Frontier Orbitals and Reaction Paths

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出版者:World Scientific Publishing Company
作者:Fukui, Kenichi; Fujimoto, Hiroshi; Fukui
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1997-12
价格:USD 100.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9789810222413
丛书系列:
图书标签:
  • Frontier Molecular Orbital Theory
  • Reaction Mechanisms
  • Organic Chemistry
  • Computational Chemistry
  • Pericyclic Reactions
  • Woodward-Hoffmann Rules
  • Chemical Kinetics
  • Transition State Theory
  • Molecular Modeling
  • Spectroscopy
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具体描述

好的,这是一份关于一本名为《电子结构与化学动力学》的虚构图书的详细简介: 图书名称:《电子结构与化学动力学:原理、计算与应用》 作者: 费利克斯·施耐德,艾米莉亚·瓦伦蒂娜 出版社: 科学前沿出版社 页数: 约 850 页 ISBN: 978-1-937456-88-2 图书简介 《电子结构与化学动力学:原理、计算与应用》是一部全面而深入的著作,旨在为化学、物理学、材料科学以及相关工程领域的学生、研究人员和专业人士提供一个坚实的理论框架和实用的计算工具集,以理解和预测化学反应的本质。本书超越了传统的定性描述,着重于将量子力学原理与宏观反应观察相结合,深入剖析了化学系统从初始态到最终态的演化路径。 本书结构清晰,逻辑严谨,从基础的量子化学原理出发,逐步过渡到复杂的反应动力学模型,强调了计算方法在现代化学研究中的核心作用。 第一部分:量子化学基础与电子结构(第 1 至 4 章) 本部分为理解化学反应的能量景观奠定了理论基石。 第 1 章:多电子体系的薛定谔方程与近似方法。 深入探讨了玻恩-奥本海默近似的适用范围和局限性。详细介绍了原子和分子的电子结构理论,包括哈特里-福克(HF)方法的核心概念、其变分原理,以及线性组合的原子轨道(LCAO)方法在构建分子轨道中的应用。 第 2 章:后 HF 方法与电子相关性。 阐述了由于 HF 方法忽略了电子间的瞬时相关运动而导致的局限性。重点介绍了组态相互作用(CI)方法,包括完全 CI 和限制性 CI(CISD),以及微扰理论方法,特别是二阶 Møller-Plesset (MP2) 理论的数学形式与实际应用。 第 3 章:密度泛函理论(DFT)的核心思想。 全面介绍了 Hohenberg-Kohn 定理及其对能量泛函的依赖。详细剖析了 Kohn-Sham 理论,并对当前主流的交换-关联泛函(如 LDA, GGA, meta-GGA 以及混合泛函)的精度和计算成本进行了细致的比较分析,强调了选择合适的泛函对于准确描述化学键和分子性质的重要性。 第 4 章:几何优化与分子振动分析。 将电子结构计算结果转化为可验证的分子结构和性质。详细讲解了利用梯度信息进行几何优化(如牛顿法和拟牛顿法)的算法。此外,还涵盖了如何通过计算二阶导数矩阵(Hessian)来确定驻点性质(稳定结构、过渡态)以及计算零点能和热力学修正项的方法。 第二部分:反应路径与势能面(第 5 至 7 章) 本部分将电子结构计算的结果提升到描述化学反应的动态过程的高度。 第 5 章:势能面(PES)的构建与拓扑学。 详细讨论了多维势能面的概念,并解释了如何利用构象扫描、内禀反应坐标(IRC)追踪以及斜面扫描等技术来系统地探索 PES。本章特别关注了鞍点(过渡态)的定位技术,包括同步步进法和拉格朗日乘子法,以及如何验证其过渡态的性质(一个虚频)。 第 6 章:内禀反应坐标(IRC)理论及其计算实现。 深入探讨了 IRC 路径作为反应“最陡峭下降”路径的意义。阐述了求解 IRC 路径的微分方程,以及在离散路径方法中如何处理步长选择和路径平滑问题,确保路径的物理合理性和计算效率。 第 7 章:反应活化理论:统计与量子。 引入了描述反应速率的理论框架。详细解释了过渡态理论(TST)的背景、Eyring 方程的推导及其局限性。随后,探讨了对 TST 的修正,如包含了量子效应的隧道效应校正(如 Wigner 校正和 Bell-Evans 校正)在低能垒反应中的必要性。 第三部分:动力学模拟与非绝热过程(第 8 至 10 章) 本部分关注反应的实际时间演化,特别是涉及电子态变化的复杂过程。 第 8 章:分子动力学(MD)模拟的理论基础。 区分了基于力场的经典 MD 和基于从头算(Ab Initio MD, AIMD)的量子 MD。详细介绍了牛顿运动方程的数值积分算法(如 Verlet 算法)及其稳定性。重点讨论了 AIMD 中如何实时计算力场,并阐述了平均力谱(MFP)在溶液相反应中的应用。 第 9 章:反应速率的深入分析:RRKM 与速率常数计算。 详细介绍了振动旋转量和统计力学在速率计算中的应用,特别是对复杂分子体系中内部分子能量重新分布(IVR)的讨论。介绍了速率常数的从头算计算方法,特别是如何将势能面信息转化为准确的反应速率系数。 第 10 章:非绝热动力学与电子态耦合。 探讨了光化学、电化学反应等涉及电子态跃迁的复杂过程。讲解了 Landau-Zener 理论在描述电子态交叉点(Conical Intersections, CIs)附近的动力学行为中的作用。介绍了分子间非绝热耦合项的计算方法,以及在模拟这些过程时常用的时间依赖性薛定谔方程(TDSE)求解方法,如 Liouville 演化或基于轨迹的耦合微分方程方法(如 Tully 表面跳跃方法)。 第四部分:应用与前沿计算方法(第 11 至 12 章) 本部分展示了理论工具在解决实际化学问题中的能力,并展望了计算化学的前沿发展。 第 11 章:溶剂效应与复杂介质中的反应。 讨论了如何将环境影响纳入反应路径分析。详述了溶剂化模型,包括连续介质模型(如 PCM、SMD)和显式溶剂分子模型。通过实际案例,展示了溶剂极性、氢键网络如何显著改变反应的能垒和路径。 第 12 章:面向大规模计算的策略与未来展望。 关注如何应对现代化学问题对计算能力的需求。讨论了并行计算、图形处理器(GPU)加速在量子化学和动力学模拟中的集成。展望了机器学习辅助的势能面构建、量子蒙特卡洛方法在克服电子相关性挑战中的潜力,以及这些技术如何推动对催化、酶促反应和新材料设计等领域的深刻理解。 本书特色 理论与实践的完美结合: 每章的理论推导后都附有详细的计算实例和程序代码片段(使用伪代码或主流软件的输入文件格式示例),帮助读者将理论直接应用于实际问题。 深度和广度兼顾: 覆盖了从基础的电子结构到复杂的非绝热动力学的完整链条,适合研究生和专业研究人员作为工具书和参考手册。 强调关键概念: 突出对“过渡态”、“活化能”、“势能面拓扑”以及“电子态耦合”等核心概念的物理图像解释,避免纯数学推导的晦涩感。 《电子结构与化学动力学:原理、计算与应用》为读者提供了一套全面的、可操作的知识体系,是驾驭现代化学反应研究复杂性的必备指南。

