Фукуи (Fukui), Кениши

Японский химик Кэниши Фукуи родился в г. Нара на острове Хонсю и был старшим из трех сыновей Хиэ и Рёкихи Фукуи, внешторгового коммерсанта и менеджера. Будучи школьником старших классов, Фукуи проявлял мало интереса к химии, но его отец уговорил его поступить на факультет химической технологии Киотского императорского университета (ныне Киотского университета). «Это был решающий момент при выборе профессии», – вспоминал впоследствии Фукуи. Он окончил университет в 1941 г. и в течение следующих трех лет работал в области химии синтетического топлива в военной лаборатории. В 1948 г. он получил докторскую степень в Киотском университете, находясь уже в течение трех лет в должности ассистент-профессора. В 1951 г. он становился полным (действительным) профессором физической химии и с тех пор постоянно работает в Киотском университете.

Первые исследования Фукуи были разноплановыми; они включали работы в таких областях, как моделирование реакций, органический синтез в присутствии неорганических солей, а также кинетика и катализ полимеризации. При выполнении этих работ он проявил интерес к явлениям, протекающим на субмолекулярном уровне в промышленных химических процессах, и к их математическому описанию.

Молекулы – это группы атомов, соединенных вместе электронами. В химических реакциях между двумя и более молекулами существующие электронные связи распадаются и образуются новые, что и ведет к созданию нового вещества. Часто новые вещества проявляют совершенно другие свойства по сравнению с исходными материалами. Электроны постоянно движутся вокруг атомного ядра по траекториям, называемым орбиталями. Наиболее хорошо изученные реакции – это реакции, в которых одновременно разрывается или образуется только одна связь. Однако во многих так называемых согласованных реакциях одновременно под действием неизвестных сил образуются или распадаются несколько связей. Каждая молекула имеет несколько электронов, причем орбиталь каждого является составляющей всей молекулы. Как описано Нильсом Бором, каждая орбиталь имеет характерный энергетический уровень.

Под влиянием теории донорно-акцепторных комплексов Роберта С. Малликена Фукуи обнаружил в начале 50-х годов, что только малое число молекулярных орбиталей, которые он назвал граничными орбиталями, имеют значимость для протекания реакции. Под химической реакцией он понимал взаимодействие между занятой молекулярной орбиталью с наибольшей энергией одного соединения и занятой молекулярной орбиталью с наименьшей энергией другого соединения. Одна молекула предоставляет наиболее слабо связанные электроны другой молекуле, которая принимает их на то место, где они прочно связываются, создавая новую орбиталь с промежуточным энергетическим уровнем.

В результате десятилетних усилий Фукуи определил, что геометрическое расположение (или симметрия) граничных орбиталей играет важную роль в химических реакциях. В то же самое время Роалд Хофман и Р.Б. Вудворд, работая независимо от Фукуи, описали ряд закономерностей, позволяющих предсказывать возможность протекания реакции между органическими молекулами. Так как свои теории Фукуи описал с применением сложных математических терминов в японских журналах, на них не обратили большого внимания. Лишь публикация Вудворда и Хофмана (1965), излагающая описание закономерностей, которые основывались на концепции орбитальной симметрии, высветила значимость идей Фукуи.

В результате Фукуи и Хофман получили в 1981 г. Нобелевскую премию по химии «за разработку теории протекания химических реакций, созданной ими независимо друг от друга». «Используя свою теорию, Фукуи открыл закономерности для многих групп химических реакций органических соединений», – сказала Инга Фишер-Хьялмарс, член Шведской королевской академии наук. Затем Фишер-Хьялмарс проиллюстрировала это следующим примером: «Нафталин является важным исходным соединением в производстве красителей. В течение долгого времени был известен вызывающий недоумение факт, что атомы водорода в различных положениях в молекуле нафтафлина имеют различную способность к реакции. Объяснение этому впервые было найдено с помощью теории Фукуи». Более того, добавила Фишер-Хьялмарс, вклад двух лауреатов в стереохимию привел «к радикальным переменам в области планирования химических экспериментов».

В дальнейшем Фукуи развил концепцию граничных орбиталей с применением ее к трем или более реагирующим молекулам.

Американские коллеги Фукуи характеризовали его как скромного и приятного человека. Его любимыми видами отдыха были прогулки по пригороду Киото, рыбалка и игра в гольф. Он и Томоэ Хориэ, на которой он женился в 1947 г., имели сына и дочь.

В 1970 г. Фукуи был избран на должность старшего иностранного ученого-специалиста Американского национального научного фонда, с 1980 г. он являлся президентом филиала Института прикладного искусства и текстильных волокон при Киотском университете. Он был членом международной Академии квантово-молекулярных исследований. В 1978 – 1979 гг. был вице-президентом Японского химического общества, а в период с 1983 по 1984 г. – его президентом. Кроме того, в 1973 г. он участвовал в выполнении американо-японской научно-исследовательской обменной программы. Он также являлся членом Европейской академии искусств, естественных и гуманитарных наук и Американской академии наук и искусств.