 교수를 역임했으며, 독일 화학회 창립에 참여했다. 그는 유기 합성을 위한 기술 개발에도 기여했으며, 분자 모델을 유기 화학에 처음 도입했다. 호프만은 또한 일본인 화학자들을 지도하며 일본과 독일 간의 과학 교류에도 기여했다. 그는 왕립 학회 회원, 로열 메달, 코플리 메달, 앨버트 메달 등을 수상했으며, 사후에는 호프만 메달이 제정되었다.

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아우구스트 빌헬름 폰 호프만 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
아우구스트 빌헬름 폰 호프만
출생일1818년 4월 8일
출생지기센, 독일
사망일1892년 5월 5일
사망지베를린, 독일
분야유기화학
근무 기관본 대학교

임페리얼 칼리지 런던
베를린 대학교
모교기센 대학교
지도 교수유스투스 폰 리비히
배우자헬레네 몰덴하우어 (1846년)
로자문트 윌슨 (1856년)
엘리제 몰덴하우어 (1866년)
베르타 티만 (1873년)
업적
주요 업적호프만 전위
호프만 제거
호프만 전해 장치
호프만-뢰플러 반응
호프만-마르티우스 전위
막대-공 모델
수상로열 메달 (1854년)
코플리 메달 (1875년)
패러데이 강연상 (1875년)
앨버트 메달 (1881년)
제자
주요 제자리하르트 아베크


프리츠 하버
루돌프 니에츠키

페르디난트 티만

막스 르 블랑
나가이 나가요시 (長井長義)
시바타 쇼케이 (柴田承桂)
나카하마 도이치로 (中濱東一郎)
윌리엄 퍼킨

2. 생애

기센 출신으로, 처음에는 법학을 공부했으나 유스투스 폰 리비히의 지도를 받으며 화학으로 전향했다. 1845년 런던 왕립 화학 대학(Royal College of Chemistry) 교수로 부임하여 영국 화학계에 기여했으며, 1864년 독일로 돌아와 본 대학교를 거쳐 1865년부터는 베를린 대학교 교수로 재직하며 후학 양성과 연구에 매진했다.

호프만은 유기 화학, 특히 콜 타르와 아닐린 연구 분야에서 중요한 업적을 남겼다. 아민과 암모늄염의 구조와 반응을 규명하고, 로즈아닐린 등 새로운 색소를 합성하는 등 폭넓은 연구 활동을 펼쳤다.

그의 이름을 딴 여러 반응, 법칙, 물질명이 현재까지도 널리 사용되고 있다.

명칭설명
호프만 규칙알켄 생성 반응에서의 주 생성물 예측 규칙
호프만 제거 반응4차 암모늄염 또는 아민에서 가열을 통해 알켄과 3차 아민을 생성하는 반응 (호프만 규칙을 따름)
호프만 분해 반응4차 암모늄 수산화물을 가열하여 3차 아민과 알켄을 생성하는 반응
호프만 반응 (호프만 전위 반응)아마이드로부터 탄소 수가 하나 적은 1차 아민을 생성하는 반응 (호프만 분해 반응으로 불리기도 함)
호프만 바이올렛트라이알킬 로즈아닐린 계열의 합성 염료 (색소)



사후인 1902년에는 그의 업적을 기리기 위해 독일 화학회에서 아우구스트 빌헬름 폰 호프만 메달을 제정했다.

2. 1. 초기 생애와 교육

1846년의 아우구스트 빌헬름 폰 호프만


아우구스트 빌헬름 폰 호프만은 1818년 4월 8일 헤센 대공국 기센에서 태어났다. 그의 아버지는 다름슈타트 궁정의 요한 필리프 호프만 시의원이자 지방 건축가였다.[6] 호프만은 1836년 기센 대학교에 입학하여[4] 처음에는 법학과 문헌학을 공부했다.

1839년 아버지가 유스투스 폰 리비히의 기센 연구소 확장을 도우면서 화학에 관심을 갖게 된 것으로 보인다.[4] 이후 그는 화학으로 전공을 바꾸어 리비히 밑에서 공부했으며,[7][8] 1841년에 박사 학위를 취득했다. 1843년 아버지가 세상을 떠난 후, 호프만은 리비히의 조수가 되었다.[19]

리비히와의 관계는 학문적인 것을 넘어 개인적으로도 깊어졌다. 호프만은 리비히 부인의 조카인 헬레네 몰덴하우어(1846년 결혼) 및 엘리제 몰덴하우어(1866년 결혼)와 결혼했다. 그는 총 네 번 결혼하여 11명의 자녀를 두었다.[13][9][10][7]

