Kenichi Fukui (福井 謙一, Fukui Ken'ichi ; 4. Oktober 1918 – 9. Januar 1998) war ein japanischer Chemiker . [ 2 ] Er war der erste Mensch ostasiatischer Abstammung, dem der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde. 1981 erhielt er ihn gemeinsam mit Roald Hoffmann für ihre unabhängigen Forschungen zu den Mechanismen chemischer Reaktionen . Fukuis preisgekrönte Arbeit konzentrierte sich auf die Rolle der Grenzorbitale in chemischen Reaktionen: insbesondere darauf, dass Moleküle schwach gebundene Elektronen teilen, die die Grenzorbitale besetzen, d. h. das höchste besetzte Molekülorbital ( HOMO ) und das niedrigste unbesetzte Molekülorbital ( LUMO ). [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

Frühen Lebensjahren

Fukui war der älteste von drei Söhnen des Kaufmanns Ryokichi Fukui und seiner Frau Chie. Er wurde in Nara, Japan, geboren . Während seines Studiums zwischen 1938 und 1941 begeisterte er sich für die Quantenmechanik und die Schrödingergleichung . Er war zudem überzeugt, dass wissenschaftliche Durchbrüche durch die unerwartete Verknüpfung scheinbar unzusammenhängender Fachgebiete entstehen.

In einem Interview mit The Chemical Intelligencer spricht Kenichi über seinen Weg zur Chemie, der in der Mittelschule begann.

„Der Grund für meine Wahl der Chemie ist nicht leicht zu erklären, da Chemie in der Mittel- und Oberstufe nie mein Lieblingsfach war. Tatsächlich hatte mich die Tatsache, dass mein verehrter Fabre ein Genie in Chemie war, insgeheim fasziniert. Der entscheidendste Moment in meiner Ausbildung war jedoch, als mein Vater Professor Gen-itsu Kita von der Kaiserlichen Universität Kyoto um Rat bezüglich meiner Studienwahl bat.“

Auf Anraten von Kita, einem persönlichen Freund des älteren Fukui, wurde der junge Kenichi an das Institut für Industrielle Chemie verwiesen, dem Kita damals angehörte. Er erklärte, dass ihm Chemie schwerfiel, da sie ihm zu sehr auf Auswendiglernen angewiesen schien und er einen logischeren Ansatz bevorzugte. Er folgte dem Rat seines Mentors, den er selbst sehr schätzte, und bereute es nie. Auch an der Universität Kyoto in Japan studierte er. In demselben Interview sprach Kenichi auch darüber, warum er die theoretische der experimentellen Chemie vorzog. Obwohl er in der theoretischen Wissenschaft durchaus Kompetenz besaß, widmete er einen Großteil seiner frühen Forschung der experimentellen. Kenichi schloss rasch über 100 experimentelle Projekte und Publikationen ab und war von den experimentellen Phänomenen der Chemie begeistert. Später empfahl er seinen Studenten in der Lehre experimentelle Abschlussarbeiten, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Theorie und Praxis zu schaffen. Die theoretische Wissenschaft lag den Studenten zwar leichter, aber durch die Anregung oder Zuweisung experimenteller Projekte konnten sie beides verstehen, wie es sich für jeden Wissenschaftler gehört. Nach seinem Abschluss an der Kaiserlichen Universität Kyoto im Jahr 1941 war Fukui während des Zweiten Weltkriegs im Treibstofflabor der japanischen Armee tätig . 1943 wurde er zum Dozenten für Brennstoffchemie an der Kaiserlichen Universität Kyoto ernannt und begann seine Karriere als experimenteller organischer Chemiker.

Forschung

Kenichi-Fukui-Denkmal an der Universität Kyoto

Er war von 1951 bis 1982 Professor für Physikalische Chemie an der Universität Kyoto , von 1982 bis 1988 Präsident des Kyoto Institute of Technology und Mitglied der Internationalen Akademie für Quantenmolekularwissenschaften sowie Ehrenmitglied der Internationalen Akademie der Wissenschaften München. Von 1988 bis zu seinem Tod leitete er das Institut für Fundamentale Chemie. Von 1983 bis 1984 war er zudem Präsident der Japanischen Chemischen Gesellschaft . Neben dem Nobelpreis erhielt er zahlreiche weitere Auszeichnungen , darunter den Preis der Japanischen Akademie (1962), die Auszeichnung „Person of Cultural Merit“ (1981) und den Kaiserlichen Orden Großkordon des Ordens der Aufgehenden Sonne (1988) sowie viele weitere, weniger prestigeträchtige Ehrungen.

