Клосс, Герхард Людвиг

Герхард Людвиг Клосс

Герхард Людвиг Клосс (1 мая 1928, Эльберфельд, Вупперталь — 24 мая 1992, Палос-Парк, Иллинойс) — американский химик-органик немецкого происхождения, специалист в области физической органической химии. Получил известность благодаря новаторским исследованиям химии карбенов, применению спектроскопических методов для изучения промежуточных продуктов реакций и экспериментальному подтверждению теории переноса электрона Маркуса. Член Национальной академии наук США (1974) и Американской академии искусств и наук (1975).

Биография[править | править код]

Ранние годы и образование[править | править код]

Родился в Эльберфельде (ныне район Вупперталя) — промышленном центре Германии с развитой химической отраслью. Его школьное образование было прервано Второй мировой войной: в 1944 году шестнадцатилетний Клосс был призван в армию, получил тяжёлое ранение на Восточном фронте и смог завершить среднее образование только после окончания войны. Высшее образование получил в Тюбингенском университете, где в 1955 году под руководством будущего нобелевского лауреата Георга Виттига защитил диссертацию на соискание степени доктора философии, посвящённую перегруппировкам илидов. Затем в течение двух лет работал постдокторантом в Гарвардском университете в группе выдающегося синтетика Роберта Бёрнса Вудворда, где участвовал в проекте по полному синтезу хлорофилла.

Научная карьера[править | править код]

С 1957 года научная деятельность Клосса была связана с Чикагским университетом, где он начал работу в должности ассистента профессора. Его академическая карьера развивалась стремительно: получение постоянной преподавательской позиции в 1961 году, присвоение звания профессора в 1963 году и назначение заслуженным профессором имени Майкельсона в 1974 году. Научные достижения Клосса были отмечены стипендией Слоуна. Признанием его авторитета стали многочисленные приглашения прочитать лекции (включая лекцию имени Байера) и руководство работой Гордоновских конференций в 1981 и 1990 годах.

С 1981 по 1984 год Клосс занимал руководящую должность в Аргоннской национальной лаборатории, что ознаменовало новый этап в его исследованиях — его научная группа сосредоточилась на проблемах переноса электрона. Он продолжал активную исследовательскую работу до конца жизни. Скончался от обширного инфаркта 24 мая 1992 года в Палос-Парке (штат Иллинойс).

Научная деятельность[править | править код]

Герхард Клосс внёл фундаментальный вклад в несколько направлений физической органической химии, последовательно осваивая новые экспериментальные подходы и применяя их для решения ключевых научных проблем. Его работы отличались глубоким пониманием как химических механизмов, так и лежащих в их основе физических принципов.

Химия карбенов[править | править код]

Считается одним из основоположников современной химии карбенов. Под его руководством были усовершенствованы ключевые методы получения этих нестабильных частиц. В частности, его группа широко применяла генерацию дихлоркарбена из дихлорметана, а также реакции с участием литийорганических соединений. Для карбеноподобных частиц, образующихся в последнем процессе в виде комплексов с галогенидом лития, Клосс предложил термин «карбеноиды», получивший всеобщее признание.

Исследования его лаборатории охватывали разнообразные превращения карбенов, включая циклопропанирование алкенов, получение тропильных солей из ароматических соединений и реакции с гетероциклами (пиррол, индол), приводящие к расширению цикла.

Наиболее значимым достижением стало первое прямое экспериментальное наблюдение карбенов. В 1962 году совместно с Клайдом Хатчисоном Клоссу удалось зарегистрировать спектр электронного парамагнитного резонанса дифенилметилена в основном триплетном состоянии, используя монокристаллическую матрицу. Этот результат предоставил неопровержимые экспериментальные свидетельства существования карбенов и подтвердил их электронную структуру. В дальнейшем его научная группа одной из первых применила лазерную спектроскопию с временным разрешением для кинетического изучения реакций карбенов.

