Циглер, Карл Вальдемар

Карл Вальдемар Циглер
Karl Waldemar Ziegler
Карл Циглер
Дата рождения	26 ноября 1898(1898-11-26)
Место рождения	Хельза, Германия
Дата смерти	12 августа 1973(1973-08-12) (74 года)
Место смерти	Мюльхайм-на-Руре, Германия
Страна	Германия
Научная сфера	органическая химия
Место работы	Марбургский университет, Институт исследования угля имени Макса Планка
Альма-матер	Марбургский университет (1920)
Научный руководитель	Карл фон Оверс
Известен как	катализаторы Циглера-Натта
Награды и премии	Медаль Либиха (1935), Крест за военные заслуги 2-го класса (1940), Кольцо Вернера фон Сименса (1961), Нобелевская премия по химии (1963) Медаль Вильгельма Экснера (1971)

В Руниверсалис есть статьи о других людях с фамилией Циглер.

Карл Вальдемар Циглер (нем. Karl Waldemar Ziegler; 26 ноября 1898, Хельза, близ Касселя — 12 августа 1973, Мюльхайм-на-Руре) — немецкий химик, предложил метод ЯКР-спектроскопии, лауреат Нобелевской премии по химии в 1963 году, за работу по исследованию полимеров, совместно с Джулио Натта. Нобелевский комитет признал его «выдающееся исследование металлоорганических соединений, [которое] … привело к новым реакциям полимеризации и … проложило путь для новых и очень полезных производственных процессов». Он также известен своими исследованиями с участием свободных радикалов, макроциклических и металлоорганических соединений, а также разработкой катализаторов Циглера — Натты. В 1960 году совместно с Oтто Байером и Вальтером Реппе Циглер получил в награду кольцо Вернера фон Сименса, за расширение научных знаний и технологическое развитие новых синтетических материалов.

Биография

Детство и образование

Карл Циглер родился 26 ноября 1898 года в коммуне Хельза в административном округе Кассель в Германии и был вторым сыном Карла Циглера, лютеранского священника, и Луизы Ролл Циглер. Он поступил в начальную школу Беттенхаузена в Касселе. Первым, что вызвало у Циглера интерес к науке, был вводный учебник физики. Он стал проводить эксперименты у себя дома и читать книги, которые не входили в программу средней школы. Через своего отца был представлен многим известным лицам, в том числе Эмилю Адольфу фон Берингу, известного по изобретению вакцины против дифтерии. Благодаря дополнительным занятиям и экспериментам, Циглер получил награду, как самый выдающийся студент последнего года в средней школе Касселя. Он учился в Марбургском университете и был освобожден от обучения в первые два семестра в связи с уже имеющимися у него знаниями. Его исследования были прерваны, когда в 1918 году он был отправлен солдатом на фронт Первой мировой войны. Работая под руководством Карла фон Оверса (нем.), получил степень доктора философии в 1920 году. Его диссертация была посвящена «Исследованию семибензола и родственных соединений» и привела к трем публикациям.

Карьера

После получения докторской степени в Марбургском университете Циглер в течение недолгого времени читал там лекции, а также во Франкфуртском университете имени Иоганна Вольфганга Гете. В 1926 году он стал профессором Гейдельбергского университета, где провел следующие десять лет, исследуя новые подходы в области органической химии. Он исследовал устойчивость радикалов трёхвалентного углерода, и это привело его к изучению металлоорганических соединений и их применению в своих исследованиях. Он также занимался синтезом макроциклических систем. В 1933 году Циглер опубликовал свою первую крупную работу по макроциклическим системам, «Vielgliedrige Ringsysteme», в которой представил основы принципа разведения Руггли-Циглера.

Институт исследований угля Общества Макса Планка.

В 1936 году стал профессором и директором химического института при университете в Галле, а также был приглашенным лектором в Чикагском университете.

Циглер был членом-покровителем СС (нем. Förderndes Mitglied der SS) и получил крест за военные заслуги 2-го класса в октябре 1940 года.

