Guilio Natta wurde am 26. Februar 1903 in Imperia an der italienischen Riviera als Sohn des Juristen Francesco Maria Natta und dessen Ehefrau Elena Crespi geboren. Er studierte am Polytechnikum in Mailand Chemie-Ingenieurwesen und bekam dort 1927 die Lehrbefugnis. 1933 wurde er ordentlicher Professor und Direktor des Instituts für allgemeine Chemie der Universität Pavia, 1935 ordentlicher Professor für physikalische Chemie an der Universität Rom, 1936 Lehrstuhlinhaber am Polytechnikum in Turin und schließlich 1938 ordentlicher Professor und Leiter der Abteilung für industrielle Chemie am Polytechnikum Mailand^[2-4]. Nattas wissenschaftliches Werk umfasst über 600 Publikationen und über 300 Patentfamiliendokumente aus verschiedenen Bereichen der Chemie, jedoch überwiegend auf dem Gebiet der stereoregulären Polymere^{[3, 4]}.
Um die herausragenden Leistungen dieses Wissenschaftlers besonders zu würdigen, widmete sein Heimatland Italien Natta 1994 posthum eine Briefmarke. (Bild 2)

Natta widmete sich zunächst der strukturellen Chemie und untersuchte mittels Röntgen- und Elektronenbeugungsmethoden die Eigenschaften von verschiedenen niedermolekularen Metalloxiden und Metallsulfiden^{[5, 6]}. Diese Forschungsarbeiten weckten auch sein Interesse für Patentanmeldungen. Sein erstes Patent IT 257 990 B mit dem Originaltitel "Procedimento di preparazione sintetica di idrocarburi liquidi" ("Verfahren zur Herstellung von synthetischen flüssigen Kohlenwasserstoffen") erhielt er 1927.
Wenig später beschäftigte er sich mit der Entwicklung und Charakterisierung von heterogenen Katalysatoren für technische organische Synthesen, wie zum Beispiel der Methanolsynthese und der technischen Synthese höherer Alkohole^[7].
Auf Veranlassung der italienischen Großindustrie und der italienischen Regierung forschte Natta ab 1938 an der Herstellung von synthetischem Kautschuk in Italien. Dies mündete wenig später in der ersten großtechnischen Herstellung von Butadien-Styrol-Copolymeren in den Ferrara-Werken in Italien. Bei diesem Verfahren wurde zur Trennung von Butadien von 1-Buten erstmals die von Natta entwickelte Methode der fraktionierten Absorption eingesetzt^[5].

Stereospezifische Polymerisationen

Anfang der 50er Jahre beschäftigte sich Natta mit der Verwendung von Petroleum-Derivaten, insbesondere mit der Verwendung von Olefinen und Diolefinen als Edukte für die Oxosynthese ( CH 306 638 A ) und Polymerisationen ( US 3 037 972 A ). Nach der Entwicklung einer Methode zur Dimerisierung von α-Olefinen und der Entdeckung der Niederdruckpolymerisation des Ethylens (DE 973 626 B) mit metallorganischen Mischkatalysatoren aus Trialkylenaluminium und Verbindungen der Übergangsmetalle (insbesondere Titan) durch Professor Karl Ziegler (ebenfalls Chemie-Nobelpreisträger 1963) im Jahre 1953 gelang Natta 1954 die Polymerisation der α-Olefine Styrol, Propylen und 1-Buten unter Einsatz dieser Zieglerschen Mischkatalysatoren. Bei der Polymerisation von Styrol mit Zieglerkatalysatoren aus Triethylaluminium oder Diethylaluminiumchlorid und Titantetrachlorid erkannte Natta, dass die entstehenden Produkte völlig andere Eigenschaften aufwiesen als bisher bekannte Styrol-Polymerisate. Diese waren nicht einheitlich, sondern ein Gemisch aus einerseits amorphen, leichter löslichen und nicht kristallisierbaren und andererseits aus schwerer löslichen und kristallisierbaren Produkten.

