物理有機(jī)化學(xué)

前言

本書以討論有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的基礎(chǔ)知識(shí)作為主題，在論述中綜合地運(yùn)用分子軌道理論、電子理論、量子化學(xué)理論以及共振論,并在有些章節(jié)的論述中，有意識(shí)地簡(jiǎn)略提及某些理論領(lǐng)域的發(fā)展過程，以提高閱讀者的興趣。書中論題可以粗略地分為三個(gè)方面，即:有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)活性之間的定量關(guān)系；有機(jī)化學(xué)中的活性中間體和有機(jī)化學(xué)反應(yīng)歷程；有異于經(jīng)典反應(yīng)歷程的周環(huán)反應(yīng)與有機(jī)光化學(xué)。本書在編寫過程中盡可能地將新近發(fā)展的內(nèi)容和觀點(diǎn)涵蓋在內(nèi)，介紹了近年有機(jī)化學(xué)在有機(jī)光化學(xué)、有機(jī)超分子化學(xué)、生物物理有機(jī)化學(xué)和有機(jī)材料化學(xué)領(lǐng)域取得的成果以及理論。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的知識(shí)顯得越來越重要。如在藥物研發(fā)方面，多是從已知結(jié)構(gòu)和藥物活性的有機(jī)分子作為先導(dǎo)物，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾與改造。也就是根據(jù)藥物所作用的靶點(diǎn)和已經(jīng)掌握的結(jié)構(gòu)與藥物活性之間關(guān)系的有關(guān)知識(shí)，進(jìn)行大量的分子設(shè)計(jì)與合成，并把所合成出的有機(jī)分子進(jìn)行活性測(cè)試，確定它們的藥物活性，并根據(jù)測(cè)試的結(jié)果，進(jìn)行分析、總結(jié)規(guī)律，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成。多次重復(fù)上述工作，直至篩選出活性好、毒性低、易于質(zhì)量管理與控制的分子結(jié)構(gòu)。在有機(jī)光電材料、航空材料和環(huán)保材料的研發(fā)方面，也是根據(jù)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與性能之間的規(guī)律，選擇有機(jī)材料分子，經(jīng)過多次的設(shè)計(jì)、合成、測(cè)試、再設(shè)計(jì)、再合成、再測(cè)試這樣的過程。本書可作為有機(jī)化學(xué)專業(yè)研究生的教材，也可作為有機(jī)專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生的選修課教材。通過該課程的講授，使學(xué)生掌握和了解有機(jī)分子間或分子內(nèi)所存在的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、電子靜電引力和量子力學(xué)等成熟的物理基礎(chǔ)理論，以及有機(jī)反應(yīng)中所存在的能量規(guī)律和常見的電子關(guān)系等理論，為將來從事與該領(lǐng)域有關(guān)的工作奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。徐賢恭教授（1902-1994）是我國著名的物理有機(jī)化學(xué)家，他于20世紀(jì)30年代師從物理有機(jī)化學(xué)先驅(qū)、英國倫敦大學(xué)的C.K.Ingold教授攻讀博士，開展物理有機(jī)化學(xué)論題的研究,并取得重大的理論成果,回國后率先在我國講授物理有機(jī)化學(xué)(當(dāng)時(shí)稱為有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論)。我們借本書出版的機(jī)會(huì)表達(dá)對(duì)徐教授的崇高敬意和深切懷念。本書共13章，第1章和第13章由宋化燦教授編寫，其余各章由英柏寧教授編寫，全書由英柏寧教授統(tǒng)審。本書在編寫過程中，得到了楊綺琴教授在涉及物理化學(xué)概念和文字處理方面的許多幫助，在此表示衷心的感謝。由于編者水平有限，書中難免存在不足和不當(dāng)之處，我們殷切地希望讀者提出批評(píng)指正，以利我們改進(jìn)和提高。編者2008年10月于中山大學(xué)

