Ukrainian Scientists Worldwide

Українські науковці у світі

Квантовая химия. Киев: 1963 – 1991 / Ю. А. Кругляк. – Одесса: ТЭС, 2016 – 666 стр.; 76 рис.; 106 табл.; 971 лит.   

        Книга посвящена основным научным результатам в области квантовой химии и квантовой механики молекул моих коллег и сотрудников киевской группы квантовой химии Института физической химии им. Л. В. Писаржевского АН УССР и Института теоретической физики им. Н. Н. Боголюбова АН УССР полученным в период 1963 – 1991 годов.

        В первом разделе (главы 1 и 2) изложены методы решения молекулярного уравнения Шредингера, в том числе метод конфигурационного взаимодействия вплоть до полного КВ в представлении вторичного квантования и метод одноэлектронного гамильтониана в многоконфигурационной теории самосогласованного поля, впервые предложенные и разработанные в Киеве.

        Второй раздел (главы 3 – 5) полностью посвящен расчету молекул ab initio в базисе гауссовых функций, созданной в СССР впервые в Киеве неэмпирической  программе ФУГА и особенностям расчета молекул в ограниченных базисах гауссовых функций.

        Третий раздел (главы 6 – 11) содержит избранные наиболее важные результаты. Среди них разработанный в Киеве метод полного проектирования волновой функции неограниченного метода Хартри – Фока на состояние с определенной спиновой мультиплетностью на примере неэмпириского расчета бензильного радикала, детальный анализ взаимодействия иона Li+ с молекулой азота, подробно представлен киевский цикл исследований по фрагментации, конформациям и перегруппировке молекул во внешнем электрическом поле, дан обзор всех киевских результатов по квази-одномерным электронным системам, подробно изложен впервые разработанный в Киеве метод идеальных пиков для количественного изучения ближней упорядоченности в полимерах, наконец, представлен также цикл исследований по химической топологии и подробно изложен эффективный новый метод прогнозирования свойств молекулярных веществ с использованием новых инвариантов полностью взвешенных графов. Часть оригинальных результатов вместе со справочными сведениями вынесена в Приложения.                                            

        Книга предназначена прежде всего для специалистов в области квантовой и теоретической химии, однако, вводные главы книги могут быть полезными для магистрантов и аспирантов физиков и химиков.

Из предисловия

Памяти Александра Ильича Бродского,  

коллег и сотрудников киевской группы квантовой химии

ИФХ / ИТФ АН УССР 

Предисловие

        Мне повезло. Поступил с первого раза на химический факультет Харьковского университета. При 54 балах проходных для ребят (конкурс в 1954 году был 11 человек на одно место) набрал 53 бала (получил тройку за сочинение на украинском языке), но председатель конкурсной комиссии доц. Л. М. Литвиненко, а он слушал мои ответы на вопросы на экзамене по химии, отстоял мое зачисление.

        Сразу стал заниматься в кружке на кафедре органической химии под руководством Л. М. Литвиненко: нитрование бифенила мною закончилось небольшим пожаром, и это было моим последним увлечением экспериментальной химией.

        Встреча с проф. Н. П. Комарем решила мою судьбу. Я обратился к нему с вопросом – будет ли растворяться в воде идеальный, без каких-либо дефектов  кристалл соли NaCl? В ответ услышал: вам, молодой человек, нужно было поступать на физический факультет, а не на химический. Чуть ли не на следующий день он повел меня к ректору университета акад. И. Н. Буланкину, и я был зачислен студентом физического факультета, но с обязательством закончить и химический факультет.

        Самым ярким воспоминанием университетских лет осталась поездка со студенческим отрядом физиков на целину с середины мая по сентябрь 1956 года. Назад возвращались через Челябинск, где в книжном магазине нашел  Стенографический отчет Всесоюзного совещания «Состояние теории химического строения в органической химии» 11 – 14 июня 1951 г. Книга Я. К. Сыркина и М. Е. Дяткиной «Химическая связь и строение молекул» издания 1948 г. у меня уже была, краем уха уже слышал о критике теории резонанса в химии, теперь же узнал подробности как и кем вершился погром квантовой химии в СССР. По возвращении домой написал большую статью в стенгазету о гибели студентов на целине и том беспределе, которым сопровождалась уборка урожая в сентябре и о нашем бессмысленном и во многом трагическом пребывании на целине в мае – августе. Стенгазета провисела лишь несколько минут и в лице декана химфака  В. П. Корниенко приобрел фундаментального   недоброжелателя.       

