Квантовая механика, применение в органической химии

Решение проблемы об относительной стабильности трифенилметила и его аналогов оказалось для химиков-теоретико)з нелегким. Но применение квантовой механики к органической химии привело к созданию концепции резонанса в сложных молекулах. Оказалось, что область распространения неспаренного электрона в трифенилметиле, так же как область распределения ароматического секстета в бензоле, может занимать большую часть внутримолекулярного пространства. Вследствие этого свободный валентный электрон в сложной молекуле трифенилметила обладает меньшей внутренней энергией, чем в простом атоме, например в атоме водорода. [c.13]

С возникновением квантовой механики во второй половине 20-х годов наступил новый этап и в теории электронного строения органических соединений. Методы теоретической физики были применены для решения принципиальных вопросов химии для разработки учения о строении атомов и, что имело в глазах химиков особенно важное значение, строения их электронных оболочек для разработки учения о валентности атомов, о природе химической связи для интерпретации и затем расчета электронного строения и некоторых связанных с ним свойств молекул, сначала, конечно, простейших—типа молекулы водорода, а затем все более сложных, включая ароматические соединения. В конечном итоге методы квантовой механики нашли применение к основному объекту хили и — к превращениям химических соединений, к химическим реакциям, особенно к трактовке строения и свойств промежуточных продуктов реакций — ионов, радикалов, переходных (активированных) комплексов, а также сил межмолекулярного взаимодействия, роли катализатора и т. д. Часть квантовой механики, объектом изучения которой были частицы, интересующие химика, и реакции между ними, выделилась в относительно самостоятельную дисциплину, получившую название квантовой химии. [c.159]

Физическая органическая химия развивается по трем основным направлениям 1) исследование влияния строения реагентов и условий взаимодействия на равновесие и скорость реакций, 2) изучение механизмов реакций и 3) применение статистической физики и квантовой механики к исследованию органических веществ и их реакций. Конечно, эти проблемы, если их рассматривать в щироком плане, охватывают значительную часть химии вообще. Поэтому следует подчеркнуть особенность, характерную для методологии физической органической химии главное внимание уделяется тем вопросам, решение которых важно для развития органической химии в целом. Достижения физической органической химии основаны на применении теорий и методов физической химии к огромному материалу, накопленному за 100 лет интенсивного изучения органических реакций и развития теории строения органических соединений. Практически неисчерпаемое разнообразие органических структур открывает единственную в своем роде возможность подробного систематического подхода к проблемам реакционной способности. Изучение реакций сложных природных веществ способствовало развитию теоретических представлений физической органической химии, которые теперь в свою очередь помогают устанавливать строение природных соединений. [c.7]

Данная книга является элементарным введением в квантовую механику атомов и молекул, т. е. квантовую химию, и рассчитана на математическую подготовку химиков — старшекурсников или аспирантов. В ней встречаются и несколько менее известные математические понятия, ио вводится совсем немного физических или концептуальных моделей. Главная цель, преследуемая этой книгой, — ознакомить с основами квантовой химии, и прежде всего с ее применениями к проблеме химической связи и спектроскопии. Другая цель — подготовить студентов к прохождению курсов по современной неорганической и органической химии, а также к более углубленному изучению квантовой теории. [c.7]

Настоящая книга во многом обязана своим появлением профессору Лукасу, так как вначале она была задумана как переработанный вариант второго издания его Органической химии и порядок изложения материала в этих книгах до некоторой степени одинаков кроме того, в ней уделяется такое же внимание термохимии, поскольку она многое дает для понимания органических реакций. Особое внимание к этому вопросу на начальной стадии обучения обусловлено тем, что постепенное повышение удельного веса квантовой механики и статистической механики в преподавании основ физической химии ведет к исключению многих областей применения термодинамики из круга вопросов, рассматриваемых в начальном периоде изучения химии. [c.9]

Квантовая механика нашла себе плодотворное применение в разрешении фундаментальных проблем органической химии. Была создана теория ковалентной связи получили объяснение замечательные свойства ковалентной связи — насыщенность и на- [c.9]

