Hermann Staudinger: Pioneiro da Química

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Pioneiros na Ciência: Hermann Staudinger
Um século depois de seu artigo inovador sobre polimerização, a Advanced Science News dá uma
olhada na vida e obra do Prêmio Nobel, Hermann Staudinger.
Crédito da imagem: Kieran O’Brien
Cem anos atrás, este mês marcou o início de uma revolução na química e na tecnologia de materiais.
Em 12 de junho de 1920, um químico orgânico que trabalhava no Instituto Federal Suíço de Tecnologia
em Zurique, publicou um artigo que mudaria nossa compreensão da química para sempre e abriria o
caminho para a proliferação de materiais sintéticos que teriam impactos profundos no mundo moderno;
construção, fabricação, embalagem, biologia, medicina e muito mais foram alteradas irrevogavelmente
pelo súbito domínio da humanidade de uma nova química não mais limitada ao que a natureza tinha em
oferta.
Este químico orgânico era Hermann Staudinger, e seu artigo, Polimerização Aber (Sobre polimerização)
foi o primeiro a propor que pequenas unidades de moléculas podem se unir covalentemente em cadeias
longas conhecidas como macromoléculas ou polímeros. Comentando sobre polímeros em 1936, o
próprio Hermann disse: “Não é improvável que, mais cedo ou mais tarde, uma maneira de preparar
fibras artificiais de produtos sintéticos de alta molecularidade, porque a força e a elasticidade das fibras
naturais dependem exclusivamente de sua estrutura macro-molecular – ou seja, em suas moléculas
longas em forma de fio”. Mas quem era Hermann Staudinger, e por que essa descrição ostensivamente
simples das macromoléculas simbolizau talvez uma das descobertas mais significativas da ciência do
século XX?
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cber.19200530627
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Esta edição da Pioneers in Science analisa a vida e o trabalho de Staudinger, destacando seu impacto
em 100 anos de ciência polimérica, e vê onde está a ciência dos polímeros e para onde ela está indo, já
que as preocupações com microplásticos e resíduos plásticos estimularam novos ramos neste campo
melhor equipados para os desafios deste século, à medida que aprendemos lições do último.
Início
Hermann Staudinger nasceu em Worms, Alemanha, em 1881, em um momento em que esta jovem
nação estava passando por uma rápida industrialização. Dentro de alguns anos de sua unificação em
1871, a Alemanha se tornaria o exportador dominante de ferro e um líder mundial na crescente indústria
química. Hermann, que inicialmente tinha interesse em botânica, foi arrastado para esta atração
irresistível das novas indústrias e optou por estudar química, obtendo seu Ph.D. em 1903 da
Universidade de Halle.
Sinais de sua grandeza como químico orgânico já eram aparentes muito antes de 1920. Em 1905, com
apenas 24 anos, Staudinger descobriu ketenes, agora um composto comum conhecido por químicos em
todo o mundo. Ao longo dos próximos anos, como professor da Universidade Técnica de Karlsruhe, ele
também fez com sucesso alternativas sintéticas à pimenta e ao café, principalmente em resposta à
escassez desses alimentos durante a Primeira Guerra Mundial.
Aqui vemos um vislumbre das visões políticas de Staudinger sobre a ciência e sua relação com a
sociedade; ele acreditava apaixonadamente que a ciência deveria ser usada para o bem público –
mesmo que fosse algo tão modesto quanto fazer uma alternativa ao café que tinha um sabor tão bom
quanto a coisa real em tempos de dificuldades – uma visão que o colocava em desacordo com seus
contemporâneos durante os anos de guerra. Fritz Haber, um amigo de Staudinger enquanto estava em
Karlsruhe, expressou apoio entusiástico ao uso de armas químicas pelos militares alemães, uma
posição que Staudinger achou repugnante. Ele se opôs publicamente a Haber, e em 1919 até publicou
um artigo em francês em um jornal da Cruz Vermelha expressando ideias sobre tecnologia e guerra.
