Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:Cornils, Boy; Herrmann, Wolfgang A.; Cornils, Boy

出品人:

页数:1494

译者:

出版时间:2002-05-24

价格:USD 580.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527304349

丛书系列:

图书标签:

• Organometallic Chemistry
• Homogeneous Catalysis
• Catalysis
• Organic Chemistry
• Transition Metal Chemistry
• Ligand Design
• Reaction Mechanisms
• Industrial Catalysis
• Polymerization Catalysis
• Asymmetric Catalysis

《现代有机合成策略与计算化学导论》 引言： 在分子构建的宏伟画卷中，有机合成始终扮演着至关重要的角色。它不仅是理解物质世界基本规律的基石，更是驱动药物发现、材料创新、农业发展以及众多工业应用的核心引擎。随着科学技术的飞速发展，有机合成的研究范式正经历着深刻的变革。传统的经验式合成方法固然经典，但日益复杂的分子结构以及对高效、环保合成路径的迫切需求，使得科学家们不断探索更智能、更具预测性的合成策略。其中，计算化学的崛起为有机合成带来了前所未有的视角和工具。它能够深入探究反应机理，预测反应活性，设计新的催化剂，并优化反应条件，从而极大地加速了合成路线的开发和优化过程。 《现代有机合成策略与计算化学导论》旨在为有机合成化学家、计算化学家以及相关领域的学生提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前有机合成领域最前沿的策略，并重点探讨计算化学在其中扮演的关键角色。本书并非简单罗列合成方法，而是着力于阐述背后的逻辑、原理以及如何利用计算工具来指导和革新合成实践。本书的写作目标是帮助读者建立起现代有机合成的全局观，理解如何将理论计算的强大力量融入到实际的合成设计与执行中，最终实现更高效、更经济、更可持续的分子构建。 第一部分：现代有机合成策略的演进与发展 本部分将回顾有机合成方法论的发展历程，并重点介绍当前备受关注的几大策略，强调其在应对复杂分子挑战方面的独特性和优势。 C-H键活化策略： 长期以来，C-C键和C-杂原子键的形成是合成化学的重点，而C-H键作为有机分子中最丰富、最稳定的化学键，其直接官能团化的挑战性也最大。然而，随着金属催化技术和催化机理研究的深入，C-H键活化策略已成为实现分子高效构建的革命性手段。本章将深入探讨不同过渡金属（如钯、铑、铱、铜等）在C-H键活化中的作用，阐述其催化循环、选择性控制（区域选择性、立体选择性）的原理，以及如何在不对称合成中应用C-H键活化。我们将展示如何通过巧妙的导向基团设计，实现对惰性C-H键的选择性氧化、官能团化，从而大幅简化合成步骤，避免预官能团化带来的额外负担。 光氧化还原催化： 近年来，光氧化还原催化以其独特的反应模式和环境友好的特性，在有机合成领域异军突起。利用可见光或紫外光激发光敏剂，产生具有强大氧化还原能力的自由基物种，从而引发一系列新颖的转化。本章将系统介绍光氧化还原催化剂的种类（如钌、铱配合物，有机染料等），光催化反应的机理，包括单电子转移（SET）和能量转移（EnT）过程。我们将重点解析如何利用光氧化还原催化实现自由基加成、偶联、环化等反应，以及其在复杂天然产物合成中的应用实例。本书还将探讨如何通过优化光照条件、溶剂选择以及催化剂结构来提高反应效率和选择性。 电化学合成： 继光催化之后，电化学合成作为一种绿色、可控的合成技术，正受到越来越多的关注。通过外加电压，电化学方法能够温和地实现氧化还原反应，避免使用昂贵的化学氧化剂或还原剂，同时减少废物产生。本章将阐述电化学合成的基本原理，包括电极材料的选择、电解池的设计以及电极电位的控制。我们将详细介绍电化学方法在C-C键形成、C-杂原子键形成、氧化和还原等方面的应用，特别是其在官能团化、聚合以及电池化学中的潜力。本书还将讨论如何通过电流、电势等参数来调控反应的选择性和产率，以及如何将电化学方法与传统的合成技术相结合，以实现更广泛的转化。 