С 1943 по 1969 год, Циглер в качестве преемника Франца Фишера был директором Института исследования угля имени Макса Планка, ранее известного как Институт исследования угля имени Кайзера-Вильгельма в Мюльхайм-на-Руре.

Карл Циглер участвовал в послевоенном возрождении химических исследований в Германии и оказал помощь в создании Общества немецких химиков в 1949 году. Он занимал пост президента в течение пяти лет. С 1954 по 1957 год он был президентом Немецкого общества исследования нефти и угля. В 1971 году он был избран иностранным членом Лондонского королевского общества.

Личная жизнь

В 1922 году Циглер женился на Марии Курц. У них было двое детей, Эрхарт и Марианна. Его дочь, Марианна Циглер Витте, доктор медицинских наук, вышла замуж за ведущего врача детской (на тот момент) больницы в Руре. Сын, Эрхарт Циглер, стал физиком и патентным поверенным. У Циглера родилось пять внуков от дочери, и пять от сына. Одна из его внучек, Кордула Витте, присутствовала на вручении ему Нобелевской премии, и существует фотография, где они двое радостно танцуют. Циглер любил путешествовать по всему миру вместе со своей семьей, особенно он любил круизы. Он даже устраивал специальные круизы и перелеты для просмотра затмения. Именно после просмотра затмения во время круиза с внуком в 1972 году Карл Циглер заболел. Он умер год спустя.

Циглер и его жена были большими ценителями искусства, особенно живописи. Карл и Мария дарили друг другу картины на дни рождения, рождество и юбилеи. Они собрали большую коллекцию своих любимых картин разных периодов. Мария, будучи заядлым садоводом, особенно любила цветочные картины Эмиля Нольде, Эрика Хеккеля, Оскара Кокошки, и Карла Шмидт-Роттлуфа. Карл наслаждался изображениями мест, которые он и его жена считали домом — Галле и Рурской долины. Сорок два изображения из их общей коллекции были включены в фонд, завещанный художественному музею имени Циглера в Мюльхайме.

Как человек, совершивший много открытий, Карл Циглер был также обладателем множества патентов. Он стал богатым человеком в результате патентного соглашения с Институтом Макса Планка. Вложив около 40 млн немецких марок из своих средств, он основал фонд Циглера для поддержки научных исследований института. В честь Циглера была также названа городская средняя школа Карла-Циглера-Шуле, которая была основана 4 декабря 1974 года, переименованием ранее существующей школы. Школа расположена в Мюльхайме, Германия.

Карл Циглер умер 12 августа 1973 года в Мюльхайме.

Научные достижения

На протяжении всей своей жизни, Циглер был ревностным сторонником неделимости всех видов исследований. Из-за этого, его научные достижения имеют как фундаментальное значение, так и практическое, а его исследования охватывают широкий круг вопросов в химии. Будучи молодым профессором, Циглер заинтересовался вопросом, какие факторы способствуют диссоциации углерод-углеродных связей в замещенных производных этана. Этот вопрос привел его к исследованию свободных радикалов, металлорганических соединений, циклических соединений, и, наконец, способов полимеризации.

Соединения со свободными радикалами

Три примера свободных радикалов с трехвалентным углеродом. 1. 1,2,4,5-тетрафенилаллил. 2. пентафенилциклопентадиенил. 3. трифенилметил.

Ещё будучи докторантом в Марбургском университете, Циглер опубликовал свою первую большую статью, в которой показал, как галохромные (R₃C⁺Z^-) соли могут быть сделаны из карбинолов. Предыдущая работа оставила впечатление, что галохромные соли или свободные радикалы (R₃C•) должны иметь необходимый фрагмент R, чтобы быть ароматическими. Это сподвигло его попытаться синтезировать аналогично замещенные свободные радикалы и успешно подготовить 1,2,4,5-тетрафенилаллил в 1923 году и пентафенилциклопентадиенил в 1925 году. Эти два соединения были гораздо более стабильны, чем предыдущие свободные радикалы трёхвалентного углерода, такие как трифенилметил. Интерес к стабильности трёхвалентного углерода свободно-радикальных соединений привел его к первой из многих публикаций, в которых он стремился выявить стерический и электронный факторы, ответственные за диссоциацию гексазамещенных производных этана.

