Kenichi Fukui | |
---|---|
福井謙一 | |
Datum narození | 4. října 1918 [1] [2] [3] […] |
Místo narození | Nara ( Japonsko ) |
Datum úmrtí | 9. ledna 1998 [1] [2] [3] […] (ve věku 79 let) |
Místo smrti | Kyoto |
Země | Japonsko |
Vědecká sféra | chemik |
Místo výkonu práce | |
Alma mater | Kjótská univerzita |
Akademický titul | d.t.s. |
vědecký poradce | Genitsu Kita |
Ocenění a ceny | Nobelova cena za chemii (1981) |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Kenichi Fukui (福井 謙一 Fukui Kenichi , 4. října 1918 , Nara , Japonsko – 9. ledna 1998 ) je japonský chemik, nositel Nobelovy ceny za chemii „za rozvoj teorie chemických reakcí“ společně s Roaldem Hoffmanem . První asijský vědec, který získal Nobelovu cenu za chemii.
Kenichi Fukui se narodil v Nara v Japonsku 4. října 1918. [4] Byl nejstarším ze tří synů Ryokichiho otce a Chieho matky, kteří měli před svatbou příjmení Sugisawa. Ryokiti Fukui vystudoval Tokyo Commercial Institute (později Hitotsubashi University ), byl členem National Geographic Society. Kenichi v dětství často četl časopis této společnosti. Chie vystudovala Nara Women's College. Dětem koupila kompletní soubor děl slavného japonského romanopisce Natsume Sosekiho , který měl Kenichi velmi rád.
Krátce po Kenichiho narození se rodina přestěhovala do nového domova v Kishinato, Osaka, Kenichi žil až do svých 18. narozenin. Jako dítě si rád hrál venku a téměř každé prázdniny trávil u své matky v Osikumě. Kenichi sbíral poštovní známky, krabičky od sirek, listy, poupata rostlin a kameny. Zájem o přírodu ho provázel vždy: když o mnoho let později chodil přednášet na mezinárodní sympozia, chytal tam motýly a cikády.
Kenichi vstoupil do základní školy Tamade Dany v roce 1925. Byl fyzicky slabý, i když rád pracoval na polích na letní škole na jižním pobřeží Ósaky. Kenichi vstoupil do Imamiya High School v roce 1931. Tam se stal členem biologického kroužku, jehož členové často jezdili za hmyzem do blízkých hor na okraji Ósaky. V této době se Kenichi seznámil s díly Jeana Henriho Fabreho – sérií knih „Entomologické paměti“ (Souvenirs Entomologiques). Pozorování popsaná v knize byla zcela v souladu s jeho vlastními, což Kenichiho velmi překvapilo, protože byl tak daleko od Provence, kde žil Jean Fabre.
Kenichiho kurz chemie začal ve třetím ročníku střední školy, ale neměl ji rád, protože se toho dalo tolik naučit nazpaměť a naučit se, a částečně proto, že Fabre měl jako chemik smůlu.
napsal Kenichi[ kde? ] ve věku 65 let byla tato zkušenost z dětství velmi důležitá pro jeho vývoj jako přírodovědce. Ve škole pak neuvažoval o kariéře vědce, ale spíše o práci v literatuře, jeho oblíbenými předměty byla historie a literatura. Důvodem bylo místo jeho narození, město Oshikuma, které se nacházelo mezi Narou a Kjótem, kde se nachází mnoho historických památek. Kenichi nastoupil na přírodovědeckou fakultu a studoval němčinu jako druhý jazyk. V té době bylo nutné, aby studenti sportovali a Kenichi si vybral japonský šerm kendo .
Na jaře 1938, v posledním ročníku studia, jeho otec navštívil Gen'itsu Kita (喜多源逸kita gen'itsu ) , jeho příbuzného, profesora chemie na Kjótské univerzitě , který žije ve stejné oblasti Nara. Konzultoval s ním Kenichiho další vzdělání a vysvětlil mu, že jeho syn miluje němčinu a matematiku. Kita odpověděl, že matematika a němčina jsou pro chemii důležité, a nabídl mu práci v laboratoři v Kjótu. To bylo trochu neočekávané, protože v té době se matematické metody v chemii nepoužívaly. Když se Kenichi o této nabídce dozvěděl, souhlasil se studiem tam: Profesor Kita vystudoval v roce 1906 katedru aplikované chemie na Tokijské Imperial University , kde se v roce 1921 stal profesorem na katedře průmyslové chemie na Kyoto Imperial University. Kita byl nejen vynikající chemik s více než 1000 publikovanými články, ale také vynikající učitel, který vyučoval velké množství předních japonských chemiků jako Junko Sakurada, Sachiko Kodama, Masaaki Horio a Jun Furukawa. Po jeho odchodu z Kjótské univerzity v roce 1944 se stal prezidentem Naniwa University (později Osaka University ) a členem Japonské akademie věd.
