Hochstrasser, Robin

Robin Hochstrasser
Robin M. Hochstrasser
Jméno při narození Robin Main Hochstrasser
Datum narození 4. ledna 1931( 1931-01-04 )
Místo narození
Datum úmrtí 27. února 2013( 2013-02-27 ) [1] (ve věku 82 let)
Místo smrti
Země
Vědecká sféra Molekulární spektroskopie, fyzikální chemie, laserová chemie
Místo výkonu práce
Alma mater
Ocenění a ceny Benjamin Franklin medaile ( 2003 ) Ellis Lippincott [d] Award ( 1997 ) Centenary Award ( 1999 ) člen Americké fyzikální společnosti [d] Cena Edgara Brighta Wilsona za spektroskopii [d] ( 1998 ) Medaile F. A. Cotton [d] ( 2006 ) Guggenheimovo společenství Cena Petera Debye [d] Bourke Award [d]

Robin Main Hochstrasser ( Eng.  Robin Main Hochstrasser ; 4. ledna 1931 [3] , Edinburgh , Skotsko  - 27. února 2013 , Pennsylvania , USA ) je americký fyzik a chemik skotského původu. Byl zakladatelem molekulární spektroskopie a významně přispěl také k laserové chemii.

Profesor na University of Pennsylvania (1968), čestný doktor University of Edinburgh (2013), člen Národní akademie věd (1982).

Životopis

Robin Main Hochstrasser se narodil a vystudoval v Edinburghu (Skotsko). Jeho školní docházka nebyla úplná, protože školu opustil v 15 letech, když se jeho rodina chystala přestěhovat do Belgie, ale o několik měsíců později se vrátil. V roce 1948, ve věku 17 let, složil přijímací zkoušky na vysokou školu a získal vynikající známky z matematiky a chemie, přestože nikdy nedokončil střední školu. V roce 1952 získal bakalářský titul na Heriot-Watt University ve Skotsku a v roce 1955 doktorát z filozofie (PhD) v chemii na University of Edinburgh . Napsal práci o fotochemických jevech na povrchu [4] . Po absolvování dvouleté služební cesty u Royal Air Force jako pilotní důstojník se naučil základy elektroniky výškových radarů. Během dvou let služby v Royal Air Force získal Hochstrasser odpovídající titul z matematiky, což mu pomohlo získat vážné zkušenosti v oblasti aplikované matematiky a napsat učebnici teorie grup [5] . Začal pracovat na University of British Columbia v roce 1957 jako instruktor a v roce 1960 se stal odborným asistentem. V roce 1963 se přestěhoval na University of Pennsylvania , kde se stal profesorem fyzikálních věd v roce 1983.

Od roku 1971 je Hochstrasser redaktorem Ultrafast  Laser Research Resource a v roce 1978 byl jmenován vedoucím Regionální laboratoře pro laserový a biomedicínský výzkum sponzorované Národním institutem zdraví , aby vyvíjel a aplikoval modernizované laserové technologie na biomedicínské problémy. V letech 1975 až 2012 byl Hochstrasser redaktorem časopisu Chemical Physics [6] [ 7] . 

Raná léta

Hochstrasser na začátku svého působení na University of Pennsylvania založil svou vědeckou skupinu v nové Laboratoři pro studium struktury hmoty. Spektroskopie polyatomových molekul byla nově vznikajícím oborem v 60. letech, což zase slibovalo schopnost charakterizovat elektronovou strukturu a jaderná silová pole, která určují molekulární geometrii, vlastnosti a vztah měření k teoretickým výpočtům. Hochstrasserova počáteční práce se soustředila na studium molekulárních krystalů , kde intramolekulární interakce a síly převyšovaly magnetické intermolekulární interakce o více než řád. Uvědomil si, že model orientovaného plynu, který zanedbává všechny mezimolekulární interakce , je dobrou aproximací molekulárního krystalu nultého řádu. S ohledem na nízkoenergetické stavy aromatických molekul, heterocyklů a dalších konjugovaných systémů byla složitost spekter značně snížena a analýza zjednodušena záznamem spekter orientovaných jednoduchých krystalů s polarizovaným světlem při nízkých teplotách.

