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Hans Kuhn (químico)

Hans Kuhn (5 de diciembre de 1919 – 25 de noviembre de 2012) fue un químico suizo . Fue profesor emérito de química física y exdirector científico del Instituto Max Planck de Química Biofísica (Instituto Karl Friedrich Bonhoeffer) en Gotinga . [1] [2]

Biografía

Plan de estudios

Hans Kuhn nació en Berna , Suiza . Estudió química en la ETH de Zúrich y trabajó para su doctorado en la Universidad de Basilea bajo la guía de Werner Kuhn (no pariente). Recibió su habilitación en 1946. Desde 1946 hasta 1947 trabajó como investigador postdoctoral con Linus Pauling en Caltech en Pasadena y en 1950 con Niels Bohr en Copenhague . En 1951, se convirtió en profesor en la Universidad de Basilea. Fue nombrado en 1953 profesor y director del Instituto de Química Física de la Universidad Philipps de Marburgo, donde permaneció hasta 1970. Luego estuvo en el Instituto Max Planck de Química Biofísica (Instituto Karl Friedrich Bonhoeffer) en Göttingen como director del departamento 'Ensamblaje de sistemas moleculares' hasta su jubilación en 1985.

Fritz Peter Schäfer , Peter Fromherz  [de; pt] , Horst-Dieter Försterling, Viola Vogel y Dietmar Möbius estaban entre los estudiantes de Kuhn. Erwin Neher fue miembro de su departamento 'Ensamblaje de sistemas moleculares'.

Kuhn se casó con Elsi Hättenschwiler en 1948. Tuvieron cuatro hijos: Elisabeth, Andreas, Eva y Christoph. Elsi murió en 2004.

Investigación científica

Kuhn comenzó a trabajar para su doctorado investigando el desenrollado de una molécula de cadena enrollada aleatoria en un disolvente viscoso que fluía. Werner Kuhn le sugirió que reemplazara la espiral aleatoria por un modelo de mancuerna. Kuhn estaba fascinado por la simplicidad del modelo y por su gran éxito en el análisis teórico de una amplia variedad de experimentos en términos cuantitativos. Esta experiencia y su trabajo postdoctoral con Linus Pauling y Niels Bohr respaldaron esta fascinación por los modelos simples y poderosos y fueron determinantes para el trabajo de toda su vida en investigación. [3]

Las moléculas de polímeros se describieron como cadenas de elementos de cadena estadística. [4] Los elementos estadísticos preferenciales se definieron en 1943. [5] Hoy en día, el elemento preferencial se llama longitud de Kuhn; en el reciente libro de texto Principles of Physical Chemistry, simplemente se le llama elemento de cadena estadística. [6] Kuhn realizó experimentos con modelos macroscópicos de bobinas aleatorias para describir el comportamiento en líquidos que fluyen con mayor precisión que con el modelo de mancuernas. [7]

Polieno: energía potencial (se ignoran los valles de las capas nucleares) y densidad de electrones π. a) Inestabilidad de enlaces iguales. b) Estabilizado por alternancia de enlaces simples y dobles (longitud de enlace consistente con la aproximación de densidad de electrones π (BCD)).

En el laboratorio de Pauling, Kuhn intentaba comprender el color de los polienos describiendo los electrones π como partículas en una caja y se llevó una gran decepción: no funcionó. Más tarde, al aplicar el modelo a los tintes de cianina, observó una concordancia cuantitativa con el experimento. [8] Hoy en día, el modelo se llama modelo de electrones libres (FEMO). Vio la razón por la que había fallado en los polienos: una inestabilidad al suponer enlaces iguales conduce a una alternancia entre enlaces simples y dobles causada por la condición de autoconsistencia entre la longitud del enlace y la distribución de la densidad de electrones π. Justificó esta suposición al encontrar concordancia entre los espectros de absorción medidos y los predichos teóricamente. [9] Más tarde, esta suposición se verificó teóricamente. [10] Este efecto se denomina a menudo inestabilidad de Peierls : a partir de una cadena lineal de átomos igualmente espaciados, Peierls consideró la teoría de perturbación de primer orden con funciones de Bloch que mostraban la inestabilidad, pero no consideró la autoconsistencia resultante en la transición a la alternancia de enlaces simples y dobles. [11] [12] [13] [14] Las propiedades particulares de los polímeros conductores se basan en la relación teórica entre la alternancia de enlaces y la ecualización. El FEMO y sus mejoras condujeron a una teoría sobre la absorción de luz de los tintes orgánicos. [15] [16] En Marburgo, poco antes de la era de las computadoras digitales , Kuhn y Fritz Peter Schäfer desarrollaron una computadora analógica para resolver la ecuación de Schrödinger bidimensional . [17] Esta computadora analógica que llenaba la sala fue aplicada por el grupo de investigación de Kuhn para calcular las longitudes de enlace en sistemas de electrones π. [10] [15] [18] [19] [20] [21] [22]

Separación y contacto (de a a b y de b a c) con precisión atómica. Monocapa de un colorante fluorescente azul (donante) sobre un portaobjetos de vidrio parcialmente cubierto por una monocapa de un colorante fluorescente rojo (aceptor) fijado a una capa de polímero de PVA. Transferencia de energía del donante al aceptor en el contacto. [23] Cortesía de Dietmar Möbius. Reproducido con autorización de Wiley-VCH Verlag
(a) Modelado de la aparición de la primera cadena replicante (oligómero R). (b) Ubicación muy particular en el planeta prebiótico. Flecha: región pequeña, cambio cíclico muy particular de temperatura y muchas otras condiciones especiales dadas por casualidad. (c) Evolución de formas autorreproductoras cada vez más complejas al poblar regiones cada vez más desfavorables.