Химически индуцированная динамическая поляризация ядер[править | править код]

Ключевым достижением Клосса стало развитие метода химически индуцированной динамической поляризации ядер (ХИДПЯ). Если первоначально это явление рассматривалось как курьёз, то благодаря его работам оно превратилось в полноценный инструмент физической органической химии. Клосс внёс определяющий вклад как в теоретическое обоснование метода, так и в его экспериментальные аспекты. Предложенная им в 1969 году теория радикальных пар дала универсальное объяснение наблюдаемым эффектам и впоследствии стала общепризнанной.

На её основе он показал, что анализ ХИДПЯ позволяет определять мультиплетность частиц-предшественников и изучать влияние на реакцию разности g-факторов радикалов. Для проверки этих положений его группой были разработаны оригинальные экспериментальные подходы. Особое значение имело создание методики лазерного флэш-фотолиза с детекцией ХИДПЯ, которая впервые позволила изучать кинетику быстрых реакций в реальном времени (с микросекундным разрешением), одновременно получая данные о структуре короткоживущих интермедиатов. Этот метод был успешно применён, в частности, для исследования строения радикал-ионов хлорофилла.

Перенос электрона[править | править код]

Работа в Аргоннской национальной лаборатории ознаменовала новый этап в карьере Герхарда Клосса, в течение которого он углубился в изучение механизмов переноса электрона. В сотрудничестве с Джоном Миллером Клосс исследовал внутримолекулярный перенос электрона в системах, где донор и акцептор были соединены жёстким спейсером. Результатом их совместных исследований стала знаковая публикация в журнале Science в 1988 году. В этой работе были представлены экспериментальные данные, которые расцениваются научным сообществом как первое чёткое доказательство существования инверсной области теории Маркуса в конденсированной фазе для органических соединений. Подтверждение этого фундаментального предсказания теории Маркуса имело большой резонанс в химии. Примечательно, что Нобелевский комитет, вручая Рудольфу Маркусу премию по химии в 1992 году, в своей речи особо отметил важность экспериментального подтверждения его теории, что произошло, в том числе, благодаря работам Клосса и Миллера.

Электронный парамагнитный резонанс и бирадикалы[править | править код]

Помимо исследований с помощью ХИДПЯ, Клосс внёс существенный вклад в развитие электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В сотрудничестве с М. Форбсом и Дж. Норрисом его группа в конце 1980-х годов исследовала фотохимические реакции в мицеллах. Было установлено, что необычные особенности в спектрах химически индуцированной динамической электронной поляризации (ХИДЭП) обусловлены спиновой корреляцией в радикальных парах. В обычном растворе этот эффект не наблюдается из-за быстрой диффузии радикалов, но в ограниченном пространстве мицелл он становится доступным для детекции. Эти работы заложили основу концепции спиново-коррелированных радикальных пар, которая ныне является общепринятой. Позднее, в начале 1990-х годов, Клосс с коллегами успешно применил ЭПР для изучения спиновой динамики в гибких полиметиленовых бирадикалах в растворе.

Семья[править | править код]

С 1956 года Герхард Клосс был женат на Лизелотте Клосс (урождённой Полмер), которая, как и он, была химиком и ученицей Георга Виттига. В своей диссертации под его руководством она экспериментально доказала промежуточное образование дегидробензола. Несмотря на свою высокую квалификацию, формальные правила университета против непотизма не позволяли ей получить оплачиваемую должность на том же факультете, где работал её муж. В результате Лизелотта Клосс участвовала в исследованиях мужа в качестве неоплачиваемого научного сотрудника. Она внесла существенный вклад в его работы, став соавтором многих публикаций. Её экспериментальные навыки сыграли особенно важную роль на начальном этапе исследований в области химически индуцированной динамической поляризации ядер.

Награды и признание[править | править код]

Медаль Жана Серваса Стаса Бельгийского химического общества (1971)
Премия Американского химического общества (1974)
Премия имени Артура Коупа Американского химического общества (1991)
Фотохимическая премия Межамериканского фотохимического общества (1992)
Член Национальной академии наук США (1974)
Член Американской академии искусств и наук (1975)
В его честь Межамериканское фотохимическое общество учредило Премию имени Г. Л. Клосса для студентов.

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]