Com os horrores da guerra, sem dúvida um enorme alívio para Staudinger e muitos outros, o mundo
acordou para a nova década da década de 1920 com otimismo. Para Staudinger, pouco ele sabia que
um problema em que ele estava trabalhando em relação a altos pesos moleculares de certos compostos
teria um impacto profundo no que muitos esperavam ser o alvorecer de um mundo novo e moderno.
?ber Polymerização
Antes de 1920, a comunidade química acreditava que os pesos moleculares excepcionalmente altos
medidos para certos compostos eram o resultado das moléculas que se agregavam em coloides. Esta
visão foi particularmente defendida por Heinrich Otto Wieland e Emil Fischer (aquela que "projeções de
Fischer" são nomeadas), este último tendo ganhado o Prêmio Nobel de Química em 1902 (Wieland
também ganharia o prêmio em 1927). Mas Staudinger discordou sobre essa explicação coloidal. Sua
explicação é agora um princípio básico em química hoje: Staudinger disse que esses compostos como
borracha, celulose e proteínas eram de fato uma espécie de cadeia de clipe de papel, composto por uma
série de unidades químicas menores e repetitivas, ligadas umas às outras covalentemente. Em outras
palavras, eram polímeros.
https://www.chemistryviews.org/view/polymer100.html
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cber.19050380283
https://www.cambridge.org/core/journals/international-review-of-the-red-cross/article/la-technique-moderne-et-la-guerre/F0DF3F84A06BAF66244841D0ADA5D8CA
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Embora ele fosse respeitado entre seus pares e claramente um jovem cientista brilhante, era uma coisa
boa ficar em desacordo com a opinião científica dominante da época, particularmente a de um ganhador
do Prêmio Nobel, como Fischer. A explicação polimérica de Staudinger para altos pesos moleculares
encontrados nesses compostos foi, portanto, recebida com ceticismo inicial após a polimerização de
Ober foi publicada em 1920. Wieland até deu o seguinte conselho a Staudinger: “Querido colega,
abandone sua ideia de moléculas grandes, moléculas orgânicas com pesos moleculares superiores a
5.000 não existem. Purifique seus produtos, como a borracha, eles se cristalizarão e acabarão por
serem compostos de baixo peso molecular.
Staudinger não foi influenciado, no entanto. Após sua primeira explicação de polímeros, ele e um colega,
J. Fritschi, publicou em 1922 a primeira evidência direta para a existência de cadeias de polímeros
longos em borracha natural. É neste artigo que Staudinger também deu ao mundo o termo
“macromolecule”, que ele mesmo descreveu assim em 1924: “Para tais partículas coloidídicas, nas quais
a molécula é idêntica à partícula primária, e na qual os átomos individuais desta molécula coloide estão
ligados por ligações covalentes, propomos para melhor diferenciação o nome macromolécula”.
No final da década de 1920, mais e mais pesquisadores estavam encontrando evidências da existência
de polímeros, vindicando as idéias de Staudinger e a carreira de Staudinger começou a atingir novas
alturas. Em 1926, ele começou a trabalhar na Universidade de Freiburg, onde permaneceria pelo resto
de sua carreira e, em 1927, casou-se com a bióloga e botânica letã Madga Voita, que colaboraria para
entender o papel das macromoléculas nos processos biológicos.
A química dos polímeros supera o mundo
Na década de 1930, a compreensão dos polímeros com base no trabalho de Staudinger estava na
moda, e os pesquisadores usaram essa nova descrição de polímeros para melhor fazer polímeros
sintéticos com boas propriedades materiais. Essa nova emoção levou, em 1936, à criação do nylon, o
primeiro plástico sintético de sucesso comercial do mundo. Seu criador foi o brilhante químico, Wallace
Carothers, trabalhando na DuPont Experimental Section em Delaware. A DuPont, como muitas outras
empresas químicas em todo o mundo, foi estimulada pelo trabalho da Staudinger em polímeros. Em
1938, foi feita a primeira escova de dentes com cerdas de nylon. Em 1939, as primeiras meias de nylon
foram reveladas na Feira Mundial de Nova York, sob a seção “O Mundo do Amanhã”. Em 1940, essas
meias de nylon foram disponibilizadas comercialmente e foram um sucesso comercial imediato, em partedevido à campanha de marketing da DuPont, divulgando tais alegações que não passariam da mesa dos
reguladores modernos de padrões publicitários, como “tão forte quanto o aço, tão fino quanto a teia da
aranha”. Claramente, polímeros sintéticos – ou plásticos, como o público em geral viria a conhecê-los –
eram o material para um mundo moderno.
