フランク・ウェストハイマー

フランク・ウェストハイマー
生まれる	( 1912-01-15 )1912年1月15日 アメリカ合衆国メリーランド州ボルチモア[1]
死亡	2007年4月14日(2007-04-14)（享年95歳） 米国マサチューセッツ州ケンブリッジ
母校	ダートマス大学( BA ) ハーバード大学( MS、PhD )
知られている	酵素触媒のメカニズムと速度論的同位体効果
受賞歴	センテナリー賞 (1962) ウィラード・ギブス賞 (1970) NAS化学賞 (1980) ローゼンスティール賞 (1980) アーサー・C・コープ賞 (1982) ウェルチ化学賞 (1982) ウィリアム・H・ニコルズ賞 (1982) アメリカ国家科学賞 (1986) プリーストリー賞 (1988) 中西賞 (1997)
科学者としてのキャリア
フィールド	物理有機化学
機関	米国科学アカデミー ハーバード大学
博士課程の指導教員	ジェームズ・ブライアント・コナント ・エルマー・P・コーラー
博士課程の学生	エミール・T・カイザー、ロバータ・F・コルマン、スティーブン・A・ベナー

フランク・ヘンリー・ウェストハイマー（1912年1月15日 - 2007年4月14日）はアメリカの化学者。1936年から1954年まで シカゴ大学で、1953年から1983年までハーバード大学で教鞭をとり、1960年にモリス・ローブ化学教授、1983年に名誉教授となった。^[2]ウェストハイマーメダルは2002年に彼を称えて設立された。^[3]

ウェストハイマーは物理有機化学における先駆的な研究を行い、^[4] 物理化学の技術を有機化学に適用し、2つの分野を統合しました。^[5] 彼は化学反応と酵素反応のメカニズムを研究し、^[6] 基礎的な理論的進歩をもたらしました。^[5]

ウェストハイマーは、ジョン・ガンブル・カークウッドと共同でカルボン酸のビェルム静電分析に取り組み、[ ^{4] [7] [8]、}ジョセフ・エドワード・メイヤー と共同で分子力学 の計算に取り組み、^{[4] [9]、}ビルギット・ヴェネスランドと共同で酵素触媒 のメカニズムを研究し^{[4] [6] [10] 、}クロム酸の酸化と運動論的同位体効果 のメカニズムを解明した。^{[11] [12]}

彼は1986年に「有機および酵素反応のメカニズムに関する並外れた独創的で鋭い一連の研究により、化学および生化学のプロセスがどのように進行するかについての知識の進歩に比類のない役割を果たした」としてアメリカ国家科学賞を受賞した。^[13]

フランク・ヘンリー・ウェストハイマーは、1912年1月15日にメリーランド州ボルチモアのヘンリー・F・ウェストハイマー（1870年 - 1960年）とキャリー・C（バーガンダー）・ウェストハイマー（1887年 - 1972年）の息子として生まれました。

彼は1932年にダートマス大学を卒業し、その後ハーバード大学に進学し 、1933年に化学の修士号を取得し、1935年に化学の博士号を取得した。^[2]

ウェストハイマーは、ジェームズ・ブライアント・コナントと研究をしたいとハーバード大学に来た。コナントが新入生を受け入れないと告げられたとき、ウェストハイマーは彼を待ち続け、ついに彼の最後の大学院生として受け入れられた。^{[14] : 16–17}ウェストハイマーはコナントの提案でセミカルバゾンについての研究を行った。 ^{[14] : 17}コナントはまた、ウェストハイマーが夏の間ジョンズ・ホプキンス大学でアルソフ・コーウィンと研究することを提案した。コーウィンとポルフィリン合成を行うことで、ウェストハイマーは必要な実験室経験を積んだ。^{[14] : 21–23}

1933年、コナントはハーバード大学の学長に就任し、研究をやめた。しかし、コナントとウェストハイマーの交流は永続的な影響を与え、^{[14] : 24–25}ウェストハイマーに「重要なことをする」必要性を印象付けた。^[15]

「コナントが本質的に言っていたのは、『まあ、その問題は大丈夫だけど、神様、もっとうまくできるはずだ』という考えは、私にとって非常に重要でした。それ以来、私は問題について、本当に時間を投資する価値があるのか​​どうか自問自答するようにしました。」^{[14] ：24–25}