Nattas große wissenschaftliche Leistung bestand darin, zu erkennen, dass hierbei die Kristallinität der Polymere nicht mit einem höheren Molekulargewicht, sondern mit unterschiedlichen räumlichen Strukturen dieser verschiedenen Polymerisationsprodukte im Zusammenhang stehen. Mit Hilfe von Röntgenbeugungsmethoden konnte Natta die Strukturen der kristallisierten Polymerisationsprodukte von Polystyrol und Polypropylen eindeutig identifizieren. Es zeigte sich, dass alle tertiären, das heißt die mit Methyl- bzw. Phenylgruppen substituierten Kohlenstoffatome, gleich konfiguriert waren. Natta bezeichnete die so identifizierten Polymerprodukte als isotaktisches Polystyrol (Figur 1) bzw. isotaktisches Polypropylen.

Im kristallinen Zustand bilden die Kohlenstoffatomketten von isotaktischem Polypropylen und Polystyrol links- und rechtsgängige Spiralen mit jeweils drei Monomereinheiten für eine Windung, wobei die Methyl-Seitengruppen bei Polypropylen bzw. die Phenyl-Seitengruppen bei Polystyrol alle nach außen weisen.

Die regelmäßige Anordnung der Ketten der zu Spiralen gewundenen Makromoleküle führt aufgrund der Wechselwirkungen zu einer dichtesten Packung (Kristallpackung) und verleiht diesen kristallinen isotaktischen Polymeren ausgezeichnete technologische Eigenschaften^[7]. Im italienischen Patent (7,34 MB) IT 535 712 B (Anmeldetag am 8. Juni 1954) beanspruchten der ehemalige Chemiekonzern Montecatini und Natta als Erfinder sowohl die Herstellung von Polypropylen mit Mischkatalysatoren aus Triethylaluminium und Titanchlorid (TiCl4) als auch kristalline und feste Polypropylenprodukte mit regelmäßiger Struktur, die durch Röntgenbeugung ermittelt wurde. Im darauffolgenden italienischen Patent IT 537 425 B (Anmeldetag am 27. Juli 1954) wurde die Synthese von Olefinen mit mehr als vier Kohlenstoffatomen und deren kristallinen Polymeren beansprucht.

1962 gelang Natta und seiner Arbeitsgruppe basierend auf einem Ziegler-Katalysator aus Dialkylverbindungen (R₂AlCl) und Vanadiumtetrachlorid (VCl₄) auch die stereospezifische Polymerisation von Propylen zu syndiotaktischen Polypropylen (alternierende Anordnung der Methyl-Seitengruppen im Polymer entsprechend Figur 1)^[8]. Natta gilt deshalb als Begründer der stereospezifischen Polymerisation, wofür er zusammen mit Karl Ziegler 1963 den Nobelpreis für Chemie bekam. Nicht weniger bedeutsam sind seine späteren Forschungsbeiträge zur Entwicklung vollständig neuer Elastomere durch stereospezifische Polymerisation von Butadien zu cis-1,4-Polymeren sowie durch Copolymerisation von Ethylen mit weiteren α-Olefinen (beispielsweise Propylen) aus (1,25 MB) US 3 880 819 A .

Verfahren zur Herstellung von Hydroperoxiden

Natta entwickelte neben stereospezifischen Polymerisationsverfahren auch Verfahren zur Herstellung von Hydroperoxiden. Die bereits bekannte Autoxidation von wasserfreiem, reinem Isopropylbenzol (Cumol) zum Cumolhydroperoxid in Gegenwart von UV-Licht und bei 85°C verläuft gemäß Figur 2.

Bei weiteren bereits veröffentlichten Herstellungsverfahren von Cumolhydroperoxid arbeitete man meistens mit bloßem Isopropylbenzol in Gegenwart von Katalysatoren (Ozon oder vorgebildeten Hydroperoxiden) und kleinen Mengen an Basen, insbesondere Natriumbicarbonat. Diese vorbekannten Reaktionen verlaufen jedoch sehr langsam, es sind hohe Reaktionstemperaturen erforderlich und die Ausbeute nimmt unter diesen Bedingungen aufgrund der teilweisen Zersetzung der Hydroperoxide ab. Ferner war es notwendig - um hohe Ausbeuten zu erreichen -, für die Oberflächen der Reaktionsgefäße reine Metalle zu verwenden, um nicht die Zersetzung der entstehenden Hydroperoxide zu begünstigen. Darüber hinaus war es unerlässlich, absolut reines Isopropylbenzol als Edukt einzusetzen.