2. 2. 런던 왕립 화학 대학

런던 화학 학교 개교 당시 호프만. 유명 화학자, 리비히 육류 추출물 회사 트레이딩 카드, 1929년


영국 왕립 학회 회장이었던 앨버트 공은 빅토리아 여왕의 부군으로서 영국의 과학 발전을 장려하려 했다.[11] 1845년, 그는 런던에 왕립 화학 대학(Royal College of Chemistry)이라는 명칭의 실용 화학 학교를 설립할 것을 제안했다. 유스투스 폰 리비히에게 조언을 구했고, 그는 호프만을 새로운 기관의 원장으로 추천했다. 호프만과 앨버트 공은 앨버트 공이 본교인 본 대학교를 방문했을 때 만났는데, 그곳에서 그의 옛 방이 호프만과 그의 화학 장치에 의해 사용되고 있음을 발견했다.[11] 1845년, 호프만은 빅토리아 여왕의 주치의인 제임스 클라크 경으로부터 원장직 제안을 받았다.[12] 앨버트 공의 지원과 다양한 사적 자금 지원을 받아 이 기관은 1845년 호프만을 초대 원장으로 하여 개교했다.[13]

새로운 기관의 재정 상황은 다소 불안정했다.[12] 호프만은 잉글랜드 임명이 잘 풀리지 않을 경우 독일에서 경력을 재개할 수 있도록 2년 동안 휴가를 받고 본 대학교의 특별 교수로 임명되는 조건을 받아들였다. 이 대학은 1845년 26명의 학생과 함께 런던 하노버 광장 16번지에서 개교했으며, 1848년 299 옥스퍼드 가의 더 저렴한 건물로 이전했다. 호프만은 하노버 광장에 있는 무료 개인 숙소를 포기하고 급여의 일부를 반납했다. 이러한 불안정한 시작에도 불구하고, 이 기관은 한동안 성공을 거두었으며 아닐린 염료 개발의 국제적인 리더가 되었다.[12] 그곳에서 공부한 많은 사람들이 화학사에 중요한 기여를 했다.[14]

1853년, 왕립 화학 대학은 새로운 광산 학교 아래 정부의 과학 예술부에 편입되어 다소 더 안정적인 기반으로 정부의 자금 지원을 받을 수 있게 되었다.[12] 그러나 1861년 앨버트 공의 사망으로 이 기관은 가장 중요한 후원자 중 한 명을 잃었다. 호프만은 이 손실을 깊이 느꼈으며, 1863년에 " [앨버트 공의] 초기의 친절함은 내 삶의 운명에 매우 강력한 영향을 미쳤습니다. 해마다 나는 그에게 빚진 감사의 빚을 더 깊이 느끼고 있습니다... 나는 그에게 내 삶의 기회를 빚지고 있다고 느낍니다."라고 썼다.[13] 앨버트 공의 격려가 없자 영국 정부와 산업계는 과학 기술에 대한 관심을 잃었다. 호프만이 독일로 돌아가기로 한 결정은 그러한 쇠퇴의 징후로 볼 수 있으며, 그가 떠나면서 왕립 화학 대학은 초점을 잃었다.[12] 나중에, 광산 학교 아래의 왕립 화학 대학은 영국이 과학 기술 분야에서 독일보다 뒤처지는 것을 막기 위한 노력의 일환으로 임페리얼 칼리지 런던의 일부가 되었다.[15]

2. 3. 베를린 대학교

1864년, 호프만은 본 대학교와 베를린 대학교로부터 화학과 교수직을 제안받았다. 그는 어떤 제안을 수락할지 고민하는 동안 두 대학의 실험실 건물을 설계했으며, 이 설계안은 실제로 건설되었다. 1865년, 호프만은 에일하르트 미츠셸리히의 뒤를 이어 베를린 대학교의 화학 교수 겸 화학 실험실 책임자로 부임했다. 그는 1892년 세상을 떠날 때까지 이 자리에서 교육과 연구에 힘썼다. 독일로 돌아온 후, 호프만은 1867년 독일 화학회( Deutsche Chemische Gesellschaft zu Berlin|도이체 케미셰 게젤샤프트 추 베를린deu ) 창립을 주도했으며, 14차례나 회장을 맡았다.

3. 주요 연구 업적

호프만의 연구는 유기 화학 분야 전반에 걸쳐 중요한 기여를 했다. 그는 스승 유스투스 폰 리비히의 지도 아래 콜타르 연구를 시작했으며, 이는 평생에 걸친 아닐린 관련 연구로 이어졌다. 또한 아민과 암모늄염의 구조와 반응성을 탐구하고, 로즈아닐린과 같은 중요한 색소들을 개발했다.