ウェストハイマーはEPコーラーのもとで博士号を取得した。コーラーの有機化学の授業は「素晴らしい」ものだったとウェストハイマーは述べているが^{[14] : 26、}コーラーはウェストハイマーの研究についてほとんど指示やフィードバックを与えず、研究は主に自主的に進められていた。コーラーのもう一人の学生であるマックス・ティシュラーはウェストハイマーの研究をさらに発展させ、フラノールの誘導に関する共著論文を出版した^{[14] : 17–18  [16]}

1935年と1936年、ウェストハイマーは国立研究評議会フェローとしてコロンビア大学で物理化学者ルイス・P・ハメットと研究を行った。ハメットは物理有機化学の分野の創始者である。^[17]

ウェストハイマーは1936年から1954年まで シカゴ大学で、 1953年から1983年までハーバード大学で教鞭を執った。 ^[2] 1959年から1962年までハーバード大学化学科長を務めた。^[1] 1960年にハーバード大学のモリス・ローブ化学教授に就任。1983年に教職を退いて名誉教授となり、1988年に研究職を退いた。^{[2] [1]}

ウェストハイマーの最初の学術的任命は、1936年から1937年にかけてシカゴ大学で独立した研究員を務めたことであった。彼は1937年に講師となり、1948年には教授となった。 ^[1]化学の講師として、彼は大学で最初の物理有機化学のコースを教えた。^{[14] : 43}

ウェストハイマーがシカゴで2年目に、ジョン・ギャンブル・カークウッドがそこで教鞭をとった。ウェストハイマーはカークウッドとともに静電気を含む有機化学の問題に取り組んだ。ウェストハイマーは静電気を有機化合物の特性への影響と関連づけた。^{[14] : 43–47}カークウッドとウェストハイマーは、置換基が有機酸の解離定数に及ぼす静電気の影響に関する理論について酵素学における基本的なアイデアを展開した4つの古典的な論文を発表した。^[1]彼らはカルボン酸のビェラム静電気分析 を開発した。^{[4] [7] [8]} 楕円体キャビティに対する彼らのカークウッド-ウェストハイマーモデルは、二塩基酸に関するニールス・ビェラムの研究と双極子置換酸に関するアーノルド・オイケンの研究を調和させ、それらが同じ物理世界に共存できることを示した。^{[14] : 43–47  [18]}彼らのアイデアの詳細化とより完全なテストには40年の歳月とコンピュータの開発が必要だった。^{[14] : 43–47  [18]}

第二次世界大戦中の1943年から1945年まで、ウェストハイマーは国防研究委員会で働いていた。^{[14] : 69–71  [2]彼は}ペンシルベニア州ブルーストンの爆発物研究所の監督者だった。^{[1] [19]彼は}硝酸の研究を行い、ニトロ化反応の新しい酸性関数を発見した。彼はプロジェクトの秘密保持義務のため、トリフェニルカルビノール系列に関する研究を物理化学者と議論することをためらった。クリストファー・インゴールドなどの他の研究者が、この分野で最初に論文を発表した。^{[14] : 69–71}

ウェストハイマーは、1945年にシカゴ大学に移った物理学者ジョセフ・エドワード・メイヤーとマリア・ゲッパート＝メイヤーによる統計力学の発展にも影響を受けた。ウェストハイマーは、統計力学の原理を有機分子の構造に適用し、分子が原子からどのように組み立てられるかをより深く理解した。ウェストハイマーは、統計力学の手法を光学活性ビフェニルのラセミ化に適用することについて、最初にメイヤーに相談した。彼の計算はすべて手作業で行われた。^{[14] : 65, 66–68}この研究は、他の元素の研究のモデルとなり、基礎的なものと考えられている。^{[20]現在知られている}分子力学 の分野は、幅広い応用がある。^{[4] [9] [21] [22]}

