重組反應Rearrangements（二）

有機化學的基礎248

徐弘毅：

1.      化學反應路徑一定依據最低能量的原則進行。

2.      具有「中間產物碳陽離子」的反應過程，能量要壓到最低，那麼，就得把「中間產物」的穩定度提到最高。

3.      因為如果中間產物「碳陽離子」不穩定，那麼，反應就會卡在「中間產物」不斷還原成「反應物」的循環中，難以順利進行，勢必耗費許多能量。

4.      「碳陽離子」中帶正電荷的「碳」，要解決缺電的問題，可以從1.親核性試劑，2.鄰近原子，這二個來源搶奪。結果顯示，帶正電荷的「碳」絕大多數是選擇搶奪「鄰近原子」的「價電子」。為什麼？

5.      可能的原因有：1.「親電性試劑」畢竟沒有在分子系統中，距離較遠。2.「碳」的「正電荷」在「化學鍵」之間傳導的速度很快，形成的誘導「電子」前來的拉力，造成某些「取代基」的「價電子」被吸引而位移。

6.      舉例來說，「3-甲基-2-丁醇 3-methyl-2-butanol」脫水之後，形成「二級碳陽離子2°carbocation」，「二級碳陽離子」的「2號碳C-2」會同時吸引三個化學鍵的共價電子：(1).「2號碳」－「氫」；(2).「2號碳」－「甲基」；(3).「2號碳」－「3號碳」。

7.      「2號碳」拉三個「化學鍵」的「電子」，突然得到「3號碳」的「氫原子」與「化學鍵」上的2個「共價電子」，就好像拉動三條繩索，突然就拉動繩索背後的東西滾過來。

8.      「2號碳」拉三個「化學鍵」的「電子」，卻只有「3號碳」會失去「氫原子」與它的價電子，原因可能是：

9.      (1).在三個化學鍵中，只有「3號碳」失去它的氫原子和價電子，還能保持相當的穩定；(2).「3號碳」的取代基有2個是比較大的「甲基」，化學鍵擺動時，取代基彼此的推擠比較厲害，「化學鍵」比較脆弱容易斷裂。

10.  「2號碳」的正電荷，會使「3號碳」自己的電子雲密度，朝靠向「2號碳」的方向移動，連帶使「3號碳」鍵結的三個化學鍵上的電子雲，也朝向「2號碳」集中，這就製造「2號碳」搶奪「氫原子」與它「化學鍵上的電子」的機會。

11.  所有的反應都具有競爭性與排他性，一旦「2號碳」成功搶奪「氫原子」與它「化學鍵上的電子」後，「2號碳」就不可能與「親核性試劑」鍵結。

12.  於是，「親核劑」提供電子的對象，變成「3號碳」，主要產物也變成「2-溴-2-甲基丁烷 2-Bromo-2-methylbutane」。

13.  「烷基」或「氫原子」的移動原則，是追求「碳陽離子」的最穩定狀態。

14.  「碳陽離子」有一個「碳」帶「正電荷」，這是系統的混亂因素，如何把這個混亂降到最低？調整到最平衡的狀態？答案是，盡量讓帶「正電荷」的「碳」的「取代基」變多。

15.  因為帶「正電荷」的「碳」，若能夠擁有較多的「取代基」，那麼，「碳」缺電的問題就可以從其他「取代基」身上獲得補償。這樣，可以使「碳陽離子」系統獲得暫時的平衡。