Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions

Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Wiley
作者:Ian Fleming
出品人:
页数:249 pages
译者:
出版时间:1976-10
价格:USD 65.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780471018193
丛书系列:
图书标签:
  • 科学
  • 理论化学
  • 有机化学
  • 化学
  • Frontier Orbitals
  • Organic Chemistry
  • Chemical Reactions
  • Organic Reactions
  • Molecular Orbitals
  • Woodward-Hoffmann Rules
  • Pericyclic Reactions
  • Reaction Mechanisms
  • Spectroscopy
  • Chemical Education
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具体描述

Product Description

Provides a basic introduction to frontier orbital theory with a review of its applications in organic chemistry. Assuming the reader is familiar with the concept of molecular orbital as a linear combination of atomic orbitals the book is presented in a simple style, without mathematics making it accessible to readers of all levels.

From the Back Cover

This book is both a simplified account of frontier orbital theory and a review of its applications in organic chemistry; it provides a basic introduction to the subject and a wealth of illustrative examples. Frontier orbital theory looks at how the transition state of an organic reaction is affected by the interaction of the molecular orbitals of the starting materials. It thus complements the more familiar thermodynamic picture of transition states, in which product-like character is seen as influencing the ease and the course of reactions. The theory is presented very simply, without mathematics, stressing physical principles and assuming only that the reader is familiar with the concept of a molecular orbital as a linear combination of atomic orbitals. This book thus makes frontier orbital theory accessible for the first time to readers at every level. Contents Introduction; Molecular Orbitals and Frontier Orbitals; Ionic Reactions; Thermal Pericyclic Reactions; Radical Reactions; Photochemical Reactions; Exceptions.