Kenichi vstoupil na katedru průmyslové chemie, katedru inženýrství, Kyoto University v roce 1937. Profesora Kitu často navštěvoval doma. Fakulta průmyslové chemie kladla důraz na aplikované obory jako je keramická chemie, elektrochemie , enzymatická chemie a chemie syntetických barviv , vláken, kaučuků a plastů. Přednášky byly striktně zaměřeny na aplikovanou chemii. Kenichi, který chtěl studovat základní vědy, poslouchal přednášky v nedalekém oddělení přírodních věd. Kenichi chtěl také studovat nově vznikající kvantovou mechaniku , ale protože v této disciplíně nebyly žádné přednášky, zašel do knihovny na oddělení fyziky a půjčoval si knihy odtud. Kenichi se divil, proč „matematická chemie“ neexistuje, a věřil, že empirická povaha chemie by se měla po příchodu matematických metod v chemii snížit. „Snížení empirické povahy chemie“ byla oblíbená fráze profesora Fukui .
Ve třetím ročníku zahájil postgraduální studium u docenta Haruo Shingu (profesor Kita se chystal odejít do důchodu). Kromě hlavní oblasti výzkumu - studia uhlovodíkových reakcí s chloridem antimonitým, se Fukui zajímal také o rozdílnou reaktivitu aromatických sloučenin, jako je naftalen a antracen . To bylo předmětem nové elektronické teorie, jejíž první počátky se teprve začínaly objevovat; pro Kenichiho bylo štěstím, že výsledky jeho experimentů nebyly vysvětleny existujícími teoriemi.
Kenichi promoval na katedře inženýrství na Kjótské univerzitě v březnu 1941 a vstoupil na katedru chemie paliv jako postgraduální student na katedře inženýrství. Jeho vedoucím byl profesor Shinjiro Kodama, který také studoval u profesora Kity. Kodama studoval v Německu od svých 24 let a měl také mnoho knih o kvantové chemii a elektromagnetismu. Kenichi měl příležitost studovat základní fyziku ve volné atmosféře v laboratoři Kodamy.
V srpnu 1941 se Kenichi přestěhoval do Japonského armádního palivového institutu v Tokiu. V roce 1943 přednášel na katedře chemie paliv Kjótské univerzity a v roce 1944 se zde stal odborným asistentem. Kenichi strávil spoustu času studiem kvantové mechaniky, zvláště ho zaujaly knihy R. H. Fowlera „Statistická mechanika“ (1936) a „Úvod do kvantové mechaniky“ (1947) „Úvod do částicové fyziky“ (1948) Hideki Yukawa . Fuel Institute byl zaneprázdněn syntézou uhlovodíků, které by mohly zlepšit vlastnosti benzínu. V USA se používal 2,2,4-trimethylpentan a Kenichi musel podobné sloučeniny syntetizovat z butanolu, který se získával fermentací cukru. V září 1944 se jeho týmu podařilo syntetizovat isooktan a získal grant od japonské armády. Po 2. světové válce se Kenichi vrátil na Kjótskou univerzitu a zapojil se do molekulárního designu pod vedením profesora Kodamy. Pracoval na syntéze vysokotlakého polyethylenu. Tato studie byla součástí jeho doktorské práce s názvem "Teoretická studie rozložení teplot v reaktorech v chemickém průmyslu." Byla to studie o 200 stranách. Když ji ukázal profesoru Keithovi, který už byl v té době v důchodu, řekl jen, že je hodně tlustá. Kenichi dokončil svůj výzkum v létě 1948.
