August Wilhelm von Hofmann

Hofmanns Arbeit umfasste ein weites Feld der organischen Chemie.

Organische SyntheseEdit

Hofmann war ein wichtiger Mitwirkender bei der Entwicklung von Techniken für die organische Synthese, die ihren Ursprung in Liebigs Laboratorium in Gießen hatte. Hofmann und John Blyth waren die ersten, die den Begriff „Synthese“ in ihrer Arbeit „On Styrole, and Some of the Products of Its Decomposition“ verwendeten, einige Monate vor Kolbes Verwendung des Begriffs. Was Blyth und Hofmann als „Synthese“ bezeichneten, ermöglichte ihnen Rückschlüsse auf die Zusammensetzung von Styrol. Eine spätere Arbeit, Muspratt und Hofmanns „On Toluidine“, beschrieb einige der ersten „synthetischen Versuche“ auf dem Gebiet der organischen Chemie. Das Ziel dieser Versuche war zwar die künstliche Herstellung natürlich vorkommender Stoffe, doch war ein solches Ziel damals praktisch nicht erreichbar. Der unmittelbare Zweck der Technik war die Anwendung bekannter Reaktionen auf eine Vielzahl von Stoffen, um herauszufinden, welche Produkte gebildet werden konnten. Das Verständnis der Bildungsmethode einer Substanz war ein wichtiger Schritt, um sie in eine sich entwickelnde Taxonomie der Substanzen einzuordnen. Diese Technik wurde die Grundlage von Hofmanns Forschungsprogramm. Er nutzte die organische Synthese als Untersuchungsmethode, um das chemische Verständnis der Reaktionsprodukte und der Prozesse, durch die sie gebildet wurden, zu verbessern.

Steinkohlenteer und AnilineEdit

Hofmanns erste Forschungsarbeiten, die in Liebigs Laboratorium in Gießen durchgeführt wurden, waren eine Untersuchung der organischen Basen des Steinkohlenteers. Hofmann gelang es, die bereits von Friedlieb Ferdinand Runge beschriebenen Basen Kyanol und Leucol zu isolieren und zu zeigen, dass es sich bei Kyanol fast ausschließlich um Anilin handelt, das zuvor als Abbauprodukt des Pflanzenfarbstoffs Indigo nachgewiesen wurde. In seiner ersten Veröffentlichung (1843) wies er nach, dass eine Reihe von Stoffen, die in der zeitgenössischen chemischen Literatur als aus Steinkohlenteernaphtha und dessen Derivaten gewonnene Substanzen identifiziert worden waren, alle eine einzige stickstoffhaltige Base, Anilin, waren. Dazu gehörten Kyanol, das Anilin von Carl Julius Fritzsche, das Krystallin von Otto Unverdorben und das Benzidam von Nikolai Zinin. Ein großer Teil seiner späteren Arbeit entwickelte das Verständnis der natürlichen Alkaloide weiter.

Hofmann zog eine Analogie zwischen Anilin und Ammoniak. Er wollte die Chemiker davon überzeugen, dass organische Basen durch Derivate von Ammoniak beschrieben werden können. Hofmann gelang es, Ammoniak in Ethylamin und die Verbindungen Diethylamin, Triethylamin und Tetraethylammonium umzuwandeln. Er war der erste Chemiker, der die quaternären Amine synthetisierte. Seine Methode, ein Amid in ein Amin umzuwandeln, ist als Hofmann-Umlagerung bekannt.

Während primäre, sekundäre und tertiäre Amine stabil waren, wenn sie bei hohen Temperaturen unter alkalischen Bedingungen destilliert wurden, war das quaternäre Amin nicht stabil. Beim Erhitzen von quaternärem Tetraethylammoniumhydroxid entstand tertiäres Triethylamin in Form von Dampf. Dies wurde zur Grundlage der so genannten Hofmann-Eliminierung, einer Methode zur Umwandlung von quaternären Aminen in tertiäre Amine. Hofman wandte die Methode erfolgreich auf Coniin, das cholinerge Gift des Schierlings, an, um die erste Struktur eines Alkaloids zu ermitteln. Seine Methode wurde zu einem äußerst wichtigen Instrument für die Untersuchung der Molekularstrukturen von Alkaloiden und wurde schließlich unter anderem auf Morphin, Kokainamin, Atropin und Tubocurarin angewandt. Coniin wurde schließlich das erste der Alkaloide, das künstlich synthetisiert wurde.

1848 entwickelte Hofmanns Schüler Charles Blachford Mansfield ein Verfahren zur fraktionierten Destillation von Steinkohlenteer und trennte Benzol, Xylol und Toluol ab, ein wesentlicher Schritt zur Entwicklung von Produkten aus Steinkohlenteer.

