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헤르만 슈타우딩거

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목차

1. 개요

헤르만 슈타우딩거는 독일의 화학자로, 고분자 화학의 선구자이며 1953년 노벨 화학상 수상자이다. 그는 케텐 분자 계열을 발견하고 슈타우딩거 반응을 연구했으며, 고분자가 반복적인 공유 결합으로 연결된 긴 사슬 형태라는 혁신적인 이론을 제시했다. 나치 정권 하에서 탄압을 받았지만, 고분자 화학 연구를 지속하여 플라스틱, 섬유 등 다양한 고분자 재료 개발에 기여했다.

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헤르만 슈타우딩거 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
이름헤르만 슈타우딩거
출생일1881년 3월 23일
출생지보름스, 독일 제국
사망일1965년 9월 8일
사망지프라이부르크, 서독
학력
모교마르틴 루터 대학교 할레-비텐베르크, 다름슈타트 공과대학교
직업
분야유기화학 및 고분자 화학
근무 기관스트라스부르 대학교
카를스루에 공과대학교
취리히 연방 공과대학교
알베르트 루트비히 대학교 프라이부르크
박사 학위 논문 제목말론에스테르의 불포화 화합물 첨가
박사 학위 취득 년도1903년
박사 지도 교수다니엘 폴렌더
박사 과정 학생베르너 케른
타데우시 라이히슈타인
레오폴트 루지치카
루돌프 지그너
배우자마그다 슈타우딩거 (본성: 보이)
업적
알려진 업적케텐
고분자 화학
슈타우딩거 커플링
슈타우딩거 반응
슈타우딩거 합성
수상
수상노벨 화학상(1953)
루돌프 디젤 메달(1962)

2. 생애

1881년 3월 23일, 라인란트팔츠주 폼스에서 태어났다. 아버지 프란츠 슈타우딩거(Franz Staudinger)는 김나지움의 철학 교수였으며 신칸트파에 속해 있었다. 김나지움에 진학한 헤르만은 식물학에 관심이 있었지만 대학에서는 화학을 전공하여 1903년 마르틴 루터 대학교 할레 비텐베르크(할레 대학교)에서 박사 학위를 취득하고 스트라스부르 대학교의 조교가 되었다. 할레 외에도 루트비히 막시밀리안 대학교 뮌헨(뮌헨 대학교)과 다름슈타트 공과대학교에서도 수학했다.

1905년 디페닐케텐(Diphenylketene)과 이소프렌(Isoprene)의 합성 방법을 발견하고, 1908년 카를스루에 대학교의 객원 교수가 되었다. 1910년 BASF에서 이소프렌 합성에 성공했다. 1912년 취리히 연방 공과대학교 교수가 되었다. 당시 헬만은 종교적 사회주의 운동에 참여하고 있었으며, 제1차 세계 대전에 반대하여 1917년과 1919년 두 차례 스위스 국적 취득을 신청했으나 모두 거부되었다.

1920년 고무에 관한 연구에서 힌트를 얻어 고분자(Polymer)와 중합(Polymerization)이라는 개념을 논문으로 제창했지만, 당시에는 이단적인 학설로 여겨졌다. 1926년 하인리히 비란트의 후임으로 알베르트 루트비히 대학교 프라이부르크(프라이부르크 대학교) 교수가 되었고, 1930년에는 분자량과 점도의 관계를 나타내는 슈타우딩거 식을 유도했다.

1933년 나치당 집권 후 프라이부르크 대학교 총장으로 취임한 마르틴 하이데거는 슈타우딩거를 경찰에 고발했고, 게슈타포는 "슈텔른하임 작전"이라는 암호명으로 그를 비밀리에 조사했다. 1934년 슈타우딩거는 바덴 주 문부성에 소환되어 해임 위기에 처했으나, 국제적인 명성 때문에 사직서를 제출하는 선에서 마무리되었다. 사직서는 "그의 행동이 적절하다면 발동하지 않는다"는 조건으로 보류되었고, 1934년 10월 6일 공식적으로 기각되었다.

나치 정권의 압력은 계속되었고, 고분자화학 연구소 설립 청원은 여러 차례 기각되었으며, 해외 출장도 제한 및 금지되었다. 1940년에 이르러서야 프라이부르크 대학교에 고분자화학 연구소 설립이 허가되어, 슈타우딩거는 고분자 연구에 전념할 수 있게 되었다. 1953년 노벨 화학상을 수상했으며, 1957년에는 부인과 함께 일본을 방문하여 쇼와 천황을 알현했다.