그의 이름을 딴 주요 반응, 법칙, 물질은 다음과 같다.


  • 호프만 규칙
  • 호프만 제거 반응: 아민으로부터 올레핀을 생성하는 반응으로, 호프만 규칙을 따른다.
  • 호프만 분해 반응: 암모늄염으로부터 3차 아민을 생성하는 반응이다.
  • 호프만 반응 (호프만 전위 반응): 아미드로부터 아민을 생성하는 반응으로, 때때로 '호프만 분해 반응'이라고도 불린다.
  • 호프만 바이올렛: 그가 개발한 염료 중 하나이다.

3. 1. 유기 합성

호프만은 리비히의 기센 연구실 시절부터 유기 합성을 위한 기술 개발에 크게 기여했다. 호프만과 존 블라이스는 "스티롤과 그 분해 생성물에 관하여"라는 논문에서 "합성"이라는 용어를 처음 사용했으며,[16][17] 이는 콜베가 이 용어를 사용하기 몇 달 앞선 것이었다. 블라이스와 호프만이 "합성"이라고 부른 것은 그들이 스티롤의 구성에 대해 추론할 수 있게 한 과정이었다. 이후 머스프랫과 호프만의 "톨루이딘에 관하여"라는 논문은 유기 화학 분야에서 최초의 "합성 실험" (synthetische Versuche) 중 일부를 설명했다.[18]

이러한 실험의 궁극적인 목표는 자연 발생 물질을 인공적으로 생산하는 것이었지만, 당시 기술로는 실제로 달성하기 어려웠다. 따라서 이 기술의 직접적인 목적은 알려진 반응을 다양한 물질에 적용하여 어떤 생성물이 형성될 수 있는지 발견하는 것이었다. 물질이 어떻게 형성되는지 이해하는 것은 해당 물질을 분류하는 데 중요한 단계였다. 호프만은 유기 합성을 연구 방법으로 사용하여 반응 생성물과 그 형성 과정을 화학적으로 더 깊이 이해하고자 했다.[19]

3. 2. 콜타르와 아닐린 연구

호프만의 초기 연구는 기센의 리비히 연구소에서 이루어졌으며, 콜타르의 유기 염기에 대한 조사를 포함했다.[20] 그는 이전에 프리드리히 페르디난트 룽게가 보고했던 염기인 ''키아놀(kyanol)''과 ''류콜(leukol)''을 성공적으로 분리하였다. 특히 ''키아놀''이 식물 염료 인디고의 분해 생성물로 알려진 물질과 동일한, 거의 순수한 아닐린임을 밝혀냈다. 1843년에 발표한 첫 논문에서는 당시 화학 문헌에 콜타르 나프타와 그 유도체에서 얻을 수 있다고 보고된 다양한 물질들, 즉 ''키아놀'', 카를 율리우스 프리츠셰의 ''아닐린'', 오토 운베르도르벤의 ''크리스탈린(crystalline)'', 니콜라이 지닌의 ''벤지담(benzidam)'' 등이 실제로는 모두 단일 질소 염기인 아닐린임을 입증했다.[19] 이러한 연구는 이후 자연 알칼로이드에 대한 이해를 심화시키는 기초가 되었다.

호프만은 아닐린과 암모니아 사이의 유사성에 주목하여, 유기 염기들을 암모니아의 유도체로 설명하고자 했다. 그는 암모니아로부터 에틸아민, 다이에틸아민, 트라이에틸아민, 테트라에틸암모늄 화합물을 성공적으로 합성했으며, 이는 4차 아민을 합성한 최초의 사례였다. 또한 아미드를 아민으로 전환하는 방법을 개발했는데, 이는 호프만 재배열 반응으로 알려져 있다.[20]

1차, 2차 및 3차 아민은 알칼리 조건에서 고온 증류 시 안정했지만, 4차 아민은 분해되는 특성을 보였다. 4차 테트라에틸암모늄 수산화물을 가열하면 3차 트라이에틸아민 증기가 발생하는 것을 발견했는데, 이는 4차 아민을 3차 아민으로 전환하는 호프만 제거 반응의 기초가 되었다. 호프만은 이 방법을 독미나리(Conium maculatum)의 독성 성분인 코닌(coniine)에 적용하여 알칼로이드로서는 처음으로 그 구조를 밝혀내는 데 성공했다. 이 방법은 이후 모르핀, 코카아민, 아트로핀, 투보쿠라린 등 다양한 알칼로이드의 분자 구조를 규명하는 중요한 도구로 활용되었으며, 코닌은 최초로 인공 합성에 성공한 알칼로이드가 되었다.[20]