Hochstrasser provedl optické experimenty v National Magnetic Laboratory na Massachusetts Institute of Technology a v roce 1965 poprvé uvažoval o Zeemanově štěpení ve spektrech molekulárních krystalů [8] . Poté tato měření rozšířil na mnoho dalších molekul. Proces vyžadoval vypěstování jediného krystalu o tloušťce několika centimetrů, chlazení bez defektů na teplotu kapalného helia a přenesení celého optického zařízení do magnetické laboratoře. Mohl tak určit pár orbitálních spinů a symetrii excitovaného singletového stavu a otevřít nové perspektivy pro studium tripletového stavu. Hochstrasser se od samého počátku zajímal o původ tvarů čar uvažovaných v molekulových spektrech v kondenzované fázi [9] . Přisuzoval problém interakce mezi excitovanými stavy v molekulách [5] a považoval jej za spektrální poruchy a interakci s prostředím [10] .

Vědecký výzkum

Výzkum v laserové chemii

V roce 1969 vybavil Hochstrasser první laser na bázi neodymové čočky s opakovací frekvencí jeden puls za minutu, určený pro měření s konstantním časovým rozlišením. První měření s konstantním časovým rozlišením používaly různé harmonické složky laseru s neodymovými čočkami jako excitaci a pulz sondy. Časosběrná spektra byla zaznamenávána fotograficky pomocí kontinuálního laserem generovaného absorpčního pulzu nebo optické Kerrovy cely . Ale 95 % studijního času bylo vynaloženo na nastavení a ovládání laseru. Hochstrasser tvrdě pracoval, aby dosáhl spolehlivých výsledků. V důsledku toho byly pro různé molekuly získány informace o přenosu energie mezi tripletovými stavy. První práce na toto téma byly publikovány na počátku 70. let [11] [12] [13] .

Po vytvoření snadno laditelných úzkopaprskových laserů se objevily nové směry výzkumu [14] . Brzy Hochstrasser a jeho kolegové zkonstruovali jeden z těchto laserů, načež zaznamenali první dvoufotonová spektra s vysokým rozlišením difenylového krystalu [15] a poté spektra benzenu v pevné a plynné fázi [16] . První rotačně rozlišené dvoufotonové spektrum bylo uvažováno s použitím oxidu dusnatého při nízkých tlacích [17] .

Ladicí lasery otevřely možnost selektivní excitace molekul v souboru, stejně jako přenos určitých energetických stavů do molekuly, iniciaci a studium selektivních procesů. Hochstrasser a jeho kolega Amos Smith použili tetrazin a jeho deriváty v krystalických matricích benzenu a inertních plynů k prokázání selektivní izotopové fotodestrukce a dosažení obohacení izotopovým faktorem více než 104krát [ 18 ] , k objasnění reakční dráhy a demonstraci spinové selektivity reakce. Později byla disociace derivátu této molekuly využita jako spouštěč strukturálních změn biologických molekul [19] .

Výzkum v oblasti koherentních nelineárních a ultrarychlých procesů

Hochstrasser se zajímal o přístup k informacím o vlastnostech excitovaného stavu a relaxačních procesech [20] [21] . Ve spolupráci s pensylvánským kolegou Davidem Whitem charakterizoval koherentní rozpad vibračních poruch v jednoduchém dvouatomovém krystalu N 2 a H 2 a vyvinul teoretické koncepty, které se staly důležitými pro pochopení těchto procesů ve velkých molekulách, krystalech a roztocích [22] . V té době bylo málo známo o relaxačních časech vibrací ve velkých molekulách. V důsledku toho k takovému objevu nemohlo dojít velmi brzy v molekulárních krystalech aromatických molekul [23] . Hochstrfsser ukázal vysoký výběr dat o relaxačních procesech v čistých a izotopových smíšených krystalech, načež byly tyto informace základem pro vytvoření teoretických modelů [24] . Koherentní doby rozpadu byly získány pomocí analýzy tvaru čar a přímých měření času. Tak byly získány úžasné výsledky: koherentní doba rozpadu při 606 cm −1 krystalu benzenu se zvýšila z 95 ps na 2,62 ns v krystalech vyrobených z čistého izotopu C-12 [25] .