2. 1. 초기 생애 및 교육

슈타우딩거는 1881년 독일 웜스에서 태어났다. 할레 대학교, 다름슈타트 공과대학교, 뮌헨 대학교에서 화학을 공부했다. 다름슈타트 공과대학교에서 석사 학위에 해당하는 "Verbandsexamen"을 받았다.[1] 1903년 할레 대학교에서 박사 학위를 받은 후, 1907년 스트라스부르 대학교에서 강사 자격을 취득했다.[1] 그의 아내 도라 슈타우딩거는 그의 강의 내용을 정리하며 그의 연구를 지원했다.[2]

케텐의 일반적인 구조. R은 임의의 그룹이다.


스트라스부르 대학교에서 그는 '''그림 1'''에 묘사된 일반적인 형태를 특징으로 하는 케텐 분자 계열을 발견했다.[3] 케텐은 페니실린과 아목시실린과 같은 항생제 생산에 중요한 중간체임이 밝혀졌다.[4]

2. 2. 초기 연구 활동 (케텐 및 슈타우딩거 반응)

1907년 슈타우딩거는 카를스루에 공과대학교 조교수직을 시작했다.[5] 그는 롤프 뮐하우프트(Rolf Mülhaupt)가 더욱 자세하게 검토한 바와 같이 여러 유용한 유기 화합물(합성 커피 향료 포함)을 성공적으로 분리했으며,[5] 미래의 노벨상 수상자인 레오폴트 루지치카(1910)와 타데우시 라이히슈타인이 박사 학위를 받도록 지도했다.[6]

1905년 디페닐케텐(Diphenylketene)과 이소프렌(Isoprene) 합성 방법을 발견했고,[1] 케텐(ketene) 분자 계열을 발견했다.[3] 케텐은 페니실린(penicillin)과 아목시실린(amoxicillin)과 같은 항생제 생산에 중요한 중간체로 증명되었다.[4]

1919년 슈타우딩거와 동료 마이어(Meyer)는 유기 아지드가 트리페닐포스핀과 반응하여 이미노포스포란을 생성한다는 것을 보고했다.[7]
슈타우딩거 반응에 의해 트리페닐포스핀과 아지드가 반응하여 이미노포스포란과 질소 기체를 생성한다.
이 반응은 슈타우딩거 반응으로 알려져 있으며, 높은 수율의 이미노포스포란을 생성한다.[8]

2. 3. 제1차 세계 대전과 평화 운동

1914년 가을, 많은 독일 교수들이 전쟁 지지 여론에 동참했지만, 슈타우딩거는 93인 선언에 서명을 거부하고 막스 보른, 오토 뷔크, 알베르트 아인슈타인 등 소수의 반대자들과 함께 전쟁을 비난했다.[9] 1917년 협상국의 산업적 우위로 인해 독일이 패배할 것이라는 예측을 담은 수필을 발표하고 가능한 한 빠른 평화적 해결을 촉구했으며, 미국의 참전 이후에는 독일 군 수뇌부에 보낸 장문의 편지에서 이러한 촉구를 반복했다.[9] 프리츠 하버는 그의 수필을 공격하며 독일을 해치고 있다고 비난했고, 슈타우딩거는 그에 맞서 하버의 화학무기 프로그램에서의 역할을 비판했다.[9]

당시 슈타우딩거는 종교적 사회주의 운동에 참여하고 있었으며, 전쟁 반대 입장에서 징병을 거부하기 위해 1917년에 스위스 국적 취득을 신청했으나 독일 총영사관에 의해 거절되었다.[9] 1919년에도 스위스와의 이중 국적을 다시 신청하여 이듬해 스위스로부터 허가를 받았지만 독일 정부에 의해 거부되었다.[9]

2. 4. 고분자 화학 연구

1912년 취리히 연방 공과대학교 교수가 된 슈타우딩거는 고무의 화학적 연구를 시작했다. 라울트와 판트호프의 물리적 방법으로 고무의 분자량이 매우 높게 측정되었는데, 슈타우딩거는 1920년에 발표한 획기적인 논문에서 고무, 전분, 셀룰로오스, 단백질과 같은 고분자들이 공유 결합으로 연결된 짧은 반복 단위체의 긴 사슬이라고 제안했다.[10] 이는 마치 종이 클립 사슬처럼 작은 구성 요소들이 연결되어 만들어진 것과 같다.

