August Wilhelm von Hofmann
Il lavoro di Hofmann coprì una vasta gamma di chimica organica.
Sintesi organicaModifica
Hofmann fu uno dei maggiori contribuenti allo sviluppo delle tecniche di sintesi organica, che ebbero origine nel laboratorio di Liebig a Giessen. Hofmann e John Blyth furono i primi a usare il termine “sintesi”, nel loro documento “On Styrole, and Some of the Products of Its Decomposition”, precedendo di alcuni mesi l’uso del termine da parte di Kolbe. Ciò che Blyth e Hofmann chiamarono “sintesi” permise loro di fare inferenze sulla costituzione dello stirolo. Un articolo successivo, “On Toluidine” di Muspratt e Hofmann, descrisse alcuni dei primi “esperimenti sintetici” (synthetische Versuche) nel campo della chimica organica. Mentre l’obiettivo finale di tali esperimenti era quello di produrre artificialmente sostanze presenti in natura, tale obiettivo non era praticamente raggiungibile all’epoca. Lo scopo immediato della tecnica era l’applicazione di reazioni note a una varietà di materiali per scoprire quali prodotti si potevano formare. Comprendere il metodo di formazione di una sostanza era un passo importante per collocarla all’interno di una tassonomia di sostanze in via di sviluppo. Questa tecnica divenne la base del programma di ricerca di Hofmann. Usò la sintesi organica come metodo di indagine, per aumentare la comprensione chimica dei prodotti di reazione e i processi con cui si formavano.
Catrame di carbone e anilineModifica
La prima ricerca di Hofmann, effettuata nel laboratorio di Liebig a Giessen, fu un esame delle basi organiche del catrame di carbone. Hofmann isolò con successo il Kyanol e il Leucol, basi precedentemente riportate da Friedlieb Ferdinand Runge, e dimostrò che il Kyanol era quasi interamente anilina, precedentemente dimostrato essere un prodotto di decomposizione del colorante vegetale indaco. Nella sua prima pubblicazione (1843) dimostrò che una varietà di sostanze che erano state identificate nella letteratura chimica contemporanea come ottenibili dalla nafta del catrame di carbone e dai suoi derivati erano tutte una singola base azotata, l’anilina. Queste includevano il Kyanol, l’Anilin di Carl Julius Fritzsche, la Krystallin di Otto Unverdorben e il Benzidam di Nikolai Zinin. Gran parte del suo lavoro successivo sviluppò ulteriormente la comprensione degli alcaloidi naturali.
Hofmann fece un’analogia tra anilina e ammoniaca. Voleva convincere i chimici che le basi organiche potevano essere descritte in termini di derivati dell’ammoniaca. Hofmann convertì con successo l’ammoniaca in etilammina e nei composti dietilammina, trietilammina e tetraetilammonio. Fu il primo chimico a sintetizzare le ammine quaternarie. Il suo metodo per convertire un’ammide in un’ammina è noto come riarrangiamento di Hofmann.
Mentre le ammine primarie, secondarie e terziarie erano stabili se distillate ad alte temperature in condizioni alcaline, l’ammina quaternaria non lo era. Riscaldando l’idrossido di tetraetilammonio quaternario si otteneva un vapore di trietilammina terziaria. Questo divenne la base di ciò che ora è noto come eliminazione di Hofmann, un metodo per convertire le ammine quaternarie in ammine terziarie. Hofman applicò con successo il metodo alla coniina, il veleno colinergico della cicuta, per ricavare la prima struttura di un alcaloide. Il suo metodo divenne estremamente significativo come strumento per l’esame delle strutture molecolari degli alcaloidi, e alla fine fu applicato a morfina, coca amina, atropina e tubocurarina, tra gli altri. La coniina alla fine divenne il primo degli alcaloidi ad essere sintetizzato artificialmente.
Nel 1848, lo studente di Hofmann Charles Blachford Mansfield sviluppò un metodo di distillazione frazionata del catrame di carbone e separò benzene, xilene e toluene, un passo essenziale verso lo sviluppo di prodotti dal catrame di carbone.