Макроциклические соединения

В работе с макроциклическими соединениями Циглер также использовал реактивную природу соединений щелочных металлов. Он использовал сильные основания, такие как литиевые и натриевые соли аминов, для циклизации длинноцепочечных углеводородов с терминальной цианогруппой. Первоначально образующееся циклическое соединение затем превращалось в нужный макроциклический кетон. В синтетическом методе Циглера реакции протекали при высоком разбавлении, и происходила преимущественно внутримолекулярная циклизация, а не конкурирующие межмолекулярные реакции. Полученные выходы превосходили полученные другими учёными в аналогичных реакциях (Laylin): Циглер смог получить макроциклические алициклические кетоны C₁₄ to C₃₃, с выходами 60-80 %. Выдающимся примером стал синтез мускона, пахучей составляющей животного мускуса, по Леопольду Ружичка. Циглер и его сотрудники опубликовали первую из серий работ по синтезу макроциклических систем в 1933 году. За свою работу в этой области и в химии свободных радикалов он был награждён Мемориальной медалью Либиха в 1935 году.

Металлоорганические соединения

Исследование свободных радикалов привело Циглера к органическим соединениям щелочных металлов. Он обнаружил, что разложение эфира приводит к новому способу получения алкилов натрия и калия, и показал, что эти соединения могут быть легко преобразованы в гексазамещенные производные этана. Природа заместителя может быть проварьирована путём изменения исходного эфира.

Алкилы лития

Позже, в 1930 году, он сразу синтезировал алкилы и арилы лития из металлического лития и галогенированных углеводородов. 4Li + 2RX — 2RLi Этот удобный синтез стимулировал многочисленные исследования алкиллитиевых реагентов другими учёными, и теперь эти реагенты являются одним из самых универсальных и полезных инструментов синтетической органической химии. Собственные исследования Циглера по литийалкилам и литийолефинам привели его к открытию нового метода полимеризации 20 лет спустя.

«Живые» полимеры

В 1927 году он обнаружил, что при добавлении олефина стильбена к раствору фенилизопропил калия в этиловом эфире, происходит резкое изменение цвета от красного до жёлтого. Так, он первый наблюдал присоединение органического соединения щелочного металла к углерод-углеродной двойной связи. Дальнейшая работа показала, что он может последовательно присоединять все больше и больше олефинового углеводорода бутадиена к раствору фенилизопропил калия и получать длинноцепочечный углеводород с сохранением активной органокалиевой концевой группы. Такие олигомеры были предшественниками так называемых «живых полимеров».

Полиэтилен

Основная статья: Полиэтилен

В связи с тем, что Циглер работал в Институте исследований угля имени Макса Планка, ему был легко доступен этилен в качестве побочного продукта от каменноугольного газа. Так как сырьё было дешевым и имело отношение к угольной промышленности, Циглер начал экспериментировать с этиленом, и поставил себе цель синтезировать полиэтилен с высокой молекулярной массой. Его попытки были неудачными, потому что конкурирующие реакции элиминирования приводили к аномальному результату: вместо превращения этилена в смесь высших алкилов алюминия, почти единственным продуктом был димер бутен-1. Было показано, что должен был присутствовать загрязнитель, чтобы вызвать эту неожиданную реакцию элиминирования, а причиной в конечном счёте оказалось наличие следов солей никеля. Циглер понял значение этого открытия; если никелевая соль может иметь такое драматическое влияние на ход алкильной реакции этилен-алюминия, то, возможно, другой металл может задержать реакцию элиминирования. Циглер и его ученик Н. Брей обнаружили, что соли хрома, циркония и особенно титана не способствовали элиминированию R₂AlH, но, вместо этого, чрезвычайно ускоряли реакцию «роста». Простое пропускание этилена при атмосферном давлении через каталитические количества TiCl₃ и Et₂AlCl, растворенные в алкане большей молекулярной массы, привело к быстрому осаждению полиэтилена. Циглер смог получить полиэтилен с высокой молекулярной массой (MW>30000) и, что самое главное, сделать это при низких давлениях этилена. Таким образом, группа Циглера неожиданно провела удобную реакцию полимеризации этилена, превосходящую все существующие процессы.