Im Jahr 1856 versuchte Hofmanns Schüler William Henry Perkin am Royal College of Chemistry in London Chinin zu synthetisieren, als er den ersten Anilinfarbstoff, Mauvein, entdeckte. Diese Entdeckung führte zur Entwicklung einer breiten Palette künstlich hergestellter bunter Textilfarben und revolutionierte die Modewelt. Hofmanns Forschungen über Rosanilin, das er erstmals 1858 herstellte, waren der Beginn einer Reihe von Untersuchungen über Farbstoffe. 1863 zeigte Hofmann, dass Anilinblau ein Triphenylderivat von Rosanilin ist, und entdeckte, dass verschiedene Alkylgruppen in das Rosanilinmolekül eingeführt werden können, um Farbstoffe in verschiedenen violetten oder purpurfarbenen Tönen zu erzeugen, die als „Hofmannsche Veilchen“ bekannt wurden. 1864 bestätigte Hofmann, dass Magenta nur durch Oxidation von handelsüblichem Anilin hergestellt werden kann, in dem isomeres Orthotoluidin und Paratoluidin als Verunreinigungen enthalten sind, und nicht aus reinem Anilin. Andere Schüler Hofmanns, die in der britischen Farbstoffindustrie tätig wurden, waren Edward Chambers Nicholson, George Maule und George Simpson. Nach seiner Rückkehr nach Deutschland experimentierte Hofmann weiter mit Farbstoffen und schuf schließlich 1887 das Chinolinrot.

Hofmann beschäftigte sich mit Stickstoffbasen, einschließlich der Entwicklung von Methoden zur Trennung von Amingemischen und der Herstellung einer großen Anzahl von „Polyammonias“ (Diamine und Triamine wie Ethylendiamin und Diethylendiamin). Zwischen 1855 und 1857 arbeitete er mit Auguste Cahours an Phosphorbasen. Mit ihm stellte Hofmann 1857 den ersten aliphatischen ungesättigten Alkohol her, den Allylalkohol, C3 H5OH. Er untersuchte 1868 auch dessen Derivat, Allylisothiocyanat (Senföl), und untersuchte verschiedene andere Isocyanate und Isonitrile (Isocyanide oder Carbylamine).

Hofmann entwickelte auch eine Methode zur Bestimmung der Molekulargewichte von Flüssigkeiten aus Dampfdichten. Aus dem Öl der Vogelbeere isolierte Hofmann 1859 die Sorbinsäure, eine chemische Verbindung, die als Lebensmittelkonservierungsmittel weit verbreitet ist.

1865 schlug Hofmann, inspiriert von Auguste Laurent, eine systematische Nomenklatur für Kohlenwasserstoffe und ihre Derivate vor. Sie wurde 1892 auf dem Genfer Kongress mit einigen Änderungen international angenommen.

Molekulare ModelleBearbeiten

Hofmann war offenbar der erste, der molekulare Modelle in die organische Chemie einführte, nachdem August Kekule 1858 die chemische Strukturtheorie und Alexander Crum Brown 1861 die gedruckten Strukturformeln eingeführt hatte. Bei einem Freitagabendvortrag in der Londoner Royal Institution am 7. April 1865 zeigte er Molekülmodelle einfacher organischer Substanzen wie Methan, Ethan und Methylchlorid, die er aus verschiedenfarbigen Tischkrocketbällen konstruiert hatte, die mit dünnen Messingrohren verbunden waren. Hofmanns ursprüngliches Farbschema (Kohlenstoff = schwarz, Wasserstoff = weiß, Stickstoff = blau, Sauerstoff = rot, Chlor = grün und Schwefel = gelb) hat sich zum CPK-Farbschema entwickelt und wird noch heute verwendet. Nach 1874, als van’t Hoff und Le Bel unabhängig voneinander vorschlugen, dass organische Moleküle dreidimensional sein können, begannen Molekülmodelle ihr modernes Aussehen anzunehmen.

Hofmann-VoltameterBearbeiten

Das Hofmann-Voltameter ist ein Gerät zur Elektrolyse von Wasser, das 1866 von August Wilhelm von Hofmann erfunden wurde. Er besteht aus drei miteinander verbundenen aufrechten Zylindern, meist aus Glas. Der innere Zylinder ist oben offen, damit Wasser und eine ionische Verbindung zur Verbesserung der Leitfähigkeit, z. B. eine kleine Menge Schwefelsäure, hinzugefügt werden können. Im Boden der beiden Seitenzylinder befindet sich jeweils eine Platinelektrode, die mit dem Plus- und Minuspol einer Stromquelle verbunden ist. Wenn Strom durch das Hofmannsche Voltameter fließt, bildet sich gasförmiger Sauerstoff an der Anode und gasförmiger Wasserstoff an der Kathode. Jedes Gas verdrängt Wasser und sammelt sich am oberen Ende der beiden äußeren Röhren.