Karl Waldemar Ziegler ( alemán: [kaːʁl ˈvaldəˌmaʁ ˈt͡siːɡlɐ] ; 26 de noviembre de 1898 - 12 de agosto de 1973) fue un químico alemán que ganó el Premio Nobel de Química en 1963, con Giulio Natta , por su trabajo sobre polímeros . El Comité Nobel reconoció su "excelente trabajo sobre compuestos organometálicos [que]... condujeron a nuevas reacciones de polimerización y... allanaron el camino para procesos industriales nuevos y altamente útiles". [1] También es conocido por su trabajo sobre radicales libres , anillos de muchos miembros y compuestos organometálicos , así como por el desarrollo del catalizador Ziegler-Natta . Uno de los muchos premios que recibió Ziegler fue el Anillo Werner von Siemens en 1960, junto con Otto Bayer y Walter Reppe , por ampliar el conocimiento científico y el desarrollo técnico de nuevos materiales sintéticos . [2]
Karl Ziegler nació el 26 de noviembre de 1898 en Helsa, cerca de Kassel , Alemania, y fue el segundo hijo de Karl Ziegler, un ministro luterano, y Luise Rall Ziegler. [3] Asistió a Kassel-Bettenhausen en la escuela primaria. Un libro de texto de introducción a la física despertó por primera vez el interés de Ziegler por la ciencia. Esto lo impulsó a realizar experimentos en su casa y a leer mucho más allá del plan de estudios de la escuela secundaria. También conoció a muchas personas notables a través de su padre, incluido Emil Adolf von Behring , reconocido por la vacuna contra la difteria. [4] Su estudio y experimentación adicionales ayudan a explicar por qué recibió un premio al estudiante más destacado en su último año en la escuela secundaria en Kassel, Alemania. [4] Estudió en la Universidad de Marburg y pudo omitir sus dos primeros semestres de estudio debido a su amplio conocimiento previo. Sin embargo, sus estudios fueron interrumpidos, ya que durante 1918 fue enviado al frente como soldado para servir en la Primera Guerra Mundial . [5] Recibió su doctorado. en 1920, estudiando con Karl von Auwers . [3] Su tesis versó sobre "Estudios sobre semibenzoles y compuestos relacionados", que dio lugar a tres publicaciones. [5]
Karl Ziegler mostró desde temprana edad un afán por la ciencia. Progresó en la escuela y rápidamente recibió un doctorado en la Universidad de Marburg en 1920. Poco después, dio una breve conferencia en la Universidad de Marburg y en la Universidad de Frankfurt .
En 1926 se convirtió en profesor de la Universidad de Heidelberg , donde pasó los siguientes diez años investigando nuevos avances en química orgánica. [6] [7] Investigó la estabilidad de los radicales en carbonos trivalentes, lo que lo llevó a estudiar compuestos organometálicos y su aplicación en su investigación. También trabajó en la síntesis de sistemas de anillos de varios miembros. [7] En 1933, Ziegler publicó su primer trabajo importante sobre sistemas de anillos grandes, "Vielgliedrige Ringsysteme", que presentaba los fundamentos del principio de dilución de Ruggli-Ziegler. [8]
En 1936 se convirtió en profesor y director del Instituto de Química (Chemisches Institut) de la Universidad de Halle-Saale y también fue profesor invitado en la Universidad de Chicago . [7] Ziegler, que era miembro patrón de las SS [9] recibió la Cruz al Mérito de Guerra de 2ª Clase en octubre de 1940. [10]
Desde 1943 hasta 1969, Ziegler fue director del Instituto Max Planck para la Investigación del Carbón (Max-Planck-Institut fur Kohlenforschung), anteriormente conocido como Instituto Kaiser-Wilhelm para la Investigación del Carbón (Kaiser-Wilhelm-Institut fur Kohlenforschung) en Mülheim an der Ruhr como sucesor de Franz Fischer . [8]
A Karl Ziegler se le atribuye gran parte de la resurrección de la investigación química en Alemania en la posguerra y ayudó a fundar la Sociedad Química Alemana (Gesellschaft Deutscher Chemiker) en 1949. Se desempeñó como presidente durante cinco años. [7] [11] También fue presidente de la Sociedad Alemana de Ciencias del Petróleo y Química del Carbón (Deutsche Gesellschaft für Mineralölwissenschaft und Kohlechemie), de 1954 a 1957. [7] En 1971, la Royal Society de Londres lo eligió como un Miembro Extranjero. [7]
