Герман Еміль Фішер – видатний німецький хімік кінця XIX – початку ХХ століття. Лауреат Нобелівської премії 1902 року з хімії за дослідження пуринів і цукрів.
Хоча його перше відкриття (синтез фенилгидразина) багато називали простою випадковістю, він змусив замовчати своїх критиків, регулярно повторюючи їх в подальшому. Видатний німецький хімік вперше виявив кофеїн, який є основним інгредієнтом кави. Він визначив клас подібних йому з’єднань і назвав їх пуринами.
Коротка біографія
Герман Еміль Фішер народився 9 жовтня 1852 року в Ойскирхене поблизу Кельна. Він був молодшим з 5 дітей і єдиним хлопчиком. Його батько Лоренц Фішер був успішним бізнесменом. Після трьох років навчання у приватного викладача Еміль вступив в місцеву школу, а потім провів 2 роки в школі у Ветцларі і ще 2 в Бонні. Свій останній екзамен він здав в 1869 році і завершив навчання з відзнакою. Батько хотів, щоб його єдиний спадкоємець продовжив сімейну справу, але після того, як спроба сина зайнятися підприємницькою діяльністю завершилася невдачею, поступився його бажанням вивчати природничі науки, особливо фізику. Згідно з біографії Еміля Германа Фішера, написаної їм в якості нобельської лауреата, батько сказав, що він занадто дурний, щоб бути бізнесменом, тому буде краще, якщо він стане студентом.
У 1871 році Еміль вступив в Боннський університет. Там він слухав лекції Кекуле, Энгельбаха і Зіньці з хімії, Августа Кундта з фізики і Пауля Грота з мінералогії.
Однак у 1872 році Еміль, який все ще хотів вивчати фізику, піддався умовлянням його двоюрідного брата Отто Фішера і вступив з ним у нещодавно створений Страсбурзький університет, в якому професор Розі працював над методом аналізу Бунзена.
Тут Еміль зустрів Адольфа фон Байера, під впливом якого, нарешті, вирішив присвятити своє життя хімії. Навчаючись під його керівництвом, Фішер досліджував фталеиновые барвники, відкриті Троянді, а в 1874 році отримав диплом у Страсбурзі, захистивши роботу по флюоресцеину і орсин-фталеину.
Академічна кар’єра
У тому ж році Фішер став асистентом у Страсбурзькому університеті, де відкрив першу основу гідразину (фенилгидразин) і продемонстрував її зв’язок з гидразобензолом і сульфоновой кислотою, описаної Штреккером і Ремером. Відкриття фенилгидразина, яке, як вважають, було випадковим, стало основою більшої частини більш пізніх робіт Еміля Фішера.
У 1875 році фон Байєру запропонували зайняти місце Лібіга в Мюнхенському університеті, і його підопічний пішов за ним, щоб стати його асистентом.
У 1878 р. Еміль Фішер отримав статус приватдоцента в Мюнхені і в 1879 році став доцентом кафедри аналітичної хімії. У тому ж році йому запропонували місце в Екс-ла-Шапеле, але потім відмовили. У 1881 р. Фішер зайняв посаду викладача хімії в Університеті Ерланген, а в 1883-му йому запропонували керувати лабораторією на баденської анілінової-содової фабриці BASF. Еміль, однак, завдяки батькові став фінансово незалежним і волів академічну кар’єру.
У 1888 р. відкрилася вакансія викладача хімії університетом вюрцбурга університеті, і він обіймав її до 1892 року, коли його попросили замінити А. В. Хофмана на кафедрі Берлінського університету. Тут він залишався до своєї смерті в 1919 році.
Під час Першої світової війни німецький учений проводив активну роботу по організації хімічних ресурсів Німеччини і очолював комісії по виробництву хімічних речовин і продовольчого постачання. У мирний час допомагав реорганізувати викладання хімії та засновувати дослідні центри.
Роботи Фішера в першу чергу стосуються складу і синтезу сполук, присутніх в організмі людини. Своїми дослідженнями цукрів, ферментів, пуринів і білків він заклав основи біохімії.
