【A-level化学】有机反应机理——化学反应的本质

要讲有机反应机理必须要先从最开始的化学反应的本质讲起

首先要提到的是electronegativity（电负性）和polarity（极性）

简单来说，电负性表示了在共价键中原子吸引电子的能力。一般我们认为（或者说初中老师交给我们）在共价键中，共享的电子对是在两个原子的正中间，但是事实上不是的。共用电子对其实会更靠近两个原子中电负性较大的原子（即吸引电子能力更强的电子）：

于是由于电子更靠近上图中的B原子，那么B就带有轻微的负电荷，读作：delta negative；相应的，A带有一点点正电荷，读作：delta positive。A和B之间的这个共价键就称为极性共价键（polar bond）。这些很微小的电荷统称为dipole。按照Pauling scale，我们可以用数字0.7-4.0来表示每一个元素的电负性，电负性最大的是F，4.0；最小的是Cs，0.7。

电负性的总体趋势如下：

只要是电负性的不同的两个原子形成的共价键一定是极性共价键（polar），两个电负性相同的原子（一般来说即指由两个相同的原子，例如氧气O2）形成的共价键则是非极性共价键（non-polar）。

第二个需要引进的概念就是杂化

高中化学首先学习的内容就是atomic orbital，也就是俗称为“spdf”的东西（这个太基础了，我懒，略过，大概就是每一个electron shell里面其实都还有很多个sub-shells以及orbitals，他们分别叫s,p,d和f＝＝）。每一个原子有自己的atomic orbital，但是在组成分子的时候原子原子之间的orbitals重叠过后形成了新的orbital，这个现象就成为杂化（hybridization）。高中会遇到的杂化分别是sp杂化，sp2杂化以及sp3杂化。从sp3杂化说起。sp3杂化最典型的例子就是甲烷CH4。在所有有机物中，碳原子的一个电子从2s轨道promote到了2pz轨道形成了4个unpaired electrons：

称在这个状态的碳原子：in its excited state

当碳原子“兴奋”了之后，3个在p轨道和s轨道杂化形成了四个新的轨道：

于是这四个新的格子包含一个电子的轨道就可以和四个H原子形成四个共价键：

再根据电子互斥理论（说白了就是这四个共价键都看其他三个键不顺眼，于是他们互相离越远越好，以免掐架）然后就形成了tetrahedral shape的正四面体结构。相同的，sp2杂化形成的最典型的有机化合物就是包含碳碳双键的的乙烯CH2=CH2。sp2杂化即是两个p轨道与一个s轨道杂化形成的：

由图可见，剩下的一个2pz轨道（图中标红的）就是未杂化的轨道。当两个sp2杂化过的碳原子靠近的时候，他们的2pz轨道相互重合，形成了一个π键，即两个p轨道“肩并肩”重叠在一起。因此，这两个碳原子中间有两个键，一个是p轨道“头对头”重叠形成的σ键，另一个是“肩并肩”形成的π键。

同理可以推出sp杂化的原理以及最典型有机化合物乙炔的构成。sp杂化是仅有一个p轨道和一个s轨道杂化形成的，另外两个没有参与杂化的p轨道分别与另一个碳原子的两个未杂化p轨道“肩并肩”形成两个π键。因此碳碳三键包含一个σ键和两个π键。

那么在有机化学中，几乎所有的反应都和这里讲到的极性、dipole、σ键和π键有直接或是间接的联系。弄懂了反应的本质，才可以更加快速的理解并记忆各种“奇奇怪怪”的有机反应机理。另外，作为常识请记住：由于π键的键能小于σ键，所以首先参与反应断裂的键为π键。

以上均为国内高中和国外高中重合内容，没有学过国内高中内容的童鞋们不懂的可以翻翻高中化学教材哟~