'''그림 3.''' 종이 클립 사슬(''위'')은 폴리락트산(''아래'')과 같은 고분자에 대한 좋은 모델이다. 고분자 사슬은 머리부터 꼬리까지 연결된 작은 조각들로 구성되어 있다.


하지만 당시 에밀 피셔와 하인리히 비엘란트[5][11] 같은 유기 화학자들은 측정된 높은 분자량이 작은 분자들이 콜로이드로 응집되어 생긴 겉보기 값일 뿐이라고 생각했다. 대부분의 학자들은 슈타우딩거의 고분자 가설을 받아들이지 않았는데, 이는 20세기 초 분자 구조와 결합 이론에 대한 이해가 부족했기 때문이다.[5]

1926년 프라이부르크 대학교 화학 강사로 임명된 슈타우딩거는[12] 1930년 분자량과 점도의 관계를 나타내는 슈타우딩거 식을 유도했다. 그의 고분자 가설은 막 삼투법과 점도 측정을 통해 확인되었고, 허먼 마크의 X선 회절 연구는 긴 사슬 구조를 증명했다. 또한 캐러더스의 합성 연구는 나일론과 폴리에스터 같은 고분자가 유기 반응으로 제조될 수 있음을 보여주면서, 슈타우딩거의 이론은 고분자 과학 발전의 기반이 되었다.

2. 5. 나치 정권 하의 탄압

1933년 나치당의 권력 장악 이후, 프라이부르크 대학교 총장으로 나치당에 가까운 마르틴 하이데거가 취임했다. 하이데거는 이전부터 슈타우딩거의 반나치즘적 사상을 좋지 않게 여겨 그를 프라이부르크 경찰에 고발했고, 학내 조사도 시작했다.[3] 게슈타포는 "슈텔른하임 작전(Sternheim operation)"이라는 암호명으로 비밀리에 슈타우딩거를 조사했다.[3]

1934년 1월, 게슈타포는 슈타우딩거에 대한 고발이 가능하다는 결론을 내렸고, 하이데거도 같은 보고서를 제출했다. 2월 17일, 슈타우딩거는 바덴 주 문부성에 소환되었다. 바덴 주 문부성은 슈타우딩거의 해임을 요구하는 보고서를 제출했지만, 세계적인 명성을 가진 그의 해임이 국제적인 비판을 받을 수 있다는 우려가 제기되었다.[3]

국무성은 바덴 주 문부성의 청원을 기각했고, 주 문부성은 슈타우딩거가 사직서를 제출하는 선에서 마무리하려 했다. 슈타우딩거는 이에 불만을 품었지만 사직서에 서명했다. 이 사직서는 "접수되었지만 그의 행동이 적절하다면 발동하지 않는다"는 조건으로 보류되었다. 1934년 10월 6일, 사직서는 공식적으로 기각되었고, 슈타우딩거는 연구를 계속할 수 있게 되었다.[3]

그러나 나치당의 압력은 계속되었다. 고분자화학 연구소 설립 청원은 여러 차례 기각되었고, 해외 출장도 제한 및 금지되었다. 1940년에 이르러서야 프라이부르크 대학교에 고분자화학 연구소 설립이 허가되어, 슈타우딩거는 고분자 연구에 전념할 수 있게 되었다.[3]

2. 6. 노벨 화학상 수상 및 말년

1953년, 슈타우딩거는 "거대분자 화학 분야의 발견"에 대한 공로로 노벨 화학상을 수상하였다. 1957년에는 부인과 함께 일본을 방문하여 쇼와 천황을 알현했다.

3. 주요 업적 및 영향

슈타우딩거는 유기합성화학에서 많은 역할을 했지만, 주요 업적은 고분자화학 분야이다. 고분자화학의 창시자로 여겨지며, 월러스 캐러더스에게도 영향을 주었다고 여겨진다.[16]

1920년, 슈타우딩거는 고무, 전분, 셀룰로오스, 단백질과 같은 고분자들이 공유 결합으로 연결된 짧은 반복되는 분자 단위의 긴 사슬이라고 제안했다.[10] 이는 마치 종이 클립 사슬처럼, 작은 구성 요소들이 연결되어 만들어진 것이다. ('''그림 3''') 당시 에밀 피셔와 하인리히 비엘란트[5][11] 같은 유기 화학의 선두 주자들은 고분자의 높은 분자량이 작은 분자들이 콜로이드로 응집되어 생긴 겉보기 값일 뿐이라고 믿었다. 그러나 1930년대에 고분자의 높은 분자량은 막 삼투법과 용액에서의 점도 측정을 통해 확인되었고, 허먼 마크의 X선 회절 연구는 반복되는 분자 단위의 긴 사슬에 대한 직접적인 증거를 제공했다. 또한 월리스 캐러더스가 이끈 합성 연구는 나일론과 폴리에스터와 같은 고분자가 잘 이해된 유기 반응으로 제조될 수 있음을 보여주면서 그의 이론은 널리 받아들여지게 되었다.

