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Enregistrement W2333678836 · doi:10.1021/ar200192t

The Woodward–Hoffmann Rules Reinterpreted by Conceptual Density Functional Theory

2012· article· en· W2333678836 sur OpenAlexaff
Paul Geerlings, Paul W. Ayers, Alejandro Toro‐Labbé, Pratim Kumar Chattaraj, Frank De Proft

Notice bibliographique

RevueAccounts of Chemical Research · 2012
Typearticle
Langueen
DomaineChemistry
ThématiqueVarious Chemistry Research Topics
Établissements canadiensMcMaster University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDensity functional theoryPericyclic reactionFukui functionComputational chemistryContext (archaeology)ChemistryElectronegativityTime-dependent density functional theoryAtomic orbitalStatistical physicsTheoretical physicsQuantum mechanicsPhysicsElectronElectrophile

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In an attempt to master the overwhelming amount of data on the properties of substances and their reactions, chemists scrutinize them for underlying common patterns. In modern times quantum mechanics (QM) has played a leading role in the understanding of chemical reactivity. In the late 1960s, Woodward and Hoffmann (WH) proposed one of the most successful and elegant approaches to interpret the outcome of an important type of reaction: they could predict the allowed or forbidden character of pericyclic reactions through inspection of the phase and symmetry of the orbitals of the reactants obtained by simple extended Hückel theory. Today much more powerful computational techniques, such as density functional theory (DFT), are available that yield highly accurate results even for large systems. By focusing on the electron density, ρ(r), a fundamental carrier of information compared with the much more complicated wave function in conventional QM, DFT became the computational workhorse for systems of ever increasing complexity. However, the need for the interpretation of computational (and obviously experimental) results remains, and "conceptual DFT" has provided the answer to this challenge within the context of DFT. This branch of DFT has given precision to chemical concepts such as electronegativity, hardness, and softness and has embedded them in a perturbational approach to chemical reactivity. Previously, researchers have successfully applied conceptual DFT to generalized acid-base and, more recently, to radical and redox reactions. In this Account, we present a conceptual DFT ansatz for pericyclic reactions, a stringent test for this density-only approach, because the density has trivial symmetry and no phase. A density response function is the key quantity in a first approach: the dual descriptor f((2))(r), the second derivative of the electron density with respect to the number of electrons. Overlapping regions of the dual descriptor of the reactant(s) with different or the same sign yield pictorial representations similar to the orbital phase and symmetry-based pictures in the WH formulation. In a second approach, a key quantity is the evolution of the chemical hardness at the onset of the reaction. This quantity makes contact with Zimmerman's alternative approach to the WH rules based on the aromaticity of the transition state. Using the dual descriptor and the initial hardness response, we reinterpret the WH results for the four types of pericyclic reactions (cycloadditions, electrocyclizations, and sigmatropic and chelotropic reactions), both thermodynamically and photochemically. We demonstrate that these two approaches, which require only simple quantum chemical procedures (overlapping densities and HOMO-LUMO gap type calculations along a few points of a model reaction coordinate), are intimately related through a relation that converts the local (i.e., position-dependent) dual descriptor into the global (i.e., position-independent) (initial) hardness response. Our results show that with a density-only based approach the WH rules can be reinterpreted, pointing to the fundamental importance of the electron density as carrier of information as highlighted in the basic theorems of DFT.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: Théorique ou conceptuel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,007
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,010
Communication savante0,0030,005
Science ouverte0,0030,003
Intégrité de la recherche0,0030,006
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0070,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,050
Tête enseignante GPT0,341
Écart entre enseignants0,291 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeThéorique ou conceptuel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations202
Publié2012
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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