1943年、ウェストハイマーはクロム酸酸化のメカニズムに関する論文を発表し始め、1949年にこの分野の「見事なレビュー」を出版した。^{[1] [11]}

1950年、シカゴ大学の生化学者ビルギット・ヴェネスランドが、ウェストハイマーに、彼女と学生のハーヴェイ・フィッシャーが酵素反応における同位体に関するプロジェクトについて相談した。ヴェネスランドは、アルコール脱水素酵素における水素原子の運命に関するプロジェクトを展開していた。ヴェネスランドとフィッシャーの結果は、エタノールのC1のペアの特定の水素が、酵素の存在下で特異的に反応するように見えるという点で不可解であった。ウェストハイマーはプロジェクトに参加し、エナンチオトピック性^[6]の考えに基づいて、アルコール脱水素酵素がどのようにアルコール分子から水素を取り除き、体がアルコールを代謝できるようにするかを説明するのに協力した。^[20] 研究者は1953年に2つの古典的な論文を発表した。これは「エタノールのメチレン炭素原子上の2つのエナンチオトピック水素原子間の酵素的識別の最初の実証」である。^{[6] [23] [24]} 彼らが報告した現象は、ずっと後になってからエナンチオ特異性と呼ばれた。^[25]ウェストハイマーは、当初の仮説を証明し、酵素の同位体に基づくキラリティーを確立するための追加実験を設計しました。この研究は、分子内のグループ（または原子）間のエナンチオトピックおよびジアステレオトピック関係であるトピック性を理解するために不可欠でした。 ^[25] 2006年、彼らの1953年の論文（パートI）は、アメリカ化学会化学史部門から化学ブレイクスルー賞を受賞しました。^[26]

1953年、アルコール脱水素酵素の研究を終えた直後、ウェストハイマーはハーバード大学に移りました。彼は反応機構、同位体、酸化への関心を持ち続けました。1955年、ウェストハイマーはリン酸エステルとリン誘導体の化学に関する多くの論文の最初のものを発表しました。^[1]

彼は、ATPが反応性モノマーメタリン酸種を介してリン酸を転移すると提唱した。これは文字通りのケースではなかったが、多くの酵素反応はこれを重要な要素として持つ遷移状態を経て進行する。^[27]

1961年の論文で、ウェストハイマーは統計力学の考え方を同位体置換が有機分子の反応性に与える影響に適用した。^[12]彼の運動論的同位体効果（KIE）の大きさに関する研究は、今でもこの分野の理解の基礎となっている。^{[28] : 418  [29] [30]} 遷移状態構造の運動論的同位体効果への依存性は、ウェストハイマー効果として知られている。^[31] KIEに対する標準的な非トンネルアプローチは、ウェストハイマー^[12]とラース・メランダーによって開発された。^{[32] [28] : 550, 561}メランダー-ウェストハイマーの仮説は、KIEと遷移状態（TS）構造がどのように変化するかをうまく予測した。^[33]

ウェストハイマーは、タンパク質の活性部位に光親和性標識を付けるというアイデアを提唱した。 ^[34]タンパク質に炭化水素が豊富な部位がある場合、酵素の「活性部位」の特定は困難である。1962年、ウェストハイマーらは、p-ニトロフェニルジアゾ酢酸の合成と、それに続くキモトリプシンのアシル化によるジアゾアセチルキモトリプシンの形成を実証し、これを光分解した。脂肪族ジアゾ基を二官能性試薬に導入することで、酵素と反応することができた。光標識により、炭化水素CH結合に挿入できる反応性カルベノイド種が生成された。^[35]

ウェストハイマーはまた、5配位中間体を伴うメカニズムを通じてリン酸転移反応にアプローチした。1968年、ウェストハイマーはリン酸エステル化学における擬似回転を調べ^[6]、オキシホスホランの擬似回転の発生を予測した。^[36] 彼はこの経路の重要性と中間体の立体化学的転位の重要性を示した。ウェストハイマーは実験観察に基づいて一連のガイドラインを開発したが、これはウェストハイマーの規則としても知られている。これはリンを含む置換反応の生成物と立体化学を説明および予測するために広く使用されている。^{[37] [38]}

ウェストハイマーが1987年にサイエンス誌に発表した論文「自然はなぜリン酸を選んだのか」では、シグナル伝達と生体の構成要素としてのリン酸の重要性について論じている。リン酸はpK a値を持ち、生理_的pHで二重イオン化できる。核酸のホスホジエステル結合における一価イオン化形態は水による加水分解を受けにくいが、酵素加水分解を受けないほど安定しているわけではない。^{[39]この研究は、} RNA、DNA、リボザイム の生物化学や反応を研究する研究者に刺激を与え続けている。^{[40] [41] [42] [43]}

ウェストハイマーは1954年に米国科学アカデミーの会員となり、^{[44] 1976年に}アメリカ哲学協会の会員となり、^[45] 1983年にロンドン王立協会の外国人会員となった。^{[46] [47]}