Mas os aparentes começos aparentemente glamorosos do material de admiração foram logo eclipsados
pela sombra escura que os anos 1930 lançam em todo o mundo. As tragédias globais na iminente
Segunda Guerra Mundial rapidamente afastaram o interesse das pessoas em polímeros do benefício
social e, em vez disso, para fins militares. Isso sem dúvida teria causado grande dor a Staudinger, e
seus pontos de vista sobre ciência e guerra não foram despercebidos pelo regime nazista que já havia
tomado o poder em seu país de origem. Ao longo da década de 1930, Staudinger foi mantido sob
vigilância apertada, de ser proibido de deixar o país, até mesmo ser interrogado pela Gestapo em 1934.
Ele certamente teve muita sorte, no entanto, que suas opiniões pacifistas não resultaram em muito pior
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.200330070
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/hlca.19220050517
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cber.19240570730
https://en.wikipedia.org/wiki/Magda_Staudinger
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para ele, como aconteceu com inúmeros outros – ele foi autorizado a manter seu posto na Universidade
de Freiburg, até mesmo fundando o primeiro instituto de pesquisa da Europa dedicado inteiramente à
pesquisa de polímeros em Freiburg em 1940.
O legado de Staudinger
Perto do fim da Segunda Guerra Mundial, este instituto foi completamente destruído no bombardeio
aliado de Freiburg, mas seu trabalho não foi.
Foi para a pesquisa publicada a partir de seu instituto que ele já havia fundado em 1939 a revista,
Journal for makromolekulare Chemie (Journal for Macromolecular Chemistry), para o qual foi editor-
chefe. Isso foi renomeado após a Segunda Guerra Mundial para Die makromolekulare Chemie (A
Química Macromolecular). A revista passou por outra mudança de nome e vive até hoje como Química e
Física Macromoleculares, parte de uma família de periódicos “Macromoleculares” que publicam sobre
uma série de tópicos macromoleculares da biociência, teoria, materiais, engenharia de reação, bem
como comunicações rápidas.
O legado de Staudinger 100 anos depois: Capa da frente da
Química e Física Macromolecular em 2020, um século após a
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/15213935
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/16165195
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/15213919
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/14392054
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/18628338
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/15213927
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Poleração de Ober e mais de 80 anos desde que Staudinger
fundou esta revista. Ele ainda está listado como o fundador na
frente de cada edição publicado hoje.
Nos anos do pós-guerra, a produção de polímeros se reorientou para fins pacíficos e civis, com a
produção global de plásticos já atingindo 1,5 milhão de toneladas por ano até 1950. Isso só aumentaria
ainda mais com o passar dos anos e, em 1953, Staudinger recebeu o Prêmio Nobel de Química “suas
descobertas no campo da química macromolecular”. Em sua aceitação, ele reconheceu Magda como
seu colaborador. De fato, assim como a colaboração científica, muitos dos outros escritos de Staudinger
– que por razões políticas não poderiam ser divulgados nos anos de guerra – foram editados e
publicados por Magda nas décadas do pós-guerra.
Após sua morte em 1965, Magda continuou a publicar o trabalho de seu marido e tornou-se presidente
da Federação Internacional de Mulheres Universitárias. Ela trabalhou incansavelmente para o
reconhecimento das mulheres na ciência e tornou-se presidente da Comissão Alemã de Ciência da
UNESCO para alcançar esses objetivos. Seu próprio legado foi reconhecido em 1996 com ela
recebendo a Grande Ordem da Medalha da Academia de Ciências da Letônia.
Onde estão os polímeros?