Катализаторы Циглера — Натты

Основная статья: Катализаторы Циглера-Натта

В 1952 году, Циглер представил изобретённый катализатор в компании Монтекатини в Италии, для которой Джулио Натта работал в качестве консультанта. Натта обозначил этот класс катализаторов, как «катализаторы Циглера» и крайне заинтересовался их способностью к стереорегулярной полимеризации α-олефинов, таких как пропилен. Циглер в то время был сосредоточен в основном на крупном производстве полиэтилена и сополимеров этилена и пропилена. Вскоре научное сообщество было проинформировано о его открытии. Стала синтетически возможной высокая степень кристалличности и стереорегулярности полимеров, которая ранее не могла быть получена. За их работу по контролируемой полимеризации углеводородов за счет использования этих новых металлоорганических катализаторов, Карл Циглер и Джулио Натта получили Нобелевскую премию по химии в 1963 году.

Награды и премии

Memorial tablet of the GDCh.

Карл Циглер получил множество премий и наград. Ниже приводится описание некоторых из наиболее значимых наград:

• мемориальная медаль Либиха (1935); Эта медаль по сей день присуждается немецким химическим обществом немецким химикам за выдающиеся достижения. Циглер получил награду за его исследования по синтезу макроциклических систем и стабильных радикалов трёхвалентного углерода.
• Крест за военные заслуги 2-го класса (19 октября 1940).
• значок Карла Дуйсберга (1953); Эта награда присуждается немецким химическим обществом за выдающиеся заслуги в химии.
• медаль Лавуазье (1955); Эта награда присуждается французским химическим обществом учёным в различных областях химии.
• медаль Карла Энглера (1958); Эта награда присуждается немецким обществом исследования нефти и угля, президентом которого он был ранее.
• Кольцо Вернера фон Сименса (1960); Это кольцо вручается фондом Вернера фон Сименса и считается высшей наградой Германии для лиц, которые открыли новые технологические пути.
• Нобелевская премия по химии (1963); «[Его] выдающееся исследование металлоорганических соединений, [которое] … привело к новым реакциям полимеризации и … проложило путь для новых и очень полезных производственных процессов.»
• Медаль Суинберна Института пластмасс, Лондон (1964); Эта награда отмечает людей, внесших значительный вклад в науку и технологию пластмасс.
• Орден «За заслуги перед Федеративной Республикой Германия» (1964).
• Международная медаль синтетического каучука (1967).
• Большой Федеральный Крест за заслуги (орден «За заслуги перед Федеративной Республикой Германия») (1969); Циглер получил эту награду за свою работу в области науки и технологии.
• Орден «За заслуги» в области искусств и наук (ранее класс Мира) (1969).
• Иностранный член Лондонского королевского общества (1971).
• Почетные докторские степени от университета Вильгельма Лейбница в Ганновере, Гисенского университета имени Юстуса Либиха, Гейдельбергского университета и Дармштадтского технического университета.

Память

• Мемориальная доска немецкого химического общества в Институте исследования угля имени Макса Планка в Мюльхайм-на-Руре (2008).
• Городская средняя школа Карла-Циглера-Шуле в Мюльхайме была названа в честь Циглера.
• Фонд Карла Циглера находится в немецком химическом обществе и присуждает награду учёным — премию Карла Циглера (50 000 евро).

Ссылки

• Информация на сайте Нобелевского комитета  (англ.)