        На физфаке я учился в группе физиков-теоретиков. Среди сокурсников особенно хорошо помню Илью Ахиезера, Станислава Гузенко, Игоря Кулика, Валентину Палатник и Игоря Фалько. Это были незабываемые годы учебы. Лекции по статфизике нам читал И. М. Лифшиц, по квантовой механике – А. И. Ахиезер, матфизику читал и вел практические занятия А. Я. Повзнер, и этот перечень блестящих ученых и преподавателей можно продолжить.  

        Моя дипломная работа была посвящена разработке дырочной теории растворимости. В ее основе лежала дырочная теория жидкости Я. И. Френкеля. Эта модель растворимости вскоре нашла применение на Северодонецком химическом комбинате при поиске растворителя для безопасного хранения необыкновенно взрывоопасного триацетилена. На память остались два авторских свидетельства об изобретении.

        Вопреки требованию декана В. П. Корниенко и мнению партбюро химфака       проф. Н. А. Измайлов принял меня в аспирантуру к себе на кафедру физической химии. Кроме сдачи стандартного экзамена по специальности  Николай Аркадьевич требовал также продемонстировать ему лично знание назубок двух монографий – его «Электрохимии растворов» и монографии Гуггенгейма «Современная термодинамика, изложенная по методу У. Гиббса» еще довоеного издания. Хорошо помню, уже в роли аспиранта, первую встречу с Николаем Аркадьевичем. Он начал прямой разговор с того, что плохо знает физику, еще хуже – математику, а хотел бы понять и объяснить такой обнаруженный им экспериментальный факт как удивительную близость энергий первичной сольватации ионов щелочных и щелочно-земельных металлов в растворителях совершенно различной химической природы, что абсолютно не соответствовало казавшейся тогда совершенно естественной электростатической теории сольватации ионов. Продемонстировал экспериментальные факты и подробно  рассказал о своем подходе к вычислению энергии первичной сольватации ионов из ее суммарного значения для соли. Эта первая встреча была в октябре 1959 года. Вторая встреча состоялась только в апреле следующего года. Я принес ему квантовую донорно-акцепторную модель первичной сольватации ионов, как катионов, так и анионов. Долго обсуждали в тот день, а закончили обсуждение уже вечером у него дома возможных следствий этой модели, в частности, для проблемы разделения энергии сольватации соли на ионные составляющие. Концовка этой встречи была для меня полной неожиданностью. «Завтра едем в Москву, расскажите эту модель Я. К. Сыркину и В. К. Семенченко. Послушаем их мнение». Мы таки послезавтра оказались в Москве. И Яков Кивович Сыркин и Владимир Ксенофонтович Семенченко слушали нас дома, с мелом в руках около обычной школьной доски. Пили чай с печеньем. Получили «добро». В то время Я. К. Сыркин собирал и редактировал  статьи по теоретической химии в готовящуюся к изданию «Краткую химическую энциклопедию» в 4-х томах. Предложил мне написать для энциклопедии статью «Координационная связь». Все это происходило для меня как во сне. Статью я, конечно, вовремя представил и она попала в энциклопедию.

        Вернулись домой в Харьков и еще в поезде Николай Аркадьевич предложил сразу засесть за короткую статью в ДАН СССР, наметил канву будущей статьи и поручил писать ее мне. Предстоящий месяц пока создавалась эта статья я иногда вспоминал это время почти с ненавистью к своему руководителю, а теперь уже давно вспоминаю с великой к нему благодарностью за то, что он научил меня писать научные статьи кратко, емко и ответственно: возвращал мне статью на переделку и доработку 17 раз. Статья «К вопросу о сольватации ионов» вышла в июньском номере 1960 года. Представил ее к печати акад. М. И. Кабачник. Это была моя первая публикация.  

        Кандидатскую диссертацию «Изучение сольватации протона и ионов металлов I и II групп элементов Периодической системы но основе квантовой механики» защищал на Ученом совете химического факультета в 1963 г. уже без Николая Аркадьевича. Он скончался неожиданно и скоропостижно 2 октября 1961 года. Вечная память замечательному человеку и нестандартному талантливому ученому и руководителю.