A principios de los años 1960, Kuhn pensó en un nuevo paradigma en química: la síntesis de diferentes moléculas que encajan estructuralmente entre sí de tal manera que forman unidades funcionales planificadas (máquinas supramoleculares). [24] Su grupo de investigación construyó prototipos simples de unidades funcionales supramoleculares mediante avances en las películas Langmuir-Blodgett . [25] [26] Estas películas se conocen hoy con el nombre de películas Langmuir-Blodgett-Kuhn (películas LBK) o capas Langmuir-Blodgett-Kuhn-(LBK). Las diferentes técnicas para manipular sistemas de monocapas se desarrollaron en estrecha colaboración entre Kuhn y Dietmar Möbius. Por lo tanto, las capas deberían llamarse capas Langmuir-Blodgett-Möbius-Kuhn (LBMK).

En estrecha correspondencia con el objetivo de construir unidades funcionales supramoleculares, él (ahora en el Instituto Max Planck de Química Biofísica en Göttingen ) abordó teóricamente el origen de la vida : modelando una cadena hipotética de muchos pequeños pasos físico-químicos que conducen al aparato genético. Algunos pasos son de particular importancia, como el paso que inicia la transición de un aparato de multiplicación y traducción a un aparato de multiplicación, transcripción y traducción. [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] Este aparato genético concuerda en la estructura básica y en el mecanismo con el aparato biológico de multiplicación y traducción. La habilidad del experimentalista para construir máquinas supramoleculares es reemplazada en el origen de la vida por condiciones muy particulares dadas por el azar en una ubicación muy particular en la tierra prebiótica y en otra parte del universo que impulsan el proceso.

El paradigma unificador ha llevado a construir máquinas supramoleculares y a inventar un camino que conduzca a un aparato basado en el mismo mecanismo que el aparato genético de los biosistemas. Esto requirió pensar en términos de modelos teóricos fuertemente simplificados que describen situaciones complejas. Se inventaron y desarrollaron nuevos métodos importantes en varios laboratorios. Esto causó una divergencia: química supramolecular, electrónica molecular, química de sistemas y contribuciones importantes a la nanotecnología. [34] [35] [36] [37] La ​​investigación futura se basará en la integración de estos temas. Tener en cuenta esta coherencia es estimulante y será útil. En opinión de Kuhn, estos desafiantes temas deberían incluirse en un libro de texto moderno sobre química física.

Durante su jubilación, Kuhn desarrolló (con su hijo Christoph y con Horst Dieter Försterling) su trabajo inicial sobre la densidad de electrones π (un precursor de la teoría funcional de la densidad (DFT)) hasta una aproximación muy útil llamada método BCD (la longitud de enlace es consistente con el método de densidad total de electrones π). Contribuyó a la comprensión de la fotosíntesis de las bacterias púrpuras , la bomba de protones de Halobacterium y el motor de la ATP sintasa . [6]

Honores y premios

Los elementos de esta lista son accesibles. [38]