1952 präsentierte Fukui zusammen mit seinen jungen Mitarbeitern T. Yonezawa und H. Shingu seine Molekülorbitaltheorie der Reaktivität aromatischer Kohlenwasserstoffe , die im Journal of Chemical Physics erschien . Damals fand sein Konzept unter Chemikern nicht die gebührende Beachtung. In seiner Nobelpreisrede 1981 bemerkte Fukui, dass seine ursprüngliche Arbeit „eine Reihe kontroverser Kommentare hervorrief. Dies war in gewisser Weise verständlich, da mir aufgrund mangelnder praktischer Erfahrung die theoretische Grundlage für dieses bemerkenswerte Ergebnis unklar oder vielmehr unzureichend dargestellt war.“

Das Konzept der Grenzorbitale erlangte Anerkennung nach der Veröffentlichung der Woodward-Hoffmann-Stereoselektionsregeln durch Robert B. Woodward und Roald Hoffmann im Jahr 1965. Diese Regeln ermöglichten die Vorhersage von Reaktionsgeschwindigkeiten zwischen zwei Reaktanten. Die in Diagrammen dargestellten Regeln erklären, warum manche Paare leicht reagieren, andere hingegen nicht. Grundlage dieser Regeln sind die Symmetrieeigenschaften der Moleküle, insbesondere die Anordnung ihrer Elektronen. Fukui räumte in seiner Nobelpreisrede ein: „Erst nach dem bahnbrechenden Werk von Woodward und Hoffmann wurde mir vollends bewusst, dass nicht nur die Elektronendichteverteilung, sondern auch die Knoteneigenschaften der einzelnen Orbitale für eine so große Vielfalt chemischer Reaktionen von Bedeutung sind.“

Das Bemerkenswerte an Fukuis bedeutenden Beiträgen ist, dass er seine Ideen entwickelte, bevor Chemiker Zugang zu Großrechnern für Modellierungen hatten. Neben der Erforschung der Theorie chemischer Reaktionen umfassen Fukuis Beiträge zur Chemie auch die statistische Theorie der Gelierung , die organische Synthese mit anorganischen Salzen und die Polymerisationskinetik .

In einem Interview mit der Zeitschrift „New Scientist“ im Jahr 1985 übte Fukui scharfe Kritik an den in japanischen Universitäten und der Industrie angewandten Praktiken zur Wissenschaftsförderung. Er bemerkte: „Japanische Universitäten haben ein Lehrstuhlsystem mit einer starren Hierarchie. Dies hat seine Vorteile, wenn man wie in einem Labor an einem bestimmten Thema arbeiten möchte. Wer jedoch originäre Forschung betreiben will, muss früh anfangen, und junge Menschen sind durch das Lehrstuhlsystem eingeschränkt. Auch wenn Studierende nicht frühzeitig Assistenzprofessoren werden können, sollten sie zu originärer Forschung ermutigt werden.“ Fukui ermahnte auch die japanische Industrieforschung: „Die Industrie konzentriert ihre Forschungsbemühungen eher auf ihr Tagesgeschäft. Es ist für sie sehr schwierig, sich mit Grundlagenforschung zu befassen. Es ist notwendig, langfristige Forschung zu fördern, selbst wenn wir ihr Ziel und ihre Anwendung noch nicht kennen.“ In einem weiteren Interview mit „ The Chemical Intelligencer“ führte er seine Kritik weiter aus: „Wie weltweit bekannt ist, versucht Japan seit Beginn dieses Jahrhunderts, zu den westlichen Ländern aufzuschließen, indem es wissenschaftliche Erkenntnisse von ihnen importiert.“ Japan steht in gewisser Hinsicht noch relativ am Anfang der Grundlagenforschung, sowohl gesellschaftlich als auch gesellschaftlich. Der Mangel an Innovationsfähigkeit und die Finanzierung, in denen westliche Länder deutlich im Vorteil sind, schaden dem Land in diesem Bereich. Allerdings hat er auch festgestellt, dass sich die Situation in Japan verbessert, insbesondere die Finanzierung der Grundlagenforschung, die seit Jahren stetig steigt.

Erkennung

Fukui erhielt den Nobelpreis für seine Erkenntnis, dass sich die Reaktivität gut näherungsweise durch die Betrachtung der Grenzorbitale ( HOMO/LUMO ) beschreiben lässt. Dies basierte auf drei zentralen Beobachtungen der Molekülorbitaltheorie bei der Wechselwirkung zweier Moleküle.

  1. Die besetzten Orbitale verschiedener Moleküle stoßen sich gegenseitig ab.
  2. Die positiven Ladungen des einen Moleküls ziehen die negativen Ladungen des anderen an.
  3. Die besetzten Orbitale des einen Moleküls und die unbesetzten Orbitale des anderen (insbesondere HOMO und LUMO) interagieren miteinander und verursachen so eine Anziehung.