En 1922, Ziegler se casó con María Kurtz. [2] Tuvieron dos hijos, Erhart y Marianna. [3] Su hija, la Dra. Marianna Ziegler Witte, era doctora en medicina y se casó con el jefe físico de un hospital infantil (en ese momento) en el Ruhr. Su hijo, el Dr. Erhart Ziegler, se convirtió en físico y abogado de patentes. Además de sus hijos, Karl Ziegler tiene cinco nietos de su hija y cinco de su hijo. [1] Al menos uno de sus nietos, Cordula Witte, asistió a la recepción del Premio Nobel, ya que hay una foto de los dos bailando felices. [5] Ziegler disfrutaba viajar alrededor del mundo con su familia, especialmente en cruceros. Incluso trazó cruceros y aviones especiales para ver los eclipses. Fue durante un crucero para observar el eclipse en 1972 con su nieto cuando Karl Ziegler enfermó. Murió un año después. [6]
Ziegler y su esposa eran grandes amantes de las artes, en particular de la pintura. Karl y María se regalaban cuadros para cumpleaños, Navidad y aniversarios. Acumularon una gran colección de pinturas, no necesariamente de un período en particular, pero sí de pinturas que disfrutaban. María, que era una ávida jardinera, disfrutaba especialmente de las pinturas florales de Emil Nolde , Erich Heckel , Oskar Kokoschka y Karl Schmidt-Rottluff . Karl disfrutó de las fotografías de los lugares que él y su esposa consideraban su hogar, incluidas fotografías de Halle y el valle del Ruhr . Cuarenta y dos imágenes de su colección común se incorporaron a una fundación, legada al Museo de Arte Ziegler de Mülheim. [12]
Como hombre de muchos descubrimientos, Karl Ziegler fue también un hombre de muchas patentes. Como resultado de su acuerdo de patente con el Instituto Max Planck, Ziegler era un hombre rico. Con parte de esta riqueza creó el Fondo Ziegler, con unos 40 millones de marcos alemanes, para apoyar la investigación del instituto. [6] Otro homónimo es Karl-Ziegler-Schule, una escuela secundaria urbana que fue fundada el 4 de diciembre de 1974, cambiando el nombre de una escuela previamente existente. La escuela está ubicada en Mülheim, Alemania. [12]
Karl Ziegler murió en Mülheim , Alemania, el 12 de agosto de 1973; su esposa murió en 1980.
A lo largo de su vida, Ziegler fue un entusiasta defensor de la necesaria indivisibilidad de todo tipo de investigación. Debido a esto, sus logros científicos van desde lo fundamental hasta lo más práctico, y su investigación abarca una amplia gama de temas dentro del campo de la química. Cuando era joven profesor, Ziegler planteó la pregunta: ¿qué factores contribuyen a la disociación de los enlaces carbono-carbono en los derivados de etano sustituidos ? Esta pregunta llevó a Ziegler a estudiar los radicales libres , los organometálicos , los compuestos anulares y, finalmente, los procesos de polimerización . [4]
Cuando todavía era estudiante de doctorado en la Universidad de Marburg , Ziegler publicó su primer artículo importante que mostraba cómo se podían producir sales halocrómicas (R 3 C + Z − ) a partir de carbinoles. Trabajos anteriores habían dejado la impresión de que las sales halocrómicas o los radicales libres (R3C•) requerían que R fuera aromático . Se le animó a intentar sintetizar radicales libres sustituidos de manera similar y preparó con éxito 1,2,4,5-tetrafenilalilo en 1923 y pentafenilciclopentadienilo en 1925. Estos dos compuestos eran mucho más estables que los radicales libres de carbono trivalentes anteriores, como el trifenilmetilo . . Su interés en la estabilidad de los compuestos de radicales libres de carbono trivalente lo llevó a publicar la primera de muchas publicaciones en las que buscó identificar los factores estéricos y electrónicos responsables de la disociación de los derivados de etano hexasustituidos. [13]
El trabajo de Ziegler con compuestos de anillos de muchos miembros también utilizó la naturaleza reactiva de los compuestos de metales alcalinos. Usó bases fuertes, como las sales de litio y sodio de las aminas, para lograr la ciclación de hidrocarburos de cadena larga que poseen grupos ciano terminales. El compuesto del anillo formado inicialmente se convirtió luego en el producto cetona macrocíclico deseado. El método sintético de Ziegler, que incluía reacciones en alta dilución para favorecer la ciclación intramolecular sobre reacciones intermoleculares competitivas, dio como resultado rendimientos superiores a los de los procedimientos existentes (Laylin): pudo preparar cetonas alicíclicas de anillos grandes, C 14 a C 33. , con rendimientos del 60 al 80%. [4] Un ejemplo destacado de esta síntesis fue la preparación de muscone , el principio odorífero del almizcle animal por Leopold Ružička . [11] Ziegler y sus colaboradores publicaron el primero de su serie de artículos sobre la preparación de grandes sistemas de anillos en 1933. Por su trabajo en esta área y en la química de radicales libres recibió la Medalla en Memoria de Liebig en 1935. [13 ]