Po dokončení disertační práce se Kenichi rozhodl studovat teorii chemických reakcí. Chemické reakce byly v té době hlavním předmětem studia na Přírodovědecké fakultě, Ústavu chemie Kjótské univerzity. V této oblasti tehdy působili zejména Horiba, T. Lee a S. Sasaki. Výzkum byl jiný, než na jaký byl Fukui zvyklý na Přírodovědecké fakultě Tokijské univerzity, kde studoval molekulární strukturu. V takové atmosféře se Kenichimu hodilo studovat teorii chemických reakcí.
Experimentální studium reakcí uhlovodíků, které prováděl během svých studentských let a později na Fuel Institute v Tokiu, vytvořilo základ pro jeho teoretický výzkum. V roce 1951 se Fukui stal profesorem na Fakultě chemie paliv. V únoru toho roku měla fakulta požár a musela sdílet svou laboratoř s profesorem Xingu a dalšími. V této místnosti se zrodila teorie hraničních orbitalů . Věřil, že elektron ve vnějším orbitalu hraje velmi důležitou roli v procesu chemické reakce, k chemické reakci dochází ve vnějších částech molekul. Orbital zapojený do chemické reakce se nazýval „hraniční orbital“. Fukui jako první vypočítal hustotu hraničních elektronů v naftalenu a zjistil, že hustota byla nejvyšší v místě, kde k chemické reakci došlo. S pomocí Tejiro Yonezawy, svého postgraduálního studenta, vynikal ve studiu složitějších uhlovodíků, jako je antracen, pyren a perylen. Teorie hraničních orbitalů přesně ukázala polohy chemických útoků elektrofilů jako NO2+, čímž se potvrdila v experimentu. Sbírka mnoha experimentálních výsledků byla interpretována s pomocí Prof. Xingu, organického vědce s hlubokými znalostmi elektronické teorie organických reakcí. Vědci se rozhodli pojmenovat novou teorii po profesoru Xingu, který navrhl „hraniční“ elektronovou teorii. Jedním z jeho nejdůležitějších článků je jeho první teorie chemických reakcí [5] . Nalezl korelaci mezi reaktivitou aromatických uhlovodíků s elektrofilními činidly a čtvercovými koeficienty atomových orbitalů v lineární kombinaci nejvyšších obsazených molekulových orbitalů (HOMO).
Prostorové rozložení elektronové hustoty v HOMO bylo paralelní s řádem reaktivity molekuly. Později byla nalezena podobná korelace v reakcích s nukleofilními činidly mezi reaktivitou a distribucí nižších volných molekulových orbitalů (LUMO). Reaktivita volných radikálů byla určena celkovou hustotou LUMO a HOMO [6] . Fukui považoval tento výsledek za obecný vzorec chemických reakcí, za obecné orientační chování. Snažil se rozšířit okruh sloučenin, na které by se podobné pravidlo dalo aplikovat, např. rozšířit jej na organické a anorganické látky, aromatické i alifatické, nasycené i nenasycené. Objevil, že spektrum chemických reakcí lze rozšířit na reakce substituce, adice, izolace, rozbití vazby, eliminace a tvorby molekulárních komplexů.
Fukuiho práce z roku 1952 [5] byla publikována ve stejném roce jako Mullikenův důležitý článek o přenosu náboje v donor-akceptorových komplexech (Mulliken, 1952). S Mullikenovou prací získal Fukui teoretický základ pro své výsledky. Hlavní myšlenkou byla elektronická delokalizace mezi LUMO a HOMO reaktantů. Tyto orbitaly se nazývají hraniční orbitaly.
Teorii hraničních orbitalů rozvinula v mnoha směrech nejen Fukuiho vědecká skupina, ale i další vědci. Užitečné indikátory reaktivity, jako je "super-delokalizace" [7] , pocházejí z této teorie a byly aplikovány v různých odborných tématech, například srovnání reaktivity, kinetiky polymerace a struktury kopolymerů [8] , antioxidantů [9] a další biochemikálie [10] , . Fukuiho teorie však začala přitahovat velkou pozornost vědců až po objevu vztahu mezi LUMO, HOMO a jevy stereoselektivity. V roce 1961 se při studiu stříbrných komplexů aromatických sloučenin ukázal význam hlavní části teorie hranic. V roce 1964 Fukui porovnal symetrii LUMO a HOMO reagujících molekul s případem cykloadičních reakcí [11] . To byl výsledek jednoduché aplikace teorie hraničních orbitalů na takzvané „spárované“ reakce ve dvou centrech. Fukuiho teorie získala více osvětlujícího světla od Woodwarda a Hoffmanna (1965), kteří použili LUMO a HOMO k vysvětlení vzniku stereospecifických produktů při tepelné cyklizaci a fotocyklizaci konjugovaných polyenů. Tento objev byl prvním krokem ke stanovení pravidla stereoselektivity v různých koordinovaných reakcích. Průběh těchto reakcí interpretovali jako naplnění pravidla „zachování orbitální symetrie“ (Woodward & Hoffmann, 1969).
