霍夫曼(Roald Hoffmann)是美国化学家,1937年7月18日生于
波兰,后就任美国
康奈尔大学教授。他主要从事物质结构的研究,在固体与
表面化学方面有突出贡献,并于1981年获得
诺贝尔化学奖。
1965年他与
伍德沃德共同提出了
分子轨道对称
守恒定律(原理)。此原理在解释和预示一系列
化学反应和产物上具有指导作用,使
化学键理论进入研究化学反应的
新阶段。20世纪70年代,由于对
有机导体的
共同兴趣,他曾与R·B·伍德沃德再次合作,直到1979年伍德沃德去世才使合作中断。
霍夫曼在1955年毕业于纽约市Stuyvesant高中,获得
西屋科学奖学金。
分子轨道对称守恒原理是凭借轨道
对称性来判断
周环反应产物立体
化学性质的一套规则,由伍德沃德和霍夫曼于1965年提出。它主要用于分析
电环化反应、
环加成反应和
σ迁移反应,运用
前线轨道理论和能级相关理论来分析周环反应,总结出其立体选择性规则,并根据这些规则判断周环反应是否可以进行,以及反应的
立体化学特征。
分子轨道对称守恒原理认为:化学反应是分子轨道进行重组的过程。在
协同反应中,由原料到产物,分子轨道的对称性始终不变,是守恒的,因为只有这样,才能用最低的能量形成反应中的
过渡态。符合分子轨道对称守恒原理的
反应途径被称为是“对称性允许”的,不符合该原理的反应途径则被称为是“对称性禁阻”的。用扩展
休克尔方法进行的理论计算支持了该原理所进行的预测,但在某些特殊情况(如施加应力)下,得到的产物不符合分子轨道对称守恒原理。
前线轨道理论是
福井谦一赖以成名的理论,这一理论将分子周围分布的
电子云根据能量细分为不同能级的分子轨道,福井认为有
电子排布的,能量最高的分子轨道(即
最高占据轨道HOMO)和没有被电子占据的,能量最低的分子轨道(即
最低未占轨道LUMO)是决定一个体系发生化学反应的关键,其他能量的分子轨道对于化学反应虽然有影响但是影响很小,可以暂时忽略。HOMO和LUMO便是所谓前线轨道。
福井提出,通过计算参与反应的各粒子的分子轨道,获得前线轨道的能量、
波函数相位、重叠程度等信息,便可以相当满意地解释各种化学反应行为,对于一些经典理论无法解释的行为,应用前线轨道理论也可以给出令人满意的解释。前线轨道理论简单、直观、有效,因而在化学反应、
生物大分子反应过程、催化机理等理论研究方面有着广泛的应用。
Arthur C. Cope有机化学奖
霍夫曼教授在该书前致中国读者中写到:我非常高兴地欢迎你们踏入固体和表面的世界。长期以来,这个领域,…与分子相脱节。在本书中我所尽力去做的是定性地说明如何运用
前线轨道的概念对扩展材料进行分析。这种概念在分子有机和
无机化学中已证明是非常有用的。我的目的是向你们提供一种相通的思考方法,因而我们能基于同一观点研究所有物质,从最简单的分子到最复杂的固体。
2001年春季以来,每月在
纽约市的科妮莉亚街咖啡馆主持“娱乐科学”沙龙,探索艺术和科学之间的联系。