Фрэнк А. Вайнхольд
Фрэнк А. Вайнхольд | |
|---|---|
| Рожденный | 18 мая 1941 г. |
| Национальность | Американский |
| Род занятий | Химик , академик и автор |
| Академическое образование | |
| Образование | Бакалавр химии А.М., Физическая химия Кандидат физических наук, химия |
| Альма-матер | Университет Колорадо-Боулдер Университет Фрайбурга Гарвардский университет |
| Диссертация | Матрицы приведенной плотности атомов и молекул (1967) |
| Академическая работа | |
| Учреждения | Стэнфордский университет Университет Висконсина-Мэдисона |
Фрэнк А. Вейнхольд — американский химик , академик и писатель. Он является почетным профессором химии в Университете Висконсин-Мэдисон . [1]
Вайнхольд наиболее известен разработкой методов естественных орбитальных связей и связанных с ними приложений в физической и вычислительной квантовой химии . [2] Он является автором и соавтором более 200 пакетов программного обеспечения и технических публикаций, а также нескольких книг, включая «Валентность и связь: перспектива донора-акцептора орбитальной естественной связи» , «Классическая и геометрическая теория химической и фазовой термодинамики» и «Открытие химии с орбиталями естественной связи» . Среди его наград - премия Альфреда П. Слоана (1970), [3] Премия Камиллы Дрейфус для учителей и ученых (1972), [4] Лиза Мейтнер - Премия Минервы за лекции по вычислительной квантовой химии от Техниона и Еврейского университета (2007 г.), [5] и почетный доктор Ростокского университета (2011 г.). [6]
Вейнхольд является членом Королевского химического общества и Американской ассоциации содействия развитию науки . [7] Он входил в состав почетных редакционных советов Международного журнала квантовой химии и Российского журнала физической химии . [8]
Образование [ править ]
Вейнхольд получил степень бакалавра химии в Университете Колорадо-Боулдер в 1962 году и получил стипендию Фулбрайта для обучения во Фрайбургском университете в 1963 году. Он получил степень бакалавра химии в Гарвардском университете в 1964 году и продолжил обучение по физической химии под руководством Эдгара Брайта. Уилсон , получив степень доктора философии в 1967 году. Впоследствии он проводил постдокторские исследования в Оксфордском университете вместе с Чарльзом Коулсоном в 1968 году и в Калифорнийском университете в Беркли в 1969 году. [9]
Карьера [ править ]
Вейнхольд начал свою академическую карьеру в качестве доцента Стэнфордского университета в 1969 году. [10] Затем он перешел в Институт теоретической химии (TCI) и на химический факультет Университета Висконсин-Мэдисон в 1976 году, став доцентом в 1977 году, профессором в 1979 году и директором TCI с 1983 по 1991 год. Он был почетным профессором Химия в Университете Висконсин-Мэдисон с 2007 года. [1]
Исследования [ править ]
Вклад Вейнхольда в область химии включает разработку верхних и нижних границ квантово-механических свойств, теорию вращения комплексных координат автоионизирующих резонансов, методы анализа естественной орбитали связи (NBO) и теории естественного резонанса (NRT) , метрическую геометрию равновесия . термодинамика и теория квантового кластерного равновесия (QCE) жидкостей. [2]
Работает [ править ]
Работы Вейнхольда в основном сосредоточены на квантовой механике химической связи . Вместе с Кларком Р. Лэндисом он стал соавтором книги «Открытие химии с помощью орбиталей естественной связи» , в которой исследовались концептуальные основы химической связи с использованием алгоритмов и вариантов ключевых слов программы NBO. Они также стали соавторами учебника « Валентность и связь: перспектива донора-акцептора естественной связи» , в котором представлен современный обзор теории химической связи в периодической таблице . [11]
В 2009 году Вайнхольд опубликовал учебник « Классическая и геометрическая теория химической и фазовой термодинамики» , в котором излагается переформулировка гиббсовской термодинамики как метрической геометрии. [12] Эта работа находит заметное применение в физике термодинамики черных дыр . [13] [14] [15]
естественной связи и расширения его Метод орбиталей
Исследовательская группа Вейнхольда впервые применила методы анализа орбиталей естественных связей и их применение к молекулярным и супрамолекулярным явлениям в последующих версиях программы NBO. Эти методы включают алгоритмы естественного популяционного анализа (NPA) и естественной орбитальной связи (NBO) для извлечения атомного заряда и дескрипторов переноса заряда внутри- и межатомных взаимодействий из современных вычислительных моделей. [16]
Вместе с Аланом Э. Ридом Вайнхольд также разработал алгоритм для естественных локализованных молекулярных орбиталей (NLMO), которые обеспечивают точное локальное представление волновых функций SCF и CI, что автоматически сохраняет разделение σ – π и другие концепции локализованных связей с умеренными вычислительными затратами. [17]
Вместе с Эриком Д. Гленденингом Вейнхольд также разработал алгоритм теории естественного резонанса (NRT) и связанные с ним порядки естественных связей и резонансные веса. [18] [19] Они предоставляют вычислительные дескрипторы, которые близко согласуются с концепциями эмпирического резонанса Лайнуса Полинга. [20]
анализа химических свойств NBO для причинно- следственного Удаление
Программа NBO в тандеме с главной системой электронной структуры позволяет пользователю удалять (удалять из оценки полной энергии) любое выбранное донорно-акцепторное взаимодействие между заполненными (донорными) и незаполненными (акцепторными) NBO и пересчитывать энергию как хотя это взаимодействие отсутствовало в природе. В тех случаях, когда свойство зависит однозначно от того, включено или нет конкретное взаимодействие NBO, имеется прямое причинно-следственное доказательство того, что удаленное донорно-акцепторное взаимодействие (основание Льюиса-кислота Льюиса) является ответственным физическим происхождением интересующего свойства. Такие методы NBO-делеции были использованы для определения электронного происхождения двух загадочных структурных свойств: барьеров внутреннего вращения этаноподобных молекул. [21] и водородные связи воды и многих биоматериалов. [22]
Совместно с Терри К. Бранком Вайнхольд показал, что характерный барьер в 3 ккал/моль для метильных торсионов в этаноподобных молекулах по существу устраняется за счет удаления вицинальных σ CH -σ* C'H' донорно-акцепторных взаимодействий между соседними CH/C. NBO 'H', которые по своей сути отдают предпочтение анти-скрученной геометрии основного состояния. Такие вицинальные взаимодействия σCH -σ * C'H' теперь признаны слабой формой делокализации (гиперсопряжения) резонансного типа, которая повсеместно распространена в насыщенных молекулах. [23]
Совместно с Аланом Э. Ридом и Ларри К. Кертиссом Вайнхолд показал, что характерное взаимодействие Н-связей с плотностью 5 ккал/моль между молекулами воды аналогичным образом аннигилируется за счет удаления межмолекулярного донорно-акцепторного взаимодействия n O' -σ* OH между одиноким пара (n O' ) одного мономера и проксимальная валентная антисвязь (σ* OH ) другого, что по своей сути благоприятствует характерному линейному выравниванию O'···HO димера в основном состоянии. Аналогичные межмолекулярные галогенные связи (и другие разновидности X-связей) в настоящее время широко признаны как ведущие факторы, вносящие вклад в силы кластеризации, которые приводят к фазовой конденсации всех материалов при достаточно низкой температуре. [24]
Теория квантового кластерного равновесия ( ) QCE
Вайнхольд также разработал метод квантового кластерного равновесия (QCE) для расчета (T,P)-зависимых свойств жидкой фазы воды и других чистых веществ. Прогнозы QCE основаны на статистической сумме модели, состоящей из равновесной смеси молекулярных кластеров {Mn}, каждый из которых оптимизирован на согласованном квантово-химическом уровне. [25] Были выполнены приложения QCE и экспериментальные сравнения (совместно с коллегами Ральфом Людвигом, Томасом К. Фарраром и Марком Вендтом) для различных чистых жидкостей, включая M = вода, аммиак, N-метилацетамид, муравьиная кислота и этанол, а также теория был расширен до двухкомпонентных решений в программе «Миротворец» Барбары Киршнер и ее коллег. [26] Заслуживающим внимания достижением теории QCE стало успешное ab initio моделирование pH жидкой воды. [27] [28]
Награды и почести [ править ]
- 1970 - Премия Альфреда П. Слоана, Фонд Альфреда П. Слоана [3]
- 1972 - Премия учителя-ученого Камиллы Дрейфус, Фонд Камиллы и Генри Дрейфус [4]
- 2007 – Премия Лизы Мейтнер-Минерва за лекторство, Технион и Еврейский университет [5]
- 2011 г. – почетный доктор Ростокского университета. [6]
Библиография [ править ]
Книги [ править ]
- Валентность и связь: перспектива донора-акцептора орбитальной связи естественной связи (2005) ISBN 978-0521831284
- Классическая и геометрическая теория химической и фазовой термодинамики (2009) ISBN 978-0470402368
- Открытие химии с помощью орбиталей естественной связи (2012) ISBN 978-1118119969
Избранные статьи [ править ]
- Вайнхольд, Ф. (1976). Термодинамика и геометрия. Физика сегодня, 29 (3), 23–29.
- Фостер А.Дж. и Вайнхольд Ф. (1980). Естественные гибридные орбитали. Журнал Американского химического общества, 102(24), 7211-7218.
- Рид А.Е. и Вейнхольд Ф. (1985). Естественные локализованные молекулярные орбитали. Журнал химической физики, 83 (4), 1736–1740.
- Рид А.Е., Вайнсток Р.Б. и Вейнхольд Ф. (1985). Естественный популяционный анализ. Журнал химической физики, 83(2), 735-746.
- Рид А.Е., Кертисс Л.А. и Вайнхольд Ф. (1988). Межмолекулярные взаимодействия с точки зрения естественной орбитали связи, донорно-акцепторной точки зрения. Химические обзоры, 88(6), 899-926.
- Гленденинг, Э.Д., Лэндис, Ч.Р., и Вейнхолд, Ф. (2019). Перезагрузка теории резонанса. Журнал Американского химического общества, 141(10), 4156-4166.
- Вайнхольд, Ф. (2023). «Нековалентное взаимодействие»: химическое неправильное название, которое препятствует правильному пониманию водородных связей, барьеров вращения и других тем. Молекулы, 28(9), 3776.
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Вайнхольд, Фрэнк А.» Кафедра химии . 16 мая 2020 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «ФРАНК ВЕЙНХОЛЬД» . ученый.google.com .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Научные сотрудники Слоана, 1955–2007» (PDF) .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Программа награждения учителей и ученых Камиллы Дрейфус» (PDF) .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Франк Вайнхольд выигрывает премию Лизы Мейтнер - Центр Минервы за лекции в 2007 году» . Кафедра химии . 2 июля 2007 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Франк Вайнхольд получил почетную степень Ростокского университета (Германия)» .
- ^ «Избранные члены | Американская ассоциация развития науки (AAAS)» .
- ^ «Российский журнал физической химии А» . СпрингерЛинк .
- ^ «Молекулы» . www.mdpi.com .
- ^ «Профессора, краткие биографические очерки: История Стэнфордского химического факультета 1977–2000: Архив проектов и размещенных сайтов: Библиотека Суэйна» . веб-сайт Stanford.edu .
- ^ Паундс, Эндрю Дж. (13 января 2007 г.). «Валентность и связь: перспектива донора-акцептора орбитальной связи естественной связи (Фрэнк Вайнхольд и Кларк Лэндис)» . Журнал химического образования . 84 (1): 43. Бибкод : 2007ЖЧЭд..84...43П . doi : 10.1021/ed084p43 – через CrossRef.
- ^ «Классическая и геометрическая теория химической и фазовой термодинамики | WorldCat.org» . search.worldcat.org .
- ^ Вейнхольд, Франк (1 марта 1976 г.). «Термодинамика и геометрия» . Физика сегодня . 29 (3): 23–30. Бибкод : 1976PhT....29c..23W . дои : 10.1063/1.3023366 .
- ^ Чжан, Цзя-Линь; Цай, Ронг-Ген; Ю, Хунвэй (17 февраля 2015 г.). «Фазовый переход и термодинамическая геометрия черных дыр Рейсснера-Нордстрема-AdS в расширенном фазовом пространстве» . Physical Review D. 91 ( 4): 044028. arXiv : 1502.01428 . Bibcode : 2015PhRvD..91d4028Z . doi : 10.1103/PhysRevD .91.044028 . S2CID 118861453 – через APS.
- ^ Го, Ян; Мяо, Ян-Ган (1 июля 2022 г.). «Геометрия Вейнхольда и термодинамика черных дыр Бардина AdS» . Ядерная физика Б . 980 : 115839. arXiv : 2107.01866 . Бибкод : 2022NuPhB.98015839G . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2022.115839 – через ScienceDirect.
- ^ Гленденинг, Эрик Д.; Лэндис, Кларк Р.; Вейнхольд, Франк (13 января 2012 г.). «Методы естественных орбитальных связей» . WIREs Вычислительная молекулярная наука . 2 (1): 1–42. дои : 10.1002/wcms.51 . S2CID 95586513 – через CrossRef.
- ^ Рид, Алан Э.; Вайнхольд, Франк (1985). «Естественные локализованные молекулярные орбитали» . Журнал химической физики . 83 (4): 1736–1740. Бибкод : 1985ЖЧФ..83.1736Р . дои : 10.1063/1.449360 .
- ^ Гленденинг, Эд; Вайнхольд, Ф. (30 апреля 1998 г.). «Теория естественного резонанса: I. Общий формализм» . Журнал вычислительной химии . 19 (6): 593–609. doi : 10.1002/(SICI)1096-987X(19980430)19:6<593::AID-JCC3>3.0.CO;2-M – через CrossRef.
- ^ Гленденинг, Эд; Вайнхольд, Ф. (30 апреля 1998 г.). «Теория естественного резонанса: II. Естественный порядок и валентность связи» . Журнал вычислительной химии . 19 (6): 610–627. doi : 10.1002/(SICI)1096-987X(19980430)19:6<610::AID-JCC4>3.0.CO;2-U – через CrossRef.
- ^ Полинг, Лайнус. (13 апреля 1931 г.). «Природа химической связи. Применение результатов квантовой механики и теории парамагнитной восприимчивости к структуре молекул» . Журнал Американского химического общества . 53 (4): 1367–1400. doi : 10.1021/ja01355a027 — через CrossRef.
- ^ Рид, Алан Э.; Вайнхольд, Франк (13 января 1991 г.). «Орбитальный анализ естественных связей, барьеров внутреннего вращения и связанных с ними явлений» . Израильский химический журнал . 31 (4): 277–285. doi : 10.1002/ijch.199100032 – через CrossRef.
- ^ Рид, Алан Э.; Вайнхольд, Франк (1983). «Анализ орбитального анализа естественной связи димера воды, близкого к Хартри – Фоку» . Журнал химической физики . 78 (6): 4066–4073. Бибкод : 1983ЖЧФ..78.4066Р . дои : 10.1063/1.445134 .
- ^ Брунк, ТК; Вайнхольд, Ф. (13 марта 1979 г.). «Квантово-механические исследования происхождения барьеров внутреннего вращения вокруг одинарных связей» . Журнал Американского химического общества . 101 (7): 1700–1709. doi : 10.1021/ja00501a009 — через CrossRef.
- ^ Рид, Алан Э.; Кертисс, Ларри А.; Вайнхольд, Франк (1 сентября 1988 г.). «Межмолекулярные взаимодействия с точки зрения естественной орбитали связи, донорно-акцепторная точка зрения» . Химические обзоры . 88 (6): 899–926. doi : 10.1021/cr00088a005 — через CrossRef.
- ^ Вейнхольд, Ф. (1998). «Квантовая теория кластерного равновесия жидкостей: Общая теория и компьютерная реализация» . Журнал химической физики . 109 (2): 367–372. Бибкод : 1998JChPh.109..367W . дои : 10.1063/1.476573 .
- ^ Киршнер, Барбара; Вайнхольд, Фрэнк; Фридрих, Иоахим; Перлт, Ева; Леманн, Себастьян Британская Колумбия (13 февраля 2014 г.). Бах, Фолькер; Делле Сайт, Луиджи (ред.). Многоэлектронные подходы в физике, химии и математике: междисциплинарный взгляд . Международное издательство Спрингер. стр. 77–96. doi : 10.1007/978-3-319-06379-9_4 – через Springer Link.
- ^ Перлт, Ева; фон Домарос, Майкл; Киршнер, Барбара; Людвиг, Ральф; Вайнхольд, Франк (31 августа 2017 г.). «Прогнозирование ионного продукта воды» . Научные отчеты . 7 (1): 10244. Бибкод : 2017НатСР...710244П . дои : 10.1038/s41598-017-10156-w . ПМК 5579052 . ПМИД 28860533 .
- ^ Хикман, Дэниел (10 сентября 2017 г.). «Расшифровка самодиссоциации воды» .