Каково будущее органической химии Опыт прошлого показывает, что научный прогресс распространяется подобно кругам на воде. Новые концепции или методы играют роль камня, брошенного в воду распространяясь, они вызывают изменения в областях, ранее находившихся в относительном покое. В последнее двадцатилетие такими новыми волнами прогресса явились применение квантовой механики к органическим соединениям, новые физические методы установления структуры и новые воззрения в фотохимии и органическом синтезе. Эти волны достигли весьма отдаленных областей и в настоящее время оказывают глубокое влияние на биохимию, и в особенности на область, пограничную между органической и неорганической химией. Мы надеемся, что наша книга послужит прочным фундаментом для изучения этих достижений. [c.7]

Направление научных исследований расчет молекулярных орбит электронная корреляция применение квантовой механики к изучению проблем в области валентности, спектроскопии и межмолекулярных сил ИК-спектры и ЯМР высокого разрешения кинетика и механизм неорганических окислительно-восстановительных реакций реакционная способность связи углерод — металл амиды металлов и неметаллов кинетика реакций в газовой фазе, реакций гидрирования и полимеризации неорганические полимеры органические соединения бора, фосфора, кремния, германия, олова влияние у-излучения на металлорганические соединения калориметрия металлорганических соединений рентгеноструктурный анализ природных веществ химия производных ацетилена, алкалоидов, терпенов и стероидов биосинтез метаболитов плесени моделирование системы энзимов. [c.273]

Некоторые элементы квантовой механики. Новым этапом развития теории строения и познания сущности химической связи явилось применение в органической химии квантовой механики. [c.35]

Современная электронная теория молекул и применение к ней квантовой механики разработаны совершенно недостаточно. Практически невозможно получить какие-либо количественные результаты непосредственно из теории. Даже в качественном отношении современная электронная теория органической химии является скорее собранием более или менее вероятных постулатов поведения электронов в частице, собранием постулатов, опирающихся в сущности на химические опытные правила реакционной способности, чем подлинной теорией, основанной на логическом развитии электронных и квантовых понятий. Мы имеем здесь дело скорее с новым обобщенным языком, на котором излагаются правила реакционной способности. Квантово-механические и электронные представления вряд ли можно в настоящее время рассматривать как основную базу для дальнейшего развития учения о реакционной способности. Такие преждевременные попытки могут приводить к спекуляциям, подчас весьма сомнительным, а иногда и просто неверным. [c.324]

Однако не может быть сомнения, что основывающиеся на мировоззрении диалектического материализма попытки широкого применения квантовой механики, предпринимаемые с целью дальнейшего развития учения Бутлерова, не только будут способствовать разрешению многих теоретических проблем органической химии, но явятся также основой для дальнейшего развития и совершенствования самой квантовой механики. [c.398]

Английское издание, подобно японскому, предназначено для ознакомления химиков-органиков с основными принципами теории молекулярных орбиталей и применением ее в органической химии. Подробные объяснения, включенные в этот учебник, могут оказаться излишними для физико-химиков, хорошо владеющих методами квантовой механики. Однако они необходимы для многих исследователей, особенно химиков-органиков, которые хотят изучить основные принципы современных квантовомеханических расчетов, тем более, что число таких работ со временем, несомненно, будет все более возрастать. [c.7]

И техники квантовохимических расчетов с тем, чтобы производить самостоятельные вычисления применительно к интересующим проблемам. Второй путь не требует освоения методов квантовохимических расчетов, а позволяет лишь научиться понимать и грамотно применять многочисленные результаты, уже полученные специалистами, занимающимися квантовой механикой. Вероятно, второй путь более приемлем для химика-органика, и, следуя ему, в дальнейшем мы излагаем результаты применения теории МО к проблемам органической химии. [c.10]

В прошлом теория резонанса нашла широкое применение в органической химии, в особенности для объяснения строения молекул с сопряженными связями и молекул ароматических соединений. Метод резонанса подробно описан в ряде монографий (см., например, [1 ]), и не имеет смысла рассматривать его здесь детально, тем более что в будуш,ем он, вероятно, уступит место теории МО. Хотя обе теории возникли на основе квантовой механики, их характеризует совершенно различный подход к решению задач [c.25]