现代化学的脉动:从原子结构到材料科学的宏大叙事 内容提要: 本书旨在为化学、材料科学以及相关工程领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的视角,涵盖了从微观的量子化学基础到宏观的复杂材料行为的演变路径。全书结构紧凑,逻辑严谨,聚焦于理解物质的根本性质如何决定其宏观功能。内容涵盖了先进的计算化学方法、固态物理的基本原理、光谱学在结构解析中的应用,以及在能源、催化和生物技术领域的前沿研究。 --- 第一部分:量子力学与化学键的精细结构 第一章:量子力学的基石与薛定谔方程的现代诠释 本章从严格的数学框架出发,重新审视普朗克常数、波粒二象性等基本概念,并将其引入到对原子和分子体系的描述中。重点探讨了定态薛定谔方程在处理多电子体系时的挑战与近似方法,例如平均场理论(Mean-Field Theory)的局限性。我们详细解析了角动量和自旋的量子化,特别关注了泡利不相容原理对电子排布的决定性影响。此外,引入了密度泛函理论(DFT)的核心思想——霍恩伯格-科恩定理,并对比了其与传统波函数方法的优劣,为后续的计算化学应用奠定坚实的理论基础。 第二章:分子轨道理论的深化与电子相关效应 深入探讨了分子轨道的构建,从最基础的LCAO(线性组合原子轨道)方法出发,过渡到更精确的后Hartree-Fock方法,如Møller-Plesset微扰理论(MP2、MP4)和耦合簇理论(Coupled Cluster, CC)。本章的重点在于处理电子相关能(Correlation Energy),这是准确预测化学键强度、反应能垒和激发态性质的关键。我们详细分析了电子相关对电荷转移、激发态动力学以及范德华力的影响,并用实例说明了如何通过选择合适的基组和相关方法来平衡计算的精度与效率。 第三章:化学键的几何构型与光谱学特征 本章将理论计算结果与实验观测紧密结合。通过基态能量的最小化,预测并解释了分子几何构型(键长、键角、二面角)的稳定性。随后,深入分析了红外(IR)、拉曼(Raman)以及核磁共振(NMR)光谱与分子振动模式、电子环境之间的定量关系。特别关注了二维NMR技术如何揭示复杂分子中空间接近的原子核之间的相互作用,以及拉曼光谱在分析材料缺陷和晶体结构中的独特优势。 --- 第二部分:凝聚态物质的物理化学原理 第四章:晶体结构与能带理论的构建 本部分转向描述大量原子聚集形成的凝聚态体系。从布拉菲点阵、晶体对称性到倒易空间(Reciprocal Space)的概念引入,为理解固体材料的电子特性打下基础。核心内容是布洛赫定理(Bloch’s Theorem)及其在电子波函数描述中的应用,解释了电子如何形成能带(Bands)和能隙(Band Gaps)。详细讨论了不同晶体结构(如面心立方、体心立方)如何影响能带的形状和宽度,从而决定材料是导体、半导体还是绝缘体。 第五章:半导体物理与掺杂效应 聚焦于现代电子工业的基石——半导体材料。本章详细阐述了本征半导体的费米能级(Fermi Level)的定义,并深入分析了N型和P型掺杂对载流子浓度和导电性的精确调控机制。我们探讨了杂质能级在禁带中的位置,以及通过热激发或光激发引起的载流子输运现象。此外,还涵盖了异质结(Heterojunction)的形成及其在PN结、MOS结构中产生的内建电场效应。 第六章:晶格振动、热学性质与声子概念 本章探讨了晶体中原子集体振动的物理图像——声子(Phonons)。通过对色散关系(Dispersion Relation)的分析,解释了声子如何携带能量和动量。重点讨论了声子在材料热容、热导率中的作用。特别对比了晶态、无定形固体以及低维材料(如纳米线、薄膜)中热输运机制的差异,这对于设计热电材料和微电子器件的散热方案至关重要。 --- 第三部分:面向功能与应用的化学动力学 第七章:表面化学与吸附过程的热力学基础 本章探讨了界面现象,特别是气体分子与固体表面之间的相互作用。详细区分了物理吸附(Physisorption)和化学吸附(Chemisorption)的本质差异,并基于BET模型和Langmuir模型分析了吸附的定量关系。通过计算吸附热和反应活化能,解释了催化剂表面活性位点的形成机制,为多相催化反应的设计提供了理论指导。 第八章:电化学反应与界面传输现象 聚焦于涉及电子转移的界面过程。本章深入解析了电化学双电层(Electrical Double Layer)的结构,以及界面的电荷转移动力学(如Butler-Volmer方程)。讨论了法拉第过程的控制步骤,包括反应速率与电极材料、电解质性质的关系。实例分析涵盖了锂离子电池中的电极/电解质界面(SEI膜的形成)以及燃料电池中的氧还原反应(ORR)。 第九章:光化学与激发态的弛豫路径 本章研究物质吸收光子后所经历的超快过程。从对光物理过程的描述开始(吸收、发射、斯托克斯位移),深入探讨了非辐射跃迁(如系间窜越ISC和振动弛豫VR)的机制。重点分析了时间分辨光谱技术(如飞秒激光技术)如何揭示溶液中分子重排、能量转移和电荷分离的瞬时过程,这对于理解光伏材料和光催化剂的效率至关重要。 第十章:先进计算方法在材料设计中的应用 本章回顾了前文所述的计算工具,并展示其在解决复杂化学工程问题中的前沿应用。内容包括:如何利用分子动力学(MD)模拟来研究高分子材料的玻璃化转变温度(Tg)和扩散过程;如何使用第一性原理计算来预测新型催化剂的活性和选择性;以及如何结合机器学习(ML)方法加速高通量筛选具有特定电子或光学性质的新材料库。本章强调了理论模型与实验反馈的迭代优化循环。 --- 结语: 本书结构旨在提供一个连贯的知识体系,从最基本的量子力学原理出发,逐步构建起对复杂功能材料的理解。它不是对特定实验技术的操作手册,而是旨在深化读者对“为什么”物质表现出特定行为的理解,从而为未来的创新研究和工程应用提供坚实的理论支柱。

作者简介

Ian Fleming (1935 – present) is an English organic chemist, and an emeritus professor of the University of Cambridge. He was the first to determine the full structure of chlorophyll (in 1967) and was involved in the development of the synthesis of vitamin B12 by Robert Burns Woodward. He has made major contributions to the use of organosilicon compounds for stereospecific syntheses; reactions which have found application in the synthesis of natural compounds. He is also a prolific author, and has written a number of textbooks, encyclopedia chapters and influential review articles.

Life and research

Ian Fleming was born in Staffordshire and grew up in Stourbridge, Worcestershire. He received a B.A. in 1959 and a Ph.D. in 1962, both from Pembroke College, Cambridge. His post-doctoral studies were done at Harvard University with R.B. Woodward on the synthesis of vitamin B12. He has made advances in the topic of stereochemistry, developing new synthetic reactions. He has also pioneered the applications of organosilicon chemistry for organic synthesis, especially for the production of chiral molecules, and synthesized the highly stable 8-cycloheptatrienylheptafulvenyl carbocation.

