Гофман, Август Вильгельм

Как президент Королевского общества в Лондоне, Альберт, принц-консорт королевы Виктории, был полон решимости продвижения научно-технического прогресса в Великобритании[20]. В 1845 году он предложил основать Королевский химический колледж. Принц Альберт обратился за советом к Либиху, который рекомендовал Гофмана в качестве руководителя нового учреждения. Гофман и принц встретились, когда принц Альберт, посетив свою альма-матер в Бонне, обнаружил, что его старые комнаты теперь заняты Гофманом и его химическими принадлежностями[20]. В 1845 году к Гофману обратился сэр Джеймс Кларк, врач королевы Виктории, с предложением о директорстве[21]. При поддержке принца Альберта и финансирования из различных частных источников учреждение открылось в 1845 году и его первым директором Гофман[16]^:112.

Финансовое положение нового учреждения было несколько нестабильное[21]. Август Вильгельм принял должность при условии, что он будет назначен экстраординарным профессором в Бонне с двухлетним отпуском, чтобы он мог продолжить свою карьеру в Германии, если пост директора его будет не устраивать[22]. Колледж открылся в 1845 году на 16-й площади Ганновера, где было поначалу 26 учеников, переместившись в более дешёвое помещение на Оксфорд-стрит 299 в 1848 году. Сам Гофман отказался от проживания на Ганновер-сквер, а также от части своей зарплаты. Несмотря на такое начало, институт стал успешным на какое-то время и был международным лидером в разработке анилиновых красителей. Многие из его учеников внесли значительный вклад в химическую историю[23].

В 1853 году Королевский химический колледж вошел в состав Государственного департамента науки и искусства в рамках нового горного училища, предоставив ему возможность получить государственное финансирование на более безопасной основе.[21] Однако, со смертью принца Альберта в 1861 году, институт потерял одного из своих самых значительных сторонников. Гофман глубоко чувствовал эту потерю, написав в 1863 году: «Доброта Альберта оказала довольно сильное влияние на мою судьбу. Из года в год я чувствую более глубокую благодарность, которую я ему обязан … по отношению к нему я чувствую, что обязан своими нынешними возможностями»[16]. Без поддержки принца британское правительство и промышленность потеряли интерес к науке и технике. Решение Гофмана о возвращении в Германию можно рассматривать как последствие этого упадка, и после его ухода Королевский химический колледж потерял свою значимость[21].

В 1864 году Гофману было сделано предложение кафедрой химии в Боннском и Берлинском университетах. Не решив, какое предложение принять, Гофман разработал лабораторные здания для обоих университетов, которые позднее были построены. В 1865 году он сменил Эйльхарда Митчерлиха в Берлинском университете в качестве профессора химии и директора химической лаборатории. Он занимал эту должность до своей смерти в 1892 году. После его возвращения в Германию Гофман был главным основателем Немецкого химического общества (Deutsche Chemische Gesellschaft) (1867) и прослужил 14 сроков в качестве президента[10].

Гофман внес большой вклад в разработку методов органического синтеза, которые появились в лаборатории Либиха в Гиссене. Гофман и Джон Блит впервые использовали термин «синтез» в своей статье «О стироле и некоторых продуктах его разложения»[24][25], опережая Кольбе в использовании этого термина на несколько месяцев. То, что Блит и Гофман называли «синтезом», позволило им сделать выводы о строении стирола. В последующей работе Д. Ш. Маспрэтта и Гофмана «О толуидине» описаны некоторые из первых «синтетических экспериментов» (synthetische Versuche) в области органической химии[26]. В то время конечной целью таких экспериментов было искусственное производство веществ, встречающихся в природе, которая была практически недостижима. Непосредственной целью этого метода было применение известных реакций на различные материалы для определения продуктов, которые могут быть сформированы. Понимание метода образования вещества было важным шагом в его включение в таксономию веществ. Этот метод стал основой исследовательской программы Гофмана. Он использовал органический синтез в качестве метода исследования, чтобы увеличить химическое понимание продуктов реакции и процессов их образования[15].

Первые исследования Гофмана, проведенные в лаборатории Либиха в Гиссене, были посвящены изучению органических оснований, содержащихся в каменноугольной смоле[27]. Гофман успешно изолировал кианол и лейкол — основания, ранее сообщенные Фридлибом Фердинандом Рунге, и показал, что кианол был анилином, ранее известным как продукт разложения растительного красителя индиго. В своей первой публикации в 1843 году он продемонстрировал, что различные вещества, которые были идентифицированы в современной химической литературе, полученные из каменноугольной смолы и её производных, были анилином. Среди них были кианол, анилин Карла Юлиуса Фрицше, кристаллин Отто Увервербена и бензидам из Николая Зинина[15]. Большая часть его последующей работы ещё больше развила понимание природных алкалоидов.

Также, Гофман провел аналогию между анилином и аммиаком. Он хотел убедить химиков, что органические основания можно описать в терминах производных аммиака. Гофман успешно превратил аммиак в этиламин, диэтиламин, триэтиламин и тетраэтиламмоний. Он был первым химиком, который синтезировал четвертичные амины. Его метод превращения амида в амин известен как перегруппировка Гофмана[27].

