淺談有機化學(xué)的反應(yīng)機理及影響因素

石茂原

摘 要：有機化學(xué)反應(yīng)的歷程是有跡可循的。影響化學(xué)反應(yīng)機理的因素，如空間位阻、電子效應(yīng)、親核試劑和親電試劑等，在有機合成過程和實際進行的化工生產(chǎn)中，這些因素將影響目標產(chǎn)物的產(chǎn)率。本文通過對一些效應(yīng)的解釋對一些典型有機物的反應(yīng)進行分析，從而探討有機化學(xué)反應(yīng)中的影響因素。

關(guān)鍵詞：有機化學(xué) 典型反應(yīng) 反應(yīng)機理 合成路線

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（a）-0082-02

有機化學(xué)反應(yīng)按中間體的不同可以分為自由基反應(yīng)、離子型反應(yīng)、協(xié)同反應(yīng)3種。若按反應(yīng)前后構(gòu)型的變化可分為取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消除反應(yīng)、縮合反應(yīng)、重排反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)和酸堿反應(yīng)。以上化學(xué)反應(yīng)都有一個共同的特點，都形成相對穩(wěn)定的中間體，得到相對穩(wěn)定的產(chǎn)物。本文對影響化學(xué)反應(yīng)機理的因素進行分析、典型的化學(xué)反應(yīng)類型進行分析。

1 影響有機化學(xué)反應(yīng)的典型因素

1.1 溶劑效應(yīng)

溶劑可以分為質(zhì)子溶劑和偶極溶劑，兩者的區(qū)別在于偶極溶劑提供了一個非極性的化學(xué)環(huán)境，反應(yīng)物不會出現(xiàn)溶劑化。而質(zhì)子溶劑則恰恰相反，它可以通過氫鍵作用使反應(yīng)物溶劑化，進而包裹住反應(yīng)物。當反應(yīng)物間進行反應(yīng)時，就要脫下這層外殼，在此過程中就要消耗能量。

1.2 空間效應(yīng)

由于不同集團的空間位阻存在較大差異，對反應(yīng)影響的強弱程度也將隨之變化?；鶊F越大其排斥力也就越大，這不利于反應(yīng)物之間的接觸，從而減慢反應(yīng)速率。大位阻的強堿，如LDA等，往往從空間位阻小的地方進攻親電試劑。

1.3 電子效應(yīng)

電子效應(yīng)大致可以分為3種，分別是誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)與場效應(yīng)。其中，誘導(dǎo)效應(yīng)是分子中原子或基團的極性不同而引起成鍵電子對向某一方向偏移，該偏移力的大小會隨著距離的加大而急劇下降；所謂共軛效應(yīng)則是指單雙鍵交替出現(xiàn)或相鄰原子上有p軌道的體系為共軛體系，原子的相互影響使體系內(nèi)的π電子分布發(fā)生變化的效應(yīng)即為共軛效應(yīng)，一般來說，給電子共軛基團都有成對的電子，而吸電子共軛基團有空的軌道去容納電子；場效應(yīng)是一種空間的靜電作用，其作用效果類似于氫鍵。

化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果則是以上幾個因素綜合在一起的結(jié)果。

2 幾種典型的有機化學(xué)反應(yīng)

2.1 鹵代烴的親和取代反應(yīng)和消除反應(yīng)

鹵代烴的取代反應(yīng)機理可以分為Sn1、Sn2機理。而它的消去反應(yīng)機理又可以分為E1、E2、E1cb等機理。

Sn1反應(yīng)主要受親核試劑的濃度和親核性大小影響，Sn2反應(yīng)主要影響因素是碳正離子的穩(wěn)定性。取代反應(yīng)機理的機理類型主要受取代基多少影響，一般情況下，一級碳上的取代反應(yīng)滿足Sn1機理，因為它的空間位阻較小，親核試劑容易進攻，而且甲基正離子處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，幾乎是不存在的。三級鹵代烴的情況則相反，它們的親核取代反應(yīng)機理都是Sn1機理，其反應(yīng)機理如圖1所示。

在消去反應(yīng)中，E1cb機理一般發(fā)生在有吸電子基團的化合物中。吸電子基團可以起到增強α氫的酸性，也可以穩(wěn)定負電荷的作用，有利于分撒負電荷，如圖2所示。

2.2 烯烴和炔烴的典型反應(yīng)

烯烴與鹵素單質(zhì)的加成反應(yīng)機理不一，與氯氣加成時，是緊密電子對機理，從而完成順勢加成。在于溴加成時，由于溴的原子半徑大，已經(jīng)滿足三元環(huán)的構(gòu)成條件，于是完成了以離子為中間體的反式加成。在炔烴期待加成中，氯也是以三元環(huán)為中間體完成第一次加成。加上一個氯后，碳碳雙鍵要比碳碳單鍵短，為氯形成三元環(huán)提供了條件，如圖3所示。

烯烴在高溫下可以與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng)。由于高溫下，可以產(chǎn)生烯丙位自由基。烯烴與鹵化氫加成時，在四氯化碳條件下，鹵素會加到取代基多的一邊，因為那里形成了穩(wěn)定的碳正離子。在這種反應(yīng)中，經(jīng)常伴隨著重拍現(xiàn)象的發(fā)生，形成一個更加穩(wěn)定的碳正離子。在有過氧化物等自由基引發(fā)劑的反應(yīng)中，游離出了鹵素自由基，與烯烴反應(yīng)，在取代基多的地方生成穩(wěn)定自由基，如圖4所示。

2.3 醛酮的典型反應(yīng)

醛酮的官能團是羰基，羥基是一個吸電子基團，這使得醛酮可以與親核試劑和堿反應(yīng)。當羰基的α碳是手性碳時，也會對羰基加成產(chǎn)物的手型造成影響。

醛酮可以和格式試劑進行加成反應(yīng)，空間位阻越大，產(chǎn)率越低，氰化物、炔化物等也可以與其進行加成反應(yīng)。醛酮與醇進行加成反應(yīng)，在有機合成中常被用作保護基。

α，β—不飽和醛酮，在格式試劑的作用下可以發(fā)生1、2加成和1、4加成。如果用二烷基銅鋰試劑，則會發(fā)生專一的1、4加成反應(yīng)。醛酮的α氫很活潑，可以被鹵素取代。酸性條件下，鹵化一般停留在第一步，因為形成的正離子中間體越來越不穩(wěn)定。而在堿性條件下，反應(yīng)難以控制，因為負離子中間體越來越穩(wěn)定，形成速率越來越快。甲基酮就可以用碘仿反應(yīng)鑒別，如圖5所示。

3 結(jié)語

由上述分析可以看出，通過對典型有機物的分析和其產(chǎn)生的反應(yīng)式，就可以看出其反應(yīng)機理和結(jié)構(gòu)性質(zhì)。有機化學(xué)的反應(yīng)過程受到各種內(nèi)在的和外界因素的影響，對這些因素的了解的分析，是指導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)實驗和化學(xué)生產(chǎn)的必要條件。

參考文獻

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[2] 裴堅.基礎(chǔ)有機化學(xué)（下冊）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2017.

[3] 裴堅.中級有機化學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2012.