Muito aconteceu no mundo da ciência dos polímeros desde 1920 e, desde 1950, a produção de plásticos
globais – com os quais os polímeros são sinônimos – excede em muito os primeiros dias de 1,5 milhão
de toneladas por ano; em 2019, mais de 350 milhões de toneladas de plástico foram produzidas em
nosso planeta.
O que já foi saudado como um material maravilhoso tornou-se um material problemático sem
precedentes. O flagelo dos microplásticos nos fez enfrentar seriamente nossa responsabilidade com o
mundo natural que atualmente não estamos protegendo. Os microplásticos já foram encontrados em
áreas tão “prístinas” como o gelo marinho do Ártico. A produção de tais plásticos envolve a extração e
queima de petróleo bruto, o que está ajudando a acelerar a perturbação climática antropogênica. A força
das ligações covalentes que ligam os monômeros para formar polímeros, que foram hipotetizado e
validado pela Staudinger há um século, permitem a criação de materiais que são tão quimicamente
estáveis que poderiam levar séculos, se não milênios, para se decompor no ambiente natural. Apesar
desse fato, plásticos visíveis e de tamanho macrosmétrico estão sendo despejados em nossas vias
navegáveis e representam uma ameaça existencial à vida marinha. Tudo isso se combina para formar o
que os cientistas chamam de “antropoceno” – a época geológica em que alguns pensam que estamos
vivendo, nomeados pelo fato de que nossas emissões de carbono e lixo plástico estão tendo um efeito
tão profundo no ambiente da Terra de que as evidências de nossas atividades serão perceptíveis no
registro geológico daqui a milhões de anos.
Provavelmente podemos dizer com segurança que Staudinger não teria gostado de ver os plásticos que
suas ideias ajudaram a fazer uso dessa maneira descuidada, particularmente considerando os impactos
sociais negativos que o colapso climático tem. Mas no espírito da convicção de Staudinger de que a
ciência também pode ser usada para o bem público, esse problema moderno de plásticos não precisa
ser uma razão para abandonar a química dos polímeros da mesma forma que os cientistas estão nos
pedindo para abandonar os combustíveis fósseis.
https://www.advancedsciencenews.com/evidence-of-microplastics-in-arctic-sea-ice/
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Ainda há muito mais que a ciência dos polímeros tem a oferecer para o nosso benefício coletivo, e uma
nova geração de cientistas de polímeros está pesquisando ativamente para fazer novos polímeros que
são sustentáveis, e não um perigo para o ambiente natural. Nos últimos anos, grandes progressos foram
feitos com polímeros de base biológica. Já informamos sobre polímeros à base de óleo vegetal sendo
usados para limpar derramamentos de óleo e outros desastres químicos, e pesquisadores usando
enzimas cultivadas em bactérias para quebrar os resíduos plásticos existentes.
Este ano, a própria revista de Staudinger, Química e Física Macromolecular, carrega a tocha do legado
de Staudinger e tem olhado para este Admirável Mundo Novo da ciência dos polímeros para o século
XXI. Em uma série de artigos especiais, “Polidores para o Futuro”, Laura Hartmann e Miriam M.
Unterlass - da Heinrich-Heine-University de Dusseldorf e da Universidade Técnica de Viena,
respectivamente - juntamente com a editora-vice-límero da revista, Mara Staffilani, dão mais informações
sobre o novo e excitante trabalho no campo da ciência moderna de polímeros.
Os polímeros podem ter sofrido uma má reputação desde os dias felizes de um novo tipo revolucionário
de química sintética, devido à poluição atual e ao consumo excessivo, mas para melhor ou pior, os
polímeros estão aqui para ficar. Mas se o trabalho de Staudinger é algo para passar, e o trabalho que
está sendo construído na parte de trás dele, então o futuro pode ser brilhante novamente para os
polímeros, pois os usamos de maneiras que beneficiam a sociedade, corrigem e limpam os danos do
passado, e nos dão os meios para manter e proteger o futuro.Talvez em 2120, os cientistas vão olhar para trás e celebrar algum trabalho pioneiro feito na década de
2020 que iria revolucionar a química eco-polímero.
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