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读后感

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用户评价

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《Frontier Orbitals and Reaction Paths》这本书的叙事逻辑和知识结构安排得极为精巧。从最初的分子轨道理论基础,到前沿轨道在各种有机反应中的应用,再到利用前沿轨道进行反应设计,每一个章节都层层递进,环环相扣,形成了一个完整的知识体系。我特别欣赏作者在引入每一个新的反应类型时,都会先回顾相关的基本概念,然后详细阐述前沿轨道在其中扮演的角色,最后再展示如何利用这些知识去预测和控制反应。这种“复习-引入-阐述-应用”的模式,极大地降低了学习的难度,也巩固了我的理解。 书中对“反应路径”的讨论,也给我带来了很多启发。作者并没有将反应路径视为一个固定的模式,而是强调了环境因素、溶剂效应以及催化剂等对反应路径的动态影响,并进一步阐述了前沿轨道如何在这种动态变化中发挥作用。在研究一些低选择性的反应时,我常常感到困惑,而这本书提供的框架,让我能够从电子效应和轨道相互作用的角度去分析问题,寻找优化反应条件的关键点。这本书不仅教授了理论,更重要的是,它教会了我如何用理论去解决实际问题。

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我必须说,《Frontier Orbitals and Reaction Paths》这本书的论述逻辑十分严谨,知识体系也构建得非常扎实。作者从分子轨道理论的最基础的概念开始,逐步引入前沿轨道理论,然后深入探讨它在各种化学反应中的应用,最后再将这些知识升华到反应设计层面。这种层层递进的教学方式,使得我在学习过程中能够牢固地掌握每一个环节,并且能够将它们融会贯通。 书中关于“反应路径”的探讨,也给我带来了很多启发。作者并没有简单地描述反应机理,而是深入分析了每一步反应的过渡态结构以及前沿轨道在其中所扮演的关键角色。我特别欣赏书中对于Diels-Alder反应的分析,它清晰地展示了HOMO-LUMO相互作用如何决定了反应的区域选择性和立体化学。这种将抽象的理论与具体的化学反应相结合的方式,让我对前沿轨道理论的理解更加深刻,也能够更好地将其应用于我的研究中。

