August Wilhelm von Hofmann
Hofmann munkássága a szerves kémia széles területére terjedt ki.
Szerves szintézisSzerkesztés
Hofmann nagyban hozzájárult a szerves szintézis technikáinak kifejlesztéséhez, amely Liebig gießeni laboratóriumából indult. Hofmann és John Blyth használták először a “szintézis” kifejezést “A stirrolról és néhány bomlástermékéről” című dolgozatukban, néhány hónappal megelőzve a Kolbe által használt kifejezést. Amit Blyth és Hofmann “szintézisnek” nevezett, az lehetővé tette számukra, hogy következtetéseket vonjanak le a sztirol felépítésére vonatkozóan. Egy későbbi tanulmány, Muspratt és Hofmann “A toluidinról” című írása a szerves kémia területén végzett első “szintetikus kísérleteket” (synthetische Versuche) írta le. Bár az ilyen kísérletek végső célja a természetben előforduló anyagok mesterséges előállítása volt, ez a cél akkoriban gyakorlatilag nem volt elérhető. A technika közvetlen célja az volt, hogy ismert reakciókat alkalmazzanak különböző anyagokon, hogy felfedezzék, milyen termékek keletkezhetnek. Egy anyag keletkezési módjának megértése fontos lépés volt az anyagok kialakuló taxonómiájában való elhelyezéséhez. Ez a technika lett Hofmann kutatási programjának alapja. A szerves szintézist vizsgálati módszerként használta, hogy növelje a reakciótermékek és a keletkezésükhöz vezető folyamatok kémiai megértését.
Szénkátrány és anilinekSzerkesztés
Hofmann első, Liebig gießeni laboratóriumában végzett kutatásai a szénkátrány szerves alapjainak vizsgálata volt. Hofmann sikeresen izolálta a Kyanolt és a Leucolt, a Friedlieb Ferdinand Runge által korábban közölt bázisokat, és kimutatta, hogy a Kyanol szinte teljes egészében anilin, amelyről korábban kimutatták, hogy a növényi festék, az indigó bomlásterméke. Első publikációjában (1843) kimutatta, hogy a korabeli kémiai irodalomban a kőszénkátrány-naftából és származékaiból nyerhető különféle anyagok mindegyike egyetlen nitrogéntartalmú bázis, az anilin. Ezek közé tartozott a kianol, Carl Julius Fritzsche anilinje, Otto Unverdorben krisztallinja és Nyikolaj Zinin benzidámja. Későbbi munkáinak nagy része továbbfejlesztette a természetes alkaloidok megértését.
Hofmann analógiát vont az anilin és az ammónia között. Meg akarta győzni a kémikusokat arról, hogy a szerves bázisokat az ammónia származékaival lehet leírni. Hofmann sikeresen alakította át az ammóniát etilaminná és a dietilamin, trietilamin és tetraetilammónium vegyületekké. Ő volt az első kémikus, aki szintetizálta a kvaterner aminokat. Módszere, amellyel egy amidot aminná alakított át, Hofmann-átrendeződés néven ismert.
Míg az elsődleges, másodlagos és harmadlagos aminok magas hőmérsékleten, lúgos körülmények között desztillálva stabilak voltak, a kvaterner amin nem. A kvaterner tetraetilammónium-hidroxid hevítésével tercier trietilamin-gőz keletkezett. Ez lett az alapja a ma Hofmann-eliminációnak, a kvaterner aminok tercier aminokká történő átalakításának. Hofmann sikeresen alkalmazta a módszert a koniinnel, a bürök kolinerg méreggel, hogy levezesse egy alkaloid első szerkezetét. Módszere az alkaloidok molekulaszerkezetének vizsgálatára szolgáló eszközként rendkívül jelentős lett, és végül többek között a morfiumra, a koka-aminra, az atropinra és a tubokurarinra is alkalmazták. A koniin lett végül az első az alkaloidok közül, amelyet mesterségesen szintetizáltak.
1848-ban Hofmann tanítványa, Charles Blachford Mansfield kifejlesztett egy módszert a kőszénkátrány frakcionált desztillációjára, és elkülönítette a benzolt, a xilolt és a toluolt, ami lényeges lépés volt a kőszénkátrányból származó termékek kifejlesztése felé.