1919년, 슈타우딩거는 유기 아지드가 트리페닐포스핀과 반응하여 이미노포스포란을 생성한다는 슈타우딩거 반응을 발견했다.(그림 2)[7][8]

슈타우딩거의 획기적인 연구는 "거대분자(Makromoleküle)"라 명명한 고분자량 화합물의 본질을 밝혀내어 고분자 화학 분야의 탄생을 이끌었다.[16] 1936년 그는 "조만간 합성 고분자 물질로부터 인공 섬유를 제조하는 방법이 발견될 가능성이 크다"고 언급하며 이 과학의 잠재력을 일찍이 인지했다.[17] 1940년 최초의 고분자 화학 저널을 창간했고,[18] 1953년 노벨 화학상을 수상했다.[19] 1999년 미국화학회와 독일화학회는 그의 업적을 국제화학유적(International Historic Chemical Landmark)으로 지정했다.[20] 그의 선구적인 연구는 수많은 플라스틱, 섬유 및 기타 고분자 재료를 세상에 제공했다. 독일화학회는 1971년 고분자 과학 분야의 기초적인 공헌을 인정하기 위해 헤르만 슈타우딘거 상(Hermann Staudinger Prize)을 제정했다.

4. 사생활

헤르만 슈타우딩거는 1906년 도라 퍼스터와 결혼하여 1926년 이혼했다.[2] 이들 사이에는 에바 레치(1907-1993)와 파시즘에 저항한 클라라 카우프만, 총 네 명의 자녀가 있었다. 도라는 재혼 후 평화 운동가로 활동했다.[2]

1927년, 슈타우딩거는 라트비아 출신 식물학자 마그다 보이타와 결혼했다. 마그다는 슈타우딩거가 사망할 때까지 함께 연구했으며, 슈타우딩거는 노벨상 수상 연설에서 그녀의 공헌을 언급했다.

1935년 슈타우딩거는 친위대(SS)의 후원 회원이 되었다.[13][14][15]

참조

[1] 웹사이트 Hermann Staudinger - Biographical https://www.nobelpri[...] 1953-00-00
[2] 웹사이트 Staudinger, Dora https://hls-dhs-dss.[...] 2023-02-14
[3] 논문 Ketene, eine neue Körperklasse https://zenodo.org/r[...]
[4] 서적 Beta-Lactams: Novel Synthetic Pathways and Applications https://books.google[...] Springer 2017-00-00
[5] 논문 Hermann Staudinger and the Origin of Macromolecular Chemistry
[6] 논문 Leopold Ruzicka (13 September 1887 – 26 September 1976)
[7] 논문 Über neue organische Phosphorverbindungen III. Phosphinmethylenderivate und Phosphinimine https://zenodo.org/r[...]
[8] 논문 The Staudinger Ligation – A Gift to Chemical Biology
[9] 웹사이트 Life and work of Hermann Staudinger https://www.k-online[...]
[10] 논문 Über Polymerisation https://zenodo.org/r[...]
[11] 논문 Sickle Cell Anemia: Reexamining the First "Molecular Disease"
[12] 웹사이트 Biography on Nobel prize website https://www.nobelpri[...]
[13] 간행물 Die Entlassung der jüdischen Lehrkräfte an der Freiburger Universität und die Bemühungen um ihre Wiedereingliederung nach 1945
[14] 간행물 Das Leben des Hermann Staudinger k-online
[15] 서적 Flüchten, Mitmachen, Vergessen. Chemiker und Biochemiker in der NS-Zeit Wiley-VCH
[16] 논문 Viscosity investigations for the examination of the constitution of natural products of high molecular weight and of rubber and cellulose
[17] 논문 The insoluble polystyrene
[18] 논문 The 60th Anniversary of the First Polymer Journal ("Die Makromolekulare Chemie"): Moving to New Horizons
[19] 웹사이트 The Nobel Prize in Chemistry 1953 http://nobelprize.or[...]
[20] 웹사이트 Hermann Staudinger and the Foundation of Polymer Science https://www.acs.org/[...] American Chemical Society
[21] 논문 Ketene, eine neue Körperklasse


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