Достижения квантовой химии в настоящее время используются для интерпретации многих химических реакций. Однако современное состояние этой теории таково, что за исключением простейших молекул или ионов (Н ,Н2 , Н2), расчеты могут быть проведены только приближенно, и то лишь при использовании сложного математического аппарата. Чем точнее эти расчеты, тем дальше они, в большинстве случаев, от простых химических формул из них исчезают элементы наглядности, полученные результаты трудно поддаются физической интерпретации и уже не могут быть использованы химиками в их повседневной работе по расщеплению и синтезу сложных органических веществ. Поэтому был создан ряд вспомогательных, так называемых качественных электронных теорий химической связи (Вейтц, Робинсон, Ингольд, Арндт, Полинг, Слейтер, Хюккель, Мулликен и др.), которые нашли широкое распространение и дают плодотворные результаты в построении феноменологической органической химии. Впрочем, необходимо всегда знать границы применения этих приблил<.еиных представлений, и они будут часто указываться в настоящей книге. Наконец, следует отметить, что согласно квантовой механике, невозможно создать точную и вместе с тем наглядную теорию материи, так как любая такая теория неизбежно окажется лишь oгpaничeIiнo правильной. [c.24]

М. Дьюар (род. в 1918 г.). В настоящее время работает в Техасском университете, до этого — в Чикагском университете и в Лондонском колледже королевы Марии. Специалист в области теоретической органической химии и применения к ней квантовой механики. [c.33]

В том, что автору удалось изложить основные идеи квантовой механики и расчетных методов квантовой химии, как нам кажется, оптимальным образом. Он, по-видимому, впервые в монографической литературе по квантовой химии решился широко использовать так называемый скобочный метод Дирака. Этот несколько формальный подход отличается исключительной ясностью и не требует от читателя практически никакой математической подготовки, за исключением внимания при выводах. Конечно, эти главы необходимо проконспектировать (а желательно и решить сопровождающие их задачи), но уже после первых, приблизительно пятидесяти, страниц читатель получает возможность разобраться в настоящих современных методах квантовой химии и в их основе — подходе Хартри — Фока (теории самосогласованного поля). Можно напомнить, что Стрейтвизер подошел к изложению основных идей метода Хартри — Фока только в конце своей книги и уделил им всего две страницы. Дьюар же исходит из этого метода с самого начала и к тому же вполне доступным образом. Правильно, по нашему мнению, и то, что при рассмотрении методов, реально используемых для сложных систем, автор идет от более общего и точного подхода к его упрощенным вариантам, а не отталкивается от примитивных приближенных методов, пытаясь их постепенно исправлять . Это дает читателю солидную подготовку, которая позволяет по мере все более широкого использования усовершенствованных вариантов следить за ними без особого труда. После изложения основ методов Хартри — Фока и Рутана в книге подробно рассматривается подход Попла, который в настоящее время лежит в основе большинства применений к органической химии. Лишь затем автор приступает к анализу метода Хюккеля. Теперь читатель, вооруженный достаточными знаниями, сам может разобраться в границах применимости этого варианта теории. Критика Дьюара самого метода МОХ и особенно попыток его улучшения и распространения на более широкий круг систем (для которых он вообще непригоден) в виде так называемого расширенного метода Хюккеля (или метода Вольфсберга — Гельмгольца) очень солидна и должна повлиять на тех теоретиков, которые пытаются таким путем решать самые сложные проблемы органической и неорганической химии. Можно надеяться, что книга Дьюара выявит нецелесообразность таких работ, которые оказываются устаревшими еще до своего появления. Таким образом, первые четыре методические главы и пятая глава, в которой излагаются результаты применения метода Попла, можно рассматривать как хороший учебник органической квантовой химии, вполне доступный органику, согласному затратить некоторые усилия для овладения современной теорией. [c.6]