        В Киеве я оказался случайно и неожиданно для меня. На Пятой украинской республиканской конференции по физической химии (Киев, 1962) делал доклад «О природе связей в сольватах и механизме образования ионов лиония», который и привлек внимание акад. А. И. Бродского, в прошлом известного электрохимика. Получил приглашение на работу в его Институт физической химии АН УССР. В этот период научные интересы Александра Ильича лежали в области физической химии свободных радикалов. Он предложил подключиться к этому направлению и сосредоточиться на электронном строении и интерпретации спектров ЭПР свободных радикалов.   А это чистая квантовая химия. В отделе А. И. Бродского начала создаваться группа квантовой химии. Ее первыми сотрудниками были Виктор Данилов,  Юра Горлов, Светлана Христюк, Ирина Ященко. Начали осваивать ЭВМ М-20 Института кибернетики АН УССР и вместе с сотрудниками этого института         Б. Н. Пшеничным и В. С. Квакушем запустили первую в СССР программу на кодах М-20, реализующую метод молекулярних орбиталей Хюккеля. Начал собираться семинар по квантовой химии, активным участником которого всегда был Георгий Глебович Дядюша, замечательный человек и блестящий ученый, он работал в ИОХ АН УССР. В группу влились Слава Лутошкин, был принят Миша Долгушин после его аспирантуры в Дубне у Н. Н. Боголюбова, перешел к нам из другого института Виктор Куприевич, появились аспиранты Е. В. Моздор, Н. Е. Радомысельская,                      И. И. Украинский. Шла интенсивная и многоплановая работа по развитию и программированию самосогласованных методов расчета электронной структуры молекул. Всех нас увлек расчетами компонентов нуклеиновых кислот Виктор Данилов. В 1967 г. он успешно защитил кандидатскую диссертацию «Квантовомеханическое изучение компонентов нуклеиновых кислот в связи с молекулярними механизмами мутагенеза». Он был моим первым защитившимся аспирантом. Вскоре после защиты Виктора перевели в Институт молекулярной биологии и генетики АН УССР, где начал создаваться его отдел квантовой биологии.

        В том же 1967 году защитил кандидатскую Виктор Куприевич на тему «Обобщенная теория самосогласованного поля и расчет электронной структуры сопряженных систем» (руководитель Г. Г. Дядюша). В 1967 и 1969 годах в «Науковой думке» вышли две наших коллективных монографии по методам расчета электронной структуры и спектров молекул.

        Весной 1969 года Александр Ильич как-то спросил меня не пора ли защищать докторскую и посоветовал защищаться в Ленинградском университете. Там, по его словам, работает Сергей Александрович Щукарев, он отстаивает электронные представления в химии. «Он вас поддержит». Кафедры квантовой химии в Ленинграде тогда еще не было. И вообще, квантовая химия только начала приходить в себя после идеологического разгрома в 1951 году. Так С. А. Щукарев, энциклопедически одаренный ученый и образец русской  интеллигентности стал моим оппонентом. Оппонировать мою докторскую также взялся авторитетный физик-теоретик Михаил Григорьевич Веселов в паре с Адольфом Борисовичем Болотиным из Вильнюса. Ведущим предприятием назначили лабораторию Н. Д. Соколова с его молодыми бультерьерами-теоретиками из Института химической физики АН СССР.

        Диссертацию «Исследования в теории сопряженных систем в парамагнитных состояниях» написал за май и начались бесконечные поездки в Ленинград и Москву с докладами и согласованиями. 21 августа неожиданно умер Александр Ильич, ему было всего 74 года. Потеря для мировой и отечественной науки просто невосполнимая. Только после его смерти стали постепенно доходить до нас отрывочные сведения о его довоенном днепропетровском периоде (первое получение тяжелой воды, каскадное разделение изотопов урана). Александр Ильич был гениальным ученым и уникальным руководителем института. Именно благодаря его дару предвидения и гражданской смелости начала в Киеве развиваться и восстанавливаться попранная в своих правах квантовая химия. С нами осталась и вечно прибудет светлая память об Александре Ильиче Бродском.

        Предзащиту я проходил по совету М. Г. Веселова на его кафедре теоретической физики ЛГУ. Еще был жив и активен Владимир Александрович Фок, заведующий кафедрой, но уже плохо слышал. Я докладывал как раз технику вторичного квантования, разработанную именно В. А. Фоком, применительно к компьютерной реализации полного конфигурационного взаимодействия для модельных молекулярных гамильтонианов. Владимир Александрович сидел как-то тихонько в углу семинарской комнаты, так и не задал мне ни одного вопроса. А так хотелось услышать его. Защитился уже в декабре.

