Language
Country/Area
No result found
Революционное открытие Кеничи Фукуи: почему взаимодействие между HOMO и LUMO так важно?
В области химии Frontier Molecular Orbital Theory (FMO) лежит в основе изучения механизмов химических реакций. Взаимодействие между HOMO (высшая занятая молекулярная орбиталь) и LUMO (низшая незанятая молекулярная орбиталь) не только помогает нам предсказывать направление химических реакций, но также дает представление о взаимодействиях между молекулами. Среди них исследование Фукуи Кеничи дает нам ключевую перспективу.
Историческое исследование
В статье, опубликованной Кеничи Фукуи в 1952 году, была предложена молекулярная теория реакционной способности ароматических углеводородов, которая до сих пор широко ценится. Хотя идеи Фукуи в то время подверглись некоторой критике, за эту работу он и Роальд Хоффман получили Нобелевскую премию по химии. Их исследования сосредоточены на механизмах реакций, особенно на влиянии передовых молекулярных орбиталей.
Передовая теория молекулярных орбиталей Кеничи Фукуи обеспечивает упрощенную основу для понимания химических реакций путем анализа взаимодействий между ВЗМО и НСМО.
Теоретическая основа
Фукуи понял, что, согласно теории молекулярных орбиталей, хорошее приближение к реакционной способности можно найти, исследуя ВЗМО и НСМО. Его теория основана на трех основных наблюдениях: во-первых, занятые орбитали двух молекул отталкивают друг друга; во-вторых, положительные заряды притягивают противоположные отрицательные заряды; в-третьих, занятые орбитали и незанятые орбитали будут взаимодействовать, особенно ВЗМО и взаимодействия между НСМО.
Пограничная теория молекулярных орбиталей не только дает единое объяснение химических реакций и селективности, но также согласуется с предсказаниями Вудворда-Хоффмана.
Примеры приложений
Реакция циклоприсоединения
Реакция циклоприсоединения — это реакция, в которой одновременно образуются по крайней мере две новые связи. Эти реакции обычно включают циклическое движение молекулярных электронов и соответствуют природе поперечной реакции. Например, реакция Дильса-Альдера, реакция между малеиновым ангидридом и циклопентадиеном, соответствует правилу Вудворда-Гоффмана. Механизм реакции и стереоселективность можно дополнительно проанализировать с помощью теории FMO, показывая преимущества продуктов концевых групп.
реакция σ-транслокации
Реакция σ-транслокации включает перемещение σ-связей и последующую замену π-связей. При транслокации [1,5] при наличии фазового сдвига цветного кольца движение электронов будет определять, разрешена ли реакция. Во время этого процесса интерактивные отношения между ВЗМО и НСМО показывают возможность реакции. Теория FMO дает здесь ключевое объяснение.
Реакция электроциклизации
Преобразование двойных и одинарных связей имеет решающее значение в реакциях электроциклизации. Эту реакцию можно понять через процесс слияния или разделения σ-связей и π-связей. Этот процесс следует правилам реакции Вудворда-Гоффмана, и механизм реакции можно вывести из взаимодействия ВЗМО и НСМО.
Использование взаимодействия между ВЗМО и НСМО может обеспечить глубокое понимание путей химических реакций и предсказать их возможные продукты.
Передовая теория молекулярных орбиталей Кеничи Фукуи не только имеет решающее значение для понимания механизма химических реакций, но и открывает новую перспективу для прогнозирования реакционной способности посредством ВЗМО и НСМО. Имея более глубокое понимание молекулярных взаимодействий, как ученые могут использовать эту теорию для дальнейшего развития изучения и применения химических реакций?