Aus diesen Beobachtungen leitet die Theorie der Grenzorbitale (FMO) eine Vereinfachung der Reaktivitätsbeschreibung ab, die auf Wechselwirkungen zwischen dem HOMO der einen Spezies und dem LUMO der anderen reduziert ist. Dies trägt zum Verständnis der Vorhersagen der Woodward-Hoffmann-Regeln für thermische pericyclische Reaktionen bei, die sich wie folgt zusammenfassen lassen: „Eine pericyclische Grundzustandsänderung ist symmetrieerlaubt, wenn die Gesamtzahl der (4q+2)s- und (4r)a-Komponenten ungerade ist.“ [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]

Fukui wurde 1989 zum ausländischen Mitglied der Royal Society (ForMemRS) gewählt . [ 2 ]

Bibliographie

  • Fukui, Kenichi (1975). Theorie der Orientierung und Stereoselektion . Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-642-61917-5OCLC  851731799 .​
  • Fukui, Ken'ichi (1984). Gakumon no sōzō (auf Japanisch) (Shohan-Hrsg.). Tōkyō: Kōsei Shuppansha. ISBN 4-333-01143-4OCLC  15398674 .​
  • Fukui, Ken'ichi (1997). Grenzorbitale und Reaktionswege: Ausgewählte Arbeiten von Kenichi Fukui . Hiroshi Fujimoto. Singapur: World Scientific. ISBN 978-981-279-584-7OCLC  827945034 .​
  • Tanaka, Kazuyoshi; Yamabe, Tokio; Fukui, Ken'ichi (Hrsg.) (1999). Die Wissenschaft und Technologie der Kohlenstoffnanoröhren . Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-08-042696-9OCLC  162135808 .​

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ McDowell, Julie L.; Belcher, Julia (Oktober 2002). „Fukui’s Frontiers: The first Japanese scientist to win a Nobel Prize introduced the concept of frontier orbitals“ (PDF) . Chemistry Chronicles. Today’s Chemist at Work . 11 (10). American Chemical Society : 51–52 . ISSN 1532-4494 . Archiviert (PDF) vom Original am 29.06.2024 . Abgerufen am 09.11.2015 . 
  2. ^ Buckingham , AD ; Nakatsuji, H. (November 2001). „Kenichi Fukui: 4. Oktober 1918 – 9. Januar 1998“ . Biografische Erinnerungen von Fellows der Royal Society . 47 : 223–237 . doi : 10.1098/rsbm.2001.0013 . eISSN 1748-8494 . ISSN 0080-4606 .  
  3. ^ Fukui, Kenichi (19. November 1982). „Die Rolle der Grenzorbitale in chemischen Reaktionen“ . Science . 218 (4574). „Der Artikel wird hier mit Genehmigung der Nobelstiftung veröffentlicht und erscheint auch im Gesamtband der „Prix Nobel en 1982“ sowie in der Reihe „Nobel Lectures“ (in englischer Sprache), herausgegeben von Elsevier Publishing Company, Amsterdam und New York.“ AAAS : 747–754 . Bibcode : 1982Sci ... 218..747F . doi : 10.1126 / science.218.4574.747 . ISSN 0036-8075 . JSTOR 1689733. PMID 17771019. S2CID 268306. EBSCOhost 84712238 . Gale A2523333 .      
  4. ^ Fukui, Kenichi; Yonezawa, Teijiro; Shingu, Haruo (April 1952). „Eine Molekülorbitaltheorie der Reaktivität in aromatischen Kohlenwasserstoffen“ . Das Journal of Chemical Physics . 20 (4). American Institute of Physics : 722–725 . Bibcode : 1952JChPh..20..722F . doi : 10.1063/1.1700523 . eISSN 1089-7690 . ISSN 0021-9606 .  
  5. ^ Bell, John; Johnstone, Bob; Nakaki, Setsuko (21. März 1985). „Das neue Gesicht der japanischen Wissenschaft“. New Scientist . Band 105, Nr. 1448. London. S.  30–35 .
  6. ^ Sri Kantha, Sachi (1998). „Kenichi Fukui“ . In: Olson, Richard; Smith, Roger (Hrsg.). Biographical Encyclopedia of Scientists . Band 2 „Cori–Heisenberg“. Marshall Cavendish. S.  456–458 . ISBN 0-7614-7066-2. LCCN  97-23877 .
  7. ^ Hargittai, István (April 1995). „Fukui und Hoffman: Zwei Gespräche – [Gespräch mit Fukui]“. The Chemical Intelligencer . Band 1, Nr. 2. Springer-Verlag New York, Inc. S.  14–18 . ISSN 0947-0662 . 
  8. ^ „Kenichi Fukui“ . Only@JCE Online: Biografische Kurzporträts berühmter Chemikerinnen und Chemiker aus Minderheiten. Journal of Chemical Education Online . Division of Chemical Education, Inc., American Chemical Society. Archiviert vom Original am 8. Februar 2012. Abgerufen am 9. November 2015 .
  9. ^ Kenichi Fukui auf Nobelprize.org, abgerufen am 11. Oktober 2020
  10. ^ Theorie der Orientierung und Stereoselektion (1975), ISBN 978-3-642-61917-5
  11. ^ Ein Einstein-Wörterbuch , Greenwood Press, Westport, CT, von Sachi Sri Kantha; Vorwort von Kenichi Fukui (1996), ISBN 0-313-28350-8
  12. ^ Grenzorbitale und Reaktionswege: Ausgewählte Arbeiten von Kenichi Fukui (1997) ISBN 978-981-02-2241-3
  13. ^ Die Wissenschaft und Technologie der Kohlenstoffnanoröhren, herausgegeben von Kazuyoshi Tanaka, Tokio Yamabe und Kenichi Fukui (1999), ISBN 978-0080426969