August Wilhelm von Hofmann

Prace Hofmanna obejmowały szeroki zakres chemii organicznej.

Synteza organicznaEdit

Hofmann miał duży wkład w rozwój technik syntezy organicznej, które powstały w laboratorium Liebiga w Giessen. Hofmann i John Blyth jako pierwsi użyli terminu „synteza”, w pracy „On Styrole, and Some of the Products of Its Decomposition”, wyprzedzając o kilka miesięcy użycie tego terminu przez Kolbego. To, co Blyth i Hofmann nazwali „syntezą”, umożliwiło im wnioskowanie o budowie styrolu. Kolejna praca, Muspratta i Hofmanna „On Toluidine”, opisywała jedne z pierwszych „eksperymentów syntetycznych” (synthetische Versuche) w dziedzinie chemii organicznej. Chociaż ostatecznym celem takich eksperymentów było sztuczne wytworzenie naturalnie występujących substancji, cel ten nie był wówczas praktycznie osiągalny. Bezpośrednim celem tej techniki było zastosowanie znanych reakcji do różnych materiałów w celu odkrycia, jakie produkty mogą powstać. Zrozumienie sposobu powstawania danej substancji było ważnym krokiem w umieszczeniu jej w rozwijającej się taksonomii substancji. Technika ta stała się podstawą programu badawczego Hofmanna. Wykorzystał syntezę organiczną jako metodę badawczą, aby zwiększyć chemiczne zrozumienie produktów reakcji i procesów, w wyniku których powstały.

Smoła węglowa i anilinyEdit

Pierwszymi badaniami Hofmanna, przeprowadzonymi w laboratorium Liebiga w Giessen, było zbadanie podstaw organicznych smoły węglowej. Hofmann z powodzeniem wyizolował Kyanol i Leucol, bazy zgłoszone wcześniej przez Friedlieba Ferdinanda Rungego, i wykazał, że Kyanol jest prawie w całości aniliną, która wcześniej okazała się produktem rozkładu barwnika roślinnego indygo. W swojej pierwszej publikacji (1843) wykazał, że szereg substancji, które we współczesnej literaturze chemicznej zidentyfikowano jako otrzymywane z benzyny ze smoły węglowej i jej pochodnych, to jedna zasada azotowa – anilina. Należały do nich Kyanol, Anilin Carla Juliusa Fritzschego, Krystallin Otto Unverdorbena i Benzidam Nikołaja Zinina. Wiele z jego późniejszej pracy dalej rozwijał zrozumienie naturalnych alkaloidów.

Hofmann narysował analogię między aniliną i amoniakiem. Chciał przekonać chemików, że zasady organiczne mogą być opisane w kategoriach pochodnych amoniaku. Hofmann z powodzeniem przekształcił amoniak w etyloaminę oraz związki: dietyloaminę, trietyloaminę i tetraetyloamon. Był pierwszym chemikiem, który zsyntetyzował aminy czwartorzędowe. Jego metoda przekształcania amidu w aminę jest znany jako Hofmann rearanżacji.

Podczas gdy pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe aminy były stabilne, gdy destylowane w wysokich temperaturach w warunkach alkalicznych, czwartorzędowa amina nie była. Ogrzewanie czwartorzędowego wodorotlenku tetraetyloamoniowego dało opary trzeciorzędowej trietyloaminy. Stało się to podstawą znanej obecnie eliminacji Hofmanna, metody przekształcania amin czwartorzędowych w aminy trzeciorzędowe. Hofman z powodzeniem zastosował tę metodę do koniiny, cholinergicznej trucizny cykuty, uzyskując pierwszą strukturę alkaloidu. Jego metoda stała się niezwykle istotna jako narzędzie do badania struktury molekularnej alkaloidów i została ostatecznie zastosowana między innymi do morfiny, aminy koki, atropiny i tubokuraryny. Koniina ostatecznie stała się pierwszym alkaloidem, który został sztucznie zsyntetyzowany.

W 1848 r. uczeń Hofmanna, Charles Blachford Mansfield, opracował metodę destylacji frakcyjnej smoły węglowej i wydzielił benzen, ksylen i toluen, co stanowiło istotny krok w kierunku rozwoju produktów ze smoły węglowej.