內(nèi)容概要

本書以討論有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的基礎(chǔ)知識(shí)作為主題，綜合運(yùn)用分子軌道理論、電子理論、量子化學(xué)理論以及共振論，主要從三個(gè)方面進(jìn)行了論述，即：有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)活性之間的定量關(guān)系；有機(jī)化學(xué)中的活性中間體和有機(jī)化學(xué)反應(yīng)歷程；有異于經(jīng)典反應(yīng)歷程的周環(huán)反應(yīng)與有機(jī)光化學(xué)。全書共分十三章，包括：有機(jī)化學(xué)中的價(jià)鍵和更弱的化學(xué)鍵,線性自由能關(guān)系,有機(jī)酸堿,碳正離子、碳負(fù)離子和卡賓,有機(jī)反應(yīng)歷程的研究方法,飽和碳原子上的取代反應(yīng),加成反應(yīng)與消除反應(yīng),碳氧雙鍵的親核加成,芳香族化合物的取代反應(yīng),分子重排反應(yīng),周環(huán)反應(yīng),自由基及其反應(yīng),有機(jī)光化學(xué)與光物理。     本書可作為有機(jī)化學(xué)專業(yè)研究生課程教材，也可以作為有機(jī)專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生的選修課教材。

書籍目錄

第1章 有機(jī)化學(xué)中的價(jià)鍵和更弱的化學(xué)鍵　1.1 共價(jià)鍵　　1.1.1 共價(jià)鍵理論　　1.1.2 共價(jià)鍵的屬性　1.2 芳香性　　1.2.1 苯系芳香化合物　　1.2.2 非苯芳香系化合物　　1.2.3 多環(huán)芳香系　　1.2.4 同芳香性　1.3 有機(jī)化學(xué)中比共價(jià)鍵更弱的化學(xué)鍵　　1.3.1 氫鍵　　1.3.2 超共軛作用和場(chǎng)效應(yīng)　　1.3.3 加成化合物第2章 線性自由能關(guān)系　2.1 Hammett方程式　2.2 σ值和ρ值　2.2.1 取代基常數(shù)σ　　2.2.2 反應(yīng)特性常數(shù)ρ　2.3 不遵守Hammett方程式的反應(yīng)　2.4 湯川-都野方程式　2.5 Taft方程式第3章 有機(jī)酸堿　3.1 Br-nsted酸堿理論　3.2 酸和堿的強(qiáng)度　3.3 溶劑的校平效應(yīng)　3.4 酸性函數(shù)（高濃度酸溶液的酸性標(biāo)度）　3.5 酸和堿的催化作用　　3.5.1 特殊和一般催化作用　　3.5.2 Br-nsted催化作用定律　3.6 Lewis酸和Lewis堿　3.7 硬軟酸堿（HSAB）原理及其應(yīng)用　　3.7.1 硬軟酸堿原理在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用　　3.7.2 硬軟酸堿理論的量子化學(xué)解釋　3.8 非水溶劑中的酸堿強(qiáng)度　3.9 超酸第4章 碳正離子、碳負(fù)離子和卡賓　4.1 碳正離子　　4.1.1 碳正離子的結(jié)構(gòu)和觀測(cè)　　4.1.2 碳正離子的穩(wěn)定性　　4.1.3 五價(jià)碳正離子　4.2 碳負(fù)離子　　4.2.1 碳負(fù)離子的結(jié)構(gòu)與觀測(cè)　　4.2.2 碳負(fù)離子的穩(wěn)定性　　4.2.3 碳負(fù)離子的立體化學(xué)　　4.2.4 葉立德　4.3 卡賓　　4.3.1 卡賓的生成　　4.3.2 卡賓的反應(yīng)　　4.3.3 卡賓絡(luò)合物　　4.3.4 乃春第5章 有機(jī)反應(yīng)歷程的研究方法　5.1 研究化學(xué)反應(yīng)的方法　　5.1.1 反應(yīng)的熱力學(xué)要求　　5.1.2 反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)要求　　5.1.3 Hammond假說　　5.1.4 動(dòng)力學(xué)控制和熱力學(xué)控制的反應(yīng)　5.2 研究有機(jī)反應(yīng)歷程的方法　　5.2.1 對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的研究　　5.2.2 對(duì)反應(yīng)中間體的研究　　5.2.3 催化劑的研究　　5.2.4 同位素標(biāo)記　　5.2.5 立體化學(xué)的證據(jù)　　5.2.6 動(dòng)力學(xué)證據(jù)　　5.2.7 同位素效應(yīng)第6章 飽和碳原子上的取代反應(yīng)　6.1 SN1和SN2反應(yīng)歷程和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)　6.2 SN2和SN1反應(yīng)的立體化學(xué)　6.3 SN1歷程中的離子對(duì)　6.4 SN2和SN1反應(yīng)中的溶劑影響　　6.4.1 SN2反應(yīng)的溶劑影響　　6.4.2 SN1反應(yīng)的溶劑影響　6.5 反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)對(duì)SN2和SN1反應(yīng)的影響　　6.5.1 SN2反應(yīng)中R基團(tuán)的影響　　6.5.2 反應(yīng)物結(jié)構(gòu)對(duì)SN1反應(yīng)的影響　6.6 親核試劑　6.7 離去基團(tuán)　6.8 鄰基參與第7章 加成反應(yīng)與消除反應(yīng)　7.1 雙鍵與叁鍵的親電加成反應(yīng)　　7.1.1 烯烴的酸催化水合反應(yīng)　　7.1.2 炔烴的酸催化水合反應(yīng)　　7.1.3 烯烴的鹵化氫加成反應(yīng)　　7.1.4 炔烴的鹵化氫加成反應(yīng)　　7.1.5 鹵素對(duì)烯烴的加成反應(yīng)　　7.1.6 鹵素對(duì)炔烴的加成反應(yīng)　　7.1.7 烯烴的硼氫化反應(yīng)　7.2 雙鍵與叁鍵的親核加成反應(yīng)　　7.3 消除反應(yīng)　　7.3.1 E1消除反應(yīng)歷程　　7.3.2 E1cB消除反應(yīng)歷程　　7.3.3 E2消除反應(yīng)歷程　　7.3.4 E2反應(yīng)過渡態(tài)系列　　7.3.5 E2反應(yīng)的定位效應(yīng)　　7.3.6 E2反應(yīng)的立體化學(xué)　　7.3.7 熱消除反應(yīng)第8章 碳氧雙鍵的親核加成第9章 芳香族化合物的取代反應(yīng)第10章 分子重排反應(yīng)第11章 周環(huán)反應(yīng)第12章 自由基及其反應(yīng)第13章 有機(jī)光化學(xué)與光物理參考書目

