Хофман (Hoffmann), Роальд

Американский химик Роалд Хофман (при рождении Сафран), названный в честь норвежского исследователя Роальда Амундсена, родился в г. Злоцзове в Польше (ныне г. Золочев, Украина, СССР), в семье инженера Хиллеля Сафрана и школьной учительницы Клары Розен. В период с начала второй мировой войны по июнь 1941 г. на этой территории находились войска Советской Армии. Когда немецкая армия оккупировала эту местность, Сафраны, евреи по национальности, были интернированы в гетто, а затем в трудовой лагерь. В 1943 г. Сафрану-старшему удалось тайно переправить сына и его мать из лагеря, и остаток войны они прятались на чердаке школы вблизи украинского хутора. Отец Хофмана остался в лагере и, как большинство заключенных, был уничтожен нацистами. Хофман и его мать сумели остаться в живых и были освобождены Советской Армией в июне 1944 г. Позднее они переехали в Краков, где мальчик смог посещать школу и где мать вышла замуж за Пауля Хофмана.

В течение последующих трех лет Хофманы жили в лагере для перемещенных лиц в Австрии и Германии. В 1949 г. они смогли эмигрировать в Соединенные Штаты Америки, где обосновались в Нью-Йорке. Хофман выучил английский язык, свой шестой язык, посещая государственную школу в Бруклине, а затем поступил в Стуивесантскую среднюю школу, специализированную на изучении естественнонаучных предметов. Он начал свое высшее образование по медицине в Колумбийском университете в 1955 г. и через три года получил степень бакалавра, после чего в Гарвардском университете специализировался по химии.

В 1959 г. в Упсальском университете в Швеции Хофман прослушал летний курс по квантовой химии. В это время он познакомился с Евой Бёрьессон, в 1960 г. они поженились и уехали в Гарвард. Вскоре после этого супруги провели год в Советском Союзе, где Хофман учился в Московском государственном университете «по обмену».

Вернувшись в Гарвард, Хофман начинает совместные исследования с Уильямом Н. Липскомбом, используя компьютерную технику для расчетов энергетических барьеров в органических молекулах. Он применил правило Хюккеля (которое определяет число электронов в электронном облаке данной молекулы) для вычислений электронной структуры гидридов бора и полиэдрических молекул. После получения докторской степени в 1962 г. Хофман работал в течение трех лет в Гарварде, имея стипендию для выполнения научно-исследовательской работы. Под влиянием Е.Дж. Кори и Р.Б. Вудворда он переключился с теоретической химии на прикладную органическую химию.

Квантовая теория, разработанная главным образом в 20-х годах Луи де Бройлем, Эрвином Шрёдингером и Вернером Гейзенбергом, есть математическое описание поведения частиц на атомном и субатомном уровне. Квантовая механика – приложение этой теории к движению частиц. В 1965 г., пытаясь найти объяснение несколько неожиданной реакции, обнаруженной Вудвордом при синтезе витамина В12, Вудворд и Хофман открыли законы, основанные на квантовой механике и позволяющие предсказывать, будут ли продуктивны реакции для определенных комбинаций химических реагентов.

В основе законов Вудворда – Хофмана заложена известная с 70-х годов прошлого века идея о том, что система стремится принять такую конфигурацию, при которой ее энергия была бы минимальной. Если образующиеся соединения имеют энергию меньшую, чем исходные реагенты, то реакция протекает при заданных атмосферных условиях (давлении и температуре). Если же продукт реакции находится на более высоком энергетическом уровне, чем сумма индивидуальных исходных соединений, то такая реакция не произойдет.

Химическая связь между атомами образуется при наложении их электронных орбит, что происходит, когда орбитали (области наибольшей вероятности нахождения электронов) реагирующих веществ симметричны. Другими словами, они должны находиться в том же пространстве и в той же фазе. Законы Вудворда – Хофмана обеспечивают возможность математического предсказания, будет ли определенная химическая реакция поддерживать предполагаемую симметрию и соответственно будет ли образовываться продукт с более прочной связью и более высокой стабильностью, чем исходные реагенты.

Вудворд и Хофман анализировали эти эффекты орбитальной симметрии для реакций, в которых несколько связей разрывались или образовывались одновременно, а не для последовательно протекающих процессов с образованием промежуточных соединений. Законы Вудворда – Хофмана получили широкий резонанс как наиболее выдающиеся теоретические достижения после второй мировой войны. Из-за простоты их формулировок и отсутствия требований применения сложной компьютерной обработки они широко использовались в практической медицине и промышленности. Их относительная простота согласуется с убеждением Хофмана, что способность достоверно делать предсказание без лабораторных вычислений является основой понимания. «Если вы обращаетесь к компьютеру, значит, вы не поняли закона», – говорит он. Вудворд и Хофман описали свои открытия в 1970 г. в книге «Сохранение орбитальной симметрии».

По окончании срока стипендии Хофман в 1965 г. переходит в Корнеллский университет на должность адъюнкт-профессора по химии (1965 – 1968), а затем становится полным (действительным) профессором. В 1974 г. ему было присуждено звание профессора физических наук.

В 1981 г. Хофман совместно с Кэниши Фукуи был награжден Нобелевской премией по химии «за разработку теории протекания химических реакций, созданную ими независимо друг от друга». Хотя Фукуи разработал свои идеи раньше Хофмана, его глубоко математизированные статьи, опубликованные в японских журналах, читал лишь небольшой круг западных химиков. «Концепции граничных орбиталей и сохранения орбитальной симметрии расширили границы понимания взаимодействия молекул при их столкновении», – отметила Инга Фишер-Хьялмарс, член Шведской королевской академии наук, в своей речи при презентации лауреатов. «В результате Вашей теоретической работы появились новые, огромной значимости возможности для планирования химических экспериментов».

После получения Нобелевской премии Хофман заинтересовался взаимосвязью структуры и реакционной способности неорганических и металлоорганических соединений, от маленьких двухатомных комплексов до кластеров, включающих несколько атомов переходных металлов. Используя молекулы, состоящие из металл-лигандных фрагментов, Хофман также исследовал образование кластеров и геометрию олефин- и полиен-металлокарбонильных комплексов. Предсказанные им структуры новых типов трехслойных и порфириновых «сэндвичей» были синтезированы другими исследователями. Он и его коллеги также изучают твердофазные структуры.

Другие интересы Хофмана были связаны с пониманием взаимосвязи науки с искусством и сходных процессов в этих двух областях. Хофманы, которые имеют сына и дочь, живут в Итаке (штат Нью-Йорк). Хофман принял американское гражданство.

Кроме Нобелевской премии, Хофман получил премию Общества химии особо чистых соединений (1969), лекторскую премию Гаррисона Е. Хоува (1970), премию Артура К. Коупа (совместно с Вудвордом) в 1973 г., премию Полинга (1974), медаль Николса (1981) и премию за выдающиеся заслуги в развитии неорганической химии (1982), причем все премии были вручены Американским химическим обществом, а также премию Международной академии квантово-молекулярных исследований (1971). Он является членом американской Национальной академии наук, Американской ассоциации фундаментальных наук, Международной академии квантово-молекулярных исследований и Американского физического общества. Он обладатель почетных ученых степеней Королевского технологического института в Швеции и Йельского университета.