Со времени выхода моей первой книги прошло 20 лет. В то время лишь немногие химики имели представление о квантовой механике или теории молекулярных орбиталей (МО). Моей задачей было показать, что эта теория позволяет объяснить ряд вопросов органической химии более удовлетворительно, чем популярная в те дни теория резонанса. В 1949 г. метод МО находился, как известно, на самой ранней стадии своего развития. Вычислительные машины только начинали появляться, и Рутан и Попл еще не опубликовали своих классических работ по методу МО в самосогласованном поле (ССП). Количественные расчеты приходилось выполнять с помощью ручного счета и они ограничивались использованием простого метода Хюккеля другой возможностью (и этим ограничивалось применение метода МО к проблемам химии) был грубый качественный описательный подход, основанный на простых представлениях об орбиталях и их перекрывании. [c.10]

Оглавление показывает, что в названиях отдельных глав и их последовательности, т. е. в выборе содержания и построения книги, авторы довольно близко следовали книге Коулсона. В начальных главах даны элементы квантовой механики, теории валентности и теории атомных спектров. Далее излагаются основные методы теории электронных оболочек молекул — метод молекулярных орбиталей и метод валентных связей — в применении к двухатомным и затем к многоатомным молекулам. В последующих главах рассматриваются теория поля лигандов, д-электронное приближение в органической химии и некоторые специфические типы химических связей. [c.5]

О природе ковалентных химических связей. Новым этапом развития теории строения и ее углубления з сторону познания сущности химической связи явилось применение в органической химии квантовой механики. Квантовая механика требует использования сложного математического аппарата в настоящем курсе можно дать лишь общую характеристику квантовой механики и некоторые конечные выводы, полученные при ее применении, а также показать необходимость применения этой науки в органической химии. [c.54]

Применение квантовой механики в области органической химии углубило представление о химической связи однако не следует думать, что химические закономерности могут быть сведены к законам движения электронов и ядер. [c.59]

При подготовке третьего издания теоретический уровень учебника значительно повышен. Даны сведения об электроотрицательности элементов как основе многих свойств органических молекул, об энергйи связей. Значительно расширен материал по применению квантовой механики в органической химии. Даны понятия о молекулярных орбиталях и методах их расчетов, в частности о методе линейной комбинации атомных орбиталей (ЛК АО), о связывающих и разрыхляющих орбиталях. Излагаются сведения о реакционных индексах, позволяющих объяснить многие свойства и механизмы реакций (порядке связи, индексе свободной валентности, электронной плотности у различных атомов и т. д.). Несколько расширены сведения об электронных механизмах реакций. [c.4]

В курсе органической химии нет возможности и необходимости касаться применения уравне1шя Шредингера к расчету энергии МО и различных расчетных методов кваэтовой механики, так как эти вопросы являются специальным предметом физики (кванговой механики) или химической физики (квантовая химия) и изучаются по необходимости на старших, курсах. [c.64]

Второе направление, по которому физика вторглась в область структурной теории,— это применение методов квантовой механики. Сначала был решен коренной вопрос теории строения химических соединений — разработано новое учение о валентности и химической связи. Собственно в области органической химии уже в начале 30-х годов было введено представление о о- ил-связях, объяснено в грубых чертах электронное строение и энергетика бензола и сопряженных систем (включая радикалы типа трнфенилметила), объяснена пространственная направленность связей углерода, их тетраэдрическая, тригональная и дигональная направленность объяснено также отсутствие вращения вокруг двойной связи. В 30-е годы особенное развитие получил метод валентных связей, с помощью которого были получены впервые так называемые молекулярные диаграммы, выражающие проценты двоесвязанности и порядки связей. Эти величины эмпирически были сопоставлены с межатомными расстояниями, результатом чего явилось удачное предсказание еще не определенных межатомных расстояний (например, в нафталине). [c.349]

Несмотря на недостаток знаний энергии возбуждения таких сложных молекул, как окрашенные органические соединения, и на невозможность строгого квантово-механического расчета молекул красителей, были достигнуты известные успехи в расчете спектров некоторых сопряженных систем, характерных для молекул красителей путем совместного применения индуктивных методов органической химии и квантово-механических принципов. Волновое уравнение механики подсказало выбор правил , которые разрешают или запрещают элмстронные переходы на разные уровни. [c.383]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология