S6 covalente binding - Krachten tussen moleculen (Mei 2024)
Linus Pauling, voluit Linus Carl Pauling, (geboren 28 februari 1901, Portland, Oregon, VS - overleden 19 augustus 1994, Big Sur, Californië), Amerikaanse theoretische fysisch chemicus die de enige persoon werd die twee niet-gedeelde Nobelprijzen heeft gewonnen. Zijn eerste prijs (1954) werd toegekend voor onderzoek naar de aard van de chemische binding en het gebruik ervan bij het ophelderen van de moleculaire structuur; de tweede (1962) erkende zijn inspanningen om het testen van kernwapens te verbieden.
Het vroege leven en onderwijs
Pauling was de eerste van drie kinderen en de enige zoon van Herman Pauling, een apotheker, en Lucy Isabelle (Darling) Pauling, de dochter van een apotheker. Na zijn vroege opleiding in Condon en Portland, Oregon, ging hij naar Oregon Agricultural College (nu Oregon State University), waar hij Ava Helen Miller ontmoette, die later zijn vrouw zou worden, en waar hij zijn Bachelor of Science-graad in chemische engineering summa behaalde cum laude in 1922. Daarna volgde hij het California Institute of Technology (Caltech), waar Roscoe G. Dickinson hem liet zien hoe hij de structuren van kristallen kon bepalen met behulp van röntgenstralen. Hij behaalde zijn Ph.D. in 1925 voor een proefschrift afgeleid van zijn kristalstructuurpapieren. Na een korte periode als National Research Fellow ontving hij een Guggenheim Fellowship om de kwantummechanica in Europa te bestuderen.Hij bracht het grootste deel van de 18 maanden door aan het Arnold Sommerfelds Instituut voor Theoretische Fysica in München, Duitsland.
Opheldering van moleculaire structuren
Na het voltooien van postdoctorale studies keerde Pauling in 1927 terug naar Caltech. Daar begon hij een lange carrière in onderwijs en onderzoek. Het analyseren van de chemische structuur werd het centrale thema van zijn wetenschappelijk werk. Met behulp van de techniek van röntgendiffractie bepaalde hij de driedimensionale rangschikking van atomen in verschillende belangrijke silicaat- en sulfidemineralen. In 1930, tijdens een reis naar Duitsland, leerde Pauling over elektronendiffractie en bij zijn terugkeer naar Californië gebruikte hij deze techniek om elektronen uit de kernen van moleculen te verstrooien om de structuren van enkele belangrijke stoffen te bepalen. Deze structurele kennis hielp hem bij het ontwikkelen van een elektronegativiteitsschaal waarin hij een getal toekende dat de kracht van een bepaald atoom weergeeft om elektronen in een covalente binding aan te trekken.
To complement the experimental tool that X-ray analysis provided for exploring molecular structure, Pauling turned to quantum mechanics as a theoretical tool. For example, he used quantum mechanics to determine the equivalent strength in each of the four bonds surrounding the carbon atom. He developed a valence bond theory in which he proposed that a molecule could be described by an intermediate structure that was a resonance combination (or hybrid) of other structures. His book The Nature of the Chemical Bond, and the Structure of Molecules and Crystals (1939) provided a unified summary of his vision of structural chemistry.
The arrival of the geneticist Thomas Hunt Morgan at Caltech in the late 1920s stimulated Pauling’s interest in biological molecules, and by the mid-1930s he was performing successful magnetic studies on the protein hemoglobin. He developed further interests in protein and, together with biochemist Alfred Mirsky, Pauling published a paper in 1936 on general protein structure. In this work the authors explained that protein molecules naturally coiled into specific configurations but became “denatured” (uncoiled) and assumed some random form once certain weak bonds were broken.
On one of his trips to visit Mirsky in New York, Pauling met Karl Landsteiner, the discoverer of blood types, who became his guide into the field of immunochemistry. Pauling was fascinated by the specificity of antibody-antigen reactions, and he later developed a theory that accounted for this specificity through a unique folding of the antibody’s polypeptide chain. World War II interrupted this theoretical work, and Pauling’s focus shifted to more practical problems, including the preparation of an artificial substitute for blood serum useful to wounded soldiers and an oxygen detector useful in submarines and airplanes. J. Robert Oppenheimer asked Pauling to head the chemistry section of the Manhattan Project, but his suffering from glomerulonephritis (inflammation of the glomerular region of the kidney) prevented him from accepting this offer. For his outstanding services during the war, Pauling was later awarded the Presidential Medal for Merit.
While collaborating on a report about postwar American science, Pauling became interested in the study of sickle-cell anemia. He perceived that the sickling of cells noted in this disease might be caused by a genetic mutation in the globin portion of the blood cell’s hemoglobin. In 1949 he and his coworkers published a paper identifying the particular defect in hemoglobin’s structure that was responsible for sickle-cell anemia, which thereby made this disorder the first “molecular disease” to be discovered. At that time, Pauling’s article on the periodic law appeared in the 14th edition of Encyclopædia.
While serving as a visiting professor at the University of Oxford in 1948, Pauling returned to a problem that had intrigued him in the late 1930s—the three-dimensional structure of proteins. By folding a paper on which he had drawn a chain of linked amino acids, he discovered a cylindrical coil-like configuration, later called the alpha helix. The most significant aspect of Pauling’s structure was its determination of the number of amino acids per turn of the helix. During this same period he became interested in deoxyribonucleic acid (DNA), and early in 1953 he and protein crystallographer Robert Corey published their version of DNA’s structure, three strands twisted around each other in ropelike fashion. Shortly thereafter James Watson and Francis Crick published DNA’s correct structure, a double helix. Pauling’s efforts to modify his postulated structure had been hampered by poor X-ray photographs of DNA and by his lack of understanding of this molecule’s wet and dry forms. In 1952 he failed to visit Rosalind Franklin, working in Maurice Wilkins’s laboratory at King’s College, London, and consequently did not see her X-ray pictures of DNA. Frankin’s pictures proved to be the linchpin in allowing Watson and Crick to elucidate the actual structure. Nevertheless, Pauling was awarded the 1954 Nobel Prize for Chemistry “for his research into the nature of the chemical bond and its application to the elucidation of the structure of complex substances.”
