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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Tietze, Lutz F./ Brasche, Gordon/ Gericke, Kersten M.

出品人:

页数:631

译者:

出版时间:2006-10

价格:224.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9783527290604

丛书系列:

图书标签:

• 有机合成
• 多米诺反应
• 串联反应
• 合成方法
• 有机化学
• 反应机理
• 合成策略
• 催化
• 化学反应
• 合成

反应动力学与分子设计：有机合成的新视角 图书名称： 反应动力学与分子设计：有机合成的新视角 (Kinetics and Molecular Design: A New Perspective in Organic Synthesis) 作者： [此处可虚构一位知名化学家或一组研究人员的姓名] 出版社： [此处可虚构一家权威学术出版社的名称] --- 内容简介 《反应动力学与分子设计：有机合成的新视角》是一部深入探讨现代有机合成化学核心理论与实践的专著。本书旨在弥合传统合成方法学与前沿计算化学、精密反应工程学之间的鸿沟，为化学家提供一套系统而全面的工具集，用于理解、预测并优化复杂的有机转化过程。全书聚焦于如何通过对反应中间体、过渡态的精确调控，实现对反应路径的理性设计，从而超越传统的试错法，迈向高效、高选择性的分子构建新纪元。 第一部分：反应基础与动力学框架 本书伊始，我们首先回归到有机反应的本质——能量学和动力学。不同于仅关注起始原料和最终产物的传统叙事方式，本书将反应机理的分析置于核心地位。 第一章：热力学与反应可行性 本章详细阐述了自由能剖面（Free Energy Profiles）的构建及其在预测反应方向中的关键作用。我们不仅重温了基础的热力学原理，如焓变（$Delta H$）和熵变（$Delta S$），更引入了溶剂化效应（Solvation Effects）和非共价相互作用（Non-covalent Interactions）对反应热力学的微妙影响。讨论了如何利用高精度量子化学计算（如密度泛函理论 DFT）来确定准确的平衡常数和反应驱动力。特别关注了对映选择性热力学（Enantioselective Thermodynamics）——即不同对映异构体在特定环境下的能量差异分析。 第二章：动力学控制与速率决定步 这是全书的基石之一。本章系统梳理了化学动力学的基本方程，并将其应用于复杂的有机反应体系。我们深入探讨了如何通过实验手段（如飞秒光谱、在线核磁共振等）获取反应速率常数 ($k$) 和活化能 ($E_a$)。重点内容包括： 1. 过渡态理论（Transition State Theory, TST）的精细化应用： 探讨了反应坐标的选取、微扰理论在修正 TST 准确性上的应用，以及如何处理“无能垒反应”（Barrierless Reactions）的特殊动力学。 2. 活化络合物理论（Activated Complex Theory, ACT）： 阐述了如何从量子化学数据推导出宏观反应速率，强调了熵因子在控制反应速率中的决定性作用。 3. 反应级数与复杂机理的解析： 针对连锁反应、自由基反应和多步串联反应，介绍了稳态近似法（Steady-State Approximation, SSA）和预平衡近似法（Pre-Equilibrium Approximation）的适用性与局限性。 第二部分：分子设计与反应路径调控 在坚实的动力学基础上，本书将焦点转向如何利用这些知识来主动设计和引导反应过程。 第三章：电子效应与结构对反应性的塑造 本章深入剖析了分子结构中的电子分布如何影响过渡态的几何构型和能量。探讨了取代基效应对反应速率的影响（如Hammett方程的现代扩展），以及如何通过引入推电子或吸电子基团，精细调控反应中心的亲核性或亲电性。引入了分子轨道理论（Frontier Molecular Orbital Theory, FMO）的定量应用，例如如何通过 HOMO-LUMO 间隙的大小来预测反应的速率和选择性。 第四章：立体电子效应与选择性控制 立体化学是现代合成的标志。本章详述了控制立体选择性的主要机制： 1. 空间位阻与构象锁定： 分析了大型官能团（如庞大保护基、金属配体）对过渡态位阻的几何约束作用，如何迫使反应沿着能量较低的立体路径进行。 2. 手性环境的构建： 详细讨论了手性催化剂设计中的“手性口袋”理论，如何通过诱导不对称的相互作用（如氢键、 $pi-pi$ 堆叠）来偏向单一对映异构体的形成。 3. 动力学 vs. 热力学控制的切换： 阐述了如何通过改变反应温度、溶剂极性或反应时间，实现从高活化能但高选择性的路径（动力学控制）到低能垒但可能选择性较低的路径（热力学控制）的灵活转换。 第三部分：高级反应工程与计算模拟 本部分将理论动力学与现代实验技术和计算工具相结合，构建起完整的反应设计流程。 第五章：溶剂效应与微环境工程 溶剂绝不仅仅是反应物和产物的惰性介质。本章深入探讨了溶剂如何通过溶剂化壳层（Solvation Shell）的形成，显著改变反应的活化能。 1. 极性与介电常数的影响： 结合 Kirkwood-Bauer-Magat (KBM) 模型和更先进的 Onsager 反应场模型，量化溶剂对离子对、偶极过渡态的稳定作用。 2. 特定溶剂相互作用： 讨论了氢键供体/受体溶剂、冠醚、离子液体等特殊介质对反应过渡态的选择性稳定作用，并展示了如何利用这些作用来“催化”某些惰性反应。 3. 微观环境的模拟： 引入了“反应介质中的量子化学”（QM/MM）方法，模拟复杂生物或纳米结构环境对反应动力学的调控。 第六章：计算化学在反应预测中的前沿应用 本书的最后一部分着眼于未来。本章详细介绍了如何利用先进的计算方法来“预演”反应，减少湿化学实验的成本和时间。 1. 反应路径搜索（Reaction Path Searching）： 介绍梯度跟随算法（Gradient Following）、熵驱动搜索（Entropy-Driven Search）等技术，用于在复杂的能量地貌中定位所有可能的过渡态。 2. 全局优化与路径优化： 探讨了如多重遍历搜索（Metadynamics）和模糊力场（Fuzzy Force Fields）等技术，如何用于高效地采样反应空间，寻找最具可行性的反应坐标。 3. 机器学习在动力学预测中的潜力： 简要介绍了如何利用高维描述符（Descriptors）和深度学习模型，从已知的动力学数据集中学习反应速率常数和选择性，为全新反应体系提供初步的速率预测。 结论：从理解到控制 全书最后总结了反应动力学和分子设计如何共同构成一个闭环系统：实验数据指导理论模型的建立，理论模型预测最佳的分子设计，而分子设计则通过新的催化剂或反应条件反过来验证和完善动力学理解。本书致力于培养读者从微观动力学角度审视和解决有机合成挑战的能力，为新一代化学家在不对称催化、复杂天然产物全合成及新型材料的理性构建领域提供强大的理论支撑。 --- 目标读者： 有机化学、物理化学、化学生物学、药物化学领域的研究人员、高级本科生及研究生。具备基础有机化学和物理化学知识者可深入阅读。

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