Natta und Enrico Beati erkannten jedoch, dass sich diese Nachteile des Standes der Technik dadurch vermeiden ließen, dass man bei dieser Reaktion als Katalysator Alkohol in einer Menge von 2-15 Gew.-% verwendet. Bevorzugt ausgeführt wurde diese Reaktion mit 3-6 Gew.-% Methanol bei einer Temperatur von 90 bis 120° und unter einem Druck von 8-15 atü (entsprechend 9-16 bar) aus CH 328 416 A .

Natta leistete somit auch einen wichtigen Beitrag zu einer effizienten Synthese von Hydroperoxiden, die wichtige Zwischenprodukte bzw. Oxidationsmittel in der industriellen organischen Synthese darstellen.

Patentdokumente zu Guilio Natta

Publikationsnummer	Jahr	Titel
GB 646 424 A	1946	Production of aldehydes
CH 306 638 A	1952	Verfahren zur Herstellung von Essigsäure und Methylacetat aus Methanol und Kohlenoxyd
IT 535 712 B	1954	Polimeri ad alto peso molecolare del propilene e procedimento per la loro preparazione
IT 537 425 B	1954	Produzione di alti polimeri lineari a struttura regolare da alfa-olefine
IT 537 429 B	1954	Elastomeri dal propilene e procedimento per la loro fabbricazione
IT 524 092 B	1954	Produzione di alti polimeri lineari dall'etilene
US 3 037 972 A	1955	Process for the production of high molecular weight polyethylenes with metal alkyl and iron compound catalysts
CH 350 804 A	1955	Verfahren zur Herstellung von hochschmelzenden hochmolekularen Polymerisaten aus α-Olefinen
CH 364 120 A	1956	Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen Polymerisaten aus konjugierten Diolefinen
CH 328 416 A	1957	Verfahren zur Herstellung von Formaldehyd durch Oxydation von Methanol
CH 382 131 A	1957	Verfahren zur Herstellung von Formaldehyd durch Oxydation von Methanol
DE 11 17 878 B	1960	Verfahren zur Herstellung von cis-1,4-Polybutadien mit bestimmten mittlerem Molekulargewicht
US 3 260 708 A	1962	Elastomeric olefinic copolymers and process for producing the same
CH 439 748 A	1962	Verfahren zur Herstellung von vulkanisierbaren Copolymeren
AT 243 504 B	1962	Verfahren zur Herstellung von linearen amorphen hochmolekularen Copolymeren
US 3 300 467 A	1963	Production of crystalline isotactic cis-1, 4-polypentadiene with a Ti (OR)4- catalyst
DE 11 67 029 B	1963	Verfahren zur Herstellung von linearen isotaktischen cis-1, 4-Polypendadienen
US 3 880 819 A	1972	Copolymerizates of ethylene and/or higher alpha-olefins with non-conjugated diolefins and process for producing the same

Quellen:

^[1] Copyright Polytechnikum, Mailand

^[2] PÖTSCH, Winfried R.: Lexikon bedeutender Chemiker. Leipzig, Bibliogr. Inst. 1988, Seite 469, ISBN 3-323-00185-0

^[3] http://www.giulionatta.it/ENG/archivio.html [recherchiert am 25.07.2012]

^[4] "Giulio Natta - Biography". Nobelprize.org. 25.07.2012 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1963/natta-bio.html [recherchiert am 25.07.2012]

^[5] NATTA, G.: Angew. Chem., 76, 553?566 (1964)

^[6] NATTA, G.: Gazetta Chimica Italiana, 56, 651-654 (1926)

^[7] NATTA, G.: Angew. Chem., 12, 393-403 (1956)

^[8] NATTA, G.: PASQUON, I.; ZAMBELLI, A.: J. Am. Chem. Soc. 84, 1488-1489 (1962)

^[9] Privatsammlung Thomas Siegel (Leitender Regierungsdirektor am Deutschen Patent- und Markenamt, DPMA, in München)

^[10] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Polystyrol-ais.jpg&filetimestamp=20060818111352 [recherchiert am 8.10.2012]

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