Během 80. let 20. století Hochstrasser prozkoumal mnoho dalších různých způsobů využití koherentních nelineárních optických procesů a vyvinul související teoretické metody pro studium vlastností excitovaného stavu a relaxačních procesů: přenos energie a relaxační procesy elektronických, vibračních, rotačních stavů a ​​disipace energie, např. stejně jako chemické reakce. Ke studiu vibračních interakcí v IR oblasti použil techniku ​​ultrarychlých laserových pulsů . Hochstrasser vyvinul myšlenku kombinace ultrakrátkých viditelných laserových pulsů pro excitaci molekuly s cw diodovým laserovým paprskem s vysokým rozlišením, aby bylo možné zaznamenat vibrační spektra různých přechodů. Časového rozlišení dosáhl IR transformací, poskytující časově omezený princip neurčitosti a spektrální rozlišení, kde je rozsah času superponován pohybem systému studovaného nejen laserovými přístroji [26] . Tyto metody mu umožnily určit geometrii vazby železo-uhlík v hemové skupině během disociační reakce s vysokou citlivostí a přesností [26] .

Dvourozměrná infračervená spektroskopie

Ve svých experimentech Hochstrasser používal úzkopásmové laditelné infračervené záření a širokopásmový IR puls sondy, což bylo ekvivalentní experimentu s dvojitou rezonancí NMR [27] . Tato aplikace pro amidy v terciárních peptidech ukázala, jak lze získat interakci amidových skupin a jejich frekvenční příspěvky, a vytvořila metodu pro stanovení struktury pomocí 2D IR spektroskopie [28] . Dvě další oblasti potřebné k vývoji fázově izolované 2D IR spektroskopie pro obecné použití – ladění fotonového echa a detekce lokálních oscilátorů Hochstrasser dále zavedl „dvoubarevné“ 2D IR, analogické heteromolekulárnímu NMR, a 2D chemické výměnné IR. Později by tato metoda umožnila produkci ultrarychlých (pikosekundových) dynamických systémů v rovnováze, které by podléhaly tepelným chemickým procesům, jako je rozbití nebo vytvoření vazby H-H, jak je popsáno v jeho počáteční práci.

Aplikace v biochemii

V posledních dvou desetiletích Hochstrasserova života souvisely jeho aplikace ve 2D IR se strukturou a dynamikou peptidů a proteinů [29] . Jeho zájem o proteiny začal teorií polarizační absorpce jednoduchých krystalů v hemu proteinů [30] [31] . K těmto experimentům ho přitahovaly dva faktory. Hemoproteinové krystaly poskytly příklad téměř ideálního orientovaného plynu chromoforů , protože interakce mezi hemovými skupinami jsou extrémně slabé kvůli velkým vzdálenostem mezi hemy zabudovanými ve struktuře větší molekuly. Hochstrasser použil nejen výsledky studie, kde získal krystaly n-cytochromu k interpretaci elektronického původu široce studované konformačně citlivé absorpční vazby, ale také informace o orientaci hemoskupiny z rovinné absorpce polarizovaného světla porfyrinový π-elektronový systém, který byl užitečný pro krystalografy při interpretaci první mapy elektronové hustoty n-cytochromu. Jeho hlavní příspěvek k fyzikální chemii proteinů začíná studiem fotodisociace ligandů během pikosekund od hemoskupin v hemoglobinu a myoglobinu . Pomocí neodymového laseru, jehož nastavení často trvá týdny kvůli jeho bolestivě pomalé opakovací frekvenci na 0,01 Hz, zaznamenal první absorpční spektrum v pikosekundách s rozlišením mnoha vlnových délek. Po této práci následoval jeho objev dvojité rekombinace kyslíku a oxidu dusnatého [32] .