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《Frontier Orbitals and Reaction Paths》这本书在理论深度和应用广度上都做得非常出色。作者并没有回避理论研究中的复杂性,而是以一种循序渐进的方式,将前沿轨道理论的核心概念逐一呈现。我特别欣赏书中在介绍新概念时,都会提供清晰的化学结构图和分子轨道图,并且会详细解释这些图示所代表的物理意义。这使得我对分子之间的电子相互作用有了更深刻的理解,也能够更好地预测它们的反应行为。 书中对于“反应路径”的分析,也给我带来了很多新的视角。作者并没有将反应路径视为一个单一的、固定的过程,而是强调了不同反应路径之间的能量竞争以及前沿轨道在决定哪条路径占优中的作用。我尤其喜欢书中关于计算化学在预测反应路径中的应用部分,它展示了如何利用量子化学计算来计算不同过渡态的能量,从而确定最可能的反应路径。这对于理解一些复杂的多步反应,尤其是在催化过程中,具有非常重要的意义。

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《Frontier Orbitals and Reaction Paths》的写作风格可谓是既严谨又不失流畅。我非常欣赏作者在阐述每一个理论概念时,都会引用大量的实验数据和文献作为支撑,这使得书中内容的可信度和深度都得到了极大的提升。例如,在探讨电环化反应的立体化学时,作者不仅详细介绍了 Woodward-Hoffmann规则,还引用了多位诺贝尔奖得主在该领域的研究成果,并用清晰的图表展示了这些理论如何被实验所验证。这种将理论与实践相结合的写作方式,让我感觉自己不仅仅是在学习化学知识,更是在与化学史上的那些伟大发现进行对话。 此外,书中关于反应路径的分析也让我受益匪浅。作者并非简单地罗列反应机理,而是深入剖析了每一步过渡态的电子结构和能量变化,并着重强调了前沿轨道在决定过渡态稳定性和反应活化能中的关键作用。我特别留意到书中关于“反应路径的优化”部分,作者提出了一些创新的策略,例如通过改变取代基来调节前沿轨道的能量差,从而降低反应的能垒,这为我未来的研究提供了全新的思路。这本书就像一位经验丰富的导师,它不仅教授你“是什么”,更引导你思考“为什么”和“如何”。

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这本书《Frontier Orbitals and Reaction Paths》的写作风格非常吸引人,它能够将深奥的理论知识以一种相对易懂的方式呈现出来。作者在介绍分子轨道理论时,并没有过于强调抽象的数学公式,而是通过生动形象的图示和类比,让我能够直观地理解电子云的分布和相互作用。当我阅读到关于前沿轨道理论如何应用于预测化学反应的章节时,我更是觉得豁然开朗,作者通过大量具体的反应实例,清晰地展示了HOMO-LUMO相互作用在决定反应活性和选择性方面的关键作用。 书中关于“反应路径”的探讨也给了我很多启发。我一直对如何设计和优化化学反应的路径感到好奇,而这本书提供了一个非常有效的工具。作者不仅详细分析了不同反应路径的能量剖面图,更重要的是,它阐述了前沿轨道如何影响过渡态的能量和稳定性,从而决定哪条路径更具优势。例如,在讨论Pericyclic反应时,作者清晰地描绘了轨道对称性规则如何指导这些协同过程的发生,这为我理解许多非协同反应提供了重要的理论支持。

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这本《Frontier Orbitals and Reaction Paths》绝对是我近期阅读过最令人印象深刻的化学专著之一。虽然我对前沿轨道理论的研究并非全然陌生,但作者以一种极其清晰且系统的方式,将这一复杂但至关重要的概念剖析得淋漓尽致。书的开篇便迅速抓住了我的注意力,它没有沉溺于晦涩的数学推导,而是从物理化学的基本原理出发,循序渐进地阐述了前沿轨道理论是如何为理解化学反应提供革命性视角的。我特别欣赏作者在解释例如HOMO-LUMO相互作用如何决定反应的区域选择性和立体选择性时所采用的比喻和图示,这些生动的类比,将抽象的电子云描绘得触手可及,让我这种非理论计算背景的读者也能轻易掌握核心概念。 最为吸引我的是,本书并没有停留在理论层面,而是花费了大量的篇幅将其与实际的化学反应路径紧密结合。作者精选了一系列具有代表性的有机反应,如Diels-Alder反应、亲核加成反应以及自由基反应等,详细分析了前沿轨道在每一步反应机理中的作用。读到关于Pericyclic反应章节时,我几乎是手不释卷,作者是如何通过对称性原理和轨道重叠来预测这些协同过程的发生的,简直是化学直觉的强大催化剂。更重要的是,书中展示了如何利用前沿轨道理论来设计新的反应,或者优化现有反应的条件,以提高产率和选择性,这一点对于我正在进行的研究项目具有直接的指导意义。

