第五章 反应机理
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第五章⾃由基反应第五章⾃由基反应5.1 ⾃由基⾃由基是含有⼀个或多个未成对电⼦的物种,它是缺电⼦物种,但通常不带电,因此它们的化学性质与偶电⼦的缺电⼦物种——例如碳正离⼦和卡宾——很不相同。
“基”(radical)这个词来⾃拉丁语“根”。
“基”的概念最初⽤于代表贯穿于⼀系列反应始终保持不带电的分⼦碎⽚,⽽“⾃由基”(free radical)的概念最近才被创造出来,代表⼀个不与任何其他部分成键的分⼦碎⽚。
时⾄今⽇,“基”和“⾃由基”可以混⽤,但“基”在特定⽂献中依然保留了它的原意(例如,有机结构中的R基)。
5.1.1 稳定性本章讨论的⼤多数化学问题都涉及烷基⾃由基(·CR3)。
它是⼀个七电⼦、缺电⼦的物种,其⼏何构型可以看做⼀个较钝的三⾓锥,杂化类型兼有sp2和sp3成分,三⾓锥发⽣翻转所需能量很⼩。
实际操作中,你可以把烷基⾃由基看做sp2杂化的。
烷基⾃由基和碳正离⼦都是缺电⼦物种,能稳定碳正离⼦的结构因素同样能稳定烷基⾃由基。
烷基⾃由基可以被相邻的带孤对电⼦的杂原⼦或π键所稳定——正如它们稳定碳正离⼦时那样——且稳定性顺序为3°>2°>1°。
但是,在碳正离⼦和烷基⾃由基的能量趋势之间依然存在两个主要的区别:1.最外层含7个电⼦的C原⼦不如只含6个电⼦的C原⼦缺电⼦,因此烷基⾃由基不如相应的碳正离⼦能量⾼。
因此,极不稳定的芳基和1°烷基碳正离⼦从未观察到,但芳基和1°烷基⾃由基则相当常见。
2.对碳⾃由基⽽⾔,相邻的孤对、π键或σ键带来的额外稳定性不如碳正离⼦那么显著。
原因是:⼀个充满的AO或MO与⼀个碳正离⼦全空的AO之间的相互作⽤会将两个电⼦放置在⼀个能量降低的MO中,⽽⼀个充满的AO或MO与⼀个碳⾃由基半充满的AO之间的相互作⽤会将两个电⼦放置在⼀个能量降低的MO中,⼀个电⼦放置在⼀个能量升⾼的MO中。
尽管相邻的孤对、π键或σ键对碳⾃由基的稳定效果不如碳正离⼦,但若⼲个这些基团对⾃由基的稳定作⽤累积起来依然相当可观。