Všechny výsledky vysvětlené Woodward-Hoffmanovým pravidlem byly interpretovány Fukui pomocí aproximace hraniční orbitální teorie [12] . Není však pochyb o tom, že Fukuiho dílo bylo široce rozšířeno díky práci Woodwarda a Hoffmana.
Studie HOMO-LUMO interakcí ve Fukuiho práci na cyklické adici z roku 1964 byly jeho skupinou a dalšími (Hawke, 1973) aplikovány na různé chemické reakce: cyklická a acyklická adice, eliminace, rehybridizace, multicyklizace, různá intramolekulární přeskupení, reakce s benzenovým kruhem, otevírání a zavírání cyklů atd., včetně tepelně indukovaných a fotoindukovaných reakcí [13] . Tato teorie se ukázala jako zvláště účinná ve vztahu k vysvětlení komplexní regioselektivity a různých typů sekundárních stereochemických efektů při koordinovaných cykloadicích. Vše bylo vysvětleno z hlediska hraničních orbitálů. Z tohoto pohledu by se dal vysvětlit přenos náboje a změna rotace [14] . Fukui a kolegové rozšířili orbitální interakci tak, aby zahrnovala dva až tři orbitaly. K vysvětlení dalších složitějších experimentů bylo použito orbitální míchání, polarizace a tříorbitální interakce.
Byla zavedena teorie třísložkové interakce pro vysvětlení úlohy katalyzátorů z hlediska analýzy LUMO-HOMO. Pojem „pseudoexcitace“ byl odhalen a aplikován na interpretaci několika chemických jevů [15] .
Kromě těchto zásadních úspěchů se Fukui a jeho vědecká skupina pokusili učinit jeho teorii kvantitativní. V roce 1968 byla navržena obecná teorie intermolekulárních reakcí, aby sjednotila obecné principy o reakčních drahách, přičemž si všímá rostoucího vlivu interakce HOMO-LUMO v pokroku ve studiu chemických reakcí. Byl objasněn mechanismus změny vazeb během reakce a stabilizace reagujícího systému podél reakční dráhy [16] .
V roce 1962 získal Fukui cenu od Japonské akademie za studium elektronové struktury a reaktivity konjugovaných sloučenin. Yoshio Tanaka, emeritní profesor na univerzitě v Tokiu, který byl horlivým zastáncem Kenichiho, jednou řekl: "Tato teorie by mohla získat Nobelovu cenu." [čtyři]
Nobelova cenaV roce 1964 se Fukui zúčastnil Sanibel Symposium, kde se poprvé setkal s Roaldem Hoffmanem . Hoffman byl o 19 let mladší než Fukui a byl již známý svým výzkumem rozšířené Hückelovy metody . Stali se přáteli a zůstali dobrými přáteli po zbytek života. Po Sanibel cestoval s manželkou Tomo téměř dva měsíce po Americe a Evropě. Byla to jeho první zahraniční cesta a 19. výročí svatby oslavil s Tomo v restauraci v Paříži.