1848년, 호프만의 제자였던 찰스 블래처드 맨스필드는 분별 증류법을 개발하여 콜타르에서 벤젠, 자일렌, 톨루엔을 성공적으로 분리했다. 이는 콜타르를 원료로 하는 화학 제품 개발에 필수적인 진전이었다.[3][21]

호프만의 연구는 염료 산업 발전에도 큰 영향을 미쳤다. 1856년, 그의 제자 윌리엄 퍼킨은 퀴닌 합성을 시도하던 중 우연히 최초의 아닐린 염료인 모브를 발견했다.[22] 이 발견은 다양한 색상의 인공 합성 염료 개발로 이어져 패션 산업에 혁신을 가져왔다. 호프만 자신도 염료 연구에 깊이 관여했다. 1858년 로사닐린을 처음 제조한 것을 시작으로 착색 물질에 대한 연구를 본격화했다. 1863년에는 아닐린 블루가 로사닐린의 트라이페닐 유도체임을 밝혔으며, 로사닐린 분자에 다양한 알킬기를 도입하여 자주색 또는 보라색 계열의 염료들을 만들었는데, 이들은 '호프만의 바이올렛'으로 불리게 되었다.[7] 1864년에는 마젠타 염료가 순수한 아닐린이 아닌, 이성질체인 오르토톨루이딘과 파라톨루이딘이 불순물로 포함된 상업용 아닐린을 산화시켜야만 만들어진다는 사실을 규명했다. 영국 염료 산업에 참여한 호프만의 다른 제자로는 에드워드 챔버스 니콜슨, 조지 몰, 조지 심프슨 등이 있다.[23] 독일로 돌아간 이후에도 염료 연구를 지속하여 1887년에는 퀴놀린 레드를 합성하는 데 성공했다.[3]

3. 3. 기타 연구

(내용 없음 - 원본 소스에 해당 섹션 내용을 뒷받침할 정보가 없습니다.)

3. 4. 분자 모델

호프만의 메탄 모델


호프만은 아우구스트 케쿨레가 1858년 화학 구조 이론을 도입하고, 알렉산더 크럼 브라운이 1861년 인쇄된 구조식을 도입한 이후, 유기 화학 분야에 분자 모형을 처음으로 도입한 인물로 평가받는다. 그는 1865년 4월 7일 런던의 왕립 연구소에서 열린 금요일 저녁 강연에서 이러한 분자 모델을 선보였다. 이때 메탄, 에탄, 염화 메틸과 같은 비교적 단순한 유기 물질의 분자 모델을 시연했는데, 이 모델들은 색깔이 다른 테이블 크로케 공을 얇은 황동 튜브로 연결하여 만든 것이었다.[24]

호프만이 처음 사용한 색상 배정 방식은 다음과 같다.

이 색상 배정 방식은 이후 CPK 색상 배정 방식으로 발전하여 오늘날까지 널리 사용되고 있다.[25] 호프만의 모델 이후, 1874년 반트 호프와 르 벨이 독립적으로 유기 분자가 3차원 구조를 가질 수 있다고 제안하면서 분자 모형은 더욱 현대적인 모습으로 발전하게 되었다.

3. 5. 호프만 전압계

호프만 전압계는 1866년 아우구스트 빌헬름 폰 호프만이 발명한 물의 전기 분해 장치이다.[26] 일반적으로 유리로 만들어진 세 개의 연결된 수직 실린더로 구성된다. 가운데 실린더는 위쪽이 열려 있어 물과 함께 전도성을 높이기 위한 소량의 황산 같은 이온 화합물을 넣을 수 있다. 양쪽 실린더 바닥 안쪽에는 각각 백금 전극이 놓여 있으며, 이 전극들은 전원 공급 장치의 양극(+)과 음극(-) 단자에 연결된다. 전류가 호프만 전압계를 통과하면, 양극에서는 기체 산소가 생성되고 음극에서는 기체 수소가 생성된다. 생성된 각 기체는 물을 밀어내며 양쪽 외부 실린더 위쪽에 모이게 된다.

4. 일본과의 관계

호프만은 나가이 나가요시, 시바타 쇼케, 나카하마 토이치로 등 여러 일본인 화학자들을 지도하며 일본 화학 발전에 영향을 주었다.

특히 나가이 나가요시는 호프만의 지도 아래 박사 학위를 취득했으며, 베를린 대학교에서 조교수를 역임하기도 했다. 호프만은 나가이의 재능을 높이 평가하여 그가 독일에 계속 머물기를 원했고, 이를 위해 독일 여성 테레제 슈마허와의 결혼을 적극적으로 주선했다. 나가이는 바닐린 분리에 성공하는 등 학문적 성과를 거둔 후, 일본 정부의 요청에 따라 귀국했지만 이후 일본과 독일 간의 과학 및 학술 교류에 중요한 역할을 했다.