Nel 1856, lo studente di Hofmann William Henry Perkin stava cercando di sintetizzare la chinina al Royal College of Chemistry di Londra, quando scoprì il primo colorante anilina, la malva. La scoperta portò alla creazione di una vasta gamma di tinture tessili colorate create artificialmente, rivoluzionando il mondo della moda. Le ricerche di Hofmann sulla rosanilina, che preparò per la prima volta nel 1858, furono l’inizio di una serie di indagini sulla materia colorante. Nel 1863, Hofmann dimostrò che il blu di anilina è un derivato trifenilico della rosanilina e scoprì che diversi gruppi alchilici potevano essere introdotti nella molecola di rosanilina per produrre coloranti di vari colori viola o violetti, che divennero noti come “viole di Hofmann”. Nel 1864, Hofmann confermò che il magenta può essere prodotto solo dall’ossidazione dell’anilina commerciale in cui sono presenti come impurità l’ortotoluidina e la paratoluidina isomeriche, non dall’anilina pura. Altri studenti di Hofmann che furono coinvolti nell’industria britannica dei coloranti sono Edward Chambers Nicholson, George Maule e George Simpson. Dopo il suo ritorno in Germania, Hofmann continuò a sperimentare con i coloranti, creando infine il rosso chinolina nel 1887.
Hofmann studiò le basi azotate, compreso lo sviluppo di metodi per separare miscele di ammine e la preparazione di un gran numero di “poliammoni” (diammine e triammine come l’etilendiammina e la dietilendiammina). Lavorò con Auguste Cahours sulle basi di fosforo tra il 1855 e il 1857. Con lui, nel 1857, Hofmann preparò il primo alcool insaturo alifatico, l’alcool allilico, C3 H5OH. Esaminò anche il suo derivato, l’isotiocianato di allile (olio di senape), nel 1868, e studiò vari altri isocianati e isonitrili (isocianuri, o carbilammine).
Hofmann sviluppò anche un metodo per determinare i pesi molecolari dei liquidi dalla densità del vapore. Hofmann isolò l’acido sorbico dall’olio di sorbo nel 1859, un composto chimico ampiamente utilizzato come conservante alimentare.
Nel 1865, ispirato da Auguste Laurent, Hofmann propose una nomenclatura sistematica per gli idrocarburi e i loro derivati. Fu adottata a livello internazionale dal Congresso di Ginevra, con alcune modifiche, nel 1892.
Modelli molecolariModifica
Hofmann fu apparentemente il primo ad introdurre modelli molecolari nella chimica organica, dopo l’introduzione di August Kekule della teoria della struttura chimica nel 1858, e l’introduzione di Alexander Crum Brown delle formule strutturali stampate nel 1861. In un discorso del venerdì sera alla Royal Institution di Londra il 7 aprile 1865, mostrò i modelli molecolari di semplici sostanze organiche come il metano, l’etano e il cloruro di metile, che aveva costruito con palle da croquet da tavolo di colore diverso collegate tra loro con sottili tubi di ottone. Lo schema di colori originale di Hofmann (carbonio = nero, idrogeno = bianco, azoto = blu, ossigeno = rosso, cloro = verde e zolfo = giallo) si è evoluto nello schema di colori CPK ed è in uso ancora oggi. Dopo il 1874, quando van’t Hoff e Le Bel suggerirono indipendentemente che le molecole organiche possono essere tridimensionali, i modelli molecolari iniziarono ad assumere il loro aspetto moderno.
Voltametro di HofmannModifica
Il voltametro di Hofmann è un apparecchio per l’elettrolisi dell’acqua, inventato da August Wilhelm von Hofmann nel 1866. Consiste in tre cilindri verticali uniti, di solito di vetro. Il cilindro interno è aperto in cima per permettere l’aggiunta di acqua e di un composto ionico per migliorare la conducibilità, come una piccola quantità di acido solforico. Un elettrodo di platino è posto sul fondo di ciascuno dei due cilindri laterali, collegato ai terminali positivo e negativo di una fonte di elettricità. Quando la corrente passa attraverso il Voltametro di Hofmann, si forma ossigeno gassoso all’anodo e idrogeno gassoso al catodo. Ogni gas sposta l’acqua e si raccoglie nella parte superiore dei due tubi esterni.