1856-ban Hofmann tanítványa, William Henry Perkin a londoni Királyi Kémiai Főiskolán a kinin szintézisével próbálkozott, amikor felfedezte az első anilinfestéket, a mályva színt. A felfedezés a mesterségesen előállított színes textilfestékek széles skálájának létrehozásához vezetett, forradalmasítva a divatvilágot. Hofmann kutatásai a rosanilinnel kapcsolatban, amelyet először 1858-ban állított elő, a színezőanyagokkal kapcsolatos vizsgálatsorozat kezdetét jelentették. Hofmann 1863-ban kimutatta, hogy az anilinkék a rosanilin trifenilszármazéka, és felfedezte, hogy a rosanilinmolekulába különböző alkilcsoportokat lehet bevezetni, így különböző lila vagy ibolyaszínű színezékek állíthatók elő, amelyek “Hofmann-viola” néven váltak ismertté. Hofmann 1864-ben megerősítette, hogy bíborvörös színt csak olyan kereskedelmi anilin oxidációjával lehet előállítani, amelyben az izomer ortotoluidin és paratoluidin szennyeződésként jelen van, nem pedig tiszta anilinből. Hofmann más tanítványai, akik a brit színezékiparban helyezkedtek el, többek között Edward Chambers Nicholson, George Maule és George Simpson. Németországba való visszatérése után Hofmann folytatta a színezékekkel való kísérletezést, végül 1887-ben megalkotta a kinolinvöröset.
Hofmann a nitrogénbázisokat tanulmányozta, beleértve az aminkeverékek elválasztására szolgáló módszerek kidolgozását és nagy mennyiségű “poliammóniák” (diaminok és triaminok, például etiléndiamin és dietiléndiamin) előállítását. Auguste Cahours-szal együtt 1855 és 1857 között foszforbázisokon dolgozott. Hofmann 1857-ben vele együtt állította elő az első alifás telítetlen alkoholt, az allil-alkoholt, C3 H5OH. Származékát, az alil-izotiocianátot (mustárolaj) is vizsgálta 1868-ban, és különböző más izocianátokat és izonitriileket (izocianidokat vagy karbilaminokat) tanulmányozott.
Hofmann kidolgozott egy módszert is, amellyel a folyadékok molekulatömegét gőzsűrűségből lehetett meghatározni. Hofmann 1859-ben izolálta a szorbinsavat a vörösáfonya olajából, egy olyan kémiai vegyületet, amelyet széles körben használnak élelmiszer tartósítószerként.
1865-ben Auguste Laurent ihletésére Hofmann javaslatot tett a szénhidrogének és származékaik szisztematikus nómenklatúrájára. Ezt a genfi kongresszus némi módosítással 1892-ben nemzetközi szinten elfogadta.
Molekuláris modellekSzerkesztés
Hofmann nyilvánvalóan elsőként vezetett be molekuláris modelleket a szerves kémiába, August Kekule 1858-as kémiai szerkezetelméletének bevezetése és Alexander Crum Brown 1861-es nyomtatott szerkezeti képletek bevezetése után. A londoni Királyi Intézetben 1865. április 7-én tartott péntek esti előadásán olyan egyszerű szerves anyagok molekulamodelljeit mutatta be, mint a metán, az etán és a metil-klorid, amelyeket különböző színű, vékony sárgarézcsövekkel összekötött asztali krokettlabdákból épített. Hofmann eredeti színsémája (szén = fekete, hidrogén = fehér, nitrogén = kék, oxigén = piros, klór = zöld és kén = sárga) a CPK színsémává fejlődött, és ma is használatos. 1874 után, amikor van’t Hoff és Le Bel egymástól függetlenül felvetették, hogy a szerves molekulák háromdimenziósak lehetnek, a molekulamodellek kezdték el nyerni mai megjelenésüket.
Hofmann voltmérőSzerkesztés
A Hofmann voltmérő egy víz elektrolízisére szolgáló készülék, amelyet August Wilhelm von Hofmann talált fel 1866-ban. Három összeillesztett függőleges hengerből áll, általában üvegből. A belső henger felül nyitott, hogy a víz és a vezetőképességet javító ionos vegyület, például kis mennyiségű kénsav hozzáadására legyen lehetőség. A két oldalsó henger alján egy-egy platinaelektródot helyeznek el, amelyet egy áramforrás pozitív és negatív csatlakozójához csatlakoztatnak. Amikor áram folyik át a Hofmann-féle Voltmérőn, az anódon gáznemű oxigén, a katódon pedig gáznemű hidrogén képződik. Mindkét gáz kiszorítja a vizet, és összegyűlik a két külső cső tetején.