Prof. Fleming has an extensive list of publications, including major contributions to the chemical encyclopedia "Comprehensive Organic Chemistry", and many influential review articles. He has also authored popular undergraduate textbooks on spectroscopic methods of structure determination, organic synthesis, and applications of frontier orbital theory to problems in organic chemistry.

目录信息

读后感

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在阅读《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》之前,我曾以为理解有机化学反应就是记住大量的反应方程式和命名反应。这本书彻底颠覆了我的固有认知,让我看到了化学反应背后更深层次的电子和能量相互作用。书中“Frontier Orbitals”的概念,特别是 HOMO 和 LUMO 的作用,为我提供了一种全新的、更加根本的理解框架。我被作者对这些抽象概念的清晰阐述所折服,他通过大量的插图和实例,将分子轨道理论的应用具体化,使得我能够直观地理解电子在化学反应中的转移路径和能量变化。我尤其欣赏书中对立体化学和区域选择性反应的解释,这些是许多学生在学习有机化学时常常感到困惑的部分。通过 Frontier Orbitals 的视角,我能够清晰地看到为何某些反应会优先生成特定的立体异构体或区域异构体,这让我对反应机理的理解更加透彻。这本书不仅仅是理论知识的传递,更是一种思维方式的引导,它鼓励我去探索化学反应的根本原因,而不是仅仅停留在表面现象。我相信,掌握了 Frontier Orbitals 理论,我将能够更自信地应对各种复杂的有机反应,甚至预测未知反应的可能性。这本书的价值在于它提供了一种强大且通用的方法论,能够帮助我们更深入地理解和操控化学。

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我一直对有机化学中的反应性问题感到困惑,总是难以把握一个反应究竟会朝哪个方向进行,以及哪些因素会影响反应的速率和选择性。直到我读了《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》,我才真正找到了答案。这本书的强大之处在于它不仅仅停留在现象的描述,而是深入到分子电子层面的根本原因。作者对 Frontier Orbitals 理论的引入,就像是在化学反应的迷宫中点亮了一盏明灯。我特别喜欢书中关于“前线轨道理论”(Frontier Molecular Orbital Theory, FMO theory)的解释,它将分子轨道理论的具体应用推向了一个新的高度。理解 HOMO(最高占据分子轨道)和 LUMO(最低未占据分子轨道)的能量差异和空间重叠,对于预测反应的发生至关重要。我尤其欣赏书中对 Diels-Alder 反应的详尽分析,它清晰地展示了环加成反应如何通过 HOMO-LUMO 相互作用来驱动。通过具体的反应实例,作者循序渐进地引导读者理解共轭加成、亲电取代、亲核加成等各种重要有机反应的机理。我发现,一旦掌握了 FMO 理论,许多看似复杂的反应都会变得合乎逻辑,并且能够预测未知的反应路径。这本书的语言通俗易懂,尽管涉及复杂的量子化学概念,但作者通过巧妙的比喻和形象的插图,将它们化繁为简,让即使是初学者也能轻松理解。我强烈推荐这本书给所有在学习有机化学过程中感到吃力的学生和研究者,它一定会让你对化学反应产生全新的认识。

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这本书的封面设计就足够吸引眼球,那深邃的宇宙背景,点缀着闪烁的星辰,以及中心那清晰勾勒出的轨道图,瞬间就将我拉入了一个充满未知与探索的领域。我毫不犹豫地翻开了它,期望能在这浩瀚的星海中寻找到化学反应的奥秘。当读到关于 Frontier Orbitals 的概念时,我被深深地震撼了。作者以一种极其清晰且富有逻辑的方式,将抽象的量子力学理论与我们日常所见的化学反应联系起来。我一直认为,理解化学反应的本质是学习有机化学的关键,而 Frontier Orbitals 理论无疑为我打开了一扇新的大门。书中关于 HOMO 和 LUMO 的详细阐述,以及它们在理解亲电和亲核反应中的作用,让我茅塞顿开。我开始重新审视那些曾经让我头疼的反应机理,发现它们在 Frontier Orbitals 的框架下变得如此直观和易于理解。特别是书中通过大量的图示和实例,生动地展示了电子如何在反应物分子之间转移,以及哪些轨道参与了关键的成键和断键过程。这不仅仅是理论知识的堆砌,更是一种思维方式的引导,让我能够从更深层次去洞察化学的本质。我迫不及待地想将这些知识应用到我自己的学习和实验中,我相信这会极大地提升我理解和预测化学反应的能力。这本书不仅仅是一本教科书,更像是一本引人入胜的科学故事书,它让我重新燃起了对化学的激情,并赋予了我更强大的工具去探索这个奇妙的世界。