        Миша Долгушин тепер уже на ЭВМ БЭСМ-6 начал программирование метода расчета молекул ab initio в базисе гауссовых функций и в 1971 году была запущена первая в СССР программа неэмпирического расчета молекул. Этот год стал переломным в судьбе всей нашей группы. Неожиданно получили приглашение всей группой перейти в недавно открытый в Феофании Институт теоретической физики АН УССР. Такое же приглашение одновременно получил и Виктор Данилов со своим отделом квантовой биологии. Переговоры с нами вел Виталий Петрович Шелест от имени директора института Николая Николаевича Боголюбова. В институте был создан Сектор теоретической биофизики. Постановлением Президиума АН УССР наши оба коллектива перевели в этот Сектор и создали два отдела – квантовой биофизики (В. И. Данилов) и квантовой механики молекул под моим началом. Хорошо помню представление В. П. Шелестом меня Н. Н. Боголюбову. Николай Николаевич сильно удивился, услышав от меня о разработке нашей группой самосогласованного численного решения молекулярного уравнения Шредингера на ЭВМ из первых принципов.

        Началась интенсивная работа обоих коллективов, часто совместная как в направлении квантовой химии, так и квантовой биологии и даже квантовой фармакологии. Хорошо помню как на одном из годичных отчетов, а в роли официального рецензента наших работ в тот год выступал Александр Ильич Ахиезер, он начал с того, что «… вы, друзья, так дойдете и до квантовой гинекологии. Так я хочу вас разочаровать, но я лично сторонник классических подходов в этой задаче …».         

        Участниками наших регулярних семинаров стали не только штатные сотрудники и аспиранты обоих отделов, но и наши коллеги из других киевских институтов и даже из других городов. Я хочу назвать поименно всех кого я помню:

Г. М. Баренбойм, С. Н. Волков*, Ю. И. Горлов*, В. И. Данилов†, Л. С. Дегтярев*,      М. Д. Долгушин, Г. Г. Дядюша†, Н. В. Желтовский†, Д. А. Жоголев*, В. А. Засуха,    В. В. Ильин*,  Г. Ф. Квенцель*, В. Е. Клименко,  Н. Е. Кругляк (Радомысельская),   Ю. А. Кругляк**, Е. С. Крячко*,  З. Г. Кудрицкая, Н. В. Кузьменко, В. А. Куприевич*†, В. В. Лобанов*, В. И. Лутошкин, Н. Н. Маковский, Е. В. Моздор,                                В. В. Оглоблин, А. И. Онипко*, В. В. Пеньковский†,  В. И. Печеная,                          В. М. Пинчук*†, А. Ю. Посудиевский, В. А. Сажников, В. М. Семяновский,                И. И. Украинский*†, В. Е. Хуторский*, О. В. Шрамко, С. М. Шульга, Л. Н. Щеголева*.

        Все защитили кандидатские, а многие – и докторские (помечены *). Многих уже нет. Особо я хочу отметить громадный вклад в становление и развитие квантовой химии и квантовой биофизики в Киеве дипломированных и рядовых сотрудников наших коллективов, выполнявших программирование и расчеты на всех советских ЭВМ от М-20 до БЭСМ-6 и на всей линейке ЕС. Это

Г. В. Бугрий, М. Д. Долгушин, Г. Г. Дядюша†, Д. А. Жоголев,                                     В. С. Квакуш†, В. Е. Клименко, Н. Е. Кругляк, В. А. Куприевич†, В. В. Лобанов,           В. И. Лутошкин, Н. Н. Маковский, Л. М. Подольская, Б. Н. Пшеничный†,                    В. Б. Распопов, В. Н. Семяновский,  И. И. Украинский†, В. И. Хильченко,                  Е. А. Хмурова, С. П. Христюк, В. Е. Хуторский, О. В. Шрамко, И. С. Ященко.

        С назначением нового директора института А. С. Давыдова почти сразу стало очевидным и Виктору Данилову и мне, что конфликт научных интересов неизбежен, и нам прийдется уйти. А тут я еще как-то проговорился ему, что читал его выступление на идеологическом «резонанском» Всесоюзном совещании 1951 года. Буквально на следующий день после закрытия International Conference on Quantum Chemistry, Biology, and Pharmacology, September 18 – 22, Kiev, 1978 А. С. Давыдов предъявил припрятаную   до поры до времени анонимку и  потребовал моего ухода из института. Я подготовил и отправил в США доклады на конференции; они вскоре были опубликованы в четырех номерах Intern. J. Quantum Chemistry, 16, nn 1 – 4 (1979). К этому времени я как-то уже перегорел и отнесся к уходу равнодушно. По решению Президиума АН УССР меня перевели в Физико-химический институт АН УССР в Одессу, который я вскоре покинул и перешел на преподавательскую работу в Одесский университет им. И. И. Мечникова, в котором мне позже открыли кафедру молекулярной электроники. Перед этим были еще восемь лет преподавания пятисеместрового общего курса физики в Одесском технологическом институте им. М. В. Ломоносова.