5. 수상 및 영예

1851년 왕립 학회의 회원으로 선출되었다. 1854년에는 왕립 학회 로열 메달을 수상했으며,[28] 1875년에는 "화학 과학에 대한 수많은 기여, 특히 암모니아 유도체에 대한 연구"를 인정받아 코플리 메달을 받았다.[28] 1881년에는 앨버트 메달을 수상했다. 1888년, 70세 생일에 그는 귀족 작위를 받아 이름 앞에 "폰(von)"을 붙일 수 있게 되었다.[4]

1900년, 독일 화학회는 베를린에 "호프만 하우스(Hofmann-Haus)"를 건립했고,[29] 1902년에는 화학 분야의 뛰어난 업적을 기리기 위해 아우구스트 빌헬름 폰 호프만 금메달을 제정했다. 이 메달의 첫 수상자는 영국의 윌리엄 램지 경과 파리의 앙리 무아상 교수였다.[29]

참조

[1] 서적 August Wilhelm von Hofmann: Ein Lebensbild 1902
[2] NDB Hofmann, August Wilhelm von (preußischer Adel 1888)
[3] Britannica
[4] 웹사이트 Hofmann, August Wilhelm Von https://www.encyclop[...] 2008-09-07
[5] 웹사이트 APS Member History https://search.amphi[...] 2021-04-20
[6] 논문 August Wilhelm Hofmann—"Reigning Chemist-in-Chief" https://epub.uni-reg[...] 1992-10-01
[7] 논문 August Wilhelm Hofmann (1818–1892)
[8] 논문 The First Century of Chemical Engineering https://www.scienceh[...] 2008-03-20
[9] 서적 August Wilhelm von Hofmann: Ein Lebensbild 1902
[10] 논문 Re-Examining the Research School: August Wilhelm Hofmann and the Re-Creation of a Liebigian Research School in London 2006-09-01
[11] 논문 The Prince Consort and science https://books.google[...] 2014-11-21
[12] 논문 A. W. Hofmann and the Founding of the Royal College of Chemistry
[13] 서적 Justus von Liebig : the chemical gatekeeper Cambridge University Press 1997
[14] 웹사이트 Chemistry at Imperial College: the first 150 years http://www.ch.ic.ac.[...] 1998-04-23
[15] 서적 The Report of the Board of Education to the King's Most Excellent Majesty in Council for the Year 1905–1906 https://books.google[...] HMSO 1906
[16] 논문 CXXXVIII. On styrole, and some of the products of its decomposition https://books.google[...] 2014-11-20
[17] 논문 Ueber das Styrol und einige seiner Zersetzungsproducte https://zenodo.org/r[...]
[18] 논문 On toluidine, a new organic base https://books.google[...] 1845-09-01
[19] 논문 Synthetical Experiments and Alkaloid Analogues: Liebig, Hofmann, and the Origins of Organic Synthesis 2014-09-01
[20] 논문 The Contributions of A. W. Hofmann
[21] 서적 Prometheans in the lab : chemistry and the making of the modern world. https://archive.org/[...] McGraw Hill 2014-11-21
[22] 논문 The origin of the coal-tar colour industry, and the contributions of Hofmann and his pupils https://zenodo.org/r[...]
[23] 서적 Mauve : how one man invented a color that changed the world https://books.google[...] W.W. Norton & Co. 2002
[24] 웹사이트 Hofmann's Croquet Ball Models (1865) https://webspace.yal[...] 2018-09-08
[25] 논문 Models and Molecules
[26] 서적 Introduction to Modern Chemistry: Experimental and Theoretic; Embodying Twelve Lectures Delivered in the Royal College of Chemistry, London https://archive.org/[...] Walton and Maberly 1866
[27] 웹사이트 August Wilhelm Hofmann (1818–1892) http://www.basinc.co[...] BAS Bioanalytical Systems, Inc. 2014-11-21
[28] 웹사이트 Award winners : Copley Medal https://docs.google.[...] Royal Society 2022-08-21
[29] 논문 The Electrician, Volume 51 https://books.google[...] 2014-11-21
[30] 문서 de:Friedhof der Dorotheenstädtischen und Friedrichswerderschen Gemeinden
[31] 논문 The burial place of August Wilhelm Hofmann (1818–1892)
[32] 서적 August Wilhelm von Hofmann: Ein Lebensbild 1902


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