流动化学与连续合成： 传统的批量合成方法在放大生产和过程控制方面存在一定局限性。流动化学，或称连续流合成，通过将反应物在微通道或管式反应器中进行连续混合和反应，展现出在反应效率、安全性和可控性方面的显著优势。本章将介绍流动化学的基本概念、设备类型（如微反应器、管式反应器）以及其在有机合成中的应用。我们将重点阐述流动化学如何实现对反应温度、压力、混合以及停留时间的精确控制，从而提高产率、缩短反应时间，并实现危险反应的更安全操作。本书还将探讨流动化学在药物研发、精细化学品生产以及自动化合成中的广阔前景，并介绍如何将其与自动化平台结合，实现高效的合成路线筛选和优化。 第二部分：计算化学在有机合成中的核心作用 本部分将深入探讨计算化学如何为有机合成提供强大的理论支持和预测能力，从机理研究到催化剂设计，再到反应优化，展示计算化学在现代合成策略中的不可或缺性。 反应机理的计算解析： 理解反应机理是掌握合成反应的关键。量子化学计算，特别是密度泛函理论（DFT），为揭示反应中间体、过渡态以及能量垒提供了强大的工具。本章将介绍如何使用DFT计算来模拟各种反应过程，包括自由基生成、电子转移、配体交换、金属插入等。我们将演示如何通过计算反应能垒和活化能来预测反应的速率和选择性，如何通过计算中间体的稳定性来推断反应路径，以及如何利用同位素效应计算来佐证机理。本书还将介绍如何利用计算结果来解释实验现象，指导实验设计，并对潜在的副反应进行预判。 催化剂的设计与性能预测： 催化剂的设计是有机合成的核心挑战之一。计算化学能够以前所未有的精度预测催化剂的电子结构、配位环境以及与底物的相互作用，从而指导新催化剂的设计和优化。本章将重点介绍如何利用计算化学来评估金属催化剂的活性和选择性，包括计算金属-配体相互作用、氧化还原电位、以及催化循环中的能量变化。我们将演示如何通过改变配体结构、金属中心或添加剂来调控催化剂的性能，以及如何利用计算来预测催化剂的稳定性、寿命以及在不同反应条件下的表现。本书还将介绍如何利用机器学习和高通量计算相结合的方法，加速催化剂的发现和优化。 立体化学控制的理论基础： 在不对称合成中，实现高对映选择性或非对映选择性是合成的关键。计算化学能够深入探究立体选择性产生的根源，并为设计高选择性催化剂和反应条件提供理论指导。本章将详细介绍如何利用计算化学来模拟不对称催化反应中的立体选择性，包括计算过渡态的能量差、手性环境对过渡态稳定性的影响，以及非手性底物与手性催化剂之间的相互作用。我们将演示如何通过计算来理解空间位阻、电子效应以及氢键等因素在立体选择性控制中的作用，并如何根据计算结果来优化手性配体和催化剂结构，以获得更高的立体选择性。 反应条件的优化与过程模拟： 除了催化剂的设计，反应条件的优化（如溶剂、温度、浓度、添加剂等）也对合成效率和选择性至关重要。计算化学能够为这些参数的选择提供理论依据。本章将介绍如何利用计算化学来研究溶剂效应、温度对反应能垒的影响，以及添加剂如何稳定中间体或过渡态。我们将演示如何通过计算模拟来预测最佳的反应条件，以实现最高的产率和选择性，并最小化副产物的生成。本书还将介绍如何利用计算化学与流动化学相结合，进行过程模拟和优化，为工业化生产提供理论支持。 机器学习在有机合成中的应用： 随着计算能力的提升和数据的积累，机器学习（ML）正在成为有机合成研究的有力助手。本章将介绍机器学习的基本概念，以及其在有机合成中的多种应用，包括但不限于：预测反应产率和选择性，识别新的反应模式，发现潜在的催化剂，以及生成化学结构。我们将探讨如何利用现有的实验数据和计算数据来训练ML模型，以及如何利用ML模型来加速合成路线的设计和优化。本书还将讨论ML与传统计算化学方法相结合的优势，以及其在未来有机合成领域的发展趋势。 结论： 《现代有机合成策略与计算化学导论》不仅是一本关于合成方法的参考书，更是一本关于如何用更智能、更科学的方法进行分子构建的指南。通过深入融合现代有机合成的创新策略和计算化学的强大工具，本书旨在激发读者在各自的研究领域中，以更具前瞻性和预测性的方式解决合成挑战。我们相信，掌握本书所介绍的理念和方法，将有助于科学家们在药物研发、新材料设计以及解决全球性挑战（如能源和环境问题）方面取得更大的突破。本书鼓励读者将理论计算视为有机合成实践中不可或缺的合作伙伴，共同开创有机合成领域更加辉煌的未来。

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