Хотя первичные, вторичные и третичные амины были стабильными при дистилляции при высоких температурах в щелочной среде, устойчивости четвертичного амина не наблюдалось. Нагревание гидроксида тетраэтиламмония привело к выделению паров триэтиламина. Это стало основой метода преобразования четвертичных аминов в третичные, известного как элиминирование по Гофману. Гофман успешно применил метод к кониину, ядовитому началу болиголова, чтобы получить первую структуру алкалоида. Его метод стал чрезвычайно значимым как инструмент для изучения молекулярных структур алкалоидов и в конечном итоге был применен к морфину, кокаину, атропину и тубокурарину. Кониин стал первым из искусственно синтезированных алкалоидов[27].

В 1848 году студент Гофмана Чарльз Блакфорд Мэнсфилд разработал метод фракционной перегонки каменноугольной смолы и выделил бензол, ксилол и толуол, что являлось важным шагом к получению продуктов из каменноугольной смолы[10][28].

В 1856 году студент Гофмана Уильям Генри Перкин пытался синтезировать хинин в Королевском колледже химии в Лондоне, когда обнаружил первый анилиновый краситель, мовеин[29]. Открытие привело к созданию широкого спектра искусственно созданных красочных текстильных красителей, революционизирующих мир моды. Исследования Гофмана о розанилине, которые он впервые подготовил в 1858 году, стали началом серии исследований по окрашиванию вещества[22]. В 1863 году Гофман показал, что анилиновый синий является производным трифенила розанилина и обнаружил, что в молекулу розанилина можно вводить различные алкильные группы для получения красителей различных пурпурных или фиолетовых цветов, которые стали известны как «фиалки Гофмана»[13]. В 1864 году Гофман подтвердил, что пурпурный цвет может быть получен только путем окисления коммерческого анилина, в котором присутствуют о-толуидин и п-толуидин в качестве примесей, а не из чистого анилина[30]. После своего возвращения в Германию Гофман продолжил экспериментировать с красителями, наконец, синтезировав хинолин в 1887 году[10].

Гофман также проводил разработку методов разделения смесей аминов и получения большого количества «полиаммоний» (диаминов и триаминов, таких как этилендиамин и диэтилендиамин). Он работал с Огюстом Кахором над основаниями фосфора с 1855 по 1857 года. С ним в 1857 году Гофман получил первый алифатический ненасыщенный спирт, аллиловый спирт, C3H5OH.Он также изучил аллилизотиоцианат (горчичное масло) в 1868 году и различные другие изоцианаты и изонитрилы (изоцианиды или карбиламины)[10].

Гофман также разработал метод определения молекулярных масс жидкостей из плотностей паров. В 1859 году Гофман выделил сорбиновую кислоту из масла рябины — химическое соединение, которое широко используется в качестве консерванта для пищевых продуктов.

В 1865 году, вдохновленный Огюстом Лораном, Гофман предложил систематическую номенклатуру углеводородов и их производных. Она была принята Женевским конгрессом с некоторыми изменениями в 1892 году[10].

В 1871 году Гофман совместно с К. А. Марциусом открыл перегруппировку типа:

C₆H₅—NH—CH₃ -> CH₃—C₆H₄—NH₂

Гофман нашёл способ образования первичных аминов из амидов кислот действием на них брома и щёлочи (1881).

Гофман впервые применил молекулярные модели в органической химии, после введения в августе 1885 года теории химического строения Кекуле и печатных структурных формул Александра Крама Брауна в 1861 году. В пятницу вечером в лондонском королевском институте 7 апреля 1865 года он показал молекулярные модели простых органических веществ, таких как метан, этан и метилхлорид, которые он построил из разноцветных настольных крокетных шариков, соединенных вместе с тонкими латунными трубками[31]. Исходная цветовая схема Гофмана (углерод — чёрный, водород — белый, азот — синий, кислород — красный, хлор — зелёный и сера — жёлтый) используется в цветовой схеме CPK по сей день[32]. После 1874 года, когда Вант-Гофф и Ле Бель независимо предположили, что органические молекулы могут быть трехмерными, молекулярные модели начали принимать их современный вид.

Вольтметром Гофмана является устройство для электролиза воды, изобретенное Августом Вильгельмом фон Гофманом в 1866 году[33]. Он состоит из трёх соединенных в вертикальном положении, как правило, стеклянных цилиндров. Внутренний цилиндр открыт сверху, чтобы добавлять воду и ионное соединение для улучшения проводимости, например, серную кислоту. Платиновые электроды размещены внутри нижней части каждого из двух боковых цилиндров, подключенных к положительной и отрицательной клеммам источника тока. Когда ток проходит через вольтметр, происходит выделение газообразного кислорода на аноде и газообразного водорода на катоде. Газ вытесняет воду и собирается в верхней части каждого из цилиндров.