Наукова діяльність
Як вже було сказано, хімік Герман Еміль Фішер відкрив фенилгидразин і використав його в більш пізніх роботах. Він виявив нову групу сполук, вважаючи її похідною від ще невідомого з’єднання N2H4, яке він назвав гідразином за азотом. Потім Фішер отримав фенилгидразин і в 1978 р. встановив його формулу. Він синтезував багато органічних похідних гідразину і досліджував їх реакції. Наприклад, реакція з сірковуглецем дозволила отримати барвники, а окислення – тетразины, з’єднання з ланцюжками з 4-х атомів азоту. Арил-гидразины з кетонами і кетокислотами утворювали похідні індолу.
Перебуваючи в Мюнхені, Фішер продовжував досліджувати гидразины і з допомогою свого кузена, наступного за ним в Баварію, розробив нову теорію будови барвників, отриманих з трифенилметана, і довів її експериментально.
В Ерлангені Фішер вивчав діючі компоненти чаю, кави і какао, а саме кофеїн і теобромін. Він встановив складу ряду сполук даного типу, і в кінцевому підсумку синтезував їх.
Анілінові барвники
Докторська дисертація Фішера була присвячена хімії квітів і барвників. Надалі він розширив сферу своїх інтересів на нові синтетичні барвники. Зі своїм двоюрідним братом Отто Еміль Фішер досліджував склад розанилина, основного барвника, створеного Августом фон Хофманом у 1862 році шляхом окислення толуидина та аніліну. Було висловлено кілька припущень про будову цієї основи, але задовільного рішення не було, поки Фішеру не вдалося показати, що це похідне трифенилметана. Кузени відновили розанилин до безбарвного похідного, яке називали лейканинином і перетворили його шляхом видалення атомів азоту в вуглеводень C20H18. Вони проводили подібні реакції з парарозанилином (р-толуидина і аніліну), отримавши вуглеводень з формулою C19H16, який виявився ідентичним трифенилметану. У 1878 році вони довели, що розанилиновые барвники є гомологами і похідними триамина трифенилметана та його гомологів, причому розанилин є похідним метатолилдифенилметана, а p-розанилин – трифенилметана.
Відкриття пуринів
Роботою, яка принесла хіміку-органіку Емілю Фішеру широку популярність, стало дослідження пуринів і цукрів. Він займався цим з 1882 по 1906 р. і показав, що такі в той час маловідомі речовини, як аденін і ксантин, в рослинних речовин кофеїн і у тварин екстрактах сечова кислота і гуанін, належали до однієї родини, могли бути отриманими один з одного і відповідали різним гідроксильними і аминопроизводным тієї ж основної системи, утвореної бициклической азотистої структурою, в яку входить характеристична група сечовини. Це батьківське речовина, яка спочатку він вважав гіпотетичним, в 1884 р. він назвав пуринів і в 1898 р. синтезував. Численні штучні похідні, більш або менш аналогічні природним речовин, що були отримані в його лабораторії між 1882 і 1896 роками.
Фішер послідовно синтезував гіпоксантин, ксантин, теобромін, аденін і гуанін. Нарешті, в 1898 році йому вдалося виділити основне речовина, пурин, з трихлорпурина. Це вимагало величезної підготовчої роботи і дуже складних реакцій. Фішер поєднав дослідження пуринів з вивченням вуглеводів і в 1914 році отримав глюкозиди теофіліну, теоброміну, аденіну, гіпоксантину і гуаніна. З теофіліну-D-глюкозиду він синтезував перший нуклеотид теофілін-D-глюкозид-фосфорну кислоту.
Дослідження Фішера представляли інтерес для німецької фармацевтики. Його лабораторні методи стали основою промислового виробництва кофеїну, теофіліну і теоброміну. У 1903 р. він синтезував 5,5-диэтилбарбитуровую кислоту. Вона виявилася цінних снодійним, яке продається під різними торговими назвами (Барбітал, Веронал, Дорминал та ін). Іншим комерційно цінних пуринів став феніл, этилбарбитуровая кислота, отримана Фішером в 1912 році і відома як Люмінал або фенобарбітал.