章節(jié)摘錄

插圖：這種材料有許多方面的應(yīng)用，如應(yīng)用到共焦激光掃描顯微鏡方面，把掃描得到的信息轉(zhuǎn)化為圖像。與單光子共焦激光掃描顯微鏡相比，雙光子共焦激光掃描顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)為：一是雙光子共焦激光掃描顯微鏡可以采用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光源，解決生物組織中深層物質(zhì)的層析成像問題；二是雙光子熒光波長(zhǎng)遠(yuǎn)離激發(fā)波長(zhǎng)，雙光子共焦激光顯微鏡可以實(shí)現(xiàn)暗場(chǎng)成像；三是雙光子躍遷具有很強(qiáng)的選擇性，有利于對(duì)生物組織中的一些特殊物質(zhì)進(jìn)行成像研究；四是雙光子共焦激光顯微鏡具有更高的橫向與縱向分辨率。計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，要求信息存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)一步提高存儲(chǔ)密度，充分利用存儲(chǔ)空間，減少存儲(chǔ)器的體積。目前的存儲(chǔ)器的空間用接近極限，進(jìn)一步發(fā)展的空間很小，必須開發(fā)一新的存儲(chǔ)技術(shù)。目前研究人員研究出了一種三維光信息存儲(chǔ)技術(shù)，利用介質(zhì)的某種光學(xué)特性發(fā)生變化實(shí)現(xiàn)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。雙光子吸收三維光信息存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)密度高達(dá)1012s／cm，超快速記錄和讀取，存儲(chǔ)介質(zhì)體積小，廉價(jià)。利用雙光子激發(fā)誘導(dǎo)光聚合可以實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)光學(xué)微加工。在焦點(diǎn)處的。大小數(shù)量級(jí)的空間體積內(nèi)，首先利用雙光子激發(fā)誘導(dǎo)光致聚合反應(yīng)，焦點(diǎn)處以外不發(fā)生聚合反應(yīng)。根據(jù)聚合物與單體溶解性的不同，選擇合適溶劑將沒聚合的單體除去，留下聚合物形成的三維空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)三維光學(xué)微加工。

編輯推薦

《物理》可作為有機(jī)化學(xué)專業(yè)研究生課程教材，也可以作為有機(jī)專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生的選修課教材。

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