前线轨道理论的介绍

Question

如题所述

Answer 1

前线轨道理论，是一种分子轨道理论，是日本理论化学家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。

Answer 2

前线轨道理论是一种理论模型，重点在于探讨分子的HOMO（最高占据轨道）和LUMO（最低未占据轨道）对分子性质的影响。相比于一种常用的模型，杂化轨道理论，最显著的区别在于前线轨道理论将各原子的轨道看做一个整体，不再区分单个原子的单个轨道。
用一氧化碳分子为例，一一列出碳原子和氧原子轨道之后，价轨道的意义配对，成键之后，发现氧原子尚有一堆电子无法成键，因此形成一对孤对电子。而前线轨道理论不再一一考虑轨道的归宿，氧原子这一对没有成键的故对电子，用一氧化碳分子一个非键轨道描述（这一段没有图不太好解释，但是楼主既然对话有这么浓厚的兴趣，不妨在化学书或者网络上好好的搜索一下吧，非常经典的例子，一定有）。
前线轨道理论最常用的范畴在于解释共轭烯烃的性质，例如1,3-丁二烯，四个碳原子的的2pz轨道按照不同方式匹配，形成四个价轨道。四个价电子填充在能量较低的两个能级上，能量第二低充满电子，拥有一个节点的杂化轨道称之为HOMO。相应的，总能量第三低，拥有两个节点的价轨道，称之为LUMO轨道（同样是很经典的例子，维@基百科就有哦）。
最后将前线轨道理论与其他的一些近似方法结合，例如HMO规则，就可以计算出共轭烯烃的一些性质，共轭能，吸光度，电荷分布，反应位置等等。或者是和对称性原理结合使用，对于解释共轭烯烃的反应有非常好的指导意义。例如D-A反应时顺旋还是对旋，光照如何？加热如何。对于现实的反应有一定的参考价值。
虽然是化学系的研究生，但是专业是催化，有机和物化方面，了解不过泛泛而已，或许有些内容楼主不一定能听懂。当时相信凭借你的兴趣和才智，应该可以领会这些略微抽象的概念的。如果有什么问题，欢迎追问。