Дослідження цукрів
У 1884 р. Еміль Фішер почав свою велику роботу над цукрами, яка змінила розуміння цих сполук і створила нові знання, об’єднані в єдине ціле. Альдегідна формула глюкози була відома ще до 1880 р., але Фішер встановив її з допомогою низки перетворень, таких як окислення в альдоновую кислоту і вплив відкритого їм фенилгидразина, який зробив можливим утворення фенилгидразонов і осазонов. Шляхом переходу до загального осазону він встановив зв’язок між глюкозою, фруктозою і маннозой, яку він відкрив у 1888 році. У 1890 р. шляхом эпимеризации глюконової і маннойной кислот він встановив стереохимическую природу та ізомеризацію всіх відомих цукрів і точно передбачив можливі ізомери, творчо застосувавши опубліковану в 1874 році теорію Вант-Гоффа і Ле Бєля. Фішер зрозумів, що глюкоза, фруктоза і маноза є просторовими ізомерами і їх можна розрізнити, застосовуючи теорію тетраэдрического атома вуглецю. Відомі ізомери представляли тільки 4 з 16 можливих варіантів, передбачених теорією Вант-Гоффа. Взаємний синтез різних гексоз шляхом ізомеризації, а потім пентоз, гексоз і гептоз в результаті реакції деградації і синтезу довели цінність встановленою ним систематики. Його найбільшим успіхом стало отримання з гліцерину глюкози, фруктози і маннозы в 1890 році.
Це монументальне дослідження цукрів, проведене між 1884 і 1894 роками, було розширено іншими дослідженнями, найбільш важливе з яких стосується глюкозидів.
Вивчення ферментів і білків
У 1892 р. в основному завдяки великим дослідженням цукрів і пуринів, Фішер змінив Хофмана на посаді професора Берлінського університету, який у той час був найбільшим і найпрестижнішим хімічним інститутом Німеччини. Його стараннями Берлін став одним з передових світових наукових центрів. Фішер керував роботою сотень учнів і колег з Європи, Північної Америки і Японії.
Там же німецький хімік приступив до вивчення ферментів і білків. Глибоке дослідження цукрів включало процес їх перетворення дріжджами, і він виявив, що з відомих стереоизомеров глюкози лише деякі можуть розщеплюватися ферментами. Оскільки ці ізомери відрізнялися тільки їх просторовими властивостями, Фішер дійшов висновку, що фермент в дріжджах для взаємодії з молекулою цукру також повинен мати певну просторову орієнтацію. Молекулярна асиметрія має важливе значення, оскільки вона впливає на трансформації в організмі.
Продовжуючи вивчати вуглеводи, з 1908 року Фішер досліджував таніни, галлиевую кислоту, похідні цукрів. У 1912 р. він показав, що таніни не є глюкозидами, а складними ефірами і синтезують пентадигаллоилглюкозу, яка володіє властивостями таніну. У 1918 році він встановив складу китайської таніну у вигляді пентаметадигаллоилглюкозы. Він також синтезував гептатрибензоилгаллоил-p-йодфенилмальтосазон. Ця похідна мальтози мала молекулярну масу 4021, набагато перевищувала характеристику будь-якого синтетичного продукту.
У 1899-1908 рр .. хімік Еміль Фішер вніс величезний внесок у знання про білки. Він прагнув до аналізу ефективних методів розділення та ідентифікації окремих амінокислот, виявлення їхніх нових типів, циклічних амінокислот проліну і оксипроліну. Фішер також вивчав синтез білків, отримуючи різні амінокислоти в оптично активній формі і поєднуючи їх. Він зміг встановити тип зв’язку, який з’єднував би їх в ланцюги, а саме пептидний зв’язок, і з допомогою цього отримав дипептиды, а потім трипептиды і поліпептиди.
У 1901 р. у співпраці з Фурно Еміль Фішер відкрив синтез дипептида, глиця-гліцину, і в тому ж році опублікував свою роботу по гідролізу казеїну. В лабораторних умовах він отримував амінокислоти, що зустрічаються в природі, і відкривав нові. Його синтез олигопептидов завершився октодекапептидом, який володів багатьма характеристиками природних білків. Це і наступні роботи призвели до кращого розуміння білків і заклали основи для подальшого їх вивчення.