彼は1964年から1965年まで米国科学アカデミー化学調査委員会の委員長を務めた。^[1] 化学：機会とニーズ（別名「ウェストハイマー報告書」）は、連邦政府に化学の基礎研究への支出を増やし、他の物理科学と同等にするよう促した。^{[48] [49]}この報告書では、 生化学が医学および製薬研究において有望でありながら見過ごされてきた分野であると特定された。^[20] この報告書の勧告は実施され、今でも「包括的、決定的、そして将来を見据えたもの」であると考えられている。^[5]

ウェストハイマーは1967年から1970年までリンドン・ジョンソン大統領の科学諮問委員会の委員を務めた。 ^[20]

ウェストハイマーは、 1973年から1975年と1976年から1978年の2期にわたり米国科学アカデミー評議会の委員を務めたほか、アメリカ哲学協会評議員（1981年から1984年）、アメリカ芸術科学アカデミーの事務局長（1985年から1990年）も務めた。^[1]

ウェストハイマーは基礎研究の必要性を強調すると同時に、他の政治的問題にも関心を持っていた。彼はベトナム戦争とイラク戦争に反対した。彼は環境問題を認識しており、汚染を減らし、地球温暖化と戦い、エネルギー節約を促進し、代替エネルギー源を開発する対策を支持した。彼は、科学の問題に関して科学者以外の人々をよりよく教育するために、科学を新しい方法で教える必要があると主張した。^[5]

ウェストハイマーが受賞した多くの栄誉の中には^[1]、1980年の米国アカデミー化学賞、[ 50 ^] 1982年のロバート・A・ウェルチ財団賞、^{[51] 1981年の}アメリカ業績アカデミーのゴールデンプレート賞、^[52] 1986年の米国国家科学賞、^{[13] [53] 1988年の}プリーストリー賞、[ ^54] 1992年の生物学的プロセスの化学に対するレプリゲン賞、^[1] 1997年の中西賞などがあります。 ^{[55] [2]}

「40年にわたって、ウェストハイマーは、解決不可能または非常に困難に思える根本的な科学的問題に取り組み、それをエレガントかつ完全に決定的な方法で解決する能力を繰り返し示しました...彼は、自分が開拓した大きな新しい分野を活用することよりも、新しい挑戦を続けることを楽しんでいました。」エリアス・ジェームズ・コーリー、2007年^[5]

ウェストハイマー賞は2002年に彼を称えて設立された。この賞はハーバード大学から「化学分野、特に有機化学と生物化学の分野における優れた研究」に対して授与される。^[3]

フランク・H・ウェストハイマーは1937年にジーン・E・フリードマンと結婚した。^{[5] 二}人の間にはエレン・ウェストハイマーとルース・スーザン・ウェストハイマーという二人の子供がいた。^{[20] [5]}

Wikiquote にFrank Westheimerに関する引用があります。

• McLafferty, Fred W.; Abruña, Héctor D. 「Fred W. McLafferty との会話 2006」、90 分間のビデオ、コーネル大学向け。
• オーラル ヒストリー センター。「フランク H. ウェストハイマー」。科学史研究所。
• ゴートラー、レオン (1979 年 1 月 5 日)。フランク H. ウェストハイマー、ハーバード大学で 1979 年 1 月 4 日と 5 日にレオン ゴートラーが行ったインタビューの記録(PDF)。ペンシルベニア州フィラデルフィア:ベックマン化学史センター。
• クロミー、ウィリアム J. (2002 年 10 月 3 日)。「新しい化学メダルが設立されました: フランク・ウェストハイマー名誉教授にちなんで名付けられました」。ハーバード大学ガゼット。2018 年3 月 6 日閲覧。

• Corey, EJ (2007年4月19日)。「20世紀化学の重要人物、フランク・H・ウェストハイマーが95歳で死去」ハーバード・ガゼット。 2018年3月6日閲覧。
• ピアース、ジェレミー (2007 年 4 月 21 日)。「生化学で貴重なモデルを開発したフランク・ウェストハイマー氏 (95 歳) が死去」。ニューヨーク タイムズ。
• ワン、リンダ（2007 年 4 月 23 日）。 「フランク・ウェストハイマー氏、95歳で死去」。化学および工学ニュース。85 (17): 10.土井:10.1021/cen-v085n017.p010。