W 1856 roku student Hofmanna, William Henry Perkin, próbował zsyntetyzować chininę w Royal College of Chemistry w Londynie, kiedy odkrył pierwszy barwnik anilinowy, mauveine. Odkrycie to doprowadziło do powstania szerokiej gamy sztucznie stworzonych kolorowych barwników do tkanin, rewolucjonizując świat mody. Badania Hofmanna nad różaniliną, którą po raz pierwszy przygotował w 1858 roku, zapoczątkowały serię badań nad substancjami barwiącymi. W 1863 r. Hofmann wykazał, że błękit anilinowy jest trójfenylową pochodną różaniliny i odkrył, że do cząsteczki różaniliny można wprowadzić różne grupy alkilowe, aby uzyskać barwniki o różnych kolorach purpury lub fioletu, które stały się znane jako „fiolety Hofmanna”. W 1864 r. Hofmann potwierdził, że magenta może być otrzymywana jedynie w wyniku utleniania handlowej aniliny, w której izomeryczne ortotoluidyna i paratoluidyna występują jako zanieczyszczenia, a nie z czystej aniliny. Inni uczniowie Hofmanna, którzy związali się z brytyjskim przemysłem barwników, to Edward Chambers Nicholson, George Maule i George Simpson. Po powrocie do Niemiec Hofmann kontynuował eksperymenty z barwnikami, tworząc w końcu czerwień chinolinową w 1887 r.

Hofmann badał zasady azotowe, w tym rozwój metod rozdzielania mieszanin amin i otrzymywanie dużych ilości „poliamidów” (diaminy i triaminy, takie jak etylenodiamina i dietylenodiamina). W latach 1855-1857 pracował z Auguste’em Cahoursem nad zasadami fosforowymi. Wraz z nim Hofmann opracował w 1857 r. pierwszy alifatyczny alkohol nienasycony, alkohol allilowy C3 H5OH. Badał również jego pochodną, izotiocyjanian allilu (olej musztardowy), w 1868 r., oraz różne inne izocyjaniany i izonitryle (izocyjanki lub karbyloaminy).

Hofmann opracował również metodę określania ciężaru cząsteczkowego cieczy na podstawie gęstości par. W 1859 r. Hofmann wyizolował z oleju jarzębinowego kwas sorbowy, związek chemiczny, który jest powszechnie stosowany jako środek konserwujący żywność.

W 1865 r., zainspirowany przez Auguste’a Laurenta, Hofmann zaproponował systematyczne nazewnictwo węglowodorów i ich pochodnych. Została ona przyjęta na szczeblu międzynarodowym przez Kongres Genewski, z pewnymi zmianami, w 1892 roku.

Modele molekularneEdit

Hofmann był najwyraźniej pierwszym, który wprowadził modele molekularne do chemii organicznej, po wprowadzeniu przez Augusta Kekule teorii struktury chemicznej w 1858 roku i wprowadzeniu przez Alexandra Crum Browna drukowanych wzorów strukturalnych w 1861 roku. Na piątkowym wykładzie wieczornym w londyńskim Royal Institution 7 kwietnia 1865 r. pokazał modele molekularne prostych substancji organicznych, takich jak metan, etan i chlorek metylu, które skonstruował z różnokolorowych kulek do krokieta połączonych cienkimi mosiężnymi rurkami. Oryginalny schemat kolorów Hofmanna (węgiel = czarny, wodór = biały, azot = niebieski, tlen = czerwony, chlor = zielony i siarka = żółty) rozwinął się w schemat kolorów CPK i jest używany do dziś. Po 1874 roku, kiedy van’t Hoff i Le Bel niezależnie zasugerowali, że cząsteczki organiczne mogą być trójwymiarowe, modele molekularne zaczęły przybierać swój nowoczesny wygląd.

Woltametr HofmannaEdit

Woltametr Hofmanna to aparat do elektrolizy wody, wynaleziony przez Augusta Wilhelma von Hofmanna w 1866 roku. Składa się on z trzech połączonych pionowych cylindrów, zwykle szklanych. Wewnętrzny cylinder jest otwarty u góry, aby umożliwić dodanie wody i związku jonowego w celu poprawy przewodnictwa, takiego jak niewielka ilość kwasu siarkowego. W dolnej części każdego z dwóch bocznych cylindrów umieszczona jest platynowa elektroda, podłączona do dodatnich i ujemnych zacisków źródła prądu. Kiedy prąd przepływa przez woltametr Hofmanna, gazowy tlen tworzy się na anodzie, a gazowy wodór na katodzie. Każdy z tych gazów wypiera wodę i gromadzi się w górnej części dwóch zewnętrznych rurek.

.