Vyznamenání a ocenění

Osobní život

V roce 1960 se oženil s Carol Ostby z Vancouveru, se kterou se seznámil na univerzitě.

Osobní vlastnosti

Hochstrasser byl kreativní výzkumník, protože opakovaně prováděl zcela nové typy experimentů, které byly podle jeho vrstevníků v té době nemožné. Výsledkem byl nepřetržitý proud průkopnických experimentů a nových nápadů od počátku 60. let až do jeho smrti v roce 2013 [3] .

Poznámky

  1. ↑ Robin M. Hochstrasser // Muzeum Solomona Guggenheima - 1937.
  2. ↑ Stažení dat Freebase – Google .
  3. ↑ 1 2 Životopisné vzpomínky, 2016 , str. 2.
  4. ↑ Hochstrasser, R.M. a M. Ritchie. 1956. Fotoformace a tepelný rozklad peroxidu rubrenu.// Trans. farad. soc. 52:1363-1373
  5. ↑ Hochstrasser, RM 1966. Molecular Aspects of Symmetry.// New York: W. A. ​​​​Benjamin
  6. ↑ Redakční rada  chemické fyziky . Elsevier . Staženo: 30. prosince 2017.
  7. ↑ Cena mladého vyšetřovatele Robina Hochstrassera  . Elsevier . Staženo: 30. prosince 2017.
  8. ↑ Castro, G. a R. M. Hochstrasser. 1965. Spin orbit coupling a Zeemanův efekt v molekulárních krystalech.// Solid State Comm. 3:425-428
  9. ↑ Hochstrasser, RM 1968. Analytické a strukturální aspekty vibronických interakcí v ultrafialových spektrech organických molekul.// Accts. Chem. Res . 1:266-274
  10. ↑ Hochstrasser, R.M. a C. Marzzacco. 1968. Perturbace mezi elektronovými stavy v aromatických a heteroaromatických molekulách.// J. Chem. Phys . 49:971-984
  11. ↑ Hochstrasser, R.M. a P.N. Prasad. 1972. Fononová postranní pásma elektronových přechodů v molekulárních krystalech a smíšených krystalech.// J. Chem. Phys. 56:2814-2823
  12. ↑ Hochstrasser, RM, H. Lutz a GW Scott. 1974. Dynamika osídlení nejnižšího tripletového stavu benzofenonu po excitaci singletu.// Chem. Phys. Lett. 24:162-167
  13. ↑ Anderson, RW, RM Hochstrasser, H. Lutz a GW Scott. 1974. Měření kinetiky mezisystémového křížení pomocí 3545 A pikosekundových pulzů: nitronaftaleny a benzofenon.// Chem. Phys. Lett . 28:153-157
  14. ↑ Anderson, RW, RM Hochstrasser, H. Lutz a GW Scott. 1974. Přímá měření přenosu energie mezi tripletními stavy molekul v kapalinách pomocí pikosekundových pulzů.// J. Chem. Phys . 61:2500-2506
  15. ↑ Hansch, TW 1972. Opakovaně pulzní laditelný barvivový laser pro spektroskopii s vysokým rozlišením.// App. Opt . 11:895-898
  16. ↑ Hochstrasser, RM, JE Wessel a HN Sung. 1974. Dvoufotonové excitační spektrum benzenu v plynné fázi a krystalu.// J. Chem. Phys . 60:317-318
  17. ↑ Bray, RG, RM Hochstrasser a JE Wessel. 1974. Plynule laditelná 2 fotonová excitace jednotlivých rotačních úrovní A 2-sigma-T stavu oxidu dusnatého.// Chem. Phys. Lett . 27:167-171
  18. ↑ Hochstrasser, R.M. a D.S. King. 1975. Izotopicky selektivní fotochemie v molekulárních krystalech.// J. Amer. Chem. Soc . 97:4760-4762