Bibliografía

Referencias

  1. ^ Historia del Instituto Max Planck de Química Biofísica en Göttingen. Archivado el 11 de febrero de 2007 en Wayback Machine.
  2. ^ "Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie | Servicio | Presse- und Öffentlichkeitsarbeit | Pressemitteilungen | Trauer um Max-Planck-Direktor Hans Kuhn". Mpibpc.mpg.de. Archivado desde el original el 13 de diciembre de 2018 . Consultado el 9 de diciembre de 2012 .
  3. ^ H. Kuhn: Fascinación en el modelado de motivos , Capítulo 6 en R. Jaenicke y G. Semanza (Eds.) Temas seleccionados en la historia de la bioquímica: recuerdos personales VI (Bioquímica integral vol. 41) Elsevier Science 2000.
  4. ^ W. Kuhn: Ueber die Gestalt fadenförmiger Moleküle en Lösungen Kolloid Zeitschrift 68:2 (1934).
  5. ^ W. Kuhn y H. Kuhn: Die Frage nach der Aufrollung von Fadenmolekülen in strömenden Lösungen Helv. Chim. Actas 26:1394 (1943).
  6. ^ ab Principios de química física de Hans Kuhn, Horst-Dieter Försterling y David H. Waldeck, 2.ª edición, Wiley, Hoboken (2009)
  7. ^ H. Kuhn: Viscosidad, sedimentación y difusión de moléculas de cadena larga en solución determinadas mediante experimentos en modelos a gran escala. J. Colloid Sci. 5:331 (1950).
  8. ^ H. Kuhn: Elektronengasmodell zur quantum Deutung der Lichtabsorbor von organischen Farbstoffen J. Helv. Chim. Actas 31:1441 (1948).
  9. ^ H. Kuhn: Una teoría mecánica cuántica de la absorción de luz de colorantes orgánicos y compuestos similares J. Chem. Phys. 17:1198 (1949).
  10. ^ ab F. Bär, W. Huber, G. Handschig, H. Martin y H. Kuhn: "Naturaleza del modelo de gas de electrones libres. El caso de los polienos y poliacetilenos". J. Chem. Phys. 32, 470 (1960).
  11. ^ RE Peierls: Zur Theorie der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Metallen Ann. Física. 4:121-148 (1930).
  12. ^ RE Peierls: Teoría cuántica de sólidos Clarendon, Oxford (1955).
  13. ^ RE Peierls: Sorpresas en la física teórica Princeton University Press, Princeton (1979), p73.
  14. ^ RE Peierls: Más sorpresas en la física teórica Princeton University Press, Princeton (1991) p.29.
  15. ^ ab H. Kuhn: La teoría de los gases electrónicos del color de los tintes naturales y artificiales . Progreso en la química de los productos naturales orgánicos (ed. L. Zechmeister) 16:169 (1958) e ibid. 17:404 (1959).
  16. ^ H. Kuhn: Neuere Untersuchungen über das Elektronengasmodell organischer Farbstoffe. Werner Kuhn, Basilea, zum 60. Geburtstag gewidmet. Angélica. Química. 71:93–101 (1958).
  17. ^ FP Schäfer: "Analogrechner und Registrierautomat zur Ermittlung der stationären Wellenfunktionen und Energieniveaus eines Teilchens in einem zweidimensionalen Potentialfeld", Disertación Marburg (1960).
  18. ^ H. Kuhn, W. Huber, G. Handschig, H. Martin, F. Schäfer y F. Bär: "Naturaleza del modelo del electrón libre. El caso simple de las polimetinas simétricas". J. Chem. Phys., 32, 467 (1960)
  19. ^ H. Kuhn: Analogiebetrachtungen und Analogrechner zur quantenmechanischen Behandlung der Lichtabsorbsorción der Farbstoffe Archivado el 4 de julio de 2008 en Wayback Machine Chimia 15:53-62 (1961)
  20. ^ FF Seelig, W. Huber, H. Kuhn: Analogiebetrachtungen und Analogrechner zur Behandlung der Korrelation von π-Elektronen Archivado el 4 de julio de 2008 en Wayback Machine Zeitschrift für Naturforschung 17a: 114-121 (1962).
  21. ^ HD Försterling, W. Huber y H. Kuhn: Método de densidad electrónica proyectada de sistemas de electrones π I. Distribución de electrones en el estado fundamental. Int. J. Quantum Chem. 1, 225 (1967).
  22. ^ HD Försterling y H. Kuhn: "Método de densidad electrónica proyectada de sistemas de electrones π II. Estados excitados". Int. J. Quantum Chem. 2, 413 (1968).
  23. ^ D. Möbius: "Manipulieren in molekularen Dimensionen" Chemie en unserer Zeit 9:173-182 (1975).
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  27. ^ H. Kuhn: "Autoorganización de sistemas moleculares y evolución del aparato genético", Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 11:798–820 (1972)
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  30. ^ H. Kuhn, J. Waser: "Un modelo del origen de la vida y perspectivas en ingeniería supramolecular" en: J.-P.Behr (editor): "Principio de llave y cerradura", Chichester: Wiley 247–306 (1994)
  31. ^ H. Kuhn, C. Kuhn: "Mundo diversificado: ¿el motor del origen de la vida?", Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 42:262–6 (2003)
  32. ^ H. Kuhn: "Origen de la vida - Ruptura de simetría en el universo: surgimiento de la homoquiralidad" Current Opinion in Colloid & Interface Science 13:3–11 (2008).
  33. ^ H. Kuhn: "¿Es un misterio la transición de la química a la biología?" Química de sistemas 1:3 (2010).
  34. ^ J.-M. Lehn "Química supramolecular: conceptos y perspectivas". Wiley-VCH, Weinheim (1996)
  35. ^ M. Elbing, R. Ochs, M. Koentopp, M.Fischer, C. von Hänisch, F. Weigand, F. Evers, HB Weber, M. Mayor. "Un diodo de una sola molécula". PNAS 102, 8815-8820 (2005).
  36. ^ M. Kindermann, I. Stahl, M. Reimold, WM Pankau, G. von Kiedrowski "Química de sistemas: análisis cinético y computacional de un replicador orgánico casi exponencial". Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 44, 6750-6755 (2005).
  37. ^ H. Hess, GD Bachand, V. Vogel "Alimentación de nanodispositivos con motores biomoleculares". Chem. Eur. J. 10, 2110-2116 (2004).
  38. ^ artículos de premios

Enlaces externos