Фукуи, Кэнъити: биография
На третьем курсе он начал учиться в аспирантуре под руководством младшего профессора Харуо Сингу (профессор Кита собирался уходить на пенсию). Кроме основного поля исследований — исследования углеводородных реакций с пентахлоридом сурьмы, Фукуи была также интересна разная реакционная способность ароматических соединений, таких как нафталин и антрацен. Это было предметом новой электронной теории, первые зачатки которой только начинали появляться; для Кэнъити было удачей, что результаты его экспериментов не объяснялись существующими теориями.
Кэнъити окончил кафедру инженерии Университета Киото в марте 1941 года и поступил в аспирантуру факультета топливной химии на кафедру инженерии. Его научным руководителем был профессор Синдзиро Кодама, который также учился у профессора Киты. Кодама обучался в Германии с 24-х лет и имел также много книг по квантовой химии и электромагнетизму. У Кэнъити появилась возможность изучать фундаментальную физику в свободной атмосфере в лаборатории Кодамы.
Научная деятельность
Написание докторских тезисов
В августе 1941 года Кэнъити переехал в Топливный институт Японской армии в Токио. В 1943 году он читал лекции на факультете топливной химии, в Университете Киото, а в 1944 году стал там помощником профессора. Кэнъити проводил много времени занимаясь квантовой механикой, особенно интересными для него стали книги Р. Х. Фоулера «Статистическая механика» (1936) и «Введение в квантовую механику» (1947) «Введение в физику частиц» (1948) Хидэки Юкавы. Топливный институт был занят синтезом углеводородов, которые могли улучшить свойства бензина. В США использовали 2,2,4-триметилпентан, и Кэнъити пришлось синтезировать похожие соединения из бутанола, который получали брожением сахара. В сентябре 1944 его команда преуспела в синтезе изооктана и получила грант от японской армии. После 2-й Мировой Войны, Кэнъити вернулся в Университет Киото и стал заниматься молекулярным дизайном под руководством профессора Кодамы. Он работал над синтезом полиэтилена высокого давления. Из этого исследования состояла часть его кандидатской диссертации, которая называлась «Теоретическое изучение температурного распределения в реакторах химической промышленности». Это было 200-страничное исследование. Когда он показал его профессору Ките, который к тому времени уже ушёл на пенсию, тот сказал лишь, что оно очень толстое. Кэнъити окончил исследование летом 1948 года.
Теория химических реакций, теория орбиталей
После завершения написания диссертации, Кэнъити решил заняться изучением теории химических реакций. В те дни химические реакции были основным предметом изучения на факультете естественных наук кафедры химии Университета Киото. В частности, в это время в данной области работали Хориба, Т. Ли и С. Сасаки. Исследования отличались от того, к чему Фукуи привык на факультете естественных наук в Университете Токио, где занимались изучением молекулярной структуры. В такой атмосфере Кэнъити было удобно заниматься теорией химических реакций.
Экспериментальное изучение реакций углеводородов, которые он провел в студенческие годы и позже в Топливном институте в Токио сформировали базу для его теоретических изысканий. В 1951 Фукуи стал профессором факультета топливной химии. В феврале того года на факльтете был пожар и ему пришлось делить свою лабораторию с профессором Сингу и другими. Именно в этой комнате родилась теория граничных орбиталей. Он считал, что электрон на внешней орбитали играет очень важную роль в процессе химической реакции, именно во внешних частях молекул происходит химическая реакция. Орбиталь, участвовавшая в химической реакции была названа «граничной орбиталью». Фукуи первым посчитал плотность граничных электронов нафталина и обнаружил, что плотность была максимальной в месте, где происходила химическая реакция. Он преуспел с помощью Тэдзиро Ёнэдзавы, своего аспиранта, в изучении более сложных углеводородов, таких как антрацен, пирен и перилен. Теория пограничных орбиталей точно показала позиции химических атак электрофилами вроде NO2+, таким образом подтвердив себя в эксперименте. Коллекция множества экспериментальных результатов была интерпретирована с помощью профессора Сингу, органика с глубокими знаниями электронной теории органических реакций. Ученые решили назвать новую теорию в честь профессора Сингу, который предложил «граничную» электронную теорию. Одной из наиболее важных его статей является его первая теория химических реакций. Он нашел корреляцию между реакционной способностью ароматических углеводородов к электрофильным реагентам и квадратами коэффициентов атомных орбиталей в линейной комбинации верхних занятых молекулярных орбиталей (ВЗМО).