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在我翻阅《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》之前,我一直认为有机化学反应的理解主要依赖于记忆大量的反应方程式和试剂的性质。然而,这本书彻底改变了我的看法,让我看到了化学反应背后更深层次的电子和能量相互作用。书中“Frontier Orbitals”的概念,特别是 HOMO 和 LUMO 的作用,为我提供了一个强大的理论框架。我被作者对这些抽象概念的清晰阐述所折服,他通过大量的插图和实例,将分子轨道理论的应用具体化,使得我能够直观地理解电子在化学反应中的转移路径和能量变化。我尤其对书中关于立体化学和区域选择性反应的讨论印象深刻,这些是许多学生在学习有机化学时常常感到困惑的部分。通过 Frontier Orbitals 的视角,我能够清晰地看到为何某些反应会优先生成特定的立体异构体或区域异构体,这让我对反应机理的理解更加透彻。这本书不仅仅是在传递知识,更是一种思维方式的引导,它鼓励我去探索化学反应的根本原因,而不是仅仅停留在表面现象。我相信,掌握了 Frontier Orbitals 理论,我将能够更自信地应对各种复杂的有机反应,甚至预测未知反应的可能性。这本书的价值在于它提供了一种强大且通用的方法论,能够帮助我们更深入地理解和操控化学。

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在我开始阅读《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》之前,我总是觉得在理解有机化学反应的微妙之处时,缺乏一个核心的理论框架。这本书的出现,就像是在我学习有机化学的道路上点亮了一盏明灯。书中对“Frontier Orbitals”这个概念的阐释,特别是 HOMO 和 LUMO 在化学反应中的核心作用,为我提供了一种全新的、更加根本的理解方式。作者以非常精炼且具有启发性的方式,将量子化学的理论与有机反应的实际应用相结合。我非常欣赏书中对各种典型有机反应机理的分析,例如芳香亲电取代、加成-消除机理等,都通过 Frontier Orbitals 的角度得到了更加深刻的阐释。我尤其对书中关于反应选择性(区域选择性和立体选择性)的讨论印象深刻,通过 HOMO 和 LUMO 的能量匹配和空间重叠,我能够更清晰地理解为何特定的反应路径会成为主导。这本书不仅仅是在传递知识,更是在培养一种科学的思维方式,让我能够更主动地去探究化学反应的本质,而不仅仅是被动地接受。我相信,这本书将极大地提升我理解和预测有机化学反应的能力,它是我有机化学学习道路上不可或缺的宝贵财富。

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这本书的封面设计就足够引人遐想,那深邃的宇宙背景和精密描绘的轨道图,预示着一场关于化学本质的深度探索。我迫不及待地翻开它,期待能从“Frontier Orbitals”这个概念中获得新的认知。事实证明,这本书远超我的预期。作者以一种非常清晰且富有逻辑性的方式,将抽象的量子化学理论与有机化学反应紧密地联系起来。我尤其被书中关于 HOMO(最高占据分子轨道)和 LUMO(最低未占据分子轨道)在预测和理解化学反应中的作用的阐述所吸引。它为我提供了一个全新的视角来审视那些曾经让我感到困惑的反应机理。我开始能够理解,为什么某些反应会以特定的方式发生,以及为什么催化剂和溶剂能够影响反应的进程。书中通过大量精美的插图和实例,生动地展示了电子如何在反应物之间转移,以及能量是如何在化学键的形成和断裂过程中传递的。这不仅仅是理论知识的讲解,更是一种思维的启迪,让我能够从更深层次去洞察化学的奥秘。我相信,这本书将成为我学习有机化学过程中一个重要的参考,并极大地提升我分析和解决化学问题的能力。