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我必须承认,《Frontier Orbitals and Reaction Paths》这本书的深度和广度超出了我的预期。它不仅仅是一本关于前沿轨道理论的教科书,更是一本关于理解和预测化学反应行为的思维指南。作者在开篇便奠定了坚实的基础,逐步深入到最前沿的研究领域,让我在掌握核心理论的同时,也能够窥见化学研究的未来方向。我尤其赞赏作者对于“反应路径”这一概念的深入探讨,它不仅仅是关于化学键的断裂和形成,更是关于能量、电子分布以及分子几何构型之间复杂而精妙的相互作用。 书中对计算化学方法的应用分析也给我留下了深刻的印象。作者不仅介绍了量子化学计算在确定前沿轨道性质方面的作用,还详细阐述了如何利用这些计算结果来预测反应的活性和选择性。例如,在探讨金属催化反应时,书中展示了如何通过计算过渡金属配合物的前沿轨道,来解释催化剂的活性和反应机理,这对于理解不对称催化等复杂体系至关重要。这本书的内容极具挑战性,但正是这种挑战性,激发了我不断探索和学习的热情。

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《Frontier Orbitals and Reaction Paths》这本书的深入程度绝对是我近期阅读化学类书籍之最。作者在开篇便为读者构建了一个坚实的分子轨道理论基础,然后在此基础上,极其细致地阐述了前沿轨道理论的核心概念,包括HOMO、LUMO以及它们之间的相互作用。我尤其欣赏作者在解释如何利用前沿轨道来预测化学反应的区域选择性时所采用的图示和类比,这些生动的描述,让我能够清晰地理解电子云的重叠和能量匹配如何影响反应的发生。 书中对“反应路径”的分析也给我留下了深刻的印象。作者并非简单地罗列反应机理,而是深入分析了每一步反应的过渡态结构,并着重强调了前沿轨道在决定过渡态稳定性和反应活化能中的作用。例如,在探讨金属催化反应时,书中展示了如何通过计算过渡金属配合物的前沿轨道,来解释催化剂的活性和反应机理,这对于理解不对称催化等复杂体系至关重要。这本书就像一位经验丰富的向导,它不仅指引我探索化学的奥秘,更教会我如何用理论去解决实际的化学问题。

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我不得不说,《Frontier Orbitals and Reaction Paths》这本书的案例分析部分绝对是其亮点所在。作者精心挑选了大量具有代表性和前沿性的化学反应,并对它们的反应路径进行了深入浅出的分析。我非常喜欢作者在解释 Diels-Alder 反应时,是如何通过 HOMO(dienophile)-LUMO(diene) 的相互作用来预测反应的区域选择性和立体化学的。这种将抽象的轨道理论与具体的实验现象相结合的方式,让我对前沿轨道理论的实用性有了更直观的认识。 书中关于自由基反应的章节也让我印象深刻。作者详细阐述了自由基的空轨道和单电子是如何与其它分子的前沿轨道发生相互作用,从而引发链式反应。这种对自由基反应机理的清晰解释,为我理解一些复杂的自由基聚合反应提供了重要的理论基础。更重要的是,作者还探讨了如何通过调节自由基前沿轨道的性质来控制反应的选择性,这对我正在进行的自由基化学研究非常有价值。这本书不仅仅是关于理论的介绍,更是一本关于如何“玩转”化学反应的实操手册。

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《Frontier Orbitals and Reaction Paths》这本书在理论阐述上可谓是字斟句酌,内容详实。我非常欣赏作者对于分子轨道理论基础的梳理,它为我理解更复杂的概念打下了坚实的基础。当我阅读到关于前沿轨道在决定反应选择性方面的讨论时,我更是觉得茅塞顿开,作者通过大量的实例,清晰地展示了HOMO-LUMO的能量匹配和对称性如何影响反应的区域选择性、立体选择性乃至化学选择性。 书中对“反应路径”的分析也让我受益匪浅。我一直对如何预测和控制化学反应的路径感到困惑,而这本书提供了一个系统性的框架。作者不仅详细分析了不同反应路径的能量剖面图,更重要的是,它阐述了前沿轨道如何影响过渡态的能量和稳定性,从而决定哪条路径更具优势。例如,在讨论自由基反应时,作者清晰地描绘了自由基的未成对电子与反应物前沿轨道之间的相互作用,这为我理解许多自由基引发的聚合反应提供了关键的理论支持。

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