【A-level化學】有機反應機理——化學反應的本質

要講有機反應機理必須要先從最開始的化學反應的本質講起

首先要提到的是electronegativity（電負性）和polarity（極性）

簡單來說，電負性表示了在共價鍵中原子吸引電子的能力。一般我們認為（或者說初中老師交給我們）在共價鍵中，共享的電子對是在兩個原子的正中間，但是事實上不是的。共用電子對其實會更靠近兩個原子中電負性較大的原子（即吸引電子能力更強的電子）：

于是由于電子更靠近上圖中的B原子，那么B就帶有輕微的負電荷，讀作：delta negative；相應的，A帶有一點點正電荷，讀作：delta positive。A和B之間的這個共價鍵就稱為極性共價鍵（polar bond）。這些很微小的電荷統稱為dipole。按照Pauling scale，我們可以用數字0.7-4.0來表示每一個元素的電負性，電負性最大的是F，4.0；最小的是Cs，0.7。

電負性的總體趨勢如下：

只要是電負性的不同的兩個原子形成的共價鍵一定是極性共價鍵（polar），兩個電負性相同的原子（一般來說即指由兩個相同的原子，例如氧氣O2）形成的共價鍵則是非極性共價鍵（non-polar）。

第二個需要引進的概念就是雜化

高中化學首先學習的內容就是atomic orbital，也就是俗稱為“spdf”的東西（這個太基礎了，我懶，略過，大概就是每一個electron shell里面其實都還有很多個sub-shells以及orbitals，他們分別叫s,p,d和f＝＝）。每一個原子有自己的atomic orbital，但是在組成分子的時候原子原子之間的orbitals重疊過后形成了新的orbital，這個現象就成為雜化（hybridization）。高中會遇到的雜化分別是sp雜化，sp2雜化以及sp3雜化。從sp3雜化說起。sp3雜化最典型的例子就是甲烷CH4。在所有有機物中，碳原子的一個電子從2s軌道promote到了2pz軌道形成了4個unpaired electrons：

稱在這個狀態的碳原子：in its excited state

當碳原子“興奮”了之后，3個在p軌道和s軌道雜化形成了四個新的軌道：

于是這四個新的格子包含一個電子的軌道就可以和四個H原子形成四個共價鍵：

再根據電子互斥理論（說白了就是這四個共價鍵都看其他三個鍵不順眼，于是他們互相離越遠越好，以免掐架）然后就形成了tetrahedral shape的正四面體結構。相同的，sp2雜化形成的最典型的有機化合物就是包含碳碳雙鍵的的乙烯CH2=CH2。sp2雜化即是兩個p軌道與一個s軌道雜化形成的：

由圖可見，剩下的一個2pz軌道（圖中標紅的）就是未雜化的軌道。當兩個sp2雜化過的碳原子靠近的時候，他們的2pz軌道相互重合，形成了一個π鍵，即兩個p軌道“肩并肩”重疊在一起。因此，這兩個碳原子中間有兩個鍵，一個是p軌道“頭對頭”重疊形成的σ鍵，另一個是“肩并肩”形成的π鍵。

同理可以推出sp雜化的原理以及最典型有機化合物乙炔的構成。sp雜化是僅有一個p軌道和一個s軌道雜化形成的，另外兩個沒有參與雜化的p軌道分別與另一個碳原子的兩個未雜化p軌道“肩并肩”形成兩個π鍵。因此碳碳三鍵包含一個σ鍵和兩個π鍵。

那么在有機化學中，幾乎所有的反應都和這里講到的極性、dipole、σ鍵和π鍵有直接或是間接的聯系。弄懂了反應的本質，才可以更加快速的理解并記憶各種“奇奇怪怪”的有機反應機理。另外，作為常識請記?。河捎讦墟I的鍵能小于σ鍵，所以首先參與反應斷裂的鍵為π鍵。

以上均為國內高中和國外高中重合內容，沒有學過國內高中內容的童鞋們不懂的可以翻翻高中化學教材喲~