        Вслед за мной почти сразу же покинул институт и Виктор Данилов. Его вернули в Институт молекулярной биологии и генетики АН УССР.   

        Виктор Иванович Данилов ушел из жизни неожиданно 9 января 2014 г. Его близкий друг Максим Франк-Каменецкий написал некролог и опубликовал его в «Biopolymers and Cell». Я воспроизвожу его сразу после этого предисловия.  Виктор несомненно заложил основы квантовой биологии в целом в СССР, он  был одаренным ученым, жил буквально своими нуклеиновыми кислотами, был настойчивым и дотошным исследователем, вместе с тем имел непростой характер, который так тяжело отражался на его личной жизни и на окружающих. Я был свидетелем фактически всей его жизни, начиная со студенческих лет, и буквально до его последнего дня. Он навсегда останется в моей памяти не только как близкий друг, но и как коллега по совместной работе.

        Сейчас, когда я пишу это предисловие, в Институте теоретической физики из всего нашего коллектива квантовых химиков остался и успешно работает в области фундаментальных основ теории функционала плотности и теории гидратации молекул выпускник Харьковского университета Евгений Сергеевич Крячко, в прошлом мой аспирант, а ныне доктор физ.-мат. наук, чем я могу только гордиться. Из отдела Виктора Данилова остался в институте и также успешно занимается теорией конформационных превращений ДНК Сергей Наумович Волков, тоже доктор физ.-мат. наук. К чести его он в течение многих лет читал курс биофизики на физическом факультете Киевского национального университета им. Т. Г. Шевченко, что само по себе уже подвиг в наших условиях. Одно могу сказать. Пребывание наших двух коллективов в стенах этого института не осталось без следа. Квантовохимическая и молекулярно-биологическая тематика стала традиционной для многих киевских физиков-теоретиков.

        В Украине в советское время было несколько центров развития квантовой химии. В моем родном Харьковском университете кафедру квантовой химии открыли Игорю Васильевичу Кривошею. Он был младше меня на один курс. Ушел из жизни слишком рано. Ему не исполнилось еще и шестидесяти. Был талантливым и креативным физиком.

        В Днепропетровске получила известность школа квантовой химии                    В. П. Морозова и В. В. Россихина.

        Хорошо помню как мне позвонил Михаил Григорьевич Веселов и спросил не найдется ли подходящего места работы для Михаила Марковича Местечкина в Украине забрать его из Саранска, куда он попал по направлению после аспирантуры у М. Г. Веселова. «Он ведь одессит». Я сразу подумал о Леониде Михайловиче Литвиненко, у него уже был свой институт в Донецке. Вскоре Михаил Маркович получил отдел в Институте физико-органической химии АН УССР. Часто наведывался он в Киев. Оппонировал двум моим аспирантам. Успешно публиковал свои нетривиальные монографии в издательстве «Наукова думка». Год-два назад перед отъездом в США был в Одессе и зашел к нам домой попрощаться. Сейчас взаимно зарегистрировались в сети RG, видим друг друга и можем общаться, если потребуется.

        В этой книге я собрал на мой взгляд главные научные результаты в области квантовой химии и квантовой механики молекул моих коллег,  сотрудников и аспирантов киевской группы квантовой химии ИФХ / ИТФ АН УССР полученные в период 1963 – 1991 годов либо с моим участием в некоторых проектах, либо в тех направлениях, которые представлялись мне наиболее важными и которые я активно поддерживал.

        Многие важные результаты методического характера оказались за пределами этой книги памяти. Особенно это касается всех публикаций по вычислительным методам и программированию, сыгравшим важнейшую роль в развитии квантовой химии в Украине. 

9 декабря 2016 года

Одесса                                                                                   Юрий Кругляк

Оглавление книги см. в прилагаемом файле

 

Views: 38

Attachments:

Replies to This Discussion

Чудова новина, а яка орієнтовна вартість? 

Юрий,

С удовольствием пришлю вам книгу почтой, сообщите только ваш почтовый адрес на мой мейл quantumnet@yandex.ua. 

Ваш, Юрий Кругляк

RSS

Наші партнери:

Увага! у зв'язку з технічними роботами посилання з цього розділу перенесено на сторінку Партнери

© 2017   Created by Khalavka Yuriy (Халавка Юрій).   Powered by

Badges  |  Report an Issue  |  Terms of Service