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在我接触《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》之前,我总觉得对有机化学反应的理解还停留在“知其然”的阶段,而这本书让我开始“知其所以”。“Frontier Orbitals”这个概念,特别是 HOMO 和 LUMO 的相互作用,就像是为我打开了一个新的观察化学反应的窗口。我被作者的写作风格深深吸引,他能够将复杂的量子力学概念,用一种非常直观且易于理解的方式呈现出来。书中对各种典型的有机反应,如亲电取代、亲核加成、自由基反应等的分析,都提供了从 Frontier Orbitals 角度的深入解释。我特别欣赏书中关于反应的区域选择性和立体选择性的讨论,通过 HOMO-LUMO 的相互作用,我能够更清晰地理解为什么反应会偏向于生成特定的产物。这本书不仅仅是知识的传递,更是一种思维方式的培养,它鼓励我去思考反应的根本原因,而不是仅仅记住公式。我发现,一旦掌握了 Frontier Orbitals 的基本原理,许多曾经难以理解的反应都变得豁然开朗。这本书的价值在于它提供了一个强大的理论框架,能够帮助我更深入地理解和预测有机化学反应。

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在翻阅《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》之前,我曾认为有机化学反应的理解主要依赖于记忆各种反应类型和试剂的性质。然而,这本书彻底改变了我的看法。它将我带入了一个更深层次的理解境界,即从电子行为的角度来剖析化学反应的本质。书中的“Frontier Orbitals”概念,尤其是 HOMO 和 LUMO 的相互作用,为我提供了一个强有力的理论框架。我深刻地认识到,化学反应的发生并非偶然,而是遵循着能量最低和电子最容易转移的原则。作者通过对共轭体系、杂环化合物以及立体化学的深入探讨,充分展示了 Frontier Orbitals 理论在解释和预测各种复杂反应中的普适性。我尤其对书中关于选择性反应的讨论印象深刻,例如区域选择性和立体选择性,这些通常是学习有机化学时最容易混淆的部分。通过 Frontier Orbitals 的视角,我能够清晰地理解为何特定的反应路径会优于其他路径,以及如何通过调整反应物的电子性质来控制反应的选择性。这本书不仅教会了我“是什么”,更重要的是教会了我“为什么”。它让我能够举一反三,将学到的理论应用于新的、未知的反应体系中。这本书的出版,无疑是对有机化学教育的一次重要贡献,它为理解和研究有机化学反应提供了一种更系统、更本质的方法。

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我一直对有机化学中的反应性有着浓厚的兴趣,但常常觉得很多反应的机理解释停留在表面,缺乏更深入的理论支撑。直到我读到《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》,我才找到了我一直在寻找的答案。《Frontier Orbitals》这个概念本身就充满了吸引力,它暗示着一种新的视角来理解化学反应的动力学和选择性。书中对 HOMO-LUMO 相互作用的详细阐述,就像为我打开了一个微观世界的窗口。我惊叹于作者如何能够将抽象的量子化学理论,通过清晰的图示和具体的例子,变得如此易于理解。我特别喜欢书中关于电子转移、极化和共轭效应的讨论,这些概念在 Frontier Orbitals 的框架下得到了全新的阐释。理解了 HOMO 和 LUMO 的能量匹配和空间重叠,我能够更清晰地预测亲电试剂和亲核试剂如何相互作用,以及过渡态的能量和稳定性。书中对一些经典反应,如 SN2 反应、加成反应以及重排反应的分析,都为我提供了前所未有的深刻见解。这本书不仅是对现有知识的梳理,更是一种对化学反应本质的探索。它让我开始从一个全新的维度去思考化学,不再仅仅是记忆和套用公式,而是理解其内在的逻辑和驱动力。这本书的价值在于它赋予了我一种分析和预测化学反应的强大工具,这对于我未来的学习和研究都将产生深远的影响。

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我一直对有机化学反应的“为何”和“如何”感到好奇,渴望找到一种能够统一解释各种反应现象的理论。直到我翻开了《Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions》,我才感觉找到了钥匙。书中对 Frontier Orbitals 的引入,即最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的相互作用,为我打开了一个全新的理解视角。我深深地被作者清晰的逻辑和丰富的实例所吸引,他能够将抽象的量子化学概念,通过生动的图示和简洁的语言,转化为易于理解的化学反应原理。我尤其喜欢书中对亲电加成、亲核加成、以及环加成反应的深入剖析,这些都是我过去学习中比较模糊的章节。通过 HOMO-LUMO 的相互作用,我能够直观地理解电子是如何在反应物之间转移,以及为何某些反应会发生,而另一些则不会。书中的内容让我开始以一种更加系统和预测性的方式来思考化学反应,而不仅仅是记忆。它让我认识到,许多看似复杂的反应,都可以在 Frontier Orbitals 的框架下得到合理的解释。这本书的价值在于它提供了一种强大的理论工具,能够帮助我们更深入地洞察化学的本质,并为未来的研究和学习打下坚实的基础。

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