V roce 1964 P.-O. Löwdin a B. Pullman vyzvali Fukui, aby přispěl do kapitoly knihy věnované Robertu Mullikenovi k jeho 60. narozeninám. Souhlasil a napsal článek s názvem „Jednoduché kvantové teoretické vysvětlení reaktivity chemických sloučenin“ [11] . V tomto článku studoval Diels-Alderovu reakci a poprvé připsal typy symetrie nejvyššího obsazeného molekulárního orbitalu (HOMO) a nejnižšího prázdného molekulárního orbitalu (LUMO) reakční selektivitě. Tuto okolnost zaznamenali i Woodward a Hoffmann ve své prezentaci teorie zachování orbitální symetrie, tzv. Woodward-Hoffmannovo pravidlo. Tato teorie představená v roce 1965 uváděla, že reaktivita látek přímo závisí na povaze molekul HOMO a LUMO. Teorie byla chemiky vřele přijata a okamžitě otevřela nový obor v organické chemii. V důsledku toho se teorie hraničních orbitalů jako aplikace Woodward-Hoffmannova pravidla rychle rozšířila a v roce 1981 získala Nobelovu cenu za chemii. Kolem 10. hodiny dopolední 19. října 1981 Kenichi obdržel telefonát z tokijského deníku s žádostí o rozhovor s laureátem Nobelovy ceny. Byl ohromen, a teprve když uviděl v televizních zprávách své jméno vedle Roalda Hoffmanna, konečně uvěřil tomu, co se stalo. Tu noc za ním přišlo mnoho lidí: televizní a novinoví reportéři, přátelé, známí i studenti. Kenichi a Tomo byli až do půlnoci obklopeni novináři.
10. prosince 1981 Kenichi Fukui obdržel od švédského krále Gustava diplom Alfreda Nobela a medaili za chemii. O cenu se podělil s Roaldem Hoffmannem. V tu chvíli se mu dostalo poděkování a slov na rozloučenou od profesorů Genitsu Kita a Yoshio Tanaka. Zarazilo ho množství akcí po předávání cen, které se konaly pod záštitou Švédské studentské unie.
Po obdržení Nobelovy ceny se na Fukuiho sešla celá hromada případů, zejména se mu zvýšila pozornost japonského tisku. Tím byl jeho život méně „mobilní“, ale přesto se rád ráno procházel v přírodě, na čerstvém vzduchu. Stal se prezidentem Kjótského technologického institutu. Protože jeho pozice nebyla vědecká, ale administrativní, nemohl mít na univerzitě laboratoř. O tři roky později se stal prezidentem Institutu základní chemie, který pro něj vybudovali v Kjótu za peníze z japonského chemického průmyslu. Stal se také předsedou mnoha organizací a výborů a na vědu mu zbývalo málo času.
Fukui byl často žádán o přednášky, nikoli konkrétní, ale obecné, ve kterých rád mluvil o tom, jak se chemie v budoucnu stane jednou z nejpopulárnějších věd na světě. Problémy životního prostředí sice zatemnily tvář chemie, nicméně daly chemickému průmyslu tlak na změnu. Ukázalo se, že bez chemie není možné vyřešit problémy zdrojů, potravin a energie. Věřil, že moderní studenti by měli studovat zásadnější teoretickou chemii a méně experimentovat. Pokroky v informatice napomohou rychlému rozvoji teoretické chemie. Pro obor, který hledá potřebné vlastnosti molekul, dokonce navrhl termín „molekulární inženýrství“. Inspiroval mladé vědce, aby byli kreativnější v nové vědě a inženýrství.
Podepsáno „ Varování vědců lidstvu “ (1992) [17] .
V zimě roku 1997 byla Kenichi diagnostikována rakovina žaludku . Okamžitě podstoupil operaci, ale v létě se musel znovu vrátit do nemocnice. Dne 9. ledna 1998 zemřel ve věku 79 let. Jeho hrob je na svahu hory Higashiyama, kde je také pohřben jeho milovaný učitel Genitsu Kita [4] .
Tomo (před svatbou - Tomo Horie) a Kenichi se vzali v létě 1946. Snila o tom, že se stane vědkyní poté, co si přečetla biografii Marie Curie , vystudovala katedru fyzikální chemie na Imperial Women's University of Sciences v Tokiu. Před svatbou ji Kenichi jednou vzal na koncert, kde hráli Beethovenovu Devátou symfonii. Po koncertě hrdě poznamenal, že některé původní části symfonie, avizované na plakátu, na koncertě nezazněly. Tehdy ji napadlo, jak by mohl zkazit dojem z koncertu. Pro Japonsko to byly těžké dny, ale Tomo se snažila udržet Kenichiho zaměřeného na vědu. Jejich syn Tetsuya se narodil 8. ledna 1948 a dcera Miyako se narodila 19. května 1954.
Tematické stránky | ||||
---|---|---|---|---|
Slovníky a encyklopedie | ||||
|
za chemii 1976-2000 | Laureáti Nobelovy ceny|
---|---|
| |
|