Таким чином, Фішер брав участь у визначенні хімічної структури ферментів і білків. Йому було відомо, що білки складаються з амінокислот, але німецький учений припустив, що амінокислоти в білках пов’язані між собою амидными зв’язками, названими їм пептидними. Він встановив наявність цього класу молекул в білках, розробивши синтетичні методи створення довгих ланцюжків амінокислот. Вони утримувалися пептидними зв’язками і утворювали речовини, схожі на білок. У 1907 році він створив поліпептид з 18 амінокислоти і показав, що його можна зруйнувати ферментами так само, як і природний білок.
В додаток до цього Фішер вивчав ферменти та хімічні речовини в лишайниках, які він знаходив під час своїх частих походів у Шварцвальд, а також речовини, що використовуються в дубленні, а в останні роки життя і жири.
Фішер визнавав складність білків. Навіть його прості пептиди мали безліч ізомерів, і було надзвичайно складно встановити будову і структуру будь-якого білка. До 1905 року він диференціював 29 поліпептидів і перевірив їх взаємодію з різними ферментами. Фішер характеризував білки щодо кількості, виду і розташування амінокислот. У 1916 р. він узагальнив свою роботу по синтезу близько 100 поліпептидів і попередив, що вони являють собою лише невелику частину можливих комбінацій, які можуть бути знайдені в природних білках.
Нагороди
Хімік-органік Герман Еміль Фішер отримав титул прусського гехаймрата і почесні звання університетів Хрістіані, Кембриджа, Манчестера і Брюсселя. Він також був нагороджений прусським орденом «За заслуги» і баварським орденом Максиміліана «За досягнення в мистецтві та науці». Нобелівську премію Еміль Фішер отримав за роботу по синтезу цукру і пурину в 1902 р.
Причина смерті
У віці 18 років, ще до надходження в Боннський університет, Фішер страждав від гастриту, який загострився до кінця його перебування в Ерлангені і змусив його відмовитися від привабливої пропозиції слідувати за Віктором Мейером в Технічний університет Цюріха і піти в академічну відпустку, перш ніж він відправився в 1888 році в Вюрцбург. Можливо, це захворювання викликало рак, з-за якого він покінчив життя самогубством 15 липня 1919 р. в Берліні, прийнявши велику дозу фенилгидразина.
Особисті якості
Протягом усього життя Фішера йому добре служила його пам’ять, яка дозволяла йому, не дуже майстерному оратору, запам’ятовувати написані їм лекції.
Особливо німецький хімік був задоволений Вюрцбургом, де він насолоджувався прогулянками серед пагорбів і часто бував у Шварцвальді. В адміністративній роботі, особливо після переїзду в Берлін, Фішер виявив себе як борець за створення наукових основ не тільки в хімії, але і в інших областях. Його гостре розуміння проблем науки, інтуїція і любов до істини і наполегливість в експериментальному доведенні гіпотез зробили його одним з найвидатніших учених усіх часів.
Особисте життя
У 1888 р. Герман Еміль Фішер одружився на Агнес Герлах, дочки Йозефа фон Герлаха, викладача анатомії в Ерлангені. До нещастя, його дружина померла через 7 років після шлюбу. У них було 3 сини, один з яких загинув у Першій світовій війні, а інший покінчив життя самогубством у віці 25 років під час проходження обов’язкової військової підготовки. Третій син Отто Лоренц (розум. у 1960 р.), став професором біохімії Каліфорнійського університету в Берклі.
У 1922 р. була видана біографія Германа Еміля Фішера, яку він написав за рік до смерті в 1918 р.
Спадщина
Після смерті лауреата Нобелівської премії Германа Еміля Фішера в 1919 р. Німецьке хімічне товариство в його честь заснувало пам’ятну медаль. Його ім’ям названий ряд реакцій і концепцій.
Проекція Фішера – метод зображення проекції молекули, при якому видаляються вертикальні зв’язки. Німецький хімік створив її, працюючи над цукрами. Формула проекції Фішера відображає тривимірну молекулярну структуру на двомірній поверхні (наприклад, на папері). Завдяки цьому стало можливим розрізняти право і левоориентированные D – і L-ізомери.
Реакція Фішера – спосіб синтезу індолів з альдегідів або кетонів та арилгидразинов.