El trabajo de Ziegler con los radicales libres lo llevó a los compuestos orgánicos de los metales alcalinos . Descubrió que la escisión del éter abrió un nuevo método para preparar alquilos de sodio y potasio, [11] y descubrió que estos compuestos podían convertirse fácilmente en derivados de etano hexasustituidos. La naturaleza del sustituyente podría alterarse fácil y sistemáticamente utilizando esta ruta sintética simplemente cambiando la identidad del material de partida del éter. [13]
Posteriormente, en 1930, sintetizó directamente alquilos y arilos de litio a partir de litio metálico e hidrocarburos halogenados mediante intercambio metal-halógeno . Esta conveniente síntesis impulsó numerosos estudios de reactivos RLi por parte de otros, y ahora los reactivos de organolitio son una de las herramientas más versátiles y valiosas del químico orgánico sintético. La propia investigación de Ziegler sobre alquilos de litio y olefinas le conduciría directamente al descubrimiento de una nueva técnica de polimerización unos 20 años después.
En 1927, descubrió que cuando se añadía la olefina estilbeno a una solución de éter etílico de fenilisopropil potasio, se producía un cambio brusco de color de rojo a amarillo. Acababa de observar la primera adición de un compuesto de metal organoalcalino a través de un doble enlace carbono-carbono. Trabajos posteriores demostraron que podía agregar sucesivamente más y más butadieno , hidrocarburo olefínico , a una solución de fenilisopropil potasio y obtener un hidrocarburo de cadena larga con el extremo organopotasio reactivo aún intacto. Oligómeros como estos fueron los precursores de los llamados " polímeros vivos ".
Desde que Ziegler trabajaba en el Instituto Max Planck para la Investigación del Carbón , el etileno estaba disponible como subproducto del gas de carbón. Debido a esta materia prima barata de etileno y la relevancia para la industria del carbón, Ziegler comenzó a experimentar con etileno y se propuso sintetizar polietileno de alto peso molecular. Sus intentos se vieron frustrados porque siguió ocurriendo una reacción de eliminación competitiva que provocó un resultado anómalo: en lugar de convertir el etileno en una mezcla de alquilos de aluminio superiores, su dímero, 1-buteno , era casi el único producto. Se razonó que debía haber estado presente un contaminante para causar esta inesperada reacción de eliminación, [13] y finalmente se determinó que la causa eran trazas de sales de níquel. Ziegler se dio cuenta de la importancia de este hallazgo; Si una sal de níquel pudiera tener una influencia tan dramática en el curso de una reacción de alquilo de etileno-aluminio, entonces quizás otro metal podría retrasar la reacción de eliminación . Ziegler y su alumno H. Breil descubrieron que las sales de cromo , circonio y especialmente titanio no favorecían la eliminación del R2AlH, sino que aceleraban enormemente la reacción de "crecimiento". Simplemente pasar etileno, a presión atmosférica, en una cantidad catalítica de TiCl3 y Et2AlCl disueltos en un alcano superior condujo a la rápida deposición de polietileno. Ziegler pudo obtener polietileno de alto peso molecular (PM > 30.000) y, lo más importante, hacerlo a bajas presiones de etileno. De repente, el grupo Ziegler dispuso de un procedimiento de polimerización del etileno superior a todos los procesos existentes.
En 1952, Ziegler reveló su catalizador a la empresa Montecatini en Italia, para la que Giulio Natta actuaba como consultor. Natta denominó esta clase de catalizadores como "catalizadores Ziegler" y se interesó mucho en su capacidad y potencial para polimerizar estereorregularmente α-olefinas como el propeno. [13] Mientras tanto, Ziegler se concentró principalmente en la producción a gran escala de polietileno y copolímeros de etileno y propileno . Pronto la comunidad científica fue informada de su descubrimiento. Polímeros altamente cristalinos y estereorregulares que antes no podían prepararse se volvieron sintéticamente viables. Por su trabajo sobre la polimerización controlada de hidrocarburos mediante el uso de estos nuevos catalizadores organometálicos, Karl Ziegler y Giulio Natta compartieron el Premio Nobel de Química de 1963.
Karl Ziegler recibió numerosos premios y distinciones. A continuación se destacan algunos de los premios más importantes: