1981年诺贝尔化学奖公告对前线轨道理论的评价是:“加深我们理解化学反应的里程碑。”1951年10月29日,福井谦一
(1918.10.04-1998.01.09)等人发表《芳香烃化学反应活性的分子轨道理论》,因这方面的研究使他成为1981年诺贝尔化学奖的联合得
主。
前线轨道理论,与化学反应的本质、速度和结果的有关。福井之前,休克尔(Erich Armand Arthur Joseph
Hückel,1896.08.09-1980.02.16)曾建立了关于有机共轭分子体系的分子轨道理论。但该理论在有些方面不能做出与实验事实相符合
的理论解释,福井进一步提出了前线电子和前线轨道理论。前线轨道理论是一种形象化的量子直观语言,用这种直观语言可以理解一切化学反应中的电子状态。“轨
道”是将分子中呈“云状”的电子分布分割后得到的概念。轨道按能级解体分布,为了使整个分子结构稳定,电子将首先占用低能级轨道。这些都是以“泡利不相容
原理”为前提的推论。
化学反应是物质失去、得到或共享电子的过程。福井第一个明确指出:处于“最高占有轨道”的电子和走向“最低空轨道”状
态的电子决定整个化学反应过程。这两个轨道决定着分子的电子得失和转移能力,决定着分子间反应的方向等重要性质。福井把“最高占有轨道”和“最低空轨道”
称为前线轨道,以此比喻在一场“化学战役”中变化最大的地方必定是在前线。前线轨道理论沟通了实用化学和量子理论,被认为是20世纪下半叶化学研究方面的
重要进步之一。现在,这一理论已经广泛应用于各类化学反应、生物大分子的反应过程及催化机制的讨论。
福
井谦一原来学工业化学,但是他对应用不感兴趣,而是努力学习物理学方面的基础课程。他的成功来自物理学和化学的结合。他后来回忆说:“我是学应用化学的,
却不喜欢这个专业,固执地厌恶化学那种只凭经验的特征,怎么也合不来……如果我过早地迷上化学实验,肯定就不会去钻研物理理论,我也就不会得诺贝尔奖
了。”