穩定中間產物碳陽離子：Stabilization of Intermediate Cations

有機化學的基礎240

1.      穩定「中間產物」「碳陽離子」與「氯離子」的因素，也是穩定「過渡狀態」的因素。「過渡狀態」的能量下降，反應需要跨越的「活化能」也下降，這樣就加速了反應進行。

2.      因為影響「反應速率」的關鍵「中間產物」是「離子」，所以，反應能透過「極性溶劑」加速進行。

3.      含有「異質原子」的溶劑分子所具備的「極性鍵」（帶負荷電的一端），能穩定「碳陽離子」，而溶劑分子中，與「異質原子」鍵結的「氫」，能穩定「陰離子」。

4.      溶劑「水」同時具有這二個特性，非常有能力穩定「極性中間產物」，包括「陽離子」和「陰離子」。

5.      「三級碳陽離子tertiary cations」比「二級碳陽離子secondary cations」穩定，而「二級碳陽離子secondary cations」又比「一級碳陽離子primary cations」穩定。

6.      「醇類alcohols」反應的容易程度，取決於「碳－氧」鍵斷裂形成的「碳陽離子carbocations」穩定度有多高，因此。

7.      「酸」誘導「2-甲基-2-丙醇 2-methyl -2-propanol」化學鍵斷裂的效果，比酸誘導「2-丁醇2-butanol」更好。酸誘導「離子化」「反應速率」，由快而慢依序是：

8.      「2-甲基-2-丙醇」、「2-丁醇」、「1-丁醇」透過失去H2O製造出「碳陽離子」，反應容易度依據「碳陽離子」穩定度而定：三級＞二級＞一級。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》

徐弘毅：

1.      為什麼「碳陽離子」的穩定度會影響「反應速率」？

2.      「碰撞理論」認為，物質產生化學變化是因為分子間的碰撞。分子不會一碰撞就立刻產生化學變化，而是經歷無數次碰撞，而其中有一次碰撞的角度、力量都正確－「有效碰撞」，才開始變化。

3.      縱使分子彼此碰撞的角度正確、力道正確，還要有足夠的時間形成或打斷「化學鍵」，才能成功地變成新的產物。

4.      對「多步驟反應」來說，化學反應過程中的「中間產物」穩定，就能爭取比較多的時間讓分子調整成「產物」。

5.      因為「中間產物」愈穩定，愈能夠順利變成產物。所以，「中間產物碳陽離子」愈穩定，反應速率愈快。

6.      「中間產物」的穩定度，有可能是分子結構造成，例如「三級碳」穩定度大於「二級碳」，也可能是外在環境造成的，例如「極性溶劑」能穩定「離子」。

7.      為什麼「碳陽離子」的「取代基」愈多愈穩定？

8.      剛斷裂的「化學鍵」，非常容易重新接合回去。因為「剛斷裂的分子碎片」，距離彼此很近、同時又擁有數量剛好可以形成「化學鍵」的「共價電子」。

9.      以「醇類」來說，剛斷裂的官能基碎片是「氫氧基OH^－」，它能提供2個價電子給「碳陽離子」形成「化學鍵」。

10.  如果「碳陽離子」取代基很多、是「第三級碳」，「剛斷裂的分子碎片」，要回頭鍵結比較困難，因為它要穿過三個擺動的「取代基」，才能接近中心「碳陽離子」，非常容易被三個「取代基」阻擋出局。

11.  如果「碳陽離子」取代基很少、是「一級碳」，「剛斷裂的分子碎片」要回頭鍵結比較容易，因為它要接近的「碳陽離子」是在分子的尾端，差不多等於是直接裸露在外，沒有太多的阻擋，只要碰撞次數夠多、角度正確，就能命中目標。