  19. ↑ Tucker, MJ, JR Courter, JX Chen, O. Atasoylu, AB Smith III a RM Hochstrasser. 2010. Tetrazinové fotospouštěče: sondy pro dynamiku peptidů.// Angewandte Chemie-International Edition 49:3612-3616
  20. ↑ Hochstrasser, RM a HP Trommsdorfff. 1983. Nelineární optická spektroskopie molekulárních systémů.// Acct. Chem. Res . 16:376-385
  21. ↑ Dick, B., R. M. Hochstrasser a H. P. Trommsdorff. 1987. Rezonanční molekulární optika.// In Nonlinear Optical Properties of Organic Molecules and Crystals, sv. II. Ed. D. Chemla. p. 159. New York: Academic Press
  22. ↑ Abram, II a R. M. Hochstrasser. 1980. Teorie časového vývoje koherence excitonu ve slabě neuspořádaných krystalech.// J. Chem. Phys . 72:3617-3625.
  23. ↑ Decola, PL, RM Hochstrasser a HP Trommsdorfff. 1980. Vibrační relaxace v molekulárních krystalech čtyřvlnou: míchání naftalenu.// Chem. Phys. Lett. 72:1-4
  24. ↑ Velsko, S. a R. M. Hochstrasser. 1985. Studie vibrační relaxace v nízkoteplotních molekulárních krystalech pomocí koherentní Ramanovy spektroskopie.// J. Phys. Chem. 89:2240-2253
  25. ↑ Pstruh, TJ, S. Velsko, R. Bozio, PL Decola a RM Hochstrasser. 1984. Nelineární Ramanova studie tvarů čar a relaxace vibračních stavů izotopicky čistých a smíšených krystalů benzenu.// J. Chem. Phys. 81:4746-4759
  26. ↑ 1 2 Moore, JN, P.A. Hansen a R.M. Hochstrasser. 1987. Nová metoda pro pikosekundovou infračervenou spektroskopii s rozlišením: Aplikace na fotodisociaci CO z porfyrinů železa.// Chem. Phys. Lett . 138:110-114
  27. ↑ Moore, JN, P.A. Hansen a R.M. Hochstrasser. 1988. Geometrie karbonylových vazeb železa karboxymyoglobinu a karboxyhemoglobinu v roztoku stanovené pikosekundovou časově rozlišenou infračervenou spektroskopií.// Proc. Natl. Akad. sci. USA 85:5062-5066
  28. ↑ Hamm, P., MH Lim a R. M. Hochstrasser. 1998. Struktura amidového I pásu peptidů měřená femtosekundovou nelineární infračervenou spektroskopií . // Jour. Phys. Chem . 102:6123-6138
  29. ↑ Kim, YS a R.M. Hochstrasser. 2009. Aplikace 2D IR spektroskopie na peptidové proteiny a dynamiku vodíkových vazeb.// J. Phys. Chem . B113 :8231-8251
  30. ↑ Eaton, W. A. ​​a R. M. Hochstrasser. 1968. Monokrystalová spektra ferimyoglobinových komplexů v polarizovaném světle.// J. Chem. Phys . 49:985-995
  31. ↑ Greene, B.I., R.M. Hochstrasser, R.B. Weisman a W.A. Eaton. 1978. Spektroskopické studie oxy- a karbonmonoxyhemoglobinu po pulzní optické excitaci.// Proc. Natl. Akad. Sci . USA 75:5255-5259
  32. ↑ Phillips, CM, Y. Mizutani a RM Hochstrasser. 1995. Ultrarychlé tepelně indukované rozvinutí RNAse-A.// Proč. Natl. Akad. Sci . USA 92:7292-7296
  33